土壤—植物系统中的镉研究进展

镉是土壤-植物系统中毒性最强的重金属之一，由镉产生的环境污染问题也日趋严重。近20年来，世界各国对镉在土壤-植物系统中的形态、转化、分布和毒害机理等都进行了广泛深入的研究本文对这些研究取得的成果和存在的分歧进行了综合评述，并提出对镉污染土壤进行综合治理的措施．     

3种毒性预测模型在镉对小麦根毒性预测中的应用及比较

一些基于重金属形态的生物毒性机理模型被广泛应用于水体和陆生生态系统,例如:自由离子活度模型(FIAM)、生物配体模型(BLM)和生物膜电势斯特恩双电层模型(GCSM),但不同模型的应用效果之间还缺乏系统比较。本研究选取小麦作为受试生物,采用水培实验进行了镉对小麦根伸长的毒性测试,通过数据分析软件对实验数据进行非线性拟合,分别建立了3种模型,并从根毒性、根表面吸附镉和根中富集镉3个方面对3个模型的预测能力进行了比较。除此之外,选取苹果酸和柠檬酸2种有机配体,研究了配体对镉生物毒性的影响。结果表明,Ca~(2+)和H~+对Cd的根毒性存在竞争效应,而Mg~(2+)、K~+和Na~+未发现竞争效应。由于BLM模型同时考虑了镉的自由离子态浓度和竞争离子的影响,在预测镉对杨麦13号根毒性和生物体内富集量时效果最好。而FIAM和GCSM模型由于计算中仅考虑了离子活度的影响,缺乏对竞争离子保护效应的考虑,因此预测效果相对较差;此外,Cd对小麦根毒性的主要受扩散过程控制,而非跨膜过程,这可能也是FIAM模型和GCSM模型预测不佳的原因之一。同时结果还发现有机配体存在时尽管降低了溶液中镉的离子活度,但未显著影响镉毒性,进一步证明了扩散过程对Cd毒性的影响。以上结果为评价和预测镉的陆生生态毒性提供了基础数据和模型依据。     

镉对大型溞肠道结构及消化酶活力的影响

镉(Cd~(2+))作为水环境中毒性较强的污染物之一,对水生动物各器官均造成了不良影响。为了了解镉对消化系统的毒性机理,研究了镉胁迫对大型溞(Daphnia magna)肠道组织及消化酶活力的影响。依据国家《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅴ类水质的镉浓度标准限值的1倍、5倍和9倍设置3个镉浓度组(0.01、0.05、0.09 mg·L~(-1))和1个对照组,分别处理24、48 h。结果表明,镉处理对大型溞肠道结构、淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶活力均产生了影响。首先,随着镉浓度的升高,显微结构显示,大型溞肠道上皮细胞排列松散、不整齐,并出现"空泡化";内侧纹状缘严重脱落。亚显微结构显示,肠道微绒毛出现断裂、溶解消失现象;线粒体发生肿胀、空泡化,嵴断裂或消失。其次,淀粉酶活力显著降低(P<0.01),与镉浓度之间存在剂量-效应关系;脂肪酶活力在镉浓度为0.01～0.05 mg·L~(-1)时升高,在0.09 mg·L~(-1)时活力被抑制;胰蛋白酶在镉处理24 h浓度为0.01 mg·L~(-1)时显著高于对照组(P<0.05),在镉处理48 h时,各浓度组均显著低于对照组(P<0.01)。镉对大型溞消化酶活力的最低可观察效应浓度(LOEC)为0.01 mg·L~(-1)。大型溞作为常用的毒理学监测动物,实验结果将为含镉废水排放标准的完善提供理论依据。     

纳米材料对鼠科动物的生殖毒性及致毒机理

纳米材料是近几年应用越来越多的一种新型材料,因此国内外科研单位对其毒性的研究也逐年增加。但是目前对鼠科动物生殖毒性及其机理的了解还相对较少,亟需大量研究填补此领域的空白。本文主要从亲代和子代2个方面阐述了纳米材料对鼠科动物的生殖毒性,从不同生物水平等方面概述了纳米材料对亲子两代鼠科动物的损伤效应及可能的机制。最后,试探性地提出了今后在纳米材料领域对鼠科动物生殖毒性的研究重点。     

