金属离子对林可霉素生物合成的影响_汤海云
文章编号:1001-8689(2007)12-0723-04
金属离子对林可霉素生物合成的影响
汤海云 郭元昕 李啸 储炬*
(华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室, 上海200237)
摘要: 采用优化设计方法研究金属离子在林可链霉菌(S tr ep tomy ces
可霉素生物合成中的交互作用,并应用均匀设计法,以最终发酵液的生物效价为目标函数建立模型,通过软件U n V ersio n 3.00分析得出优化配比:FeSO 4?7H 2O 0.45g /L ,CuSO 4?5H 2O 1g /L ,M nCl 21g /L ;按优化方案添加金属离子,使发酵液的最终生物效价较原配方提高20%,明显提高了林可霉素的发酵水平。
关键词: 林可霉素; 均匀设计; 金属离子; 生物合成中图分类号:R 978.1 文献标识码:A
Effects of metal ions on biosynthesis of lincomycin
T ang Hai -yun , Guo Yuan -x in , Li Xiao and Chu Ju
(Stat e Key L abo rat or y o f Bior eact or Eng ineer ing,East China U niver sity of
Science and T echno log y ,Shang hai 200237)
ABSTRACT An optimization design w as utilized to study the co mbined effect of differ ent supplem ented metal ions on the biosy nthesis of lincomy cin (Strep tom y ces lincolnensis ).U niform desig n method w as em plo yed to obtain quadratic m odels fo r the titres of the final fermentation bro th .M eanw hile ,analy tic softw are g ave the optim um r esults:the addition of FeSO 4?7H 2O,CuSO 4?5H 2O and M nCl 2to the cultur e w ere 0.45,1and 1g /L respectively.T he culture with metal salts according to the o ptimum schem e could improve the final biologi-cal titre by 20%.
KEY WORDS Lincom ycin ; Unifor m design ; Metal ions ; Bio synthesis 收稿日期:2007-05-14 修回日期:2007-07-02基金项目:上海市科委项目(064319033)。
作者简介:汤海云,男,生于1982年,在读硕士研究生。 *通讯作者,E-mail:juchu @ecu https://www.wendangku.net/doc/143082034.html,
林可霉素(lincom ycin )由M ason 等于1962年首先从林可链霉菌(Strep tomy ces lincolnensis )培养液中获得,具有较好的抗革兰阳性菌的能力,它与已知的抗生素间不存在交叉耐药性,并且毒性很低,主要用于由革兰阳性菌引起疾病的临床治疗,化学结构如图1所示。林可霉素A 由一个丙基脯氨酸和一个甲硫基林可糖以肽键连接组成[1],其半合成产品比克林霉素(clin-damy cin )毒性低、
抗菌活性更强[2]。林可霉素及其半合成产品通称林可霉素类抗生素。
林可霉素的生物合成是先从两个独立的途径分别生成丙基脯氨酸(pro pyl proline )和甲硫基林可糖(NT L),然后这两个亚基生成N-脱甲基林可霉素,进一步甲基化生成林可霉素[3]
,如图2。
金属离子对微生物的生长发酵具有巨大的影响。生物体内许多金属离子参与酶活力的调节;大肠埃希
化合物R 1R 2R 3
R 4R 5林可霉素A S CH 3CH 3CH 2CH 2CH 3OH H 林可霉素B S CH 3CH 3CH 2CH 3OH H 林可霉素C S CH 2CH 3CH 3CH 2CH 2CH 3OH H 林可霉素D S CH 3H CH 2CH 2CH 3OH H 林可霉素S S CH 2CH 3CH 2CH 3CH 2CH 2CH 3OH H 林可霉素K S CH 2CH 3H CH 2CH 2CH 3OH H 克林霉素
