重金属人体生物有效性、吸收及毒性研究中的肠道细胞模型

重金属污染对人体健康产生极大威胁,因而备受关注.肠道吸收是人体重金属暴露的主要途径之一,因此,重金属的生物有效性、肠道吸收过程和毒性研究成为当前的研究热点.体外胃肠模拟法和动物模型被广泛用于重金属的相关研究,然而体外胃肠模拟法缺少人体肠道细胞成分,动物模型与人体存在着物种差异且实验成本高.鉴于此,研究者开发了能够部分模拟人体肠道上皮功能的体外肠道细胞模型.此模型作为研究生物有效性的重要工具,能模拟肠道对重金属的吸收转运过程,并能够结合分子生物学等技术、采用多学科交叉的研究方法探索重金属的肠吸收和肠毒性的分子机制.本文系统介绍了人肠上皮的结构功能、肠道上皮细胞对重金属吸收转运机制、肠道细胞模型的发展及其在重金属相关研究中的应用与优缺点,总结了肠细胞模型功能验证指标和优化方法.同时,还对肠道微流控培养系统(芯片肠道)和肠类器官等三维肠细胞模型技术的最新进展进行了介绍和展望.     

根际促生菌影响植物吸收和转运重金属的研究进展

土壤重金属污染对生态环境和人类健康造成严重危害,使得土壤重金属污染修复成为全球关注的研究热点之一。根际土壤中存在着数量和种类丰富的微生物种群,是根际环境中最重要的生物因素。重金属污染土壤中根际微生物与植物根系以及土壤形成特殊根际微环境,影响植物重金吸收、转运过程。根际促生菌通过产生植物生长激素类物质促进植物生长,改变根际微环境中重金属元素生物有效性,增加修复植物重金属吸收量,强化重金属污染土壤植物修复效率。近年来,根际促生菌强化重金属污染土壤植物修复效率相关研究文献数量迅速增加,最新研究成果表明:根际促生菌通过菌体表面活性基团吸附,诱导植物系统抗性(ISR),激活植物抗氧化酶活性,分泌高亲和性铁载体(Siderophores)增加根际铁供给量,竞争性抑制重金属元素的根系吸收,改变植物重金属的吸收、转运及胞内分布过程,抑制重金属元素向植物地上部分转运,同时增加农作物产量。文章对根际促生菌影响植物重金属吸收﹑转运最新研究进展进行综述,提出根际促生菌原位定殖,重金属元素亚细胞分布和重金属吸收、转运分子调控机制等方面的深入研究,将有助于进一步阐明重金属污染土壤植物根际促生菌-植物相互作用机制。通过根际促生菌调控农作物可食部分重金属的累积量,为实现中低污染农田安全生产与修复研究提供新思路。     

农田离子型新兴有机污染物的作物吸收、分布和转化机制研究进展

农田新兴有机污染物可通过作物吸收进入食物链从而威胁人体健康,其中,离子型新兴有机污染物(ionic emerging organic pollutants, IEOPs)因挥发性较弱、极性强而具有更为复杂的环境行为,因此,了解作物对IEOPs的吸收转化过程及机制,对明确IEOPs在农田系统中的归趋具有重要意义。该文综述了作物对IEOPs的吸收转运过程,重点介绍了IEOPs自身理化性质与作物组成、转运蛋白、调控基因等因素对该吸收转运过程的影响;从器官、组织和亚细胞等不同水平分析了IEOPs在作物中的累积分布规律;介绍了IEOPs在作物体内的酶促转化机理;最后,从加强IEOPs吸收机理研究、完善预测模型和关注作物体内转化机制等方面对该研究领域进行展望。     

重金属影响中枢神经系统的微生物-肠-脑轴途径

人类生产活动排放出的过量重金属直接危害人体健康.目前,有关重金属诱导中枢神经系统疾病发生的研究受到越来越多的关注,经胃肠道吸收是重金属进入人体的主要途径之一,而肠道作为人体内最大的微生态系统,对维持神经系统的正常功能具有重要的生物作用.本文对表征肠道微生物多样性改变的测序方法,以及环境中广泛存在的重金属锰(Mn)、铅(Pb)、镉(Cd)、砷(As)通过影响微生物-肠-脑轴造成神经系统疾病的潜在机制进行总结,并对重金属等污染物基于肠道微生物引发神经系统疾病的预防和治疗进行展望.     

