纳米银的植物毒性研究进展

纳米银因其具备良好的催化、超导性能及杀菌消毒活性,广泛应用于食品加工业及医药等领域,是目前市场上最为常见的金属纳米材料。纳米银的大量生产和应用大大增加了其向环境释放的机会,同时也增加了其对环境及人类健康的潜在风险。植物是生态系统中重要组成部分,纳米银可通过植物积累进入食物链,因此对纳米银的植物毒理学研究尤为重要。纳米银的植物毒性与其被植物体吸收、迁移及转化有关。它可影响植物种子的萌发、苗期的生理生化过程和细胞结构等营养生长,也影响植物的开花、结实等生殖过程,并影响DNA的稳定性。但目前纳米银的毒性是否由银离子引起尚未确定。     

纳米复合材料中纳米颗粒的释放行为及环境残留

纳米颗粒是粒径在1~100 nm之间的粒子,具有良好的导电、感光、传热等性能。为了更好地发挥纳米颗粒的作用,工业上制备出了各种工业纳米颗粒(ENPs),如SiO_2-ENPs、TiO_2-ENPs、Ag-ENPs、碳纳米管等。随着纳米技术的发展,通过添加ENPs的纳米复合材料因其优异的性能而被大量生产和使用,这就不可避免地导致了ENPs被不断地释放至环境中,使其在水、污泥、土壤、大气和生物体中的残留量逐渐增多,给环境带来了潜在的生态风险。文章在总结相关研究的基础上,综述了多种纳米复合材料(包括纳米复合纺织品、纳米复合护理品、纳米复合塑料制品、纳米复合涂料、纳米复合食品行业、纳米复合能源)中ENPs的释放行为及ENPs在环境中(水体、污泥、土壤、大气以及生物体)的残留特点。综述表明,ENPs的释放行为因纳米复合材料及ENPs的种类而异,且纳米复合材料的暴露方式、使用条件等均可影响其中ENPs释放的浓度及形态。另外,ENPs的释放导致其在环境中被频频检出,各类ENPs在水体、土壤、大气中的残留质量浓度在1 ng·L~(-1)~1 mg·L~(-1)不等。由于ENPs在一定条件下可对生态产生危害,其对环境产生的风险应引起重视。今后可在环境因素对纳米复合材料中ENPs释放的影响、释放的ENPs在环境中的迁移及分布、释放的ENPs与污染物的相互作用这三方面加强研究。     

砷在农作物中的累积及其耐受机制研究综述

砷污染在全世界已逐渐成为一个严峻的环境问题,砷污染地区农作物中砷的超量累积是砷流入人体最主要的途径之一,研究农作物对砷的累积特征及其耐受机制对如何减少砷在可食植物中的积累有着重要的意义。砷是植物非必需元素且对植物有很大的毒性,不同形态与价态的砷在环境中的迁移转化规律和对生物的毒性、可利用性也是不同的。农作物中的砷含量不仅与环境中砷的含量、形态有关,还与植物自身的特性有关;砷在较低浓度下会促进农作物的生长,这可能是砷处理杀死了危害植物的病菌而有利于植物的生长或是砷通过影响其他元素的吸收而间接促进植物的生长,高浓度砷则表现出对植物生长的抑制作用;植物对砷和磷、硅的吸收存在明显的竞争,增加土壤中磷、硅的供应可以有效减少农作物对砷的吸收;砷进入植物体后,植物可以通过砷还原、络合、隔离、甲基化等作用来降低砷毒性,提高植物对砷的耐受性。然而,由于农作物对砷的吸收、抗逆机制比较复杂,其对砷的具体还原机制、植物体内甲基砷的来源及其影响因素等,仍将是今后该领域的研究热点。     

植物砷吸收与代谢的研究进展

砷(As)作为一种植物非必需的类金属元素广泛存在于自然界中,砷过量摄人不仅会对植物生长产生毒害作用,而且在植物的可食部位累积并通过食物链对人体健康构成威胁.生长介质中的砷酸盐(五价砷)一般是通过磷酸盐转运蛋白被植物吸收的,而亚砷酸(三价砷)和没有解离的甲基化砷则主要是通过质膜上的水通道蛋白被植物吸收的.在植物体内五价砷...     

