纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化及生物效应研究进展

纳米金属颗粒的安全性是我国纳米产业发展亟需解决的重要课题,认识纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化和生物效应是其安全性研究的重要内容. 本文系统阐述了纳米金属颗粒在土壤中的迁移转化、在植物中的运输过程和机制以及在植物中的生物转化及其对植物的生物学效应,并在此基础上提出未来研究展望. 结果表明:①复杂的土壤环境(pH、离子强度、离子价态、温度、溶解性有机质)能够影响纳米金属颗粒在土壤中的迁移及其形态转化(吸附/解吸、分散/沉降、解离和氧化/还原);②纳米金属颗粒首先吸附在植物的根部,再通过质外体或共质体途经向植物内部转移,由木质部和韧皮部组成的维管系统进行转运;③根际分泌物以及植物体内的蛋白质与有机酸等对纳米金属颗粒在植物中的生物转化起到重要作用;④纳米金属颗粒可以通过引起氧化应激或抑制营养元素吸收对植物产生毒性效应. 为此,提出未来研究展望:建议重点关注纳米金属颗粒在土壤中形态转变过程的耦合效应,以及各赋存形态在植物体内的运输途径、生物转化过程机制及其对植物生物效应的贡献等.      

1,2,4-三氯苯对大蒜根尖分生细胞有丝分裂的影响

以大蒜根尖分生细胞为材料研究1,2,4-三氯苯(1,2,4-TCB)对有丝分裂的影响.结果表明,1,2,4-TCB使大蒜根尖分生细胞有丝分裂指数下降,且呈现明显的剂量-效应和时间-效应关系;1,2,4-TCB使有丝分裂前期细胞所占比例相对增加,中期、后期、末期细胞相对减少;与后期、末期相比,中期细胞的减幅更大;1,2,4-TCB各处理组的微核细胞发生率与对照组相比均没有统计学差异;双核细胞发生率在高浓度处理组与对照组相比,有极显著性的统计学差异(p＜0.01),并呈现一定的剂量-效应和时间-效应关系.研究表明,1,2,4-TCB对大蒜根尖分生细胞有丝分裂具有阻滞作用,并诱发有丝分裂异常的显著升高.     

海洋胶态物质的生物地球化学循环研究

对近年海洋胶态物质生物地球化学循环研究的进展做了综述.总结了生物影响效应领域的新技术、新成果.切向超滤技术在海洋学上应用促进了海洋胶态物质进一步研究.研究表明,海洋胶态物质的存在对海洋生物影响有着重要的意义,尤其是近岸海域海洋胶态物质有机物含量的增加促进了藻类的繁殖和生长, 甚至引发赤潮.胶态物质与金属及其他痕量元素的结合影响了其赋存形态及生物地球化学循环.近年来对胶态物质的生物可利用性的研究结果表明胶态物质对生物的金属可利用性有着重要的影响,使得人们重新考虑已发展建立的自由基活度模型(free ion activity model, FIAM);深入理解生物体内胶态物质的吸收和相关的生理过程将有助于海洋胶态物质的生态效应以及生物可利用性等方面的研究.     

毒代-毒效动力学模型及其在金属水生态风险评估中的应用研究进展

金属污染呈现出复合性、空间时间可变性、受环境因素等影响的特点。目前金属的水质基准及生态风险评价仍是以室内简化暴露条件(单一金属恒定浓度短期暴露)下的毒性数据为基础,忽视了实际环境中复杂的暴露特征,从而增加了重金属毒性预测与风险评估的不确定性。污染物的环境效应模型是环境基准和风险评估的基础和核心技术,目前常用的浓度(剂量)-效应模型是基于静态的统计关系所建立的,无法揭示污染物的效应过程,也不能有效进行复杂暴露条件下的生态效应评估。概述了近年来在环境与生态毒理学领域逐渐被广泛关注的毒代-毒效动力学(toxicokinetics-toxicodynamics,TK-TD)模型的基本概念及构建理论与方法,介绍了TK-TD模型在水环境重金属毒性预测及风险评估方面的应用研究进展,并对TK-TD模型的发展趋势进行了展望。     

