生命必需元素輕微有毒元素和有毒元素

1、生命必需元素、輕微有毒元素和有毒元素紅色：致癌金屬；藍(lán)色：促癌金屬；下劃線：胎盤(pán)通透性；斜體：致畸性；粗體：胎兒致死性。綠色背景：生命必需元素；深藍(lán)色背景：對(duì)某種生物機(jī)能有輕微毒害作用的元素；粉色背景：生物有毒元素。1金屬解毒途徑A類途徑：涉及細(xì)胞內(nèi)鈣、鎂沉淀作用；B類途徑：伴隨與含硫配體有親和力的金屬，如銅、鎘，形成細(xì)小顆粒；C類途徑：在等腳類動(dòng)物和蜘蛛體內(nèi)獨(dú)有的廢棄鐵的累積，形成細(xì)小顆粒。然后，排泄進(jìn)入消化系統(tǒng)內(nèi)腔，再經(jīng)由糞便排泄出體外。2金屬汞(Hg)性質(zhì)、發(fā)生及環(huán)境行為毒性及種群風(fēng)險(xiǎn)主要中毒機(jī)理是二價(jià)汞離子與蛋白質(zhì)和酶中的巰基反應(yīng)形成牢固的硫汞鍵，改變了蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)和功能，使細(xì)胞代

2、謝紊亂，導(dǎo)致組織器官病變。一般短期的二價(jià)汞離子的毒害是可逆的，停止接觸，中毒癥狀可以逐漸消失。日本南部九州島兩側(cè)不知火山東岸的水俁灣和水俁市，魚(yú)體甲基汞慢性中毒導(dǎo)致環(huán)境公害發(fā)生。3汞的生物地球化學(xué)循環(huán)水體系統(tǒng)為例空氣水沉積物有機(jī)和無(wú)機(jī)絡(luò)合物HgPHg0HgPHg(II)Hg(II)Hg(II)CH3Hg+CH3Hg+藻類魚(yú)人鳥(niǎo)/其它野生動(dòng)物CH3HgCH3CH3HgCH3CH3HgCH3底棲生物pHHgSH2S指示水體系統(tǒng)中汞的最重要的化學(xué)和生物轉(zhuǎn)化。沉積物，某些情況下包括水，是生物甲基化的主要場(chǎng)所。4與甲基汞形成有關(guān)的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程CH3Hg, Hg2+(CH3)2HgCH4+C2H3

3、氧化作用光降解作用Hg0光降解作用干濕沉降陸上排氣、火山Hg0沉降作用Hg0CH3Hg+Hg2+Hg0, Hg2+HgSHgS(CH3)2HgCH3HgSCH3(水生貝殼類)下層沉積物發(fā)生干擾作用可導(dǎo)致再氧化作用和火化作用細(xì)菌還原細(xì)菌懸浮物+上層沉積物CH3Hg+S2細(xì)菌氧化甲基化細(xì)菌還原擴(kuò)散魚(yú)體中甲基化(細(xì)菌)大氣分室水分室魚(yú)類5汞的生物地球化學(xué)循環(huán)的一般定性模式Hg2+Hg0Hg+CH3Hg+RHgR降解作用細(xì)菌作用、鰲合作用日光生物氧化作用(細(xì)菌、植物)生物還原(細(xì)菌、霉菌、植物)生物氧化作用生物還原作用細(xì)菌作用、鰲合作用降解(光、生物)生物還原細(xì)菌細(xì)菌有機(jī)氧化物6水生生態(tài)系統(tǒng)中汞的生物

4、放大過(guò)程沉積物: 0.14(mg/g干重)蛤: 0.17(mg/g鮮重)鯉科小魚(yú): 0.012(mg/g鮮重)Bass(魚(yú)): 0.58(mg/g鮮重)梭子魚(yú): 1.01(mg/g鮮重)水: 未檢出胡瓜魚(yú): 0.32(mg/g鮮重)潛鳥(niǎo): 1.5(mg/g鮮重)鷗: 1.7(mg/g鮮重)水生大型植物: 0.01(mg/g鮮重)水獺: 0.91(mg/g鮮重)海貍: 0.01(mg/g鮮重)浣熊: 0.22(mg/g鮮重)數(shù)據(jù)來(lái)自偏遠(yuǎn)的湖泊生態(tài)系統(tǒng)不同分室中總汞。顯示營(yíng)養(yǎng)級(jí)別增高濃度增加，即生物放大。7金屬鉛(Pb)發(fā)生、來(lái)源和性質(zhì)環(huán)境暴露及毒性鉛主要與體內(nèi)巰基結(jié)合，多方面干擾機(jī)體的生化和生理