食物中重金属的生物可给性和生物有效性的研究方法和应用进展

食品安全问题是直接关系到人民健康的重大民生问题。随着民众生活质量的不断提升,人们对食物质量的关注度越来越高。目前,重金属污染问题是食品安全的一个重要议题。而且,食物中重金属的生物可给性和生物有效性的测定结果已逐渐代替重金属的全量结果进行评价。因此,本文系统介绍了生物可给性和生物有效性的定义及相关关系,综述了生物可给性和生物有效性的多种研究方法的适用性及优缺点,并着重论述了饮食习惯和肠道微生物对重金属生物可给性和生物有效性的影响。研究结果表明：研究者应根据自己的研究目的选择不同的体外消化方法,饮食习惯和肠道微生物均极大的影响着食物中重金属的生物可给性和生物有效性。最后,本文对食物中重金属的生物可给性和生物有效性的研究提出了几点展望：一、需加强食物中重金属复合污染的研究;二、进一步加强肠道微生物对食物中重金属的生物可给性和生物有效性的影响的研究;三、特别需加强中式饮食习惯下对食物中重金属的生物有效性的影响的研究。     

植物对土壤重金属镉抗性的研究进展

各种人类活动,如采矿、制革、冶炼、污水灌溉等引起土壤和水体重金属污染,严重威胁着植物生长和人类健康。重金属镉污染是其中最常见的一种。该文描述了受重金属镉胁迫时植物的生理机制及各种抑制表现,如线粒体的裂解,细胞的生长分裂、水分的吸收、光合作用受到抑制等;同时也从微生物和细胞分子生物学方面分析了植物对重金属胁迫的应对策略,它依赖于植物本身和周围生存微环境的通力合作,主要包括降低对重金属的利用、控制重金属的吸收、螯合重金属、促进重金属的排出、区室化重金属和对重金属诱导的活性氧基团进行解毒等几条途径。另外,植物体对土壤环境中重金属镉的吸收、转运和解毒是一个精密的调控过程,参与重金属吸收和排出的转运蛋白在整个调控过程中发挥关键作用,参与了吸收、螯合、区室化和代谢利用等关键步骤。非必需重金属转运蛋白分重金属吸收蛋白和重金属排出蛋白2大类,吸收蛋白主要有AtNRAMP、ZNT和OsIRT等,能够通过某一种或几种阳离子转运载体蛋白运输至植物体内;排除蛋白主要包括P1B型ATP酶、阳离子转运促进蛋白家族(CDF)和三磷酸结合盒转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC转运蛋白)3大蛋白家族,主要将重金属转运出细胞质或者将重金属转运进入植物体内的细胞器,转运蛋白在植物耐受重金属胁迫中起着积极的防御作用。该文探讨了植物对重金属镉胁迫的各种抗性机制,可为土壤重金属镉污染的修复如微生物修复、植物修复等提供一定的理论依据和应用指导。     

食物中重金属的生物可给性和生物有效性的研究方法和应用进展

食品安全问题是直接关系到人民健康的重大民生问题。随着民众生活质量的不断提升,人们对食物质量的关注度越来越高。目前,重金属污染问题是食品安全的一个重要议题。而且,食物中重金属的生物可给性和生物有效性的测定结果已逐渐代替重金属的全量结果进行评价。因此,本文系统介绍了生物可给性和生物有效性的定义及相关关系,综述了生物可给性和生物有效性的多种研究方法的适用性及优缺点,着重总结了饮食习惯和肠道微生物对重金属生物可给性和生物有效性的影响,指出研究者应根据自己的研究目的选择不同的体外消化方法,饮食习惯和肠道微生物均极大地影响着食物中重金属的生物可给性和生物有效性,并在此基础上对食物中重金属的生物可给性和生物有效性研究今后的发展方向进行了展望。     