镉与除草剂草甘磷的交互作用对小麦的毒性

种子发芽试验、根伸长抑制试验及植物早期生长试验是目前所建立的3种高等植物毒性试验，这些试验通过研究植物在污染条件下根系发育状况、生物量减少程度或植物耐污特性等方面而对污染物的环境效应进行诊断。文章研究了镉与草甘磷交互作用对小麦发芽率以及发芽后小麦的根长和芽长的影响。结果发现，镉对小麦发芽率没有明显影响，而草甘磷对小麦发芽率、根长和芽长有明显抑制效应。镉在一定程度上降低了草甘磷对小麦发芽的毒性，但对小麦生长仍有明显毒害。当镉与草甘磷共同作用于小麦时，镉的存在增加了低浓度草甘磷的生物毒性，而降低了高浓度草甘磷的生物毒性或没有影响。但是，随着镉浓度增加它们的联合毒件又逐渐增加。     

镉引起肾脏毒性的细胞凋亡通路

肾近端小管是镉主要的作用靶器官,但人们对镉引起肾脏毒性的作用机制仍不清楚。在体内外的研究中,镉能够诱导肾近端小管上皮细胞的凋亡,这表明通过细胞凋亡通路引起上皮细胞的凋亡可能是镉引起肾脏毒性的关键环节之一。部分研究表明镉在不同细胞可通过多个途径来引起细胞凋亡,包括线粒体介导的及死亡受体介导的凋亡通路。本篇综述将在以往镉相关及细胞凋亡的文献报道及其重大发现的基础上,特别是在肾脏及肾脏近端小管上皮细胞的研究基础上,来阐述镉通过细胞凋亡来诱导肾脏毒性的作用机制。     

粮食真菌毒素的生殖、发育与遗传毒性:现状与展望

粮食及其制品会受到多种真菌毒素的污染。粮食真菌毒素现已被证实具有多种毒性作用,如细胞毒性、发育毒性、生殖毒性、免疫毒性和遗传毒性等,严重危害人和动物健康,甚至还会对间接或未接触毒素的子代产生不良影响,但目前有关继代毒理学数据极为缺乏。本文主要阐述了粮食中常见真菌毒素对亲本世代及其子代生殖系统/能力和生长发育的影响,简述了不同毒素诱导生殖发育毒性的作用机理并提出展望,旨在全面了解粮食真菌毒素的生殖发育及遗传毒性作用,为进一步开展粮食真菌毒素的健康风险评估,合理制定相关限量标准与法规,指导公共卫生健康并开展主动防治与干预提供重要理论依据。     

等毒性配比法研究镉、铬和铅对淡水发光细菌的联合毒性

当待测生物暴露在混合污染物中时,由于混合物中各组分相互影响,会产生联合毒性作用,表现为加和作用、协同作用和拮抗作用。为了深入了解重金属混合物的联合毒性对发光细菌的作用,利用淡水发光细菌——青海弧菌Q67(Vibrio qinghaiensis sp.nov-Q67)发光值的测定方法,采用联合毒性单位法,在测定了硝酸镉、重铬酸钾和硝酸铅单一毒性EC50的基础上,对硝酸镉 重铬酸钾、硝酸镉 硝酸铅、硝酸铅 重铬酸钾3种重金属二元混合物的联合毒性进行了评价。结果表明,硝酸镉 重铬酸钾、硝酸铅 重铬酸钾是拮抗作用,硝酸铅 硝酸镉是协同作用。     

土壤中草甘膦与镉的交互作用对3种土壤酶活性的影响

研究了两种土壤中草甘膦与镉交互作用对土壤三种酶活性的影响．结果发现,低浓度镉略促进乌栅土中的脲酶活性,而高浓度镉则显著抑制了其脲酶活性,当与草甘膦共存时,草甘膦的存在增强了镉对脲酶活性的抑制作用; 镉对红壤中脲酶活性的影响较小,而草甘膦单一或与Cd共存时均显著抑制了红壤中脲酶的活性．镉抑制了乌栅土中酸性和碱性磷酸酶活性,而草甘膦的存在增加了镉的毒性,两者表现为协同作用;低浓度镉促进了红壤酸性磷酸酶活性,而高浓度镉则抑制了土壤酸性磷酸酶活性,草甘膦的存在降低了红壤中镉的毒性,两者表现为颉颃作用．镉对红壤中碱性磷酸酶的活性影响较小．     