S CH 3
CH 3
CH 2CH 2CH 3
H
Cl
图1 林可霉素与克林霉素结构图
图2 林可霉素的生物合成途径
菌谷氨酰胺合成酶活力受二价金属离子的调节[4];镁离子是糖代谢过程中许多关键酶的辅因子,发酵培养基中锌离子能提高磷酸甘油醛脱氢酶、苹果酸脱氢酶等锌酶的活性,锰离子能提高丙酮酸羧化酶、丙酮酸激酶等锰酶的活性[5,6];必特螺旋霉素产生菌WSJ-1-195发酵过程中添加锰离子有利于丙酸等前体酸的合成,促进效价的提高[7];铜离子和钴离子对菌株179抗真菌抗生素179M的合成有强烈的刺激作用,使其发酵相对效价提高3倍左右[8];金属离子能够竞争肽聚糖上的庆大霉素吸附位点,释放更多的庆大霉素到发酵液中,可以减轻反馈调节,促进生产[9];发酵前期(38～42h)加入Fe2+,螺旋霉素效价比对照提高了19.7%[10];在有机发酵培养基中加入一定浓度Cu2+、Co2+和Zn2+能明显提高脂肽类抗生素FIM99608的发酵效价并促进其菌丝生长[11];镁离子和锰离子对谷氨酰胺合成酶有诱导作用[12],是该酶的稳定性和催化活性所必需的[13];金属离子在抗生素合成中往往扮演着十分重要的角色,而除了金等[14]报道过镁离子通
过捕集及缓释NH+4和PO43-促进林可霉素发酵外,对于金属离子对林可霉素的影响少见报道;本文考察了不同金属离子对林可链霉菌生产林可霉素的影响,通过均匀设计和多次实验验证对金属离子配比的最佳方案,进一步优化了发酵培养基及促进林可霉素生产。
1 材料与方法
1.1 菌种和培养方法
(1)菌种 林可链霉菌(S trep tomy ces lincolne-nsis)L-427,由江西国药有限公司提供。
(2)种子培养基(%) 淀粉2.0,葡萄糖2.0,黄豆饼粉1.0,玉米浆3.5,硫酸铵0.15,硝酸铵0.10,氯化钠0.05,硝酸钠0.05,磷酸二氢钾0.005,碳酸钙0.40。
(3)发酵培养基(%) 淀粉2.0,葡萄糖6.0,黄豆饼粉2.0,玉米浆2.0,硫酸铵0.2,硝酸铵0.15,氯化钠0.5,硝酸钠0.06,磷酸二氢钾0.03,碳酸钙0.80。
(4)摇瓶培养 种子在30℃220r/min的摇床上培养44h后接入发酵瓶,种子瓶装液量为80ml(500m l 摇瓶);发酵摇瓶在30℃220r/min的摇床上培养144h 放瓶,发酵摇瓶装液量为30m1(250ml摇瓶)。
1.2 试验设备与分析方法
(1)实验设备 摇床由上海离心机所提供。
(2)生物效价测定 效价测定采用管碟法,鉴定菌为藤黄八叠球菌GY052506(江西国药有限公司)。
(3)菌丝浓度测定 采用PMV法,取发酵液10m l于离心沉淀管中,在2000r/m in下离心10min,测沉淀物在发酵液中的比例即得菌丝浓度。
(4)均匀设计 本试验采用U10(108)[15],如表1。根据建立的6种因素及相应10个水平,选取表中第1、2、3、5、6、8列建立10组添加配方。
表1 选用均匀设计表U10(108)及使用表
No.12345678
1123457910
2246810379
3369141058
448159637
5510493216
6617289105
7731062584
8852107163
997531842
10109876421
使用表
s列 号D
2160.1125
31560.1681
413450.2236
5134570.2414
61235680.2994
2 结果与讨论
2.1 金属离子对林可霉素生产的影响
在培养基中分别添加不同浓度的M gSO4?6H2O、FeSO4?7H2O、ZnSO4?7H2O、CuSO4?5H2O、M nCl2和CoCl2?6H2O,测定最终发酵液的生物效价,结果见表2。当单独添加以上因子的量分别为0.1、0.1、0.001、0.1、0.1和0.01g/L时得到单因子最佳结果,相对效价为1.06,1.15、1.09、1.11、1.16和1.08。由于林可霉素有A、B、C……等多种组分,应该说,用HPLC法测定添加金属离子对各组分影响更确切。2.2 优化试验设计
筛选实验发现M gSO4?6H2O、FeSO4?7H2O、
表2 金属离子单独添加实验及结果
ZnSO4?7H2O、CuSO4?5H2O、MnCl2和Co Cl2?6H2O 对林可霉素均具有一定的促进作用,为考察其交互作用及最佳的添加配方,采用均匀设计软件Unifor m Desig n Versio n3.00(由吉林省农业部特种经济动植物及产品质量监督检验测试中心王玉方提供)设计6因素10水平试验,每个水平做三个平行摇瓶。
将表3用上述软件分析计算得回归方程:
Y=1.164+1.180X2-0.6116X4-0.3964X5-
1.313X22+1.504X4?X5
各因素影响强弱为CoCl2?6H2O
2.3 金属离子最佳配方验证实验
对照组和添加金属离子混合溶液组各取6个平行摇瓶,并对所测生物效价进行单因子方差分析(表5、表6),以验证数据的有效性。F A>F0.05(1,10),所以有显著差异,改进配方有效。
按优化配方添加金属离子可提高林可霉素发酵,推测原因是因为这些金属离子增强林可霉素生物合成途径中一些关键酶[16～18](如L-酪氨酸羟化酶、丙氨酸
表3 均匀设计实验安排及实验结果
No.M gS O4?6H2O
(g/L)
FeS O4?7H2O
(g/L)
ZnS O4?7H2O
(g/L)
CuS O4?5H2O
(g/L)
M n Cl2
(g/L)
CoCl2?6H2O
(g/L)
相对效价
10.020.040.00060.1 0.4 0.1 1.07
20.040.080.002 1 0.060.08 0.69
30.060.2 0.008 0.081 0.06 1.06
40.080.6 0.00020.8 0.2 0.04 1.12
50.1 1 0.00080.060.040.02 0.97
60.2 0.020.004 0.6 0.8 0.01 1.20
70.4 0.060.01 0.040.1 0.008 1.22
80.6 0.1 0.00040.4 0.020.0060.98
90.8 0.4 0.001 0.020.6 0.004 1.13
101 0.8 0.006 0.2 0.080.002 1.14 表4 残差分析表
No.观测值回归值观测值-回归值(回归值-观测值)/观测值×100(%)
1 1.07 1.049 0.021-1.96262 20.69 0.7045-0.0145 2.101449
3 1.057 1.022 0.035-3.31126
4 1.121 1.071 0.05-4.4603 50.9710.9809-0.0099 1.019567
6 1.204 1.225 -0.021 1.744186
7 1.222 1.172 0.05-4.09165 80.981 1.028 -0.047 4.79103
9 1.127 1.193 -0.066 5.856256
10 1.139 1.137 0.002-0.17559
表5 摇瓶发酵最终效价( g/ml,n=6)
123456
对照组175816771655168718121534添加组190119642100197320202100 表6 单因素方差分析
差异源S S df M S F P值F边界值组间312018.81312018.840.593538.13E-05 4.964603组内76864.1710 7686.417
总计388882.911
脱氢酶和谷氨酰胺合成酶)的活性,加强了L-酪氨酸到丙基脯氨酸的转化(图2),促进了效价的提高。
3 结论
本文考察了多种金属离子对林可霉素生产的影响,采用均匀设计法对原配方进行金属离子添加的改进,得到了最佳的添加配比为0.45g/L FeSO4?7H2O,1g/L CuSO4?5H2O,1g/L MnCl2;将该配方作为培养基成分之一,最终把林可链霉菌的发酵生物效价由1650提高到2000 g/ml,提高了近20%,进一步优化了林可霉素发酵培养基。
(下转第761页)
P roc N atl A cad Sci,1989,86:9159.
[4]Boman H G,W ade D,Boman I A,et al.Antibacter ial and
antimalarial pr operties of peptides that ar e cecr opin-m elit-tin hy brids[J].FEBS L ett,1989,259:103.
[5]Ga men S,Hanson D A,K aspar A,et al.Gr anuly sin-
induced apopto sis I.Invo lv ement of at least tw o distinct pathw ays[J].J I mmunol,1998,161:1758.
[6]Chen J G,Xu X M,U nder hill C B,et al.T achy plesin
activat es the classic co mplement pathway to kill tumor cells[J].Can Res,2005,65(11):4614.
[7]屈贤铭,吴克佐,邱雪贞,等.经聚肌胞苷酸诱导家蚕蛹血
淋巴中六种抗菌肽的分离与鉴定[J].生物化学与生物物理学报,1986,18(3):284.