受污染土壤中重金属的蚯蚓生物有效性评估研究进展

生物有效性能够反映重金属的迁移性及其生物可利用性,在重金属污染土壤稳定化修复后评估中受到广泛关注。为了将生物有效性更好地应用到稳定化后评估过程中,系统地归纳总结了土壤中重金属对蚯蚓的生物有效性评估方法,该方法与多种化学试剂浸提之间的对应关系,以及影响生物有效性评估的相关因素。建议在化学浸提基础上结合生物有效性评估方法对重金属污染土壤稳定化修复效果进行评估。     

秸秆生物炭吸附/钝化土壤重金属的过程机理与影响因素

土壤重金属污染因其隐蔽性、滞后性及对环境和人体健康的危害性,已引起广泛关注。生物炭因具有较大的孔隙率、比表面积及丰富的表面官能团,常用来修复重金属污染土壤。秸秆作为农业废弃物,将其制备为生物炭是其资源化利用和减少环境污染的有效途径。因此,本文综述不同秸秆生物炭的原料、制备技术和改性方法等对吸附重金属的影响,探讨其对重金属的吸附机理以及修复重金属污染土壤实际应用效率与影响因素,包括：(1)秸秆种类及制备温度对生物炭特性和重金属污染土壤修复效率的影响;(2)秸秆生物炭吸附/钝化土壤重金属的过程与机理;(3)可提高生物炭修复重金属污染土壤效率的改性技术及其实际应用效率和影响因素。并结合秸秆生物炭制备和应用中存在的问题提出展望,以期为提高秸秆生物炭在重金属污染土壤修复效率,实现农业废弃物资源化回收利用,减少环境污染提供理论基础和技术参考。     

典型环境污染物对肠道菌群的影响及机制研究进展

随着环境污染日益严重,国内外有关环境污染物导致健康风险的毒性机制研究已引起广泛关注.然而,环境污染物对机体肠道菌群结构、功能的改变及其对毒性效应的调控作用研究尚处起步阶段.本综述在归纳近年来国内外人体及模式生物的肠道菌群研究进展的基础上,重点阐述了以重金属污染物、微纳米颗粒污染物、持久性有机污染物以及抗生素为代表的典型...     

农田土壤镉生物有效性及暴露评估研究进展

随着工业化和城市化进程的发展,我国在农田土壤污染领域面临较大挑战,其中镉(Cd)为最优先控制元素之一。农田土壤Cd污染风险类型为健康风险,其主要暴露途径为经土壤-植物系统,并经膳食进入人体。在当前的土壤Cd风险评估中,一般不考虑生物有效性问题,这使得风险评价中实际暴露评估的不确定性普遍偏高。所以,近年来欧洲国家有许多研究者提出将生物有效性因素放在土壤污染物风险评价框架内。基于此,本文立足于农田系统,并从土壤、植物、污染物及环境因素等4个方面详细综述了农田土壤Cd生物有效性的影响因素及其作用机理。其次,分别综述了近年来土壤Cd生物有效性预测模型和土壤Cd膳食暴露评估模型研究进展。最后,分析了我国土壤重金属风险评价中存在的不足,并对农田土壤Cd暴露评估发展态势和研究方向进行了初步预测,以期为农田土壤Cd健康风险评估及安全基准研究提供一定参考。     

城市污泥中重金属镉对苏云金杆菌发酵的影响机制

为揭示苏云金杆菌（Bacillus thuringiensis,简称Bt）富集重金属的可行性,考察重金属对Bt发酵的影响,以生物毒性较大的重金属镉（Cd）为研究对象,以城市污泥为培养基,研究了添加Cd（II）对Bt生长和晶体蛋白合成的影响,分析了Bt发酵过程中Cd有效态质量浓度的变化,利用傅立叶红外光谱（FTIR）和X线光电子能谱（XPS）初步探讨了Cd（II）在Bt表面吸附的作用机制。结果表明：培养基中外加Cd（II）对Bt生长的影响主要取决于Cd有效态质量浓度,污泥培养基在支持Bt生长和降低重金属有效态质量浓度上均明显优于常规培养基;Bt对Cd（II）有较好的耐受性,当Cd有效态质量浓度在20 mg.L-1以下时,Bt能较好地完成生长代谢过程;光谱学分析表明Bt对Cd（II）有少量吸附,吸附位点主要为羟基,少量C=O基团也可与吸附反应,可有效降低重金属的生物有效性。     