土壤中稀土元素的生态毒性研究进展

为了解稀土元素对农田生态系统的影响,综述了近几十年来国内外有关土壤稀土元素生态毒性的研究进展,包括土壤稀土元素的主要来源途径,稀土元素对农田生态系统中植物、动物和微生物生长、发育、繁殖的影响。高浓度的稀土元素会破坏植物细胞膜的性质和结构,影响植物的抗氧化系统,扰乱植物对矿质营养元素的正常吸收和利用,诱使植物细胞发育不良、染色体畸变等现象发生。稀土元素可影响动物的消化、呼吸、生殖、神经、血液和免疫系统等。稀土元素对土壤微生物数量、种类、群落结构与功能多样性等均有影响。探讨了土壤稀土元素的生态毒性诊断方法,目前常见的植物毒性诊断法、蚯蚓毒性诊断法、土壤微生物诊断法、生物标记物诊断法和遗传毒性诊断法等可用来诊断土壤中稀土元素的生态毒性。提出了以后开展土壤稀土元素生态毒性研究应加强的方面:在群落、个体和细胞水平上研究稀土元素对土壤动物和微生物的影响,加强稀土元素生态毒性诊断新方法和新技术的探讨,进行稀土元素生物有效性与土壤因素关系的研究等。     

Cd、Zn、Pb单因素及复合污染对土壤酶活性的影响

通过Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂ单因素处理和复合因素处理的对比性研究发现，无论是单因素或复因素对土壤酶活性的抑制效应顺序均为 Ｃｄ＞ Ｚｎ＞ Ｐｂ；在所研究的 ４种土壤酶中，脲酶受重金属的抑制作用最为敏感； Ｃｄ、 Ｚｎ、 Ｐｂ复合污染与各单因素的影响有较大差异，同时，Ｃｄ、Ｚｎ、Ｐｂ复合污染对４种土壤酶活性的影响效应亦不同。其复合污染对脲酶表现出协同抑制负效应的特征；对过氧化氢表现出一定的屏蔽作用或拮抗作用；转化酶和碱性磷酸酶主要因Ｃｄ浓度的变化而变化。     

Assessing the effect of long-term crop cultivation on distribution of Cd in the root zone

Trace elements such as cadmium (Cd) may be inadvertently added to cropland soils through application of fertilizers, irrigation water, and other amendments. These toxic trace elements pose a potentially threat to soil quality and, through the food chain transfer, to human health. A generalized soil trace element mass balance model that accounts for the interactive processes governing the reactions of trace elements in soils, and consequently removed with crop harvest and leaching out of the soil profile with irrigation water was developed in this research. The model conceptually approximates the mechanisms and kinetics of a real field cropland system. The model was used to evaluate the long-term cultivation on distribution of Cd in California croplands. Under typical California cropping practices, Cd added into the soils accumulated primarily in the plow layer while the Cd content below the plow layer was barely affected. After 100 years of continuous cultivation, the soil Cd content of the plow layer increases from the background level 0.22 mg kg⁻¹ to 0.40 mg kg⁻¹. The accumulation of Cd in the plow layer is in proportion to the external inputs and is affected by the soil and plant characteristics, and management practices. The model can be used to evaluate the environmental fates of other toxic element in soils with case specific parameters.     

Integrated environmental assessment of freshwater sediments: a chemical and ecotoxicological approach at the Alqueva reservoir

In order to study the pollution of an aquatic ecosystem, it is necessary to analyze not only the levels of chemical pollutants in water, but also those accumulated in the sediment matrix, as well as to assess its ecotoxicological status. The Alqueva reservoir, the largest artificial lake in Europe, was chosen as case study as it constitutes the most important water supply source in southern Portugal. It is located in the Guadiana River Basin, in a semi-arid region with high levels of water scarcity and where agriculture is one of the main activities. The evaluation of sediments comprised: (1) physical and chemical analysis (grain size, pH, organic matter, nitrogen, phosphorus); (2) potentially toxic trace elements (Cu, As, Pb, Cr, Cd, Zn and Ni); and (3) ecotoxicological evaluation with Vibrio fischeri, Thamnocephalus platyurus, Daphnia magna, and Heterocypris incongruens. Total trace element concentrations indicated that As, Cd, and Pb surpassed the Canadian levels for the protection of aquatic life, in most of Alqueva’s sites. The results of the toxicity assessment showed that some locations induced acute and chronic toxicity in the species used. Further, the H. incongruens was the most sensitive species as far as the contamination found in the sediment is concerned, followed by the bacteria V. fischeri. This integrative approach, together with the water column quality assessment, allowed a comprehensive evaluation of the environmental quality of this strongly modified water body and will allow the implementation of remediation strategies to obtain a good ecological potential as proposed in the Water Framework Directive.     

