2022年重金属镉毒性作用机制研究报告进展 .pdf

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1、个人资料整理仅限学习使用重金属镉的毒性作用机制研究进展环境科学 11级 龙家寰 2018021256 摘要：近年来，随着工业三废排放和污水污泥农用的增多，土壤镉污染问题日益严重，而土壤中过量的镉会对作物产生毒害，尤其是在可食部分的残留将会通过食物链危害人类的健康。本文综述了镉的危害，归纳了影响镉在土壤中的生物毒性的主要因素, 如土壤性质、复合污染及植物种类等。关键词：镉，生物毒性机制，土壤镉污染Abstract:In recent years,cadmium pollution of soil is increasingly serious with the growing of three

2、industrial wastes and sewage sludge agricultural use.However,excessive cadmium pollution of soil can poison the crops,especially residual in the edible parts.And humans may be endangered by the poisoned crops through food chain.The review has summarized the harm of cadmium and conclude the main fact

3、ors of the biotoxicity of the cadmium in soil,e.g.soil property,soil combined pollution of other heavy metal and floristics.Keywords:Cadmium,biotoxicity,Cadmium pollution of soil随着现代工业的迅猛发展，环境污染对人体健康的影响日益严重，有关环境有毒物质对机体的毒性作用及其机制的研究受到普遍关注。镉作为一种重要的工业、环境污染物，因其对环境水、空气和土壤的污染而在动植物体内蓄，最终导致对人类健康的危害。镉的环境污染问题自

4、20世纪 20年代就已伴随锌的生产开始出现，但直到1968年在日本的富山县神通川流域出现了痛痛病之后，有关镉污染及其生物毒性问题才真正引起全世界的关注。镉污染问题已受到世界各国高度重视，美国毒性管理委员会(ATSRD 已把镉列为第六位危害人体健康的有毒物质 也把镉列入重点研究的环境污染物，世界卫生组织(WTO 则将其作为优先研究的食品污染物。1.重金属镉镉位于周期系第II B 族，是一种灰色而有光泽的金属，原子量为112.41 ，密度为8.642g/cm3, 镉的熔点为 321.03，沸点为 765，有延性和展性，可弯曲。镉的化合价为2，常温下镉在空气中会迅速失去光泽，表面上生成棕色氧化镉，可

5、防止镉进一步氧化。镉不溶于水，能溶于硝酸、醋酸，在稀盐酸和稀硫酸中缓慢溶解。镉盐大多数为无色, 但硫化物为黄色或橙色。镉(Cd是生物毒性最强的重金属元素，在环境中的化学活性强，移动性大，毒性持久，容易通过食物链的富集作用危及人类健康，对人体具有三致( 致病、致癌、致突变 作用，能诱发肾衰变、关节炎、癌症等病Moreno C J,2000 。MoriartyF,1999）。有毒的镉化合物有: 醋酸镉 , 硫酸镉 , 硝酸镉 , 氰化镉 , 氯化镉 , 溴化镉 , 碘化镉 , 硫化镉 , 氧化镉 , 硒化镉 , 邻氨基苯甲酸镉等。其中除硒化镉、硫化镉和氧化镉极微溶于水外, 其余都溶于水。土壤中的镉

6、分为可溶性和非水溶性两大类，二者在一定条件下可相互转化。形态与其在植物体内迁移能力大小有关，其活性还与土壤的氧化还原环境有关.镉在自然界中分布很广, 但是其含量微小。镉在海水中的浓度为0.11 g/kg ，河流湖泊的水中为 1-10g/kg ，最大的镉浓度可达130g/kg 。空气中的镉含量为0.002-0.005g/m3,土壤中镉含量为1mg/kg以上 任继平等， 2003）。镉在自然界以硫镉矿存在, 并常与锌、铅、铜、锰等矿共存, 一般以 CdS 和 CdCO3的形式存在于锌矿中, 含量介于 0.01%-0.5%之间，所以在这些金属的精练过程中都排出大量的镉, 污染环境。2.2 我国的镉污

7、染现状我国是重金属丰产国家, 镉污染现象也相当严重王夔， 1996）。污水灌溉、采矿、冶炼等活动导致镉进入环境, 不但影响水体和土壤质量, 对生态系统造成风险危害, 还直接影响农产品安全质量, 并通过食物链传输威胁人体健康宋玉芳等， 2002）。我国土壤存在严重的镉污染问题，特别是土壤大面积的镉污染，土壤镉污染面积约为13300hm2，土壤镉含量在 1-5mg/kg-1，有的甚至高达10mg/kg-1崔力拓， 2006）。镉污染作为新的污染源, 集约化农业、畜牧业的生产过程使土壤镉污染面积呈增加的趋势，同时土壤中镉污染存在低剂量长暴露的生态风险，这就另土壤中镉带来的危害更大。采矿业、冶金等工业