植物修复土壤重金属污染中外源物质的影响机制和应用研究进展

重金属进入土壤后难以被降解,并通过食物链在生物体内富集,长此以往会导致中毒、癌症、畸形、突变,严重影响了人类生产活动及地球生态系统的稳定。植物修复技术是一种经济有效的重金属污染修复技术,其依靠超富集植物强大的自身抗性机制,从土壤中提取或稳定重金属,达到污染治理的目的。然而修复土壤重金属污染的超富集植物通常生长缓慢、生物量低,其抗性机制也会受到植物本身对重金属胁迫的阈值限制,当胁迫超过这个阈值,植物修复的效率就会大大降低甚至失去修复功能。文章在解析植物重金属相互作用机制的基础上,综述了添加外源物质对重金属毒害植物的缓解效应以及其在强化植物修复土壤重金属污染中的应用研究进展;介绍了应用外源物质调控植物吸收转运重金属的3种途径,分别为提高土壤重金属生物利用度、促进植物生长以及增强植物耐性。提出了应用外源物质作为强化植物修复措施的潜力及今后的研究方向,其未来的研究应着重于以下方面:明确外源物质的应用浓度、时期、方式与植物吸收转运重金属之间的关系;从植物内源激素及信号分子间的互作、抗逆基因表达、内生及根际微生物等不同层面上揭示外源物质对植物积累重金属的调控机理;开展外源物质与其他植物修复强化技术的联合应用研究。这些研究可为土壤重金属污染的植物修复技术及其强化措施研究提供科学依据,同时也对植物修复工程技术的发展实践具有一定的指导意义。     

PM10中重金属的提取方法及生物可利用性研究

分别运用模拟生物提取法与化学连续提取法对PM10标准参考样品城市源（NIST-1648A）和工业源（BCR-038）中6种重金属（Cd、Co、Cu、Mn、Ni、Pb）质量分数及赋存形态进行分析。其目标是验证2种提取大气固体颗粒物中重金属方法的有效性,并比较2种方法的优缺点,为将来提取PM10中重金属的方法选取提供依据。模拟生物提取法中,使用Gamble溶液模拟人体肺液对 PM10样品进行溶解,实验方法操作较为简单快捷;化学连续提取法中,不同溶解步骤则可确定重金属的不同赋存形态。在需要快速确定 PM10中某种重金属总量时,应优先使用模拟生物提取法。化学连续提取结果表明,城市源PM10中重金属赋存形态分布没有统一规律,工业源PM10中重金属多以残渣态存在。通过对2种来源的PM10样品中重金属生物可利用性分析,城市源的大气颗粒物对人体的毒性更大,其中标准参考样品城市源 PM10中生物可利用性较高的是重金属Cd（BIBio为61.65%±3.45%;BISE为69.02%±3.82%）和Cu,最低的是重金属Co和Pb;标准参考样品工业源PM10中重金属的生物可利用性最高的是Cd（BIBio为27.66%±1.52%;BISE为15.05%±2.13%）,而Ni、Co和Pb的生物可利用性较低。     

水稻重金属污染研究进展

从水稻植株和籽实对重金属的吸收富集规律、重金属的分析方法、重金属的赋存形态、受重金属污染后水稻的生理生化效应等四个方面，介绍了水稻中重金属污染的研究进展，并对今后控制水稻受重金属污染的方向提了一些建议。     

基于地理探测器的土壤重金属影响因子分析及其污染风险评价

地理探测器能快速定量化揭示驱动重金属含量影响因素的强度,这对于重金属空间预测模型构建变量的确定和土壤污染修复措施的精准实施具有重要意义.利用地理探测器模型,对5种土壤重金属元素Cu、Zn、Pb、Cr、Ni的空间分布和11种环境因子的交互作用进行定量评估,通过单因子指数法进行重庆市土壤重金属污染风险评价.结果表明:研究区...     

