生命科學(xué)中的微量元素

1、第一章導(dǎo)言TangRenhuan“生命科學(xué)中的微量元素”是一門(mén)新興的、由多學(xué)科相互滲透的邊緣學(xué)科。它與化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和地學(xué)等有著密切的關(guān)系，是當(dāng)今國(guó)際科學(xué)界引人矚目的嶄新領(lǐng)域。人的生、老、病、死是與生物分子如蛋白質(zhì)、肽、脂類(lèi)、多糖、核酸、激素、維生素和礦物質(zhì)等聯(lián)系在一起的。隨著生命科學(xué)的發(fā)展，尤其是痕量分析技術(shù)的提高和生物醫(yī)學(xué)成果的涌現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)微量元素在與上述生物分子的有機(jī)聯(lián)系中，常起著關(guān)鍵步驟的調(diào)控作用；其次，微量元素不象某些維生素能在人體內(nèi)自行合成。從這種意義上說(shuō)，在人體所需的營(yíng)養(yǎng)中，它們甚至比維生素更為重要。微量元素主要來(lái)自空氣、飲食和各種外源性物質(zhì)，因此容易導(dǎo)

2、致缺乏或過(guò)量積累。人們希望通過(guò)微量元素與健康相關(guān)性及其內(nèi)在聯(lián)系的探索，在某些疾病，特別是微量元素缺乏、過(guò)量積累及失控等造成的疾?。ò承┑胤讲。┑姆乐畏矫嬗兴l(fā)現(xiàn)和改善。在研究元素的化學(xué)形態(tài)、大分子結(jié)構(gòu)和生化、生理機(jī)制的基礎(chǔ)上，既注意它的營(yíng)養(yǎng)，又避免其毒性，并與動(dòng)物、植物、土壤、水源等周?chē)h(huán)境統(tǒng)一起來(lái)進(jìn)行考察。人們相信，有朝一日能通過(guò)合理的食物組成維持生命的有機(jī)平衡和健康，從而使微量元素的研究給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)重大的效益。顯然，它展示著當(dāng)代生命科學(xué)活躍的前沿和趨向。第一節(jié)生命元素一、地球環(huán)境對(duì)生命體系的影響生物圈是各種生物棲息的地帶，除了生物體固有的成分外，其周?chē)h(huán)境的所有成分基本上都是無(wú)機(jī)的。

3、因此，生物經(jīng)常與各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物接觸，并利用它們或受其影響。圖11示出生物環(huán)境中金屬離子與其它成分之間的交換1。存在于生物體（植物和動(dòng)物）內(nèi)的元素大致有四類(lèi)：第一類(lèi)為必需元素（Essentialelement），按其在體內(nèi)的含量不同，又分為常量元素（Majorelement，Macrocomponent，Constituent）和微量元素（Traceelement，Minorcomponent，Micro-nutrientelement）；第二類(lèi)為可能有益或輔助營(yíng)養(yǎng)元素；第三類(lèi)為沾染元素；第四類(lèi)為有毒元素。人體中每一元素呈現(xiàn)不同的生物效應(yīng)，而效應(yīng)的強(qiáng)、弱依賴(lài)于特定器官或體液中該元素的濃度及其

4、存在的形態(tài)。對(duì)于必需和有益元素來(lái)說(shuō)，各有一段最佳健康濃度，有的具有較大的體內(nèi)恒定值，如鋅、錳；有的在最佳濃度和中毒濃度之間只有一個(gè)狹窄的安全限度，如硒、鎳等。除了25種必需元素外，還有2030種普遍存在于組織中的元素，這些元素的濃度是變化的，它們的生物效應(yīng)和作用遠(yuǎn)未被人們認(rèn)識(shí)，也可能來(lái)自外環(huán)境的沾染。上述的元素劃分界限不是固定不變的，隨著診斷方法和檢測(cè)手段的完善化，它們將得以修正或作新的歸屬。二、必需性的含義生命元素或生物元素是指在活的有機(jī)體中，維持其正常的生物功能所不可缺少的那些元素，諸如在有機(jī)化合物中所含的氫、氧、氮、碳、磷、硫以及鈣、鐵、鋅、碘等均屬于這類(lèi)元素。對(duì)生物來(lái)說(shuō)，為確定生命元素

5、的必需性，Arnon曾提出如下標(biāo)準(zhǔn)：（1）若沒(méi)有它，則生物既不能生長(zhǎng)，也不能完成生命循環(huán)；（2）該元素在生物體內(nèi)的作用不能被另一種元素完全代替；（3）該元素對(duì)生物功能有直接影響，并參與代謝過(guò)程。美國(guó)科學(xué)家Schroeder的提法則具有化學(xué)的含義2：（1）在生命的起源地海水中的含量豐富；（2）性質(zhì)活潑，能與其它元素結(jié)合或鍵合；（3）能形成正常組織結(jié)構(gòu)中的組成部分；（4）如為金屬，它的某些化合物應(yīng)能溶于水，能和氧反應(yīng)，且能與含碳、氫、氧、氮、硫、磷的有機(jī)化合物鍵合。自然界中一切生命都是歷史演化的結(jié)果，它既產(chǎn)生于自然又適應(yīng)于自然。大、小生物雖然種類(lèi)繁多，但均由有限的化學(xué)元素和基本有機(jī)分子（如各種氨基

6、酸、核苷酸、脂肪酸、單糖）組成。所謂“必需”元素，我們認(rèn)為可以指：（1）生命過(guò)程中的某一環(huán)節(jié)（一個(gè)或一組反應(yīng)）需要該元素的參與；（2）生物體具有主動(dòng)攝入并調(diào)節(jié)其體內(nèi)分布和水平的機(jī)構(gòu)；（3）在體內(nèi)存在有發(fā)揮正常生物功能的、含該元素的生物活性化合物；（4）缺乏時(shí)引起生化生理變化，補(bǔ)充后可以恢復(fù)。在實(shí)際研究中，確定某元素是否必需元素，或者區(qū)分必需與毒害的界限，常常很不容易。除與它在體內(nèi)的濃度有關(guān)外，還與它的存在狀態(tài)和生物活性密切相關(guān)。漫長(zhǎng)的生物演化過(guò)程則使它具有一定的變異性3。三、必需微量元素的發(fā)現(xiàn)人們對(duì)微量元素的認(rèn)識(shí)有較長(zhǎng)的過(guò)程。鐵是最早發(fā)現(xiàn)的必需微量元素，接著是碘，到60年代時(shí)，人們已認(rèn)識(shí)了9種