[8]谢维,邱奇峰,陈江宁,等.中国家蚕抗菌肽CM IV基因的
化学合成与克隆[J].南京大学学报(自然科学版),1996, 32(3):474.
[9]谢维,窦非,吴海宏,等.抗菌肽CM IV突变体基因在E.
coli中融合表达的研究[J].中国科学C辑,1997,27(3):
278.
[10]陈建军,孙苗,陈常庆,等.含P R启动子的原核高效表达
载体的构建及应用[J].生物化学与生物物理进展,1999,
26(5):495.
[11]沈益,邱英华,劳学刚,等.抗菌肽-X基因的克隆及在大
肠杆菌中的表达[J].生物技术通讯,2003,14(4):278. [12]Schag ger H,V on Jag ow G.T ir cine-so dium do decyl sul-
fate-po ly acry lamide g el electr ophor esis for the sepa ration o f pro tein in the rang e fro m1to100kDa[J].A nal Biochem,1987,166:368～379.
[13]M iller K W,Evans R J,Eisenberg S P,et al.Secret or y
leuko cyte ro tease inhibitor binding to mR N A and DN A as
a po ssible ca use of tox icit y to Escher ichia coli[J].J B ac-
ter iol,1989,171:2166.
[14]L ee J H,M inn I,P ark C B,et al.A cidic peptide-mediat-
ed ex pressio n of the antimicro bial peptide Bufo rin II as tandem r epea ts in Escher ichia coli[J].Pr o E xp Pur,
1998,12:53.
(上接第726页)
参考文献
[1]Spizek J,R ezanka T.L incomy cin,cultiv atio n of pr o duc-
ing st rains and biosy nthesis[J].Ap p l M icrobiol Biotech-nol,2004,63(5):510～519.
[2]邬行彦,熊宗贵,胡章助.抗生素生产工艺学[M].北京:化
学工业出版社,1989:402～403.
[3]Chung A T,Steven T J,M cWethy J,et a1.F ermentation
biosynthesis,and mo lecular genetics of linco mycin A.
[M]//In:William R S.Biot echnolo gy o f antibiotioc2nd ed.New Y or k:M a rcel Dekker,1997:165.
[4]Sta dtman E R,G insburg A,et al.M ultiple mo lecular
for ms o f g lutamine synthetase pr oduced by enzy me cat-
a ly zed adenyly lation r eactio ns[J].A dv Enzy me Regul,
1970,8:99～118.
[5]K uchel P W等著,姜招峰等译.生物化学[M].北京:科学
出版社,2004:267.
[6]周德庆.微生物教程[M].北京:高等教育出版社,2004:
173～174.
[7]康源,王永红,庄英萍,等.M n2+对必特螺旋霉素产生菌代
谢和必特螺旋霉素合成的影响[J].微生物学报,2005,45
(1):81～85.
[8]李淑彬,周仁超,钟英长.金属离子对黄柄曲霉生长和抗真
菌抗生素合成的影响[J].微生物学通报,2002,29(3):20～24.
[9]牛文泽,胡辉,储炬,等.棘孢小单孢菌绛红变种细胞壁肽
聚糖对庆大霉素吸附机制的初步研究[J].中国抗生素杂志,2003,28(2):65～71.
[10]毛全贵,赵胜利,韩德全,等.金属离子对螺旋霉素生物合
成的影响[J].中国抗生素杂志,2005,30(11):647～648.
[11]江红,江宏磊,林如,等.金属离子和磷酸盐对脂肽类抗生
素F W99608生物合成的影响[J].中国抗生素杂志, 2003,28(9):513～517.
[12]金,焦瑞身,毛裕民.林肯链霉菌谷氨酰胺合成酶活力
调节的研究[J].微生物学报,2001,41(4):481～486. [13]Stadtman E R,G insbur g A.T he glutamine synthetase o f
Escher ichia.coli:Structure and co ntro l[J].Enz y mes, 1974,10:755～807.
[14]金,焦瑞身.硝酸盐、镁盐对林可霉素生物合成的促进
作用[J].生物化学杂志,1997,13(6):709～715.
[15]方开泰.均匀设计与均匀设计表[M].北京:科学技术出
版社,1994:74.
[16]金,杨蕴刘,焦瑞身.林肯链霉菌谷氨酰胺合成酶的酶
学性质[J].微生物学报,1998,38(6):441～448.