抗生素类兽药对植物和土壤微生物的生态毒理学效应研究进展

规模化养殖快速发展,常使用兽药来防治各种禽畜病害,导致大量兽药随动物粪便排出体外.含有残留兽药的粪便作为有机肥施入农田而造成土壤污染,对人类健康和生态系统产生潜在危害.养殖业使用的主要兽药种类为抗生素类药物,且用量逐年增加,目前土壤中兽药残留浓度范围为μg·kg-1级到g·kg-1级.在总结国内外及本课题组相关研究的基础上,论文较为系统地概述了兽药对植物生长和土壤微生物群落功能和结构的影响,探讨了今后兽药生态毒理学研究的主要方向.抗生素类兽药对植物和土壤微生物群落的影响受兽药种类、土壤因子(如有机质含量、矿物类型等)的影响.植物吸收抗生素类兽药可能是主动吸收过程,且大量在植物根系内累积,同时也可在植物地上部累积.抗生素类兽药极易诱导产生大量抗药菌,并可能诱导产生群落抗性(Pollution-Induced Community Tolerance,PICT),将对包括人类在内的生态系统健康产生深远影响.     

氧化石墨烯的环境行为和毒性效应研究进展

由于具有优异的光学、力学、电学特性,氧化石墨烯纳米材料被广泛应用于传感、航空航天、新能源、疾病诊断等方面。随着氧化石墨烯的大量生产和广泛应用,其对环境的健康风险也日益引起关注。阐明氧化石墨烯的潜在毒性效应及其作用机制,对于科学客观评价其对人体和生态环境健康风险具有十分重要的意义。文章在总结了纳米氧化石墨烯在不同环境介质中的迁移、转化行为基础上、系统综述了氧化石墨烯对水生生物、陆生植物、大鼠以及微生物的毒害效应并探讨了氧化石墨烯生物毒害效应的可能机制。研究发现,氧化石墨烯在环境介质中主要形成稳定胶体且具有难以降解和易于多介质间迁移等特点;同时,氧化石墨烯还可以进入藻类、鱼类、植物、大鼠以及微生物细胞内并引起氧化应激反应导致炎症发生、多种细胞器损伤和组织器官形态异常。此外,研究还发现纳米氧化石墨烯还会导致DNA氧化损伤和DNA断裂等遗传毒性和诱导生殖毒性相关的小RNA异常表达。因此,对不同环境介质中纳米氧化石墨烯的环境行为和毒性效应进行深入研究具有十分重要的意义。今后可在纳米氧化石墨烯的暴露定量分析,纳米氧化石墨烯与生物大分子间的交互作用及长期低剂量下纳米氧化石墨烯的毒性效应3个方面加强研究。文章可为进一步阐明氧化石墨烯的健康风险提供理论参考。     

砷对植物生长和生理生化的影响与机制综述

有色金属开采冶炼、工业排污及农业污水灌溉等导致大量砷(As)进入土壤,土壤砷污染问题日益突出。砷与磷(P)为同主族元素,具有相似的化学性质和化学行为,砷通过植物根系的磷转运蛋白被植物吸收。砷在植物体内竞争取代化合物中的磷,并与巯基结合导致蛋白失活,影响植物生长和正常生理代谢。然而亦有研究发现,一定浓度的砷可影响植物生理生化过程,并对植物生长产生促进作用。本文综述了砷在植物体内的含量与分布,重点阐述砷对植物生物量、营养元素吸收、生长代谢相关生理生化指标(内源激素、光合参数、丙二醛、抗氧化酶、渗透物质)及根际环境和植物促生菌群落的影响与机制,以期为理解砷促进超富集植物生长机制的研究提供理论基础,为挖掘可降低砷毒性和提高砷抗性的方法过程机制提供技术参考。     

面向人体暴露评价的植物中抗生素分析进展

抗生素通过动物粪便或生物固体的施用、再生水灌溉进入农业土壤后可以被蔬菜和粮食作物吸收,从而引起人体的被动暴露。为了评估抗生素对人体暴露的健康风险,需要基于植物样品,发展灵敏、稳定且针对性强的分析方法。本文综述了植物样品中抗生素残留分析的研究进展,重点介绍了样品提取、净化等前处理方法及其仪器分析方法,并对植物样品中抗生素分析的研究方向进行了展望。     

有机磷酸酯在植物体内的吸收、积累、迁移与转化研究进展

有机磷酸酯(organophosphate esters,OPEs)在各类环境介质中被频繁检出,且对生态系统和人体健康存在潜在危害,其环境归趋已成为环境科学领域的热点问题.植物作为陆生食物链的重要环节,也是污染物的重要存储体之一,关于植物体吸收、积累OPEs及其在植物体内迁移转化的研究,对明确OPEs的环境行为、评价其生态风险以及科学使用和管理具有重要意义.本文就近年来关于OPEs在植物体内归趋的研究进行汇总,综述了植物吸收OPEs的主要方式、积累以及OPEs在植物体内的迁移与转化行为及其影响因素,并展望了未来研究趋势和发展方向. OPEs主要通过被动扩散被根系吸收;辛醇-水分配系数(octanol-water partition coefficient,K_ow)是影响植物吸收、积累和迁移OPEs的关键因素,植物根系对lg K_ow值为3.5—9.5间的OPEs吸收速率更快;lg K_ow<3的OPEs更易通过植物木质部和韧皮部进行运输. OPEs在植物中的吸收、积累和迁移还受植物根系的蛋白质、脂质含量以及蒸腾能力等生...     