7、對(duì)動(dòng)物和人是必需的微量元素。同時(shí)，對(duì)微量元素在生命過(guò)程中的意義、生理功能、代謝過(guò)程、缺乏癥和中毒癥等，有了較為詳細(xì)的了解。自70年代以后，由于對(duì)微量元素的重視和檢測(cè)方法的進(jìn)步，錫、釩、氟、硅和鎳相繼被視為必需元素（表11）。表11高等動(dòng)物必需微量元素的確證歷史元素年代元素年代鐵（Fe）碘（I）銅（CU）錳（Mn）鋅（Zn）鈷（Co）鉬（Mo）硒（Se）17世紀(jì)1850192819311934193519531957鉻（Cr）錫（Sn）釩（V）氟（F）硅（Si）鎳（Ni）砷（As）？1959197019711971197219741975目前認(rèn)為有14種微量元素是動(dòng)物和人所必需的，其中錫仍有爭(zhēng)議

8、，砷未獲公認(rèn)；硼僅參與植物的生命過(guò)程，對(duì)動(dòng)物的作用則尚未確定。圖12示出存在于生物圈中的元素，粗方格內(nèi)的氫、碳、氮、氧、鈉、鎂、磷、硫、氯、鉀、鈣等11種為必需常量元素；細(xì)方格內(nèi)的氟、硅、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、硒、鉬、錫和碘等14種為必需微量元素。這些就是存在于人體中的25種必需元素，即屬迄今已知的生命元素。生物體中的微量元素包括了d電子原子結(jié)構(gòu)的類(lèi)型，從d1到d10，有由+1到+6六種氧化態(tài)的各類(lèi)離子。表12生物全屬的電子結(jié)構(gòu)和氧化態(tài)化氧d0d1d2d3d4d5d6d7d8d9d10態(tài)+1（K+）-（Co-+）+2（Ca2+）-Mn2+Fe2+CO2+Ni2+Cu2+Zn2+3-C

9、r3+（Mo3+）（Mn3+）Fe3+CO3+Ni3+Cu3+-+4-V（Mo）（Mn）-+5VVMoV-+6Mo-不穩(wěn)定的離子。具有高能量的d軌道的離子。表12列入了過(guò)渡系中微量元素的電子結(jié)構(gòu)和氧化態(tài)4，所有陽(yáng)離子和類(lèi)陽(yáng)離子都具有明顯的Lewis酸性，即具有接受體軌道，并能與Lewis堿未共享電子對(duì)的給予體相互作用。從分子軌道理論來(lái)說(shuō)，這些微量金屬離子即以具有未占據(jù)的空軌道為特征。其中，Mo（）、（）等的未占據(jù)分子軌道處于低能量位置，而K+、Ca2+常量金屬離子中則處于很高的能量位置上，后者主要通過(guò)庫(kù)侖力與給予體電子相互作用。除K+、Ca2+和處于d10的Zn2+外，這些金屬離子都有明顯的氧

10、化還原性質(zhì)。Mn2+、Ni2+和Cr3+離子在某些條件下可被氧化到更高的氧化態(tài)，但通常對(duì)生物體系中的氧化還原反應(yīng)則比較穩(wěn)定。第二節(jié)元素的主要來(lái)源一、河流人們?cè)鴮?duì)世界河流的元素作過(guò)許多研究，現(xiàn)將淡水的元素成分綜合于表135。由于河流匯集了來(lái)自其流域的可溶性物質(zhì)，因而它的組成隨著氣候、地質(zhì)情況和大城市的出現(xiàn)而變化。在溫帶區(qū)域的河流以含較多鈣離子和碳酸氫根離子為特征；在熱帶潮濕地區(qū)的河水各成分被稀釋?zhuān)珔s含有較多的鋁、鐵、硅和有機(jī)質(zhì)；而流過(guò)干旱地區(qū)的河流，則以含有較大量的鈉離子、氯化物和硫酸鹽為特征。河水的平均停留時(shí)間是以日計(jì)的，其組成并不具有恒定值。在溫帶的河流中，磷酸鹽和硅酸鹽的含量每年有規(guī)則的

11、波動(dòng)，春天那里的硅藻消耗這些元素，春末又把它們釋放出來(lái)。當(dāng)硅藻生長(zhǎng)旺盛時(shí)，磷酸鹽的總濃度是不變的，然而可溶性磷酸鹽能在活細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)變成有機(jī)磷酸鹽，這就可能分別測(cè)定無(wú)機(jī)形態(tài)和有機(jī)形態(tài)的磷酸鹽。但若一個(gè)元素的濃度接近測(cè)定極限時(shí)，則不大可能測(cè)得該元素的所有化學(xué)形態(tài)，這是微量元素分析中的一個(gè)難題。用Benes（1976）和Florence（1977）等的方法6，7，可以得到關(guān)于存在形態(tài)的數(shù)據(jù)。表13中也列出了可能存在的形態(tài)。表13天然水的元素成分x中值（gL）范圍（gL）存在形態(tài)x中值（gL）范圍(g存在L）形態(tài)Ag0.30.013.5Cd0.113有機(jī)體Al30083500膠體Ce0.20.l0.2膠

12、體Ar600ArCl7000lk35kCl-As0.50.2230陰離子MeCo0.248Au20.0010.02陰離子Cr10.16B157500B(OH)3Cs0.0205lCs+Ba103150Ba2+Cu30.230有機(jī)體Be0.30.011Dy0.005Bi2？Eu0.0060209Br140.0555BrF100502700C11k6k19kHCO-3Fe50010膠體1400Ca15k2k120kCa2+Ga0.095Hf10.0050.13Hg0.10.0001S370020040kSO2-4有機(jī)體Sb0.215Sb（V）I20.57I-Sc0.0104K220050010kK

13、+Se0.221SeO2-3La0.15Si700050012kLi20.0740Li+Sm0.06？1Lu30.0020.005Sn0.00904Sn（）MeMg40004006kMg2+Sr7031000Sr2+Mn80.02130Ta0.002Mo0.50.0310MoO2-4Tb0.0030105N5021800NO-3Th0.0307Na600070025kNa+Ti5318Nd50.065U0.4025Ni0.50.0227V0.5120P201300PO4H-2WO.032注：k為1000。中值大多數(shù)是主觀估算值。存在形態(tài)的資料目前是非常缺乏的。曾報(bào)道過(guò)某些非洲的河流有較高的數(shù)值