[17]Neusser D,Schmidt H,Spizek J.T he genes lmbB1and
lmbB2o f Str ep tomy ces lincolnensis encode enzymes invo lv ed in the co nv ersion o f L-ty ro sine to pro py lpr oline dur ing the bio synthesis of t he a ntibiot ic linco mycin A [J].A r ch M icr obiol,1998,169(4):322～332.
[18]金,焦瑞身.林肯链霉菌丙氨酸脱氢酶的纯化和性质
[J].微生物学报,1998,38(1):37～43.
沉积物中重金属的生物有效性研究综述
沉积物中重金属的生物有效性研究综述 张学辉1，陈爱华1，宋端阳1 (大连水产学院，大连，116023) xhz19810@https://www.wendangku.net/doc/143082034.html, 摘要：本文综述了沉积物中重金属的生物有效性的研究，主要包括重金属污染常用评价体系，沉积物中重金属的存在形态，以及生物对重金属的生物利用等方面。同时对沉积物中重金属的生物有效性研究进行了展望。 关键字：沉积物 重金属 生物有效性 近年来,随各种工业废液排入水体,其中重金属的含量越来越高,严重影响着人类及其它生物的健康与生存,如汞、砷、铬能引起神经系统疾病和有致癌作用。海洋沉积物是进入海水中许多化学物质的主要归宿地，海洋沉积物环境质量研究自上世纪8O年代以来已成为国际重要研究领域[1]。在研究以重金属为主要污染物的水体中,通常把沉积物视为探索环境重金属污染的工具。由于沉积物中重金属化学行为和生态效应的复杂性，对积物中重金属生物有效性的研究是当前学术界的热点研究课题[12]。 一、沉积物中重金属污染的评价体系及存在形态 1.1沉积物中重金属污染的评价体系 对于沉积物中重金属污染的研究，近年来出现了许多从沉积学角度提出的污染评价方法，如地累积指数法(Geoaccumulation Index)、污染负荷指数法(The Pollution Load Index)、潜在生态危害指数法(The Potential Ecological Risk Index)及Hilton 等的回归过量分析法(Excess after Regression Analysis)．我国学者贾振邦等应用模糊集理论(Theory of Fuzzy Subset)和脸谱法(Face graph)对沉积物中重金属进行了评价。上述评价方法代表了国际上有关沉积物中重金属研究的先进方法。潜在生态危害指数法和地累积指数法是两种比较常用的评价体系。 1.1.1潜在生态风险评价 潜在生态风险指数法是瑞典学者Haknson[3]于1980年提出的，它是划分沉积物污染程度及其水域潜在生态风险的一种相对快速、简便和标准的方法，通过测定沉积物样品中有限数量的污染物含量进行计算。潜在生态风险指数值可反映表层沉积物金属的含量、金属污染物的种类数、金属的毒性水平及水体对金属污染的敏感性。生态风险指数法在我国的应用已较为广泛，不少文献介绍了利用该法进行水域生态风险性分析和评价，并对水域的生态风险性进行定量分析作出了有益的尝试。其计算公式如下： -1-
微生物对重金属 的去除
微生物处理重金属废水的常规研究进展2010-8-23 来源：谷腾水网点击：37 重金属废水的常规处理方法主要包括：化学沉淀法、离子交换法、蒸发浓缩法、电解法、活性炭和硅胶吸附法和膜分离法等，但这些方法存在去除不彻底、费用昂贵、产生有毒污泥或其他废料等缺点。因此，人们一直致力于研究与开发高效环保型的重金属废水处理技术和工艺。微生物处理法是利用细菌、真菌（酵母）、藻类等生物材料及其生命代谢活动去除和（或）积累废水中的重金属，并通过一定的方法使金属离子从微生物体内释放出来，从而降低废水中重金属离子的浓度。近年来，国际上在微生物处理重金属废水的研究中取得了较多成果，该技术在投资、运行、操作管理和金属回收、废水回用等方面优越于传统的治理方法，展现出广阔的应用前景。我国在微生物处理废水重金属这方面的研究尚处于起步阶段，因此，本文就微生物处理重金属废水的机理及其影响因素做一概述，以期促进国内该领域的研究。 