铜和铅在污水鱼塘中鱼体内的蓄积

从天津污水鱼塘中采集了养殖的各种鱼,测定其鳃、肝、肾、肌肉等部位中的铜、铅蓄积量。并与水相金属形态化学平衡计算结果进行了比较。研究证实,铜、铅蓄积量在鱼体中呈对数正态分布,与不同鱼种无显著关系,但在各部位之间明显不同。由于吸收／排放的动力学差异,养殖后期鱼体中铅／铜蓄积比较中期低,反映了铅、铜相对蓄积速率的下降趋势。不同鱼塘鱼鳃的金属蓄积量与金属有效态含量呈正相关      

镉诱导华溪蟹不同组织金属硫蛋白表达及镉蓄积的研究

为了系统研究镉诱导华溪蟹不同组织(肝胰腺,腮)金属硫蛋白(MT)表达及镉蓄积状况,并探讨二者之间的关系,采用体外镉暴露法处理华溪蟹,用镉-血红蛋白饱和法和火焰原子吸收分光光度法(AAS)分别测定华溪蟹肝胰腺及腮中镉蓄积及MT表达含量.结果显示,暴露期间动物死亡率低于9.2%.体重未见显著变化.不同浓度镉暴露下.华溪蟹体内镉蓄积及金属硫蛋白表达具有明显组织差异,且呈现一定的时间-效应与剂量-效应关系.鳃中镉蓄积量高于肝胰腺且最高达到(15.41 ±3.21)μg·g-1;而肝胰腺中MT表达量高于鳃,最高达到(97.18±11.83)μg·g-1.通过鳃及肝胰腺中MT的镉结合率计算,显示肝胰腺中的镉可完全被MT结合,而鳃中镉蓄积量远远大于MT结合能力.     

镉锌在河南华溪蟹鳃中的吸收途径及亚细胞分布研究

采用火焰原子分光光度法检测了河南华溪蟹(Sinopotamon henanense)鳃中重金属镉、锌的含量,进而探讨了镉、锌两种金属在河南华溪蟹鳃组织中的吸收途径及亚细胞分布情况.实验首先运用Ca2+通道抑制剂三氯化镧(La Cl3)和巯基抑制剂N-乙烷基顺丁烯二酰亚胺(NEM)对河南华溪蟹预处理4 h,然后再用不同浓度镉(50、100、500μg·L-1)、锌(100、1000μg·L-1)分别处理7 d.实验结果显示,La Cl3仅抑制了鳃组织中镉的吸收,而NEM抑制了鳃组织中镉、锌的吸收.在亚细胞组分中,La Cl3降低了镉在细胞碎片和细胞器中的分布,NEM减少了镉在热稳定蛋白及锌在热变性蛋白部分的分布;两种抑制剂均增加了锌在金属富含颗粒部分的分布.实验结果表明,在河南华溪蟹鳃组织的不同亚细胞组分中,镉、锌两种重金属的分布具有差异,推测La Cl3和NEM均可调控镉的吸收,而NEM只调控锌的吸收.     

