同步辐射技术在环境纳米金属组学研究中的应用

随着我国工业的发展,在工业产值不断提升的同时,向环境中释放出的各类污染物也逐渐增加,其中包括多种金属纳米颗粒物。这些金属纳米颗粒物进入大气、水源及土壤中,累积到一定程度引起环境安全问题;进一步可被动植物所吸收,经过食物链富集和传递,造成直接或间接人体暴露,危害人体健康。环境纳米金属组学,研究的范畴主要涉及自然或人为因素产生的金属纳米颗粒在环境介质和生物有机体中的生物/化学行为、转化归趋,并且据此评价金属纳米颗粒物的环境安全性及其生物健康效应。随着对金属纳米颗粒环境效应研究的不断深入,对传统的研究方法提出了更多的挑战。同步辐射具有高亮度、高准直和宽频谱等特性,在金属元素分析方面具有无可比拟的优势。本文主要介绍了同步辐射技术,如同步辐射X射线荧光分析技术(SR-XRF)和同步辐射X射线吸收光谱技术(SR-XAS)等,在金属纳米颗粒物的环境行为及其生物健康效应研究中的应用;结合本实验室及国内外的一些研究工作,阐述了同步辐射技术应用于环境纳米金属组学研究领域所取得的一些新进展,以期为拓展同步辐射技术在环境金属纳米颗粒物分析的应用研究提供参考价值。     

同步辐射X射线荧光和吸收谱技术在环境汞污染研究中的应用进展

汞作为一种重要的全球性重金属污染物,被许多国际组织列为优先控制污染物。常规的汞分析手段,例如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、原子荧光光谱(AFS)等,对汞的分析精度较高,方法比较成熟,但对样品前处理要求也较高。同步辐射技术由于其高、精、准的优势,且对样品前处理要求比较简单、可实现原位无损分析,因此被广泛应用于环境样品的分析中。随着研究的发展,同步辐射X射线荧光光谱(SRXRF)和同步辐射X射线吸收光谱(SRXAS)技术在环境汞污染分析领域得到了越来越多的应用。主要介绍了我国环境汞污染现状及污染特征,同步辐射技术对于汞分布蓄积、含量和化学形态分析方面的独特优势,重点回顾了本项目组和其他一些研究组近几年关于SRXRF和SRXAS技术在环境介质如土壤、植物体内汞的分布蓄积、相对含量和化学形态转化研究领域的应用进展,对进一步发展并提高同步辐射技术在环境及生物体汞污染水平、毒性机理和生态毒理评价方面的应用进行了展望。     

贵州万山汞矿地区耐汞野生植物研究

在贵州万山地区废弃汞矿堆和矿山附近,受长期高剂量汞暴露的影响经过的自然选择,该地区出现了一些能耐受汞毒性的生态型植物。对汞耐受及汞富集植物的筛选对于汞污染土壤的植物修复具有一定的现实意义。通过对万山梅子溪地区汞污染土壤及汞耐受植物采样调查发现,该区域采样土壤中汞的含量均在50 mg·kg-1以上,达到重度汞污染水平。对该地区野生植物的采样分析发现,蔷薇科植物悬钩子不仅数量较多,单株植物生物量较大,表现出很强的耐汞毒性的能力,而且植株内可以很大程度地富集汞,在其植株中汞的含量可达20 mg·kg-1左右,属于汞富集植物,另外发现野蒿对汞也具有较强的富集能力,其植株中汞的含量可达10 mg·kg-1以上。该类型植物的发现将为植物的汞耐受以及汞富集机理研究提供新的素材,为汞污染土壤的植物修复技术提供新的植物类型,也为进一步开发汞污染土壤处理技术提供了一种可能。     

贵阳和万山地区部分蔬菜中的重金属含量及其健康风险

以贵州省贵阳市和万山地区为例,对购自当地自由市场的部分蔬菜中的重金属Cd、Hg、Pb、Mn、As的含量进行了测定,并以国际放射防护委员会(ICRP,International Commissionon Radiological Protection)给出的限定值为标准,对某些重金属含量超标的蔬菜进行了健康风险评价.结果表明:除个别蔬菜的As和Mn外,万山地区蔬菜中的重金属含量均明显高于贵阳地区;两地蔬菜中的As、Pb含量均低于国家限定值(GB4810-1994、GB14935-1994),而部分蔬菜中的Cd、Hg含量均明显超出国家限定值(GB15201-1994、GB2762-1994).风险评价结果表明贵阳和万山两地的蔬菜可能存在重金属Cd、Hg、Pb的中、轻度污染;存在Cd污染的蔬菜对人体的年致癌风险为3.40×10-7·a-1,非致癌物Hg和Pb对人体的总健康风险分别为3.63×10-7·a-1、1.69×10-6·a-1,均低于ICRP标准.     