1微生物处理重金属废水的机理 1.1微生物对重金属的吸附作用 微生物的吸附作用是指利用某些微生物本身的化学成分和结构特性来吸附废水中的重金属离子，通过固液两相分离达到去除废水中的重金属离子的目的。生物吸附剂为自然界中丰富的生物资源，如藻类、地衣、真菌和细菌等。微生物结构的复杂性以及同一微生物和不同金属间亲和力的差别决定了微生物吸附金属的机理非常复杂，至今尚未得到统一认识。根据被吸附重金属离子在微生物细胞中的分布，一般将微生物对金属离子的吸附分为胞外吸附、细胞表面吸附和胞内吸附。 1.1.1胞外吸附 一些微生物可以分泌多聚糖，糖蛋白，脂多糖，可溶性氨基酸等胞外聚合物质（extracellularpolymericsubstances，EPS），EPS具有络合或沉淀金属离子作用。如蓝细菌能分泌多糖等胞外聚合物，一些白腐真菌可以分泌柠檬酸（金属螯合剂）或草酸（与金属形成草酸盐沉淀）。Suh等研究发现，当茁芽短梗霉（Aureobasidiumpullulans）分泌EPS时，Pb2 便积累于整个细胞的表面，且随着细胞的存活时间增长，EPS的分泌量增多，积累于细胞表面的Pb2 水平就越高，从最初的56.9上升到215.6mg/g（干重）；当把细胞分泌的EPS提取出来后，Pb2 便会渗透到细胞内，但Pb2 的积累量显著减少（最高量仅为35.8mg/g干重）。 1.1.2细胞表面吸附 细胞表面吸附是指金属离子通过与细胞表面，特别是细胞壁组分（蛋白质、多糖、脂类等）中的化学基团（如羧基、羟基、磷酰基、酰胺基、硫酸脂基、氨基、巯基等）的相互作用，吸附到细胞表面。如将酵母细胞壁上氨基，羧基，羟基等化学基团进行封闭，则会减少其对Cu2 的吸收量，表明这些基团在结合Cu2 方面具有重要的作用，这也间接证明了细胞壁上蛋白质和糖类在生物吸附中的作用。 金属离子被细胞表面吸附的机制包括离子交换、表面络合、物理吸附（如范德华力、静电作用）、氧化还原或无机微沉淀等。不同的微生物对不同金属的吸附作用机制不同（表1）。Kratochvil等认为，离子交换是许多非活性真菌和藻类吸附金属离子的主要机理，主要是细胞表面的羧基，其次是硫酸脂基和氨基在生物吸附中发挥了重要作用。Davis等也认为离子交换是褐藻吸附金属离子的主要机制，特别是以前被认为的物理和化学的结合机制都可以用离子交换来解释。细胞表面功能基团中的氮、氧、硫、磷等原子，可以作为配位原子与金属离子配位络合。例如Zn、Pb可以与产黄青霉（P.chrysogenum）表面的磷酰基和羧基形成络合物，溶液中的阴离子（EDTA、SO42-、Cl-、PO33-等）可以与细胞竞争重金属阳离子，形成络合物，从而降低产黄青霉对Zn、Pb的吸附量，这也间接地说明细胞表面对金属离子的吸附确实存在络合机制。关于氧化还原和无机微沉淀的机制也有少量报道。如Lin采用X 射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）以及光电子能谱（XPS）技术，研究了废弃酵母吸附Au3 的过程，发现还原性糖（细胞壁肽聚糖层的多糖水解产物）半缩醛基团中的自由醛基，可以
(环境管理)重金属离子污染
重金属离子污染 水体重金属离子污染是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体造成的污染。矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水（含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子）是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。废水中的重金属是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产生严重危害。 镉:自1995年起，居住在日本富山市神通川下游地区的一些农民得了一种奇怪的病。得病初期，患者只感到腰、背和手足等处关节疼痛，后来发展为神经痛。患者走起路来像鸭子一样摇摇摆摆，晚上睡在床上经常痛得直喊“痛……”因此这种病被称为“痛痛病”，又称为“骨痛病”。得了这种病，人的身高缩短，骨骼变形、易折，轻微活动，甚至咳嗽一声，都可能导致骨折。一些人痛不欲生，自杀身亡。经过调查，造成这种骨痛病的原因是神通