14、（Visser和Villeneuve，1975）。在印度發(fā)現(xiàn)F為14000g/L（Paliwal，1974）。史前的中值可能是g/L（，1971）。堿金屬、堿土金屬和鹵素多半是以簡(jiǎn)單的離子形式存在于天然水中，過(guò)渡金屬多數(shù)被絡(luò)合或不同程度地被膠體物質(zhì)吸附。汞較特殊，它在水中能以金屬離子、陰離子或有機(jī)絡(luò)合物形態(tài)存在。通常河水比海水含有更多的可作為配體的有機(jī)質(zhì)。Jenne（1977）評(píng)述過(guò)淡水中鋁、銅、鐵、汞、錳、鉬、鎳、鉛、鉈、釩和鋅的有機(jī)絡(luò)合物8，由于所涉及的水解反應(yīng)和螯合物的形成作用是十分緩慢的過(guò)程，因而情形較為復(fù)雜。例如，有人認(rèn)為Al（H2O）63+需要10天到1年時(shí)間進(jìn)行充分的聚合作用，形

15、成含有直徑為m顆粒的渾濁液。象這樣的反應(yīng)，在河水入海前是來(lái)不及達(dá)到平衡的。二、海洋海水中主要的陽(yáng)離子和陰離子是Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-和HCO3-。海水的總鹽度或者咸度稍有變化，但其主要成分的濃度與Cl-濃度的比值是非常恒定的，這說(shuō)明海水是混合均勻的。在表14中給出了有關(guān)海洋的元素成分、可能存在的形式和停留時(shí)間，所用海水的氯含量為。至于某些次要成分，尤其是停留時(shí)間短的成分在海水中沒(méi)有恒定的濃度，它們隨深度和位置而變化。表14海水的元素成分和停留時(shí)間X平均值（gL）范圍（gL）停留時(shí)間（a）理論上的形態(tài)2.75000AgCl-2Al218.4250膠體，Al（OH）-

16、4Ar45028000Ar3.7280000AsO4H2-，有機(jī)物0.02775000AuC-2B444011MB（OH）3Ba1326350000Ba2+Be0.00560.0006700？BeOH+0.0238000BiO+？Br67300130MBr-C28000HCO-3，CO2-3Ca4120001MCa2+Cd0.119.440000膠體，CdCl2Ce0.0012200Ce3+Cl19.35M100MCl-Co0.4.14000Co2+，CoCO35011000Cr（OH）3，CrO2-40.42560000Cs+123000CuOH+，CllCO3Dy0.000916800Dy

17、OH2+Er0.00087ErOH2+Eu0.00013800EuOH2+F1300500000F-，MgF+70150膠體，F(xiàn)e（OH）+2Ga0.0313000Ga（OH）-4Gd0.0007GdOH2+Ge0.05GeO4H-3H110M38000H2OHe0.007HeHf0.00726000Hf（OH）40.2211000HgCl2-4，有機(jī)物Ho0.00022HoOH2+I6050701.1MI-，IO-3，CH3K3900006.8MK+Kr0.21KrLa0.00341300La3+Li1801701943.4MLi+Lu0.000152000LuOH2+Mgl.29M12MM

18、g2+219000Mn2+，MnCl+，膠體Mo10410750000MoO2-4N64015500NH3+NO-3N2Na10.77M68MNa+Nd0.0028700Nd3+Ne0.12Ne43440000Ni2+，NiCO3O883M38000OH2P606088110000HPO2-4，MgPO-4Pa510-6？（2500）10-1013380PbCO3，膠體10-11（2）10-11Pr0.00064pr3+10-8（9）10-88400Ra2+Rb120671954.5MRb+0.0084ReO-4Rn610-1313000RnS9050009.2MSO2-4，NaSO-45.6

19、45000Sb（OH）-60.122200Sc（OH）30.238000SeO2-3+SeO2-4Si22002200290012000Si（OH）-4，膠體Sm0.00045280SmOH2+Sn0.00417000SnO4H-3，有機(jī)物注：M=106。三、土壤土壤的平均元素組分及其含量范圍綜見(jiàn)于表15，這里沒(méi)有采用接近礦體的土壤、嚴(yán)重污染的土壤和蛇紋巖土壤（鉻、鎂和鎳明顯豐富而鈣貧瘠）的數(shù)據(jù)。盡管因取樣、沾污和分析準(zhǔn)確度等因素而有局限性，但其平均值與火成巖及沉積巖的平均值是相當(dāng)一致的。土壤中碳和氮比巖石中明顯偏多，還可能稍富含砷、溴、鎘、鉿、碘、鉛、銻、硒、錫和鋯；而硼、鈣、氯、氟、汞、鉀

20、、鎂、鈉、鍶、鉈和鈾稍貧乏些。由于土壤類(lèi)型很不相同，可以預(yù)料，土壤剖面的研究結(jié)果有可能不一致。在淋溶土、始成土、軟土、灰土等土壤的上層，發(fā)現(xiàn)碳、氮、磷和硫富化，這與該處富含有機(jī)質(zhì)有關(guān)。通常也會(huì)發(fā)現(xiàn)如銀、砷、銅、汞、鉛、銻和鋅等較重金屬富集在土壤的上層，至少鉛可認(rèn)為是因近代的人工產(chǎn)物污染造成的。在土壤的較下層是粘土礦物和水合氧化物的聚集處，這里富含的元素有鋁、鐵、鎵、鎂、鎳、鈧、鈦、釩和鋯。據(jù)報(bào)道，在旱成土的表面會(huì)富含硼、氯、鋰和鈉，但在土壤的表層，由于雨水的沖洗它們卻是貧化的。在人體內(nèi)，血液等細(xì)胞外液是組成元素的運(yùn)輸媒介。自然界中的巖石、海水和人體血液中除主要元素成分外，其它多數(shù)元素也都具有正

21、相關(guān)性，說(shuō)明人類(lèi)的化學(xué)組成不是單一的，而與環(huán)境具有相似之處。因而可以認(rèn)為，存在著一個(gè)環(huán)境元素遷移到人體內(nèi)的自然過(guò)程，由于人類(lèi)活動(dòng)的結(jié)果而分布于整個(gè)自然界的元素，均有可能進(jìn)入人體。表15土壤元素組成的中值和范圍（mg/kg土壤）X土壤含量的中值（范圍）X土壤含量的中值（范圍）Ag0.05（18）Er2（0.66）Al71000（10k300k）Eul（0.13.2）As6（0.l40）F200（20700）Au0.0012？Fe40000（2k550k）B20（2270）Ga20（2100）Ba500（1003000）Gd4（26）Be0.3（0.140）Gel（0.150）Bi0.2（0.l1

22、3）Hf6（0.534）Br10（1110）Hg6（10.5）C（org.）20000（7k500k）Ho0.6（0.42）Ca15000（700500k）I5（0.125）Cd0.35（12）Inl（0.73）？Ce50（3170）K14000（8037k）Cl100（81800）La40（2180）Co8（0.056.5）Li25（3350）Cr70（51500）Lu0.4（0.10.7）Cs4（0.320）Mg5000（4009000）Cu30（2250）Mnl000（2010k）Dy5（212）Mo1.2（0.140）N2000（2005000）Sm4.5（0.623）Na5000（1

