文档介绍：BVOCs的研究进展
摘要:生物挥发性有机物(BVOCs)作为大气中的一种痕量气体,积极参与着大气中各类化学反应。植物BVOCs排放的影响机制,以及BVOCs与大气其他化学成分之间的反馈作用是目前全球变化研究的热点内容之一。本文综述了BVOCs的排放影响因素、生物学功能、对大气化学的影响以及其采样、测定方法等,并阐述了国内外BVOCs研究现状及未来的研究方向。
关键词:生物挥发性有机物异戊二烯单萜释放速率影响因素大气化学分析
引言
VOCs(pounds)是由各种人类活动和生物代谢排放到大气中的挥发性有机化合物的总称。由人类活动产生的VOCs,称为人为源VOCs(Anthropogenic pounds,AV—OCs),由生物代谢排放的VOCs称为生物源VOCs(Biogenic pounds,BVOCs)。尽管在某些地区特别是城市,AVOCs是大气中主要的VOCs源,但从全球尺度来看,BVOCs的排放量要远大于AVOCs的排放量(Guenther et a1.,1995),BVOCs的全球排放量达到1 273 Tg C·a-1(1 Tg C=1012gC),其中仅陆地生态系统中的植被所排放的BVOCs就达1 150 Tg C·a-1 (Guenther et a1.,1995)。
BVOCs的种类与特性
大气中的BVOCs绝大多数是由植物通过一系列生理过程产生并排放到大气中,包括异戊二烯、萜类、烷烃类、烯烃类、醇类、酯类等,[1]可知,BVOCs全球年排放量以异戊二烯与单萜类为主。BVOCs具有较强的挥发性,除直接危害人体健康外,由于其在对流层大气中活性很强,在一定的条件下还会形成光化学烟雾,并进一步与大气中的无机氧化物等反应生成二次有机气溶胶。
数据来源Dam are derived fxom Guenther et a/.,1995;Kesselmeier&Staudt,1999;Pefiuelas&Llusiia,2001,2003
异戊二烯分子式为C5H8,它的分子结构有两个烯键,属于非饱和碳氢化合物。异戊二烯是一种重要的BVOCs,其含量也最大,是对流层最主要的NMHCs之一。研究表明,其排放量占植物碳氢化合物(hydrocarbons,HCs)总排放量的一半。在农村和边远地区,其在大气边界层中含量也最多,甚至可以影响城市地区的大气化学行为。排放异戊二烯的树种主要是落叶树种和一些针叶树种,如栎属
、杨属、柳属、桉属和云杉属等。
单萜的分子式为C10H18的同分异构体。单萜在全球的总BVoCs的排放量中也占有很大比例,主要由针叶树林所释放,可细分为单萜类及半萜类,而排放量以单萜类占绝大多数。常见的单萜类包括:α-pienen,β-pillene,d-Limonene,p-Cymene,Camphere,3一Carene,Myrcene,l,8-Cineole,γ-Terpinene等。排放单萜的植物主要是针叶树种和一些落叶树种如栎属、云杉属,最近发现橡胶(Hevea br弱iliensis)也排放单萜[2]。
BVOCs的主要来源
BvOCs主要来自于植物(如异戊二烯、单萜、倍半萜烯等)、海洋(如***硫、二***硫、***甲酯等)、土壤(如羰基硫等)和化石燃料泄漏等,其中植物排放的BVoCs占BVoCs总量的98%[3]。以下介绍植物排放BVoCs的机理。
异戊二烯
20世纪80年代,有学者提出了释放异戊二烯是植物光呼吸副产物的假设,20年后这个假设才被证实。80年代在美国东南部的野外研究中,通过在林冠塔上设电子显微装置的方法,首次观察并证实了BVOCs传输到大气圈的过程。最近几年,异戊二烯的产生和释放研究取得重大进展,它的基本生化途径也被证实,植物合成过程最后一步所需的蛋白也被提纯。
对于植物中异戊二烯的来源,一直以来,甲羟戊酸(MAV)被认为是植物异戊二烯化合物的唯一生物合成前体。异戊二烯是在植物叶绿体内通过甲羟戊酸途径产生,由2分子乙酰辅酶A合成1分子异戊烯焦磷酸(IPP)或它的异构体3,3一二***丙烯基焦磷酸(DMAPP),再经脱焦磷酸而产生。但近几年来,代谢途径的研究取得了突破性进展,发现植物细胞质体也存在第二条代谢途径,臣闸***酸/磷酸甘油醛代谢途径。在这个代谢途径中,IPP的直接前体不是甲羟戊酸,而是在转***酶的作用下,由******糖而来。
这两种途径的主要差异就是异戊烯基焦磷酸(IPP)形成机制的不同,其共同点是最后一步由lPP在异构酶作用下形成3,3-二***丙烯基二磷酸(DMAPP),DMAPP再在异戊二烯合成酶作用下脱焦磷酸形成异戊二烯。在MVA途径中,首先由3个乙酰辅酶A缩合生成β-羟基,β-***戊二酰辅酶A(HMG-