5、功能。影響最嚴(yán)重的代謝環(huán)節(jié)是抑制呼吸色素的生成，通過(guò)抑制線粒體呼吸和磷酸化而影響能量產(chǎn)生，以及通過(guò)抑制三磷酸腺苷酶而影響細(xì)胞膜的運(yùn)輸功能。毒性作用以對(duì)骨髓造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)損害最為嚴(yán)重，例如大氣環(huán)境中的鉛對(duì)兒童智力發(fā)展和行為產(chǎn)生嚴(yán)重影響。8無(wú)機(jī)鉛循環(huán)的一般模式源遷移和轉(zhuǎn)化暴露生物個(gè)體反應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)反應(yīng)無(wú)機(jī)鉛(生物地球化學(xué)特征)生物地球化學(xué)流(Flux)大氣分室水分室土壤/沉積物分室生物圈水平生物體鉛的生理特性鉛的生物化學(xué)特性致死毒性或條件生物轉(zhuǎn)化生物累積食物鏈轉(zhuǎn)移群落結(jié)構(gòu)和功能變化生態(tài)系統(tǒng)功能變化(循環(huán)方式、循環(huán)效率和呼吸/光合比值)9有機(jī)鉛化合物生物地球化學(xué)循環(huán)的基本模式界面界面人為散發(fā)大氣分

6、室四烷基鉛三烷基鉛二烷基鉛無(wú)機(jī)鉛三烷基鉛揮發(fā)作用降水作用四烷基鉛三烷基鉛二烷基鉛無(wú)機(jī)鉛廢棄物和濺出廢棄物和濺出水分室增溶和乳化水生生物攝入生物累積作用食物或海物消費(fèi)沉積作用四烷基鉛三烷基鉛二烷基鉛無(wú)機(jī)鉛生物甲基化作用四烷基鉛庫(kù)沉積物(土壤)分室10金屬鎘(Cd)和鉻(Cr)發(fā)生、來(lái)源及性質(zhì)生理及生態(tài)行為毒性日本神通川流域的富山縣發(fā)生的骨痛病(骨軟化癥等一系列病理變化)公害事件源于稻米和飲用水的鎘污染。干擾線粒體中氧化磷酸化過(guò)程，損害腎小管而干擾對(duì)蛋白排出和再吸收，抑制維生素D的活化，還可引發(fā)貧血(阻礙鐵的吸收和尿鐵增加)。六價(jià)鉻化合物毒性是三價(jià)鉻的100倍，鉻的毒性隨化合物不同而異。六價(jià)鉻和三

7、價(jià)鉻均有致癌作用，如鉻化合物可導(dǎo)致肺癌，稱為鉻癌。三價(jià)鉻有致畸胎作用，六價(jià)鉻有較強(qiáng)的致突變作用。六價(jià)鉻化合物容易被吸收，氧化性強(qiáng)，氧化生物大分子，使其受傷害，同時(shí)還原為三價(jià)鉻過(guò)程中，對(duì)細(xì)胞有刺激性和腐蝕性。11鎘生物地球化學(xué)循環(huán)的基本過(guò)程巖石沉積物CdSCmHnCdj(Cd, Zn)CO3, (Cd, Zn)S風(fēng)化CdSCdCO3土壤吸收徑流植物動(dòng)物人排泄海洋沉淀或沉積開(kāi)采燃燒釋放轉(zhuǎn)化CdSCH2CHCOOHNH2SCH2CHCOOHNH2CdO, CdCl2nH2OCdCl42CdCl2nH2OCd(OH)2nH2O12鎘生物地球化學(xué)循環(huán)的一般模式大氣分室形態(tài)含Cd2+顆粒沉降揚(yáng)塵沉降水體飛

8、濺生物圈形態(tài)Cd2+, CdSR土壤濃度形態(tài)CdCO3, CdS,CdO, Cd2+巖石/土壤圈形態(tài)CdS, CdO, CdCO3, Cd2+沉積圈水圈淡水濃度形態(tài)Cd2+, CdCl, CdSO4,Cd(OH)+, CdCO3, CdSR, 有機(jī)態(tài)鎘海水濃度侵蝕，洪水形態(tài)(1) 游離離子(Cd2+)；(2) 顆粒態(tài)鎘(CdS, CdSO4, CdCO3)；(3) 膠態(tài)鎘(CdSR和有機(jī)鎘)；(4) 可溶性鎘絡(luò)合物(OH, HS, Cl, Br)。(1) 可溶態(tài)鎘(2) 可交換態(tài)鎘；(3) 可還原態(tài)鎘；(4) 碳酸鹽態(tài)鎘；(5) 有機(jī)態(tài)鎘；(6) 硫化物鎘；(7) 殘余態(tài)鎘。13金屬銅(Cu)

9、、鎳(Ni)發(fā)生、來(lái)源及性質(zhì)毒性(I) 金屬銅研究主要關(guān)注金屬銅對(duì)水生生物的影響，尤其是在酸敏感水體或軟水中。在淡水和鹽水中的生物有效性在很大程度上受水中溶解有機(jī)碳(DOC)含量的影響，金屬銅趨向于與溶解腐殖酸和其它有機(jī)配體形成絡(luò)合物。(II) 金屬鎳鎳的毒性強(qiáng)烈取決于其進(jìn)入細(xì)胞后的形態(tài)，按急性毒性增加大體分為三類：(1) 水溶性鹽類：NiCl2, NiSO4, Ni(NO3)2, Ni(CH3COO)2；(2) 顆粒態(tài)：Ni3S2, NiS2, Ni7S6, Ni(OH)2；(3) 脂溶性鎳羰基：Ni(CO)4。 14硒(Se)、磷(P)、氟(F)和砷(As)發(fā)生、來(lái)源及性質(zhì)生理和生態(tài)行為毒