23、5025k）Sn4（1200）Nb10（6300）Sr250（42000）Nd35（463）Ta2（0.46）Ni50（2750）Tb0.7（0.10.6）O490000Th9（135）P800（355300）Ti5000（15025k）Pb35（2300）TlO.2（0.10.8）Pr7（312）Tm0.6（0.31.2）Ra0.8（0.25）U2（0.79）Rb150（201000）V90（3500）S700（301600）W1.5（0.583）Sbl（0.210）Y40（10250）Sc7（0.555）Yb3（0.0412）Se0.4（12）Zn90（l90D）Si330000（250k

24、410k）Zr400（602000）注：k為1000；為10-6；org.為有機(jī)體。全球被污染以前是12；在城市土壤中最高達(dá)1000。四、大氣大氣和海洋長(zhǎng)期被認(rèn)為是靜態(tài)體系，實(shí)際上各組分幾乎都處于動(dòng)態(tài)的平衡，而且濃度是可變的。大氣圈質(zhì)量是1013kg，其中80%停留在約10km高度以下的對(duì)流層，這是生物化學(xué)家最感興趣的區(qū)域。在生物循環(huán)氣體中，氧和氮是主要組分，其余有氫、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮氧化物、二氧化硫和硫化氫等。城市或工廠附近的大氣中，還含有重金屬化合物、砷化合物、氟化物和石棉等煙霧飄塵。由于雨水的沖洗和沉降，對(duì)于生物來(lái)說(shuō)，它們也是一個(gè)不容忽視的元素來(lái)源。鑒于塵埃和金屬元素在大氣圈

25、中的分布極不均勻，人們對(duì)每年從地面排放到大氣中的某些元素只能作出數(shù)量級(jí)的估算（參見(jiàn)表16）5，26。Lantzy等（1979）曾估算了來(lái)自土壤和火山塵埃的年通量，分別是51014g/a和1014g/a。從大氣圈輸入海洋的下列元素：銅、鎳、釩、錫、碘、鉻、鎘、汞、鉛，每年分別估算為107108kg。表16美國(guó)每年排放到大氣中的一些物質(zhì)（按kt計(jì)）質(zhì)物運(yùn)輸能量采礦加工制造污物稱(chēng)名處理使用總量自然發(fā)生本底濃度（gm3）砷34.64018（世界范圍）未檢出石棉191鋇60068苯并a芘371225鈹3162164337.6硼202鎘81111氧一7612913266395913845544510.31

26、1265碳化410O000氯24.035147.3256.1鉻996銅75810.0氟20.180.017.140122烴類(lèi)15032443225295218343884252701000（CH4）鐵25118662421鉛22417.461091260鎂50.6811.438.7110錳714.988汞151O.30鉬668鎳343644.6氧氮85081271511751619421220715000010物化0臭氧20粒塵76074886228106210392581683535磷22.5113.421.782硒280銀51120.02氧硫622238363955217275.633.2

27、3069411000物化鈦42.76971.8釩677鋅6592.8010O根據(jù)物質(zhì)使用量的排放系數(shù)，包括采用措施的效果。不包括N2O（6108t/a）。包括汽油燃燒后的鉛。本類(lèi)中包括硫酸鹽和硝酸鹽。第三節(jié)生物體中的元素分布一、分布狀況現(xiàn)將人體和苜蓿的元素組成列于表17。碳、氧、氫和氮大量地存在于生物體內(nèi)的有機(jī)物中，磷是含量最多的無(wú)機(jī)元素之一，也是構(gòu)成許多生物活性化合物重要結(jié)構(gòu)單元的元素。屬于主族的鈉、鉀、鎂、氯、鈣和硫?yàn)榇呜S量元素。前四種元素是體液和細(xì)胞質(zhì)的主要成分，鈣構(gòu)成生物體的骨架物質(zhì)，硫則是有機(jī)物的一種組分。鈉并不是植物的必需元素，因此植物主要向動(dòng)物提供鉀而不能提供足夠的鈉，所以在動(dòng)物

28、飼料中需補(bǔ)充食鹽。上述11種常量元素占人體總重量的99.95%，構(gòu)成人體中的主要組分。表17人體和苜蓿的元素成分元素苜蓿（gg）人體（gg）人體組織中的分布狀況O*C*H*N*Ca*S*P*104104104104103103103104104104104104103103lkg，大部分在骨骼中（設(shè)參比人重量為70kg）Na*103總量為70120kg：在血漿中103在血清中130150meq在肌肉中103在組織中103K*17103103總量為160200g：在血漿中103在組織中103Cl*102103Mg*102102Fe*2750總量為45g：6070血紅蛋白715鐵蛋白35肌紅蛋白過(guò)

29、氧化氫酶細(xì)胞色素Si*9340非常不定Zn*3.5（在普通的綠葉中1540）25總量為：肝55，腎55，肌肉54，心33，胰29，脾21，肺15，腦14，腎上腺12，前列腺102Rb9Cu*2.5（在普通的綠葉中215）4總量為80120mg：在肝中8mg在心、脾、腎、腦、血液中15mg富集于眼睛的色素中SrBrSn*422Mn*3.6（在普通綠葉中20600）1總量為1220mg：肝，胰，腎，腦，肌肉0.1*I5lA25bPaB10.50.50.3Mo*1.0（在柑桔屬葉子中；在牧草中3100干基：肝，腎，脾，肺，腦和肌肉4注：除非另有說(shuō)明，元素的成分皆以鮮（濕）基的g/g來(lái)表示。資料來(lái)源：

30、人體和苜蓿的數(shù)據(jù)主要引自，PrinciplesofGeochemistry3rd，ed.，Wiley（1966）.人體組織中的分布狀況主要引自，TraceElementsinHumanandAnimalNutrition，3rded.，AcademicPress（1971）.70kg健康成年人的含量。*：已知?jiǎng)游锖椭参锒急匦璧脑亍?：動(dòng)物或植物所必需的元素。含量較低的有重要的過(guò)渡金屬元素如：釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉬，非金屬元素氟、碘、硒、硅以及錫等微量元素。單從重量上計(jì)，這些微量元素合起來(lái)不超過(guò)體重的0.05%。其它如鋁、鍶、鋇、鉛、鎘和砷等一些元素雖然到處都有，但目前尚未被證實(shí)為