滏阳河河流水体中重金属污染特征及其对青海弧菌和斜生栅藻的毒性效应

为调查滏阳河水系的重金属污染状况，研究河流重金属污染对水生生物的毒性，根据河流结构、水文条件、排污口分布并考虑空间分布的均匀性，选取66个采样位点，采集河水及对应的表层沉积物样品，分析了样品中的重金属含量。用斜生栅藻和青海弧菌Q67作为模式生物，根据滏阳河水重金属污染较严重的邯郸近郊2号采样点采集水样的重金属含量配制系列重金属浓度的模拟河水进行重金属污染河水的生态毒性测试。结果表明，在全部66个采样点中，29个采样点河水重金属含量超过国家地表水III类水体重金属含量标准，主要污染元素是Hg、Pb、Cr、Zn。几乎所有采样点河水Mn和Fe含量都大大高于国家集中式生活饮用水地表水源地补充项目规定的标准限值。根据2号采样点河水样品中的重金属含量配成的模拟河水对青海弧菌Q67的EC₅₀值为6.65%，为毒性极强的污染物。模拟河水样品对斜生栅藻的抑制作用较小，在实验的最高浓度下(1000倍河水重金属含量)暴露4 d尚未引起半数藻细胞死亡。随河水重金属浓度上升，斜生栅藻超氧化物歧化酶(SOD)活性总体上呈现先升高后降低的趋势，丙二醛(MDA)含量变化则与此相反，反映河水重金属污染可引起藻细胞的氧化损伤。叶绿素a和b含量则随暴露浓度的提高逐渐降低。在重金属浓度达到2号采样点河水的10%时，斜生栅藻叶绿素a含量已有显著降低，MDA含量显著升高，海河流域重金属污染对生态系统的影响应予以重视。河水发光菌Q67的生长抑制率、斜生栅藻的叶绿素a和MDA含量可以作为评估河流重金属污染生态危害的指标。     

序言

近年来,纳米材料的广泛使用使其大量进入环境.为保障纳米科技可持续发展,各国政府不断加大力 度,支持纳米环境健康安全领域的研究.例如,欧盟第六和第七框架计划将人体安全、健康和环境效应列为 最优先支持课题,投入达24亿欧元.之后制定了2015-2025纳米材料安全研究路线图,即《欧盟纳米安全 2015-2025：向安全和可持续的纳米材料和纳米技术创新迈进》(Nanosafety in Europe 2015-2025: Towards Safe and Sustainable Nanomaterials and Nanotechnology Innovations).     

根表铁膜的形成和添加硒对水稻吸收转运无机汞和甲基汞的影响

为了研究根表铁膜和硒对水稻吸收、转运不同形态的汞的影响,用Fe2+溶液诱导根表形成铁膜后,将水稻植株分别暴露于无机汞(Hg Cl2)、甲基汞(Me Hg Cl)、无机汞和亚硒酸钠(Hg Cl2+Na2Se O3)混合溶液、甲基汞和亚硒酸钠(Me Hg Cl+Na2Se O3)混合溶液的培养液中继续培养72 h。用DCB(dithionite-citrate-bicarbonate)提取根表铁膜,并用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定DCB溶液中Fe、Hg含量及水稻根、茎叶中Hg含量。结果表明:水稻根表铁膜对Me Hg Cl和Hg Cl2均有吸附,对Me Hg Cl的吸附作用高于Hg Cl2。根表铁膜的形成显著降低了汞暴露水稻根、茎叶中汞的含量;铁膜的形成也显著降低了Hg Cl2和Me Hg Cl从水稻根部到茎叶部分的转运效率。硒的存在可增加铁膜对Hg Cl2和Me Hg Cl的吸附,降低水稻对Hg Cl2和Me Hg Cl的吸收和转运。研究结果表明:根表铁膜和硒单独或联合作用能显著抑制水稻对无机汞和甲基汞的吸收和转运,进而可以减少汞在稻米中的蓄积。研究的开展对于提高汞污染区稻米的质量和保证粮食安全具有一定的现实意义。     

滏阳河河流水体中重金属污染特征及其对青海弧菌和斜生栅藻的毒性效应

为调查滏阳河水系的重金属污染状况,研究河流重金属污染对水生生物的毒性,根据河流结构、水文条件、排污口分布并考虑空间分布的均匀性,选取66个采样位点,采集河水及对应的表层沉积物样品,分析了样品中的重金属含量。用斜生栅藻和青海弧菌Q67作为模式生物,根据滏阳河水重金属污染较严重的邯郸近郊2号采样点采集水样的重金属含量配制系列重金属浓度的模拟河水进行重金属污染河水的生态毒性测试。结果表明,在全部66个采样点中,29个采样点河水重金属含量超过国家地表水III类水体重金属含量标准,主要污染元素是Hg、Pb、Cr、Zn。几乎所有采样点河水Mn和Fe含量都大大高于国家集中式生活饮用水地表水源地补充项目规定的标准限值。根据2号采样点河水样品中的重金属含量配成的模拟河水对青海弧菌Q67的EC_(50)值为6.65%,为毒性极强的污染物。模拟河水样品对斜生栅藻的抑制作用较小,在实验的最高浓度下(1 000倍河水重金属含量)暴露4 d尚未引起半数藻细胞死亡。随河水重金属浓度上升,斜生栅藻超氧化物歧化酶(SOD)活性总体上呈现先升高后降低的趋势,丙二醛(MDA)含量变化则与此相反,反映河水重金属污染可引起藻细胞的氧化损伤。叶绿素a和b含量则随暴露浓度的提高逐渐降低。在重金属浓度达到2号采样点河水的10%时,斜生栅藻叶绿素a含量已有显著降低,MDA含量显著升高,海河流域重金属污染对生态系统的影响应予以重视。河水发光菌Q67的生长抑制率、斜生栅藻的叶绿素a和MDA含量可以作为评估河流重金属污染生态危害的指标。