根系分泌物介导的土壤金属氧化物纳米材料对植物毒性作用的研究进展

金属氧化物纳米材料（metal oxide nanomaterials,MONMs）在生产生活中广泛应用,可通过各种途径进入到土壤中,对土壤生物（特别是植物）和人类健康造成威胁.根系分泌物（root exudates,REs）作为植物与外界进行物质交流的媒介,能够与MONMs发生相互作用而影响其生物毒性,这对于评估土壤中MONMs生态健康风险具有重要的意义.本文综述了土壤中MONMs的来源,并总结了REs与MONMs界面相互作用;着重介绍了REs介导下MONMs的植物毒性及其环境影响因素,并对未来的研究趋势进行展望.本综述可对MONMs的生态健康风险及其在环境中的潜在应用提供理论依据.     

镉在土壤-植物系统中的迁移转化及其影响因素

重金属镉(Cd)被列为环境污染物中最危险的五种物质之一。因其极易通过食物链在人体内积累并危害人体健康的特性，环境Cd污染尤其是土壤系统的Cd污染已成为国内外环境污染研究的热点，Cd在土壤一植物系统中迁移转化规律备受关注。本文概述了国内外土壤Cd污染研究现状；在已有研究的基础上，总结并阐述了影响Cd在土壤一植物系统中迁移转化的几个重要因素：土壤基本理化性质(pH值、有机质等)、Zn元素、P元素、陪伴阴离子Cl^-和SO4^2-，其中包括尚未被普遍认识的P元素和陪伴阴离子Cl^-和SO4^2-；并详细论述了各因子对Cd在土壤一植物系统中迁移转化的影响及其可能机理。     

全氟化合物污染现状及风险评估的研究进展

全氟化合物(polyfluorinated compounds,PFCs)是近年来受到广泛关注的一类新型持久性有机污染物。PFCs因具有优良的化学稳定性、耐热性以及高表面活性,而被广泛应用于生活消费和工业生产等领域。PFCs具有难降解、生物富集和长距离迁移等特点,已在大气、土壤和水体等环境介质及生物体中检出。在生态环境中,PFCs能够通过食物链不断传递放大,其具有的多种毒性效应已对生态系统和人类造成了一定的威胁。本文主要综述了PFCs在各类环境介质的污染现状、生物的毒性效应、人类摄入健康风险评估以及PFCs的降解研究,以期为未来PFCs的研究提供参考。     

Heavy metals,occurrence and toxicity for plants: a review

Metal contamination issues are becoming increasingly common in India and elsewhere, with many documented cases of metal toxicity in mining industries, foundries, smelters, coal-burning power plants and agriculture. Heavy metals, such as cadmium, copper, lead, chromium and mercury are major environmental pollutants, particularly in areas with high anthropogenic pressure. Heavy metal accumulation in soils is of concern in agricultural production due to the adverse effects on food safety and marketability, crop growth due to phytotoxicity, and environmental health of soil organisms. The influence of plants and their metabolic activities affects the geological and biological redistribution of heavy metals through pollution of the air, water and soil. This article details the range of heavy metals, their occurrence and toxicity for plants. Metal toxicity has high impact and relevance to plants and consequently it affects the ecosystem, where the plants form an integral component. Plants growing in metal-polluted sites exhibit altered metabolism, growth reduction, lower biomass production and metal accumulation. Various physiological and biochemical processes in plants are affected by metals. The contemporary investigations into toxicity and tolerance in metal-stressed plants are prompted by the growing metal pollution in the environment. A few metals, including copper, manganese, cobalt, zinc and chromium are, however, essential to plant metabolism in trace amounts. It is only when metals are present in bioavailable forms and at excessive levels, they have the potential to become toxic to plants. This review focuses mainly on zinc, cadmium, copper, mercury, chromium, lead, arsenic, cobalt, nickel, manganese and iron.     