31、人們或其它生物體所必需，人們正在進(jìn)行深入的研究，有的由被忽視而變得引人注目起來(lái)。二、哺乳動(dòng)物組織近二十多年來(lái)，人們對(duì)哺乳動(dòng)物組織進(jìn)行了大量的研究。Snyder把“參比人”確定為：鮮重70kg，它是由60kg軟組織和10kg骨骼組成的。有關(guān)人的組織的鮮重（FM）、干重（DM）和灰分的參考資料列于表18中9。家養(yǎng)哺乳動(dòng)物的工作可查閱有關(guān)專(zhuān)著。表18“參比人”中某些組織的鮮重、干重和灰分重組織FM（kg）DM（kg）灰分（g）組織FM（kg）DM（kg）灰分（g）整個(gè)人軟組織脂肪組織血液腦胃腸道心臟腎肝70601528214.4370090030552120523肺肌肉皮膚發(fā)指甲骨骼骨骨髓等牙128

32、2.60.020.00310550.0460.22610.0180.00374.152.850.04211340180.0162800270010034表格是從Snyder（1975）著作中的詳細(xì)數(shù)據(jù)壓縮而來(lái)的。注：FM為鮮重；DM為干重。表19六個(gè)人的組織的元素成分（以mg/kgDM表示，“參比人”以mg/70kgFM表示）X腎肝肌肉骨發(fā)指甲“參比人”Ag0.0050.26I590.010.44I0.0053.8I31.4IAl1.527I323I0.728I427I429I130930I61SAs0.0071.5I390.081.6I0.063.7IV0.23I18SAu0.014I04I

33、6I0.00171.8I0.030.8IB0.92.6I0.431I1.13.3I5IV33？IBa0.041I4I370IY0.554IVI22SBe0.0002Ms16Ms075Ms0.003Ms0.0060.02IIBi0.12I52I0.2I2？IBr1630I0.27IR5.7R0.6553IV9I260RC670kS670kS670kS360kS540kS540kS16000kSX腎肝肌肉骨發(fā)指甲“參比人”Ca360820ICd18310I100360I222I140700I170kI1503200IV3703400I3.4I1000kS50SCeCl12kI3k2k900I1k1

34、k95kSCo1ICrCsI33II6？I7？ICu16I30I10I126I19I18I72SF10I7I2k12kI15C2600SFe170710I2501400I180I3380I545IV27350I4200SGa5IGe40？IH93kS93kS93kS52kS29kS29kS7000kSHg12I7IK8kI16kI21？I15IV150660IV3602800I140kSLaLiIMg630I590I900I7001800I19160IV16120I19kSMn100IY12SMo16IN72kS72kS72kS43kS160kS150kI1800kSNa10kI2k4kI10

35、kI181700I3303kI100kSNb？INi12I1S12IO160kS160kS160kS285kS245kS255kS43000kSP7kI35271kI83165IV180990I780kSPb312I30I370IV14170I120SRa6nI0.72nI4nI19nI31nSRb1752I545I2070I5I3？I680SS9kI7k12kI5k11kI5002400IS42k60kBIV37kI140kSSb3ISc044I6ISe19I6I13ISi141310017I20310X腎肝肌肉骨發(fā)指甲“參比人”U0924I0.003I09I0.000160013I0.07

36、IV3I0.006BzBz0.0035Bz0450.15IW0.00025I16I1BzY007E0.01EI0.07IZn200I240I240I75170I220I73300I2300SZr669I0.11II0.1III1I注：k為1000；n為10-9。Hamilton等（1973）和文獻(xiàn)Y提供了人骨的另外一些數(shù)據(jù)：Dy；Er；Gd；Ho；Lu；Nd；Tm；Yb。Chuang和Emery（1978）提供了人發(fā)的數(shù)據(jù)：Dy；Er1；Eu；Gd2；Hf；In；Ir；Lu1；Nd2；Pd2；Rn；Ta；Yb。BBacsoetal.，（1978）；BzByrneandKosta（1978）；C

37、ChuangandEmery（1978）；EErametsaetal.，（1968）；IIyengar等（1978）的匯編；MsMeehanandSmythe（1967）；RGrossandSmith（1978）；SSnyder（1975）的匯編；VValkovic（1977）的匯編；YBfatteretal.，（1977）；ZDHondteral.，（1977）；ZaArunachalametal.，（1979）。關(guān)于“參比人”和六個(gè)人組織的元素成分?jǐn)?shù)據(jù)見(jiàn)表199，10.表110則是人體組織內(nèi)常見(jiàn)金屬的含量3，17，其中前5個(gè)是必需微量元素，后面的為毒害元素。下列元素11：銀、鋁、砷、鋇、鎘

38、、氟、鈮、碲、鈾和鋯的分析數(shù)據(jù)尚不夠可靠，不同的科學(xué)工作者所得有時(shí)達(dá)數(shù)量級(jí)的差別?，F(xiàn)已知道的累積元素的組織見(jiàn)表1115，12。除了這些異常情況外，我們能近似地用兩類(lèi)組織肌肉和骨骼的總和來(lái)表示“參比人”，因?yàn)樗械能浗M織與肌肉有著非常相似的元素成分。我國(guó)最近首次推出“中國(guó)參考人”的參數(shù)：男性身高為，體重62kg；女性分別為表110人體組織內(nèi)常見(jiàn)金屬元素含量（mg）組織組織重量（g）鉻錳鎳銅鋅鎘銻汞甲基鉛汞肌肉240002.406080649骨85000.533625脂肪66006225血液45000.209180672750皮膚42000.409280405結(jié)締組織1800肝15000.0997

39、280234166腦13000.07325628622323胃腸10000.1424065437610肺9000.23044855672058心3000.02730680962102896腎2500.019444411.73118058脾1502732044100胰1000.01075170300830100共計(jì)55kg4.1631700333.3522Schroeder資料（體重70kg）620101002300309080海水中濃度（ngg）12.516192130.234525表111元素的累積元素累積的組織元素累積的組織lA發(fā)，肺和皮膚（可能沾污）sA發(fā)和指甲u(yù)A發(fā)（可能沾污）aB眼睛

40、的脈絡(luò)膜aC骨和牙dC腎（隨著年齡增加到40歲）sC肌肉F牙和骨eF骨髓和細(xì)胞，肝gH腎，發(fā)I甲狀腺，發(fā)La等PPbPoSSbSiSnSrTiZn骨（？）骨和牙骨發(fā)發(fā)發(fā)肺和皮膚（可能沾污）胸腺骨和牙肺和皮膚（沾污）前列腺，眼三、脊椎動(dòng)物血液脊椎動(dòng)物的血液與無(wú)脊椎動(dòng)物的血液比起來(lái)，具有較低的總鹽量，一價(jià)陽(yáng)離子對(duì)二價(jià)陽(yáng)離子如Na+K+/Ca2+Mg2+的比率也較高，可以把血液看作是紅細(xì)胞與富含蛋白質(zhì)血漿組成的懸浮液。紅細(xì)胞和血漿間Na+與K+的分布隨物種而變化。血液的組成受體內(nèi)平衡的控制，進(jìn)入血流的多數(shù)元素，在血液循環(huán)過(guò)程中很快地會(huì)從血液中除去。人體血液中的紅細(xì)胞和血漿的元素成分見(jiàn)表11213。這