10、性我國(guó)著名的地方病“克山病”，也稱“大骨節(jié)病”， 與機(jī)體缺硒有關(guān)。適量補(bǔ)充硒還有一定的預(yù)防和抵抗癌癥的功效。硒過(guò)量和不足也有危害。而磷主要與水體營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)有關(guān)(貧營(yíng)養(yǎng)化、中營(yíng)養(yǎng)化、富營(yíng)養(yǎng)化)。元素氟與骨骼變形有關(guān)系，如過(guò)量氟導(dǎo)致氟骨癥(骨骼硬化)。砷毒作用機(jī)理主要是通過(guò)三價(jià)砷與巰基結(jié)合引發(fā)酶失活、五價(jià)砷引發(fā)氧化磷酸化解偶聯(lián)、砷酸鹽取代磷酸鹽參入DNA分子，及其對(duì)毛細(xì)血管壁的毒性。砷與致畸變、致癌變和輔助致突變均有關(guān)系。15砷在生物圈內(nèi)生物地球化學(xué)循環(huán)的定性模型輸入工業(yè)源塵干濕沉降人類消費(fèi)吸收廢物吸收礦化作用含砷除草劑有機(jī)砷HAsO2H2AsO4HAsO2富氧層缺氧層淋失淋失H2AsO4HAsO

11、2土壤生物甲基化作用局部循環(huán)輸出(CH3)3AsO植物(CH3)3As+O2(CH3)3As(CH3)3AsHAs4O6(CH3)2AsO(OH)+O2H2AsO4 HAsO2 As2S316砷的生物地球化學(xué)過(guò)程大氣分室水分室土壤/沉積物分室氧化作用好氧厭氧細(xì)菌細(xì)菌甲基化還原細(xì)菌(CH3)2O(OH)AsO2(OH)2AsO(OH)CH3AsO(OH)2甲基化(CH3)2AsO(OH)AsO2(OH)2(H2AsO4)AsO(OH)(AsO2)CH3AsO(OH)2(CH3)3As(CH3)2AsH還原FeAsO4As2S4, AsS217元素不足或過(guò)量對(duì)哺乳動(dòng)物的影響18金屬元素及其絡(luò)合物的

12、功能符號(hào)元素功能B硼植物生長(zhǎng)必需F氟鼠的生長(zhǎng)因素，人骨骼成長(zhǎng)必需Na鈉細(xì)胞外陽(yáng)離子Mg鎂酶的激活，葉綠素構(gòu)成，骨骼成份Si硅骨骼和軟骨成長(zhǎng)初期必需P磷在ATP中，為生物合成與能量代謝必需S硫蛋白質(zhì)組成，F(xiàn)eS蛋白Cl氯細(xì)胞外陰離子K鉀細(xì)胞外陽(yáng)離子Ca鈣骨骼/牙齒主要成分，神經(jīng)傳遞和肌肉收縮V釩鼠和綠藻生長(zhǎng)因素，牙齒礦化Cr鉻促進(jìn)葡萄糖利用和胰島素作用機(jī)制有關(guān)Mn錳酶的激活，光合作用水光解所必需Fe鐵血紅蛋白，細(xì)胞色素和鐵硫蛋白組成Co鈷紅血球形成所必需維生素B12的成份Cu銅銅蛋白組分，鐵吸收和利用Zn鋅多種酶的活性中心，胰島素成份Se硒與肝功能，肌肉代謝有關(guān)Mo鉬黃素氯化酶，醛氧化酶，固氮氧

13、化酶必需Sn錫鼠發(fā)育必需I碘甲狀腺成份19四種生物體內(nèi)化合物反應(yīng)點(diǎn)位毒性作用點(diǎn)位污染物有毒形式與內(nèi)生大分子(蛋白質(zhì)或DNA)或結(jié)構(gòu)(如膜)相互作用，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)體內(nèi)毒性顯示；代謝點(diǎn)位代謝異體物質(zhì)的酶。通常代謝引發(fā)去毒作用，但相當(dāng)多情況下造成活化現(xiàn)象；存貯點(diǎn)位異體物質(zhì)處于毒性的惰性形式，對(duì)有機(jī)體沒(méi)有作用；排泄點(diǎn)位原始污染物或經(jīng)生物轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物(代謝產(chǎn)物及其變化產(chǎn)物)。有機(jī)分子的大小和形狀以及諸如氯代程度的性質(zhì)以復(fù)雜和相互的方式影響有機(jī)污染物的歸宿、傳輸、生物富集和毒性。20影響有機(jī)污染物遷移性的因素分子量大小；熔化點(diǎn)；沸點(diǎn)；水溶性：易遷移化合物趨向于擁有較高的水溶性( 30 mg/L)；固液相間分配系數(shù)：易遷移化合物