环境中的重金属

比重大于五的金属称为重金属。这类金属通常以不同含量分布在地壳的各个部分,金属含量特别高的地壳即称为金属矿。重金属具有不同的理化性质,它们在生物体内的效应则更是各种各样。很多重金属对生物体都很重要,即使它们在生物体内只有痕量存在也是如此。当某种重金属在给定浓度下能损害细胞生长或代谢作用时,即可认为这是有毒物质。几乎所有的重金属在高浓度下都是有毒的,有的即使在低浓度下也是剧毒物质。例如,铜是一种微量营养元素,对所有的有机物都是一种不可缺少的组分,但是,如果摄入的铜量超过了正常水平,即成为剧毒物质了。与铜一样,每种金属在生物体内都有一个适当浓度范围,一超出这个范围时即成为毒物了。各种金属的毒性取决于其进入生物体内的途径以及与之相结合的化学物质的组分。一种金属与有机化合物结合后,可增大或减小其对生物细胞的毒性效应。另一方面,一种金属与硫化合形成的硫化物,其毒性比这种金属的氢氧化物或氧化物的毒性小,因为金属硫化物在生物内比其氧化物更难溶解。金属的毒性来自: (1)当一种金属在生物体内以高浓度存在并超过了一定的时间; (2)当一种金属是以非一般的生物化学形式存在时; (3)当一种金属是以非正常途径被摄入生物体时。人们还不够了解,但却是相当重要的问题是某些金属的     

沉积和泥炭腐殖酸对金属的吸收作用

前言土壤、沉积矿床和天然水中存在的有机质主要是腐殖质。腐殖质在几种化学、地球化学和地质过程中起了主导作用。最近的一些研究阐明了这些天然产出的有机质在溶解不溶性盐类、金属阳离子、矿物和硅酸盐以及在其它有利条件下延迟金属的沉淀方面所起的巨大作用。腐殖质的金属螯合作用、阳离子交换和表面吸收性质已为人们所公认。目前,对改变影响金属迁移的氧化还原电位的有机-金属反应也有了报     

典型醛类污染物与细胞DNA分子的结合作用

为了研究甲醛、乙醛和丙烯醛等 3种典型醛类污染物与细胞DNA的结合作用 ,探讨其遗传毒性效应和机制 ,采用体外测试系统 ,应用紫外光谱移动法和高效液相色谱法研究结合位点 .结果表明 ,醛类污染物染毒细菌DNA紫外吸收峰位移不显著 ;但提取的细菌DNA与甲醛进行试管反应体系紫外位移显著 ;醛类污染物染毒真核细胞致DNA分子紫外吸收峰位移显著 ;乙醛与脱氧鸟苷酸的试管反应经NaBH₄ 还原后经HPLC分离检测 ,产物初步定性为N2-乙基鸟苷加合物 .说明 3种醛类污染物能够与细胞DNA结合而体现遗传毒性 ,鸟苷的N2位可能是共价加合的位点 .     

Monitoring of soil heavy metal pollution by earthworm

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｒｅｃｅｎｔｈａｌｆａｃｅｎｔｕｒｙ，ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｅａｒｔｈｗｏｒｍｓｈａｓａｌｍｏｓｔｂｅｅｎｌｉｍｉｔｅｄｔｏｒｅｇｉｏｎ，ｃｌａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｂｉｏｇｅｏｇｒａｐｈｙ，ｔｈｅｈｉｓｔｏｒｙｏｆｎａｔ...     

镍、锌、铝对羊角月芽藻(Selenastrum capricornutum)生长及酶活性影响研究

研究了不同浓度镍，锌，铝对常见绿藻羊角月芽藻生长速度，蛋白质含量，ＡＴＰ水平，葡萄糖－６－磷酸脱氢酶，酸性磷酸酶及硝酸还原酶活性的影响。结果表明３种金属离子在所试浓度范围内对羊角月芽藻的生长速度均有抑制作用，但单位藻培养物中蛋白质含量却随着金属离子浓度的增加而增加；高浓度金属离子对酶活性有明显抑制作用；藻细胞中ＡＴＰ水平随着金属离子浓度的增加而下降。     