镉在方斑东风螺组织内的蓄积及镉的毒性：水相暴露与食物相暴露比较

为比较直接经水体与经营养传递的2种镉(cadmium,Cd)暴露方式对方斑东风螺(Babylonia areolata)不同组织Cd蓄积和毒性的差异,采用室内模拟法,将螺暴露于含Cd水体(Cd2+:100μg·L-1)或喂食含Cd饵料(牡蛎,34.56μg·g-1以干质量计,先经水体100μg·L-1Cd2+暴露达平衡)30d后再进行15d净化。结果显示,暴露期间,除食物相组螺胃肠道Cd浓度在第10天极显著高于对照组,但随后迅速下降外,其他各组织在2种途径及胃肠道在水相暴露时Cd的浓度均逐渐上升,暴露30d后肝胰脏中Cd浓度最高;净化期,螺鳃中Cd排出率较高,胃肠道与肝胰脏的排出率较低,至净化期末除食物相组鳃中Cd浓度与对照组无显著差异外,2种处理中其他各组织Cd浓度仍显著高于对照组。2种暴露途径中金属硫蛋白(metallothionein,MT)浓度仅在螺肝胰脏中逐渐增加,且与Cd的蓄积呈显著线性正相关。与食物相组相比,水相Cd暴露引起螺肝胰脏脂质过氧化水平(lipid peroxidation,LPO)更高,且内脏团中Cd与其亚细胞成分的金属敏感组分结合的百分比也更高。结果表明,Cd通过营养传递对螺产生的毒性较水体直接暴露低,但摄食是螺蓄积Cd的主要途径;净化后除鳃外水相暴露组螺各组织Cd的排出率较低;因此为了健康养殖与食用安全,东风螺工厂化养成时对饵料与水体Cd浓度的监测均应引起足够的重视。     

菲和镉复合污染对土壤微生物的生态毒理效应

以土壤酶活性和微生物数量作为生态毒理指标,通过模拟试验,比较分析多环芳烃菲和重金属镉单一与复合污染对土壤微生物的生态毒理效应.结果表明,菲和镉复合污染对土壤蔗糖酶、脲酶和脱氢酶均具有协同抑制作用;而对磷酸酶和微生物的数量具有拮抗抑制作用.菲和镉复合污染及菲单一污染对土壤微生物的活性抑制率从大到小依次为：放线菌＞真菌＞细菌;镉单一污染则为：真菌＞细菌＞放线菌.     

马缨丹对镉的生长响应及其富集、转运和亚细胞分布特点研究

镉是植物非必需且生物毒性最强的重金属元素之一,然而镉富集植物能通过一定的响应机制来减少镉对自身产生的毒害,且不同植物之间镉的解毒机制存在差异。马缨丹（Lantana camara L.）是四川汉源铅锌矿区镉污染土壤的修复植物,但是关于其镉的分布特征和解毒机制并不明确。因此本文采用盆栽模拟试验,分别设置0（对照,不添加镉）、30、90、150、210 mg·kg-1镉5个处理,研究马缨丹对镉的富集、转运及其亚细胞分布特点,探讨马缨丹对镉的耐性和解毒机制,以期为植物耐镉的生理和分子生物学机制提供一定的理论依据。结果表明：镉质量分数低于90 mg·kg-1时对马缨丹生长没有影响,而镉质量分数高于150 mg·kg-1时对马缨丹生长有显著的抑制作用;随着镉质量分数的增加,马缨丹各器官中镉的质量分数逐渐增加,表现为根＞茎＞叶,且其转运系数小于1,表明马缨丹对镉有较强的根部滞留能力,可限制过量的镉向地上部器官的转运,减少镉对地上部的毒害,这可能是马缨丹耐受镉胁迫的机制之一;随着镉质量分数的增加,马缨丹地下部和地上部的镉富集量总体上均呈增加趋势,在210 mg·kg-1镉处理时,均达到最大值,分别为142.8和1031.6μg·plant-1,不同质量分数镉处理下,马缨丹地上部的镉富集量较大,占全株镉富集量的94.0%~88.3%;镉在马缨丹根和叶细胞可溶性组分中的分配比例最高,分别占62.1%~54.2%和59.8%~52.6%,其次在细胞壁中,分别占23.8%~34.4%和28.7%~39.5%,在细胞器和细胞膜中的较低,表明可溶性组分和细胞壁是镉在马缨丹根和叶细胞中的主要分布位点,液泡区隔化和细胞壁固持可能是马缨丹对镉的重要解毒和耐性机制之一。     