41、里假設(shè)血液含%（V/V）紅細(xì)胞和%（V/V）血漿。每個(gè)細(xì)胞中元素X的原子數(shù)目，可由下式計(jì)算：107X/M，其中，M是元素X的原子量。此表中的數(shù)據(jù)表明，僅放射性元素鐳（可能還有錒、鏷、釙和钚）以每個(gè)紅細(xì)胞內(nèi)少于一個(gè)原子的量存在。其它元素或是必需存在、可能有益的量，或是一些沾染物。表1-12人的血液、紅細(xì)胞、血漿和血清的元素成分元素全部血液紅細(xì)胞血漿血清Ag0.00303640.003Al0.394？20.23As0.0017927240.03？Au0.00001208？006？0.00008？B0.13Ba0.068780.06Be0.00001Bi0.016？06Br4.754.3Ca60.5

42、3.29697Cd0.0052260.0028Ce0.002Cl2890204036103650Co0.00024000160.08600720.00020.062Cr0.0061760.160.002Cs0.0038310.0016Cu1.01821.19F0.550.2？0.027？Fe44710501.11.09Ga0.08021Ge0.44？5？30.29？Hg0.00787650.012？I0.057690.066K16203550157191Li0.0048？3？0.009？Mg37.857.221.221.7Mn0.0016550680.000540.061Mo0.001？7？3

43、？0.006？Na197028431603250Nb0.0047？10.06Ni0.01534？0.003P345706121142Pb0.2163？0.016Ra6.610-916.610-9Rb2.494.71？S1800330？1200Sb0.00334632？0.0026Sc0.0076？0.00015Se0.171230.590.122Si3.94.1？3？6.9？Sm0.008？0002Sn0.29？8？000401003Sr0.0317200360037Te0.0055？來(lái)自Iyengar等（1978）概括的數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)中對(duì)于全部血液中As、Au、Co、Cr、Mn和Th的數(shù)值范圍較

44、大，目前確定最好的平均值還有困難。不一致的或者未證實(shí)的數(shù)據(jù)用（？）標(biāo)出。Howlett和Taylor，1978。Byrne和Kosta，1978。第四節(jié)生物元素的功能一、元素的自然選擇人類(lèi)是經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程而逐漸形成的，有充分的科學(xué)根據(jù)認(rèn)為：生物的初期進(jìn)化是在海洋中進(jìn)行的。如將海水中的元素按濃度分類(lèi)，則可看出它們與人體必需元素含量的關(guān)系。（1）106nmol/L：氫，氧，鈉，氯，鎂，硫，鉀，鈣，碳，氮等；（2）102106nmol/L：溴，硼，硅，鍶，氟，鋰，磷，銣，碘，鋇等；（3）5102nmol/L：鋁，鐵，鋅，鋁，銅，鈦，錫，釩，錳，鎳，鈷，硒，鉻等；（4）5nmol/L：其它元素。顯

45、然，第（1）類(lèi)組成人體常量必需元素；而第（2）類(lèi)和第（3）類(lèi)的若干元素構(gòu)成人或生物體所必需的微量元素。這說(shuō)明了生物不斷地從環(huán)境中選擇某元素去完成所需的功能。在生物演化過(guò)程中，它們遵循下列規(guī)則選擇元素3：1.豐度和生物利用度生物體選擇自然界中存在較豐富的元素，因而人體內(nèi)的常量元素都是海水中最豐富的元素。在酶所依賴(lài)的金屬中，最常見(jiàn)的是鐵、鉬、銅和鋅，它們?cè)诤Ｋ卸加幸欢ǖ臐舛炔⒖杀焕?。大多?shù)生物選擇鈣的碳酸鹽或磷酸鹽作為構(gòu)成內(nèi)、外骨骼的材料，正是利用了這兩種鹽的難溶性以及較高的鈣豐度。2.基本適宜性一種無(wú)機(jī)元素（通常為金屬元素）若被選擇，它就具有某一特定的功能。例如，自然界選擇金屬組成氧化還原酶

46、時(shí)，即利用了金屬離子對(duì)氧化還原反應(yīng)的催化作用，這與金屬離子的價(jià)電子數(shù)、最佳配位數(shù)、配體和氧化還原系統(tǒng)的電位都有關(guān)系。這一規(guī)則主要是從熱力學(xué)上闡明某元素的簡(jiǎn)單化合物可否被選擇來(lái)完成某種功能。3.有效性和特異性的進(jìn)化規(guī)則生物體選擇較有效的化合物加以利用。例如，在鐵氧還蛋白中的功能單位是鐵硫原子簇；黃素氧還蛋白則是以黃素單核苷酸作為輔酶。這兩種蛋白都有傳遞電子的功能，由于后者不如前者有效，它只是在缺鐵介質(zhì)中被利用，而鐵含量豐富的細(xì)胞就不含黃素氧還蛋白。被選用的元素需在與生物大分子結(jié)合成某種特殊形式的情況下去完成功能，離開(kāi)這一特定的大分子就不能發(fā)揮作用。例如，血紅蛋白的生物功能是在血液里結(jié)合氧分子和釋

47、放氧，它依靠了血紅素分子中的Fe2+離子。如果沒(méi)有特殊蛋白質(zhì)與其結(jié)合，F(xiàn)e2+遇到氧分子時(shí)只會(huì)被氧化，不能可逆地結(jié)合和釋放氧。選擇鐵作為人體的氧載體血紅蛋白的活性金屬，與此蛋白的演化有關(guān)，這一特定結(jié)構(gòu)保證了活性或有效性。另一些生物沒(méi)有選擇鐵而是選擇釩或銅，那是由于該生物大分子在演化過(guò)程中產(chǎn)生了不同的蛋白質(zhì)之故。二、生物元素功能和分類(lèi)現(xiàn)將生物元素及其功能歸納于表113中。在生命物質(zhì)中，除碳、氫、氧和氮參與各種有機(jī)化合物外，其它生物元素各具有一定的化學(xué)形態(tài)和功能，這些形態(tài)包括它們的游離水合離子、與生物大分子或小分子配體形成的絡(luò)合物以及構(gòu)成硬組織的難溶化合物等。表113生物元素及其功能元素符號(hào)功能氫