镍、锌、铝对羊角月芽藻(Selenastrum capricornutum)生长及酶活性影响研究

研究了不同浓度镍、锌、铝对常见绿藻羊角月芽藻（Ｓ．ｃａｐｒｉｃｏｒｎｕｔｕｍ）生长速度、蛋白质含量、ＡＴＰ水平、葡萄糖－６－磷酸脱氢酶（Ｇ６ＰＤＨ）、酸性磷酸酶及硝酸还原酶活性的影响．结果表明３种金属离子在所试浓度范围内对羊角月芽藻的生长速度均有抑制作用，但单位藻培养物中蛋白质含量却随着金属离子浓度的增加而增加；高浓度金属离子对酶活性有明显抑制作用；藻细胞中ＡＴＰ水平随着金属离子浓度的增加而下降．提出金属离子对藻类生物产生影响的机理可能是：高浓度金属离子的存在，打破了生物最佳的各种营养元素生物可利用性的平衡．并讨论了藻类生长及生化活性对金属离子反应的相关性．     

Impact of industrial effluent on growth and yield of rice (Oryza sativa L.) in silty clay loam soil

Degradation of soil and water from discharge of untreated industrial effluent is alarming in Bangladesh. Therefore, buildup of heavy metals in soil from contaminated effluent, their entry into the food chain and effects on rice yield were quantified in a pot experiment. The treatments were comprised of 0, 25%, 50%, 75% and 100% industrial effluents applied as irrigation water. Effluents, initial soil, different parts of rice plants and post-harvest pot soil were analyzed for various elements, including heavy metals. Application of elevated levels of effluent contributed to increased heavy metals in pot soils and rice roots due to translocation effects, which were transferred to rice straw and grain. The results indicated that heavy metal toxicity may develop in soil because of contaminated effluent application. Heavy metals are not biodegradable, rather they accumulate in soils, and transfer of these metals from effluent to soil and plant cells was found to reduce the growth and development of rice plants and thereby contributed to lower yield. Moreover, a higher concentration of effluent caused heavy metal toxicity as well as reduction of growth and yield of rice, and in the long run a more aggravated situation may threaten human lives, which emphasizes the obligatory adoption of effluent treatment before its release to the environment, and regular monitoring by government agencies needs to be ensured.     

用分级方法评估土壤对重金属的缓冲能力

研究了不同Cd,Zn,Cu和Pb负荷对5种土壤(油黄泥土、棕红壤、红壤、石砂土和紫砂土)中的重金属形态的影响,分析了不同土壤对重金属的缓冲作用及其影响因素.结果表明,未污染土壤中的重金属主要以残余态为主,占土壤重金属总量的51%以上.随着土壤重金属负荷的提高,土壤中交换态重金属的比例增大,残余态比例下降,有效性提高,对重金属的缓冲作用下降.由于Cd,Zn,Cu和Pb本身的特性不同,土壤中各组分与Cd,Zn,Cu和Pb的结合方式及程度不同.当外源重金属进入土壤后,土壤对重金属的缓冲性为:Pb>Cu>Zn Cd,酸性土壤和砂质土壤的缓冲能力较低.当重金属加入量较低时,重金属优先向氧化物结合态和有机质结合态转化;而当加入量较高时,向交换态和碳酸盐结合态转化的比例增加.土壤pH下降可使交换态Cd,Zn,Cu和Pb的比例递增,降低土壤对重金属的缓冲性,增加了重金属对环境影响的风险.      

纳米材料对污水/污泥厌氧消化系统影响的研究进展

随着纳米技术的广泛应用,越来越多的纳米材料进入污水/污泥中,对污水/污泥的厌氧消化过程产生一定的影响。综述了纳米材料特性利用在厌氧消化过程中产生的影响(吸附还原重金属,作为电子供体提高厌氧消化效能,降解难降解有机物,减少硫化氢等),以及纳米材料可能对厌氧消化系统微生物的影响(释放金属离子毒性,通过吸附作用包被微生物细胞,破坏细胞膜,引起遗传物质损伤等)。提出最大限度降低纳米材料对厌氧消化系统微生物危害以及利用纳米材料特性促进污水/污泥厌氧消化过程的可行性。     