芜湖市区土壤重金属污染评价及来源分析

对芜湖市区153个土壤样品中9种重金属的含量进行测定和评价,利用多元地统计方法进行污染来源分析。结果表明：芜湖市区土壤Zn、Fe、Mn、Cu、Pb、Co、Cd、Ni、Cr的平均含量分别为96.8、30600.1、466.1、35.0、29.1、16.7、1.2、26.3、78.3mg/kg;除Fe、Mn、Ni外,其他元素均高于相应土壤背景值,Zn、Cu、Pb、Co、Cd、Cr分别是背景值的1.26、1.09、1.17、1.20、6.11、1.29倍,说明这些元素出现了一定程度的积累。单因子评价结果表明Cd污染最为严重,Zn、Cu、Pb、Co和Cr为轻度污染,Fe、Mn和Ni没有污染。综合相关性、聚类及主成分分析可知,Fe和Mn为＂自然源因子＂,不同功能区分布主要受成土母质控制;Zn、Cu、Pb和Cd为＂交通及工业活动因子＂,Cu、Cd高值区均分布在开发区,Zn和Pb的高值区分布在镜湖区;Ni、Co和Cr为＂农业活动因子＂,其空间变异受成土母质及农业活动等因素影响。     

镉对不同基因型水稻生长毒害影响的比较研究

利用水培分期添加镉试验，研究了杂交水稻和常规水稻在不同生育时期对环境镉毒害的反应。结果表明，在水稻幼穗分化之前，镉主要降低光合生产力，影响植株生长；幼穗分化至抽穗期，主要抑制生殖器官分化，造成颖花败育；抽穗期之后，镉主要干扰体内营养物质的迁移和再分配。就对产量影响而言，幼穗分化至抽穗期是水稻对镉反应最敏感时期，杂交稻比常规稻对镉污染毒害敏感。     

Prediction of Cd toxicity to Daphnia magna in the mixture of multi-walled carbon nanotubes and kaolinite

In this study, we investigated cadmium toxicity created by adsorption kinetics in several mixtures containing two types of multi-walled carbon nanotubes (COOH-MWCNT and NH₂-MWCNT) and natural kaolinite. Characteristics of two types of MWCNTs were measured by zeta potential and ATR FT-IR graphs and TEM images. The solution of CNTs and kaolinite was tested to study Cd adsorption kinetics and mechanisms of differentiation-associated toxicity using Daphnia magna in a binary system (Cd–MWCNTs and Cd–kaolinite) and a ternary system (Cd–MWCNTs–kaolinite). In the binary system, Cd removal efficiency was nearly 100% and 40% for MWCNTs and kaolinite because of surface charge, respectively, with increasing sorbent concentration. In the ternary system, the trend of adsorption rate was similar to that of binary system. In comparison with percent mortality in the binary system, the solution in the ternary system showed higher toxicity due to the interaction of MWCNTs–kaolinite coagulated particles, thereby decreasing Cd adsorption onto CNTs and kaolinites. Overall, kaolinite can affect the adsorption process of Cd on MWCNTs in negative ways, depending on adsorption state. In conclusion, our studies suggest that kaolinite differs with adsorption ability of Cd by MWCNTs, and toxicity is likely to be produced by multivariable regression in the adsorption state.

     

典型重金属胁迫对日本沼虾的氧化损伤及交互作用

为深入探讨水体不同浓度重金属联合暴露对水生生物的慢性毒性机理，本研究以日本沼虾(Macrobranchium nipponense)为受试生物，镉(Cd)和铅(Pb)为目标金属，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、金属硫蛋白(MT)和丙二醛(MDA)为测试终点，研究不同浓度的Cd和Pb单一及联合暴露对日本沼虾的氧化损伤及交互作用。实验结果表明：Cd对虾的致死浓度为1 mg?L-1，当其与同浓度Pb联合时，致死毒性增强；在0.01 mg?L-1和0.1 mg?L-1下联合时均表现为拮抗作用。不同处理组对标志物产生不同程度的诱导或抑制效应，其中，SOD活性均受到胁迫抑制，0.1 mg?L-1Cd暴露10 d后对肝胰腺SOD抑制率达53.38%，0.1 mg?L-1Pb暴露10 d后对肌肉SOD抑制率达70.02%；CAT活性整体受胁迫激活，肝胰腺与肌肉CAT活性在时间尺度上呈现相反的变化规律；肝胰腺中MT和MDA对重金属的敏感性要高于肌肉；综合生物标志物响应(IBR)评价表明，机体在时间尺度上可通过酶活性调节而具有一定的解毒功能，但并不能消除重金属引起的氧化损伤，且重金属单一毒性要高于联合毒性，其中Cd对肝胰腺毒性最大，Pb对肌肉毒性最大。研究结果能够为水体重金属生态风险预警、水质基准制定及流域水环境管理提供依据。? 关键词：日本沼虾；重金属；氧化损伤；交互作用；分子标志物