8、废水的不合理排放、工业污泥的农田施用、污水灌溉及磷肥施用等都会造成土壤中的镉累积。随着我国工业的发展，由于化肥、农药和污泥的大量施用，工业废水的排放和重金属的大气沉降的日益增加，农田中重金属的含量明显增加，土壤镉污染状况势必越来越严重。3.镉的危害3.1 镉对植物的影响镉是植物生长的非必需元素，当植物体内的镉积累到一定程度时，植物就会表现出毒害症状，镉毒害阻碍植物根系生长，抑制水分和养分的吸收，引起一系列生理代谢紊乱 。镉可与酶活性中心或蛋白质中巯基结合，还可取代金属硫蛋白中的必需元素( Ca2+、Mg2+等 ，导致必需元素的缺乏，从而干扰细胞正常代谢过程。虽然镉是植物非必需元素，但镉是植物易

9、累积的毒物，植物对镉既可被动吸收也有代谢吸收( 毕淑芹等 ,2006. 镉离子对某些化合物的巯基(SH 具有很强的亲合力，同时对蛋白质的其它侧链和磷酸盐功能团也具有一定的亲合力，从而使镉易集中在植物的蛋白质颗粒中，进而对动物和人体产生危害。镉在植物体中主要以与蛋白质结合的形态存在，通过干扰酶活性影响作物生长发育，造成植物生化过程紊乱，从而造成危害。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用3.2 镉对人体的影响镉主要是通过饮食与呼吸进入体内。大量吸入高浓度原镉烟雾和粉尘后数小时就会出现急性镉中毒症状，

10、中毒者表现出喉痛、头晕、头痛、恶心、呕吐、咳嗽、胸痛和呼吸困难等呼吸道感染症状。大剂量镉中毒可以造成肺水肿和肾皮质破坏性变化，严重者可因心肺功能受损而死亡。很少量镉进入人体也能造成慢性中毒，这是因为镉很难被机体降解和排泄 , 而且镉在体内的半衰期长达10-35年，是已知的最易在体内蓄积的环境污染毒物。镉在体内长期累积主要分布在肝、肾、胰腺、甲状腺和骨骼中，造成机体器官一系列损伤反应，同时还可能引起细胞癌变和突变朱善良等， 2006）。镉可与锌蛋白酶发生亲合反应，使那些需要锌的酶的生理功能受到干扰，降低其生物活性，使人易患糖尿病等疾病，而且还会使人严重缺锌，诱发多种癌症Johannes G,20

11、06 ）。研究资料表明. 镉污染区居民即使脱离镉污染的环境20年以后 , 体内镉的含量仍然处于较高的水平, 体内所蓄积的镉仍可加速骨脱钙, 导致骨密度降低, 骨质疏松 .形态分析和生物有效性关系十分密切。生物有效性是研究不同的形态被生物吸收或在生物体内积累的过程, 形态分析是生物有效性的基础, 生物有效性是形态分析在研究领域的具体延伸 , 形态分析发展制约着生物有效性的发展单孝全等， 2001）。由于重金属存在的形态是由络合剂、pH值、氧化还原条件Eh ）等控制参数决定(CAIXuyi,1997）。当这些环境因素变化时，土壤重金属的形态含量及其分布发生一定变化，重金属生物可利用性也随之变化 雷

12、鸣登， 2007）。4.1 土壤性质在性质差异很大的不同类型土壤中，植物镉含量与土壤总镉含量之间并不存在确定的相关关系，原因是镉的生物有效性受诸多土壤因素的调控。在各种土壤因素中，OM 、pH、CEC 、质地、 CaCO3 含量和电导率等六种因素的影响最为重要。根据目前的研究结果，这些因素与可提取态土壤镉和植物镉含量之间的相关性都达到了极显著水平FAO ，1992）。土壤的物理组成和化学性质直接影响重金属的存在形态, 其中 pH、有机质是影响较大的因素。一般认为 , 随着土壤 pH、有机质含量的上升, 大部分微量元素通常会因吸附作用或形成络合物而导致其浓度降低, 土壤中重金属的生物活性下降。红