淡水环境中微塑料与重金属的“木马效应”研究进展

微塑料(尺寸<5 mm的塑料)作为全球备受关注的新兴污染物,广泛存在于淡水环境中.微塑料易迁移,难降解,且比表面积大,对重金属等多种污染物有富集作用,大大增加了其对环境和生态的潜在危害.因此,本文首先定义微塑料在淡水环境中携带重金属并共同迁移的特殊环境行为为“木马效应”.随后,从淡水环境中微塑料的来源与分布、微塑料对重金属的富集作用、微塑料与重金属木马效应对其共同迁移行为的影响以及微塑料和重金属木马效应的生物影响这4个方面对淡水环境中微塑料与重金属的木马效应及其作用机制进行了总结和阐述.结果表明,作为面源广的污染物,微塑料广泛存在于淡水环境中;淡水环境中微塑料对重金属存在吸附行为,不同环境下对单一重金属吸附程度不同,主要受微塑料、金属和环境等因素共同影响,在多种重金属离子存在时会有竞争吸附;微塑料与重金属的木马效应会影响其共迁移行为;淡水环境中微塑料与重金属的木马效应,往往加剧了其对水生生物的毒性.通过全面了解淡水环境中微塑料与重金属的木马效应及其作用机制,可有效降低微塑料与重金属在淡水环境中的生态风险和对人类健康的影响提供借鉴.     

膨润土粘土矿吸附重金属的研究

本文研究了膨润土粘土矿吸附溶液中重金属离子的能力。实验结果表明,在相同的条件下膨润土吸附溶液中重金属离子的次序是:Cu>Zn>Ni>Cd。吸附重金属后的膨润土可用NH_4~+溶液进行解吸。本文提出利用较廉价的天然膨润土粘土矿作为离子交换剂来处理含重金属离子的工业废水。     

转小鼠金属硫蛋白-Ⅰ基因聚球藻7002净化重金属废水的研究

以转小鼠金属硫蛋白-Ⅰ基因(mMT-I)聚球藻7002为对象,研究了其在含Cd2 、Pb2 和Hg2 的培养基中的生长特性及其对重金属的净化性能.结果表明,无论从生长速率还是对重金属的耐受特性来看,转 m MT-Ⅰ聚球藻7002均明显优于野生藻;随着培养进程的延续和细胞浓度逐渐提高,体系中Cd2 、pb2 和Hg2 的浓度逐渐降低,降幅最大的时间约在试验开始后1-3 d左右;经3 d培养,转mMT-Ⅰ聚球藻细胞对Cd2 、pb2 和Hg2 的净化率分别为63.90%、65.99%和96.27%,吸附量分别为10.75、58.89和112.61 mg·g-1,而野生聚球藻的吸附量分别为3.40、27.01和1.12 mg·g-1,前者分别是后者的3.16、2.18和100.45倍;并建立了操作时间和细胞浓度对净化率的单因子模型,以及总括动力学模型方程,模型对实验结果拟合良好.     

骨炭修复重金属污染土壤和降低基因毒性的研究

采用分级提取的方法研究了施加骨炭对污染土壤重金属的固定效果,结果表明,土壤施加10 mg·kg^-1骨炭后水溶态、交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态Pb的浓度都显著下降;而加入骨炭后土壤有机结合态Pb的浓度显著上升,表明骨炭可以吸附、固定土壤中的Pb,改变Pb的化学形态,降低Pb的生物可利用性.加入骨炭后土壤中水溶态和交换态Cd的浓度都显著下降,残渣态Cd的浓度明显上升.骨炭处理对土壤中Cu化学形态的影响和Pb相似,表明骨炭可以吸附固定土壤中的Cu.骨炭处理对Zn也有一定的固定效果,降低了土壤中水溶态的Zn.采用植物彗星实验研究了施加骨炭对土壤基因毒性的影响,表明加入骨炭后减轻了污染土壤对洋葱根尖细胞的DNA的损伤,降低了土壤污染对植物的基因毒性.生物评价和化学评价的结果均表明骨炭是重金属污染土壤的有效修复剂,能有效降低污染土壤中重金属的生物有效性和对植物的毒性.