修复植物生物解吸脱除重金属实验研究

以天津市公路绿化带大叶黄杨为修复植物,采用生物解吸法及火焰原子吸收分光光度法,研究了标准筛筛径、浸泡温度、浸泡时间、真空度和减压时间对脱除材料内重金属Cr、Cu、Zn和Pb的脱除作用。结果表明,真空度、浸泡时间对Cr、Cu、Zn和Pb的脱除作用较明显,减压时间对Cr、Cu、Zn和Pb的相对脱除率最为显著。Zn和Cu的迁移性较高,调节各操作参数对脱除Zn、Cu的作用较明显,其平均脱除值和平均脱除率均较高。本底值高低对脱除Zn、Cu和Cr、Pb影响较大。Cr和Pb对筛径和减压时间敏感性较强,对浸泡温度、浸泡时间及真空度敏感性较差。认为基于生物解吸法通过选择适宜的操作参数对脱除修复植物内部分重金属有积极的作用。     

南京近郊主要森林类型对土壤重金属的吸收与累积规律

研究了南京近郊针、阔叶树种杉木(Cunninghamia lanceolata)、麻栎(Quercus acutissima)对重金属元素铬、铜、镍、铅、锌的吸收和累积规律.研究结果表明,5种重金属元素在2种林分的枯落物层含量均高于灌草层和乔木层各部位,但由于乔木层生物量较大,重金属元索在2种森林生态系统中主要储存在乔...     

Association between heavy metals and antibiotic-resistant human pathogens in environmental reservoirs: A review

Heavy metals can act as co-selecting agents and promote antibiotic resistance. Most frequent resistances to heavy metals are observed for zinc and cadmium. P. aeruginosa and E. coli are commonly resistant to heavy metals and antibiotics. Heavy metals proliferate antibiotic resistance through co- and cross-resistance. Heavy metal and antibiotic resistances are common near anthropogenic activities. Antibiotic resistance in human pathogens can proliferate under selective pressures. Heavy metals in environmental reservoirs may contribute to selecting antibiotic-resistant strains. To determine the associations between heavy metals and antibiotic resistance, a literature review was conducted to systematically collect and categorize evidence for co-occurrence of resistance to heavy metals and antibiotics within human pathogenic bacteria in water, wastewater, and soil. In total, 42 publications adhered to inclusion criteria. Across the reservoirs, zinc and cadmium were the most commonly observed heavy metals associated with resistance to antibiotics. Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli were the most commonly studied bacteria with reported co-occurrence of resistance to several heavy metals and antibiotic classes. As co-selecting agents, prevalence of heavy metals in the environment can proliferate resistance to heavy metals and antibiotics through co-resistance and cross-resistance mechanisms. In comparing different reservoirs, soils and sediments harbor higher heavy metal and antibiotic resistances compared to water environments. Additionally, abiotic factors such as pH can affect the solubility and hence, the availability of heavy metals to bacterial pathogens. Overall, our review demonstrates heavy metals act as co-selecting agents in the proliferation of antibiotic resistance in human pathogens in multiple environmental reservoirs. More studies that include statistical data are needed to further describe the exposure-response relationships between heavy metals and antibiotic resistance in different environmental media. Moreover, integration of culture-based and molecular-based methods in future studies are recommended to better inform our understanding of bacterial co- and cross-resistance mechanisms to heavy metals and antibiotics.     

Review of the application of quantum dots in the heavy-metal detection

Heavy-metal contamination is a major concern, as excessive heavy metals produce environmental pollution, and the cumulative effects of heavy metals in vivo pose a major threat to human health. There is an urgent need for a rapid, sensitive, and efficient method for detecting heavy metals. Quantum dots (QDs) are in the category of semiconductor nanocrystals whose radii are less than or close to the exciton Bohr radius. QDs possess a potential in the biological and medical fields to function as a new type of fluorescent marker, because of their unique and tunable photophysical properties, which include broad excitation spectrum, narrow emission spectrum, tunable emission wavelengths, and negligible photobleaching. In recent years, QDs made significant progress in quantitative analysis by providing a new approach for determination of chemical content analysis. The aim of this study was to review the research progress of QD detection of heavy metals in water and consider the challenges and future outlook for QD-based sensors for heavy-metal ions.