13、壤中当pH小于 6时被吸附的镉生物有效态随着pH 的升高而增加, 当pH 大于 6时被吸附的镉生物有效态随pH 升高而降低 , 在土壤中加入粉煤灰使土壤pH上升 , 重金属生物有效性下降廖敏等， 1999）。大量镉土改良实验显示，施用石灰是抑制镉污染土壤上植株吸收镉的有效措施。这是由于石灰施用后pH的提高增加了土壤表面可变负电荷进而增加了对镉的吸附。此外，施用精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用石灰可促进土壤镉向迟效或无效态转化从而使镉的毒性降低。镉污染土壤上施入有机肥，可显著降低镉对作物的毒害

14、程度。形态分析显示，土壤中水溶态和交换态镉在施用有机肥料之后的一段时间内明显减少，而有机络合态镉明显增加Shuman L M，1998）。不过，不同种类有机肥料对有效态镉含量的降低效果差异显著，这意味着有机肥料的性质及其在土壤中的腐解速度影响镉的毒性。4.2 植物品种有不少种类的植物能在高浓度的重金属离子环境中生长, 并超量富集某些特定的元素, 这就产生了植物修复技术。目前, 已发现多种超积累值物, 庭芥属植物如A1bertonii 和A1mural 为Ni的超积累植物, 印度芥菜是一种生长快、生物量大的Cd 超积累植物等Kumar PBAN et al ，1995）。超综合各种实验结果，可以

15、发现，不同植物对镉毒害的耐性具有明显的种内和种间差异。具体而言，黄瓜、大豆、紫背萍等对镉的生理耐性较弱；而小黑麦、凤眼莲、油菜、花生、甘蔗、棉花、向日葵对镉的生理耐性却较强。也就是说，土壤生态系统中的重金属, 除了会单独对环境造成污染外, 其相互之间还要发生交互作用, 致使其对生态系统的毒性发生改变。一些研究表明：Cd和Pb交互作用时 , Pb 的存在促进了水稻对Cd的吸收 , 而Cd 却抑制了水稻对 Pb的吸收 王新等， 2001）。 Cd 、Pb、Cu 、Zn和As5元素交互作用时, 促进了 Cd 、Zn、 Pb的活化 , 对 As反而有所抑制Chen Huanman et al，2000

16、）。此外， Zn与Cd之间也有表现为协同作用的时候，即Zn促进 Cd的吸收，这可能与土壤中镉和锌的浓度比例有关。研究发现 宋菲等， 1996），当土壤中Zn/Cd减小到一定程度时即过量的镉和低量的锌），可导致水稻对镉的积累，而Zn/Cd增大却可极显著地降低作物的含镉量。研究发现，Cd,Pb,Cu,Zn,As 复合污染能产生加和协同作用，降低Cd,Pb毒害的临界值，增加镉的活性和解读率 吴燕玉等， 1998）。如 Cd,Pb复合污染可使小白菜的叶绿素含量、可溶性蛋白含量和硝酸还原酶活性降低更快。而土壤对镉的吸附作用明显地因伴随元素锌、铅的存在而减弱，使复合污染土壤中的镉大量以可交换态存在。通过吸

17、附和解吸实验发现，在有钒存在的情况下，土壤对镉的吸持量显著减少，溶液镉浓度显著提高。反之，在有镉的情况下，土壤对钒的吸持性增加，溶液钒浓度下降见图 1）。当然，钒与镉之间的这种相互关系是否带有普遍性，以及它们的作用机理还有待于进一步的研究。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页个人资料整理仅限学习使用4.4 根际环境根际环境由于根分泌物作用的存在, 致使其 pH、Eh、养分状况、微生物等有异于土体, 因而重金属在根际环境中有其特殊的化学行为林琦， 2003）, 重金属在根际和非根际中的含量和分布也出现差异。一般认为, 根

18、际活动能活化根际中的重金属, 促进其生物有效性。 Cacador等Isabel Cacador et al,1996）发现 , 由于植物根系的存在, Zn 、Pb、Cu 在非根际中以几种可迁移的化学形态存在, 而在根际沉积物中, 它们主要分布于残渣态中, 认为根际可能存在交换态、碳酸盐态向铁锰氧化物结合态转化的机制。Mench 等:40-47.Chen Huanman,Zheng Chunrong ,Wang Shenqiang.Combined Pollution and Pollution I ndex of Heavy Metals in Red Soil.Pedosphere,2000

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