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重金属生态环境效应及生态毒理效应
重金属生态环境效应及生态毒理效应
摘要:重金属是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的金属。也指具有一定毒性的一般重金属,如锌、铜、镍、钴、锡等。长期以来,重金属在水体、悬浮物及沉积物中存在和转移,并且通过食物链最终进入人体,引起人体中毒或病变。本文阐述了重金属对植物、动物、微生物的危害以及简要的说明对其他生源要素和有机质等循环的协同作用。
关键词:重金属;生态环境效应;毒理效应
化学上常把密度大于4g/cm3或5g/cm3的金属称为重金属。从环境污染方面所说:重金属是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的金属。
重金属具有潜在危害性,重金属可以通过多种途径(食物、饮水、呼吸、皮肤接触等)进入人体。重金属不仅不能被降解,反而能通过食物链在生物体或入体内富集。
一、重金属元素对动物及人体健康的影响
根据元素在生物体内的生理学作用的不同,必需元素存在于正常的组织中,直接影响生物功能,并且参与代谢过度,在各物种中有一定的的浓度范围,如果缺乏这种元素,将会引起生理或结构变态,重新引入这种元素之后,上述变态可以消除。
金属对人和动物的在生理或结构上影响,例如,铁是组成血红素所必需的,少了就会发生缺铁性贫血;锌为构成多种蛋白质所必需,缺锌会引起生长停滞和贫血;锰可能参与许多酶促反应;铬是胰岛素参加糖和脂肪代谢的必需元素,也是维持正常的胆固醇代谢和糖代谢所必需的;钴是维生素B12的组成部分,缺钴会形成大细胞性贫血;钼是催化嘌呤转化为尿酸的酶的个组成部分。
人体内必需微量元素过多也会致病,一般在体内积聚过多是由于遗传性运输机制失灵所致;如血色病就是遗传性铁平衡失调,以致患者一生中缓慢地积累铁;威尔逊氏病是铜积累于肝和脑中的结果差。
所谓有害元素是指那些存在于生物体内时,会阻碍生物机体的正常代谢过程和影响生理功能的元素,如铍、镉、汞、锡、锑、碲(非金属)、铅等。这些元素对人体代谢不是必需的,其中一些有毒,而且能使人缩短寿命,这些有毒物质我们常称之为外环境污染物,可通过??腔、呼吸道及其他途径进入人体面使人遭到危害。
二、重金属对植物、微生物等生物活动的正面和负面意义
植物、微生物经常遇到各种不良环境(如重金属等),严重抑制了农作物的生长。植物经过长期的进化及适应环境变化的过程逐步形成了一定的抵御不良环境变化的机制。但是植物和微生物的生长发育还是会受到重金属对其正面或负面的影响。
(一)重金属对植物的影响
许多重金属都是植物必需的微量元素,对植物的生长发育起着十分重要的作用但是,当环境中重金属数量超过某一临界值时,就会对植物产生一定的毒害作用,轻则植物体内的代谢过程发生紊乱,生长发育受到抑制,重则导致植物死亡。重金属对植物的影响,主要表现在对植物的光合作用、呼吸作用,影响植物激素、碳水化合物等的形成等生化过程影响。
1、重金属对植物种子的萌发的影响
重金属抑制植物种子萌发其原因是抑制了淀粉酶、蛋白酶活性, 抑制了种子内储藏淀粉和蛋白质的分解,从而影响种子萌发所需的物质和能量,致使种子萌发受到抑制。扬州大学的朱红霞研究表明,小麦种子萌发和幼苗生长对重金属胁迫的敏感性较高[1]。
2、金属对植物生长发育的影响
许多重金属都是植物必需的营养元素,对植物生长发育起着不可替代的作用。但是,当重金属浓度超过了植物的效应浓度时反而对植物造成伤害,引起植物体内代谢过程发生紊乱,生长发育受到抑制,重金属浓度继续增加到致死浓度时就会导致植物开始出现死亡。
微量元素铬是植物生长发育所必需的,缺乏铬元素会影响作物的正常发育,但体内积累过量又会引起毒害作用,无分蘖(水稻),叶鞘灰绿色,细胞组织开始溃烂,生长受严重影响。杨居荣等报道[2],镉污染还可使植物体内可溶性糖含量降低;并且有的实验得出结论.高浓度镉可使水稻幼苗可溶性糖降低,但在低浓度重金属污染下却能使可溶性糖的含量增加。
3、重金属对植物的细胞膜透性的影响
植物细胞膜系统是植物细胞和外界进行物质交换和信息传递的界面和屏障, 是细胞进行正常生理功能的基础。植物遭受到重金属胁迫时, 会产生大量的活性氧自由基, 细胞膜上的不饱和脂肪酸会被这些自由基攻击,使细胞膜通透性增加, 重金属更易进入细胞内对植物造成严重伤害。 王焕校等研究表明, 水生植物叶组织外渗液的电导度和钾离子浓度与水中的Cd 浓度呈非常显著的正相关, 说明 Cd 对植物细胞膜有严重的破坏作用, 造成质膜的选择透性减弱, 结构破坏, 功能丧失[3]。
(二)重金属对其他微生物的影响
重金属不仅对植物有影响,对藻类的毒性较大,大量研究证实,重金属对藻类在生化-细胞-种群-群落-生态系统的各水平上均产生深远影响。
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