48、H（硼）B碳C氮N氧O氟*F鈉Na鎂Mg硅*Si磷P硫S氯Cl鉀K鈣Ca釩V鉻*Cr錳*Mn鐵*Fe鈷*Co鎳*Ni銅*Cu鋅*Zn硒*Se鉬*Mo錫*Sn碘*I水，有機(jī)化合物的組成成分植物生長(zhǎng)必需有機(jī)化合物組成成分有機(jī)化合物組成成分水，有機(jī)化合物的組成成分鼠的生長(zhǎng)因素，人骨骼的成長(zhǎng)所必需細(xì)胞外的陽(yáng)離子，Na+酶的激活，葉綠素構(gòu)成，骨骼的成分在骨骼、軟骨形成的初期階段所必需含在ATP等之中，為生物合成與能量代謝所必需蛋白質(zhì)的組成，組成FeS蛋白質(zhì)細(xì)胞外的陰離子，CI-細(xì)胞外的陽(yáng)離子，K+骨骼、牙齒的主要組分，神經(jīng)傳遞和肌肉收縮所必需鼠和綠藻生長(zhǎng)因素，促進(jìn)牙齒的礦化促進(jìn)葡萄糖的利用，與胰島素的作

49、用機(jī)制有關(guān)酶的激活、光合作用中水光解所必需最主要的過(guò)渡金屬，組成血紅蛋白、細(xì)胞色素、FeS蛋白等紅血球形成所必需的維生素B12的組分酶的激活及蛋白組分，膜構(gòu)造與功能銅蛋白的組分，鐵的吸收和利用許多酶的活性中心，胰島素組分與肝功能肌肉代謝有關(guān)黃素氧化酶、醛氧化酶、固氮酶等所必需鼠發(fā)育必需甲狀腺激素的成分注：標(biāo)有*號(hào)的為微量元素，其余為常量元素。根據(jù)它們的形態(tài)、功能和分子大小，可作如下分類(lèi)：（1）無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)物質(zhì)：鈣、氟、磷、硅和少量的鎂，以難溶無(wú)機(jī)化合物形態(tài)存在于硬組織中，如SiO2、CaCO3、Ca10（PO4）6（OH）2等。（2）具有電化學(xué)和信使功能的離子：鈉、鎂、鉀、鈣和氯等，分別以游離水合

50、陽(yáng)離子和陰離子形式存在于細(xì)胞的內(nèi)、外液中，兩者之間維持一定的濃度梯度，這種梯度的建造依靠膜以及與膜結(jié)合的金屬泵，也依靠在一側(cè)存在的配體結(jié)合金屬離子。例如，K+和Na+離子在細(xì)胞內(nèi)、外大都是游離的，但依靠K和Na泵造成兩側(cè)差異，而Mg2+和Ca2+離子除相應(yīng)泵的工作外，也因在細(xì)胞里部分地被大分子配體、膜組分結(jié)合而遠(yuǎn)低于細(xì)胞外濃度。（3）生物大分子：系指蛋白質(zhì)、肽、核酸及類(lèi)似物等需要金屬結(jié)合的大分子，包括具有催化性質(zhì)和貯存、轉(zhuǎn)換功能的各種酶。參與結(jié)合的金屬元素見(jiàn)圖13。金屬蛋白質(zhì)指有金屬X以化學(xué)計(jì)量方式牢固地結(jié)合的蛋白質(zhì)；其中，具有催化性質(zhì)的金屬蛋白絡(luò)合物稱(chēng)金屬酶。在金屬酶中的X一般是必需的，至少

51、當(dāng)X缺乏或被其它元素取代時(shí)，酶的活性就會(huì)大大降低。與金屬激活酶不同，當(dāng)純化時(shí)，X不容易被除去，X/酶活性比應(yīng)接近于常數(shù)值。在以非金屬元素如X=Se或I為必需元素的酶中，這些元素是蛋白質(zhì)多肽鏈的一個(gè)組成部分；作為蛋白質(zhì)或其輔基，也可成為另外金屬離子的配位原子。在這些金屬酶中，金屬元素可以成為活性中心，也可以起改變或穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的作用。金屬激活酶所表現(xiàn)的催化活性必須依靠特定金屬離子X(jué)的存在，雖然結(jié)合著金屬離子，但酶本身是指未結(jié)合金屬的蛋白質(zhì)。由于X的結(jié)合是不穩(wěn)定的，在純制時(shí)隨酶蛋白純度的提高，X含量越來(lái)越低，而且常可被類(lèi)似元素取代。相當(dāng)多的金屬激活酶可被簡(jiǎn)單的主族金屬離子如Mg2+、K+活化

52、，它們沒(méi)有傳遞電子或傳遞配體等作用，推想金屬離子的重要功能可能是結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）固定作用等。（4）小分子：包括形成大分子的單體，如硒代蛋氨酸等；與大分子建立平衡的低分子量配體絡(luò)合物，如血漿中的氨基酸絡(luò)合物；離子載體，如Cu2+與血漿中存在的GlyHisLys三肽，F(xiàn)e3+的檸檬酸、天然羥肟酸絡(luò)合物、大環(huán)配體；膜磷酯結(jié)合金屬；電子傳遞化合物（葉綠素）等等?，F(xiàn)代生物科學(xué)從分子和亞分子水平研究生命過(guò)程，進(jìn)而探索用生物科學(xué)解決生產(chǎn)、生活實(shí)際問(wèn)題的途徑。由此觀點(diǎn)看，生命活動(dòng)是許多具有生物活性的物質(zhì)參與各種化學(xué)反應(yīng)的總結(jié)果。這些反應(yīng)在規(guī)定部位、按規(guī)定程序和程度進(jìn)行，它們之間是相互關(guān)聯(lián)和制約的。在這些生物活性物

53、質(zhì)中，有不少就是含無(wú)機(jī)元素（特別是金屬元素）的絡(luò)合物，即作為構(gòu)成金屬蛋白、核酸絡(luò)合物、輔酶中的一部分等，它們?cè)诠烫肌⒐痰?、載氧、生物礦化、細(xì)胞調(diào)節(jié)、神經(jīng)傳導(dǎo)、免疫應(yīng)答等生物過(guò)程中起著關(guān)鍵作用（圖14）。這些活性絡(luò)合物起著開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)、控制、傳遞、放大等作用，因此它們參加的反應(yīng)具有高選擇性、高效率和高收率的特點(diǎn)。金屬離子（或其水合離子）本身常不具有某種生物活性，或者活性不夠，只有與具有特定結(jié)構(gòu)的配體結(jié)合成配位化合物后，才表現(xiàn)出特定的活性。例如，F(xiàn)e2+不能與氧配位結(jié)合，只有當(dāng)它與原卟啉和具有特定結(jié)構(gòu)的蛋白鏈結(jié)合成血紅蛋白后才能氧合。因此，雖然我們研究金屬，實(shí)際上主要研究的是與特定生物配體結(jié)合的金屬