基因工程改良植物对重金属污染土壤的修复

利用基因工程改良植物，调整植物吸收、运输和富集重金属的能力以及它们对重金属的耐受性，开拓了植物修复的新领域。到目前为止，已有成功改变这些特性的少数例子。例如，汞离子还原酶可以改善植物抵抗力和提取能力，金属巯基蛋白可增强植物对镉的耐受力，铁还原酶和铁蛋白可增加植物对铁的吸收量。文章综述和讨论了这方面的研究进展及方向。     

重金属对水生生物的生态毒理效应及生物耐受机制研究进展

近年来,随着国民经济的快速发展,重金属以其特有的性质而被大量的应用于生产生活当中,同时也由于各种原因造成了水体重金属污染现象。水体重金属污染不仅对水生生物的生长和繁殖造成了严重的威胁,同时也威胁到人类的健康。因此,重金属污染具有潜在的生态与健康风险。本文主要概括介绍了重金属对水生植物、动物、微生物的生态毒理效应以及水生生物对重金属的各种耐受机制,展望了重金属对水生生物生态毒理效应的未来研究重点和方向。     

Phthalate esters contamination in soil and plants on agricultural land near an electronic waste recycling site

The accumulation of phthalic acid esters (PAEs) in soil and plants in agricultural land near an electronic waste recycling site in east China has become a great threat to the neighboring environmental quality and human health. Soil and plant samples collected from land under different utilization, including fallow plots, vegetable plots, plots with alfalfa (Medicago sativa L.) as green manure, fallow plots under long-term flooding and fallow plots under alternating wet and dry periods, together with plant samples from relative plots were analyzed for six PAE compounds nominated as prior pollutants by USEPA. In the determined samples, the concentrations of six target PAE pollutants ranged from 0.31–2.39 mg/kg in soil to 1.81–5.77 mg/kg in various plants (dry weight/DW), and their bioconcentration factors (BCFs) ranged from 5.8 to 17.9. Health risk assessments were conducted on target PAEs, known as typical environmental estrogen analogs, based on their accumulation in the edible parts of vegetables. Preliminary risk assessment to human health from soil and daily vegetable intake indicated that DEHP may present a high-exposure risk on all ages of the population in the area by soil ingestion or vegetable consumption. The potential damage that the target PAE compounds may pose to human health should be taken into account in further comprehensive risk assessments in e-waste recycling sites areas. Moreover, alfalfa removed substantial amounts of PAEs from the soil, and its use can be considered a good strategy for in situ remediation of PAEs.     

生态毒理学教学专栏寄语

抗生素的长期滥用,使得环境细菌耐药性不断增强,加速了耐药基因(antibiotics resistance genes,ARGs)在环境中的传播扩散,并给饮用水带来健康风险。在介绍饮用水中抗生素和耐药基因污染现状的基础上,阐述了耐药基因在饮用水中的来源和归趋,对环境中抗生素和耐药基因的人体健康风险做了初步探讨,针对目前饮用水的污染现状,对今后有关饮用水中细菌耐药的研究进行了展望。     

Translocation and biotoxicity of metal (oxide) nanoparticles in the wetland-plant system

• Aquatic plants are more likely to absorb TiO₂ NPs that are beneficial to them. • Ag NPs inhibited the growth of aquatic plants under both 5- and 60-day exposure. • CeO₂ NPs had positive/negative impact on plant in 5/60-day exposure, respectively. • TiO₂ NPs presence could enhance the photosynthesis and increase the plant biomass. • The ENPs changed plant activity, which resulted in changes of wetland performance. Engineered nanoparticles (ENPs) threaten the environment through wastewater discharging. Generally, constructed wetlands (CWs) are efficient methods for ENPs removal. However, the biotoxicity of ENPs on plants in CWs is unclear. Here, we investigated the distribution and bio-impacts of different ENPs (Ag NPs, TiO₂ NPs, and CeO₂ NPs) in plants under 5- and 60-day exposure to 1 and 50 mg/L concentrations. Results showed that ENPs appeared in the vascular bundle and mesophyll cell space, which induced the variation in antioxidase activities (e.g., superoxide dismutase [SOD], peroxidase [POD], and catalase [CAT] activities) as well as overproduction of malondialdehyde (MDA). Additionally, Ag NPs inhibited photosynthesis rate and root activity during two exposure phases. CeO₂ NPs had positive and negative impacts on plants in 5- and 60-day exposure, respectively. Inversely, TiO₂ NPs enhanced photosynthesis and root activity under 60-day exposure. Finally, the contents of the C, N, and P elements in plants fluctuated in response to ENPs stress. All results have a positive correlation with the wetland performance under ENPs exposure except for TiO₂ NPs treatment. Overall, our study systematically reveals aquatic plants' responses to ENPs and provides a reference for building ecological treatment systems to purify wastewater containing ENPs.