54、。在考察生物分子的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-活性的關(guān)系時(shí)，也必須研究配體的影響。生物配體包括蛋白質(zhì)、肽、核酸、糖以及糖蛋白、脂蛋白等大分子配體，也包括一些有機(jī)、無(wú)機(jī)離子（如氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸酸根、Cl-、HCO3-、HPO42-等）、某些維生素和激素等小分子配體。廣義地說(shuō)，O2分子、CO分子等也是生物配體。不同配體所含的各種配位基團(tuán)決定了對(duì)金屬的配位能力和配位方式，從而決定了生物功能。例如，在蛋白質(zhì)中有著不同可配位的基團(tuán)（表114）。表114蛋白質(zhì)中參與金屬配位的可解離基團(tuán)配位解離基團(tuán)氨基酸或殘基pKCOOH，r-COOH咪唑+NH3流基+NH3酚-OH胍基羧酸末端天冬氨酸、谷氨酸組氨酸氨基末端半胱氨酸

55、賴(lài)氨酸酪氨酸精氨酸3.4445677.5810109512第五節(jié)微量元素與食物營(yíng)養(yǎng)一、植物的營(yíng)養(yǎng)不同的植物種類(lèi)對(duì)元素的敏感度是有差別的，現(xiàn)將植物培育營(yíng)養(yǎng)液中若干元素的不足、適宜和中毒的濃度列于表11514。表115在營(yíng)養(yǎng)液中影響種子植物生長(zhǎng)的濃度（mg/L）元素XX缺乏正常生長(zhǎng)X中毒元素XX缺乏正常生長(zhǎng)X中毒Al010132Mg51250AS（）0.0227.5Mn()0.00250.020.111100B0.10.02115Mo0.0110.52Ba500500N1.4702101000Be0.50.5Na0.06660400Bi27Ni0.50.52Br1515600P1020150500

56、Ca540.12200500Pb3320Cd0.050.29Rb9090Cl14200600S0.732708000Co60.0010.010.13Se（）0.02112Cr（）0.50.510Si0.09Cu00100101058Sn40F55Sr40040OFe0.50.5510200Te（）66Ga0.010.02Tl11I010.10.251V4101040K30.1320500W110Li1030Zn626040002mgPb/L降低離析的葉綠體對(duì)CO2的固定作用。對(duì)種子植物最毒的元素看來(lái)是砷（），諸如鋁、硼、鎘、鈷、鉻（）、銅、碘、鉬、鎳、硒（）、鉈等在低濃度下也有毒性，其中有的是

57、生物必需微量元素。砷（）、鉍、溴、氟、鐵、鋰、錳、鉛、碲、釩、鎢和鋅具有中等毒性；而鋇、鈣、氯、鉀、鎂、氮、鈉、銣、硫和鍶等僅在很高的濃度時(shí)才有毒性。植物對(duì)Al3+和Mn2+離子的容許限度極易變化。在天然環(huán)境中，這兩種離子僅在酸性湖泊和pH5的沼澤地帶才能達(dá)到一定濃度。表115中提供的數(shù)據(jù)尚不完善，至于生長(zhǎng)在土壤中的植物了解得更是不夠，為了預(yù)測(cè)土壤中某些元素的潛在不足和毒性，還需進(jìn)行艱苦的工作。此外，這里的資料尚未包括營(yíng)養(yǎng)物之間可能產(chǎn)生的相互作用。二、平衡膳食組成人類(lèi)在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，不斷地尋找和選擇食物以改善膳食，因此在人體的營(yíng)養(yǎng)生理需要和膳食之間建立了平衡關(guān)系。如果這種關(guān)系失調(diào)，即膳食不能

58、適應(yīng)人體的營(yíng)養(yǎng)需要，就會(huì)產(chǎn)生不利于人體健康的影響，甚而導(dǎo)致某種營(yíng)養(yǎng)性疾病。由于新陳代謝，每天都有一定數(shù)量的無(wú)機(jī)鹽從各種途徑排出體外，因此有必要通過(guò)膳食予以補(bǔ)充。無(wú)機(jī)鹽在食物中分布很廣，一般都能滿(mǎn)足機(jī)體需要；從實(shí)用營(yíng)養(yǎng)的觀點(diǎn)看，比較容易缺乏的無(wú)機(jī)元素有鈣、鐵和碘。特別是對(duì)正在發(fā)育的兒童，青、少年，孕婦和乳母，常量元素鈣和微量元素鐵或碘的缺乏較為常見(jiàn)。平衡膳食（Balanceddiet）系由多種食物構(gòu)成。它不但要提供足夠數(shù)量的熱量和各種營(yíng)養(yǎng)素，以滿(mǎn)足人體正常生理需要，而且要保持各種營(yíng)養(yǎng)之間的數(shù)量平衡，以利于它們的吸收和利用，達(dá)到合理營(yíng)養(yǎng)的目的。隨著對(duì)必需營(yíng)養(yǎng)素及其相互關(guān)系知識(shí)的豐富和深入，對(duì)有效地

59、利用食物資源、科學(xué)加工食品、合理調(diào)配膳食和充分發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)效能，提供了科學(xué)基礎(chǔ)。我國(guó)歷史悠久，在營(yíng)養(yǎng)和飲食方面極其注意與人們健康的關(guān)系，并在發(fā)掘食物資源、釀酒、發(fā)酵食品、豆制品和烹調(diào)技術(shù)造詣上享譽(yù)世界。許多國(guó)家都制訂了膳食供給量的標(biāo)準(zhǔn)，作為評(píng)價(jià)平衡膳食的基本依據(jù)。經(jīng)中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)修訂提出的我國(guó)部分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表11615，16，其中對(duì)常量元素鈣和微量元素鐵、鋅、硒等的供給量作出了明確的建議，其它必需微量元素包含在各種蛋白質(zhì)和多樣食物之中。此外，尚需一定量的維生素A、D、E、核黃素、煙酸、硫胺素和抗壞血酸等。表1-16我國(guó)人民每日膳食中某些營(yíng)養(yǎng)素的推薦量能量別類(lèi)（kcal）蛋白質(zhì)（g）鈣（mg）鐵（mg）鋅

60、（mg）硒碘（g）（g）成年男子（體重63kg）成年女子（體重53kg）極輕體力勞動(dòng)輕體力勞動(dòng)中等體力勞動(dòng)重體力勞動(dòng)極重體力勞動(dòng)極輕體力勞動(dòng)輕體力勞動(dòng)等體力勞動(dòng)重體力勞動(dòng)孕婦（后5個(gè)月）2400708001215501502600808001215501530009080012155015034001008001215501504000110800121550150210065600181550150230070600181550150270080600181550150300090600181550150+20O201500282050175乳母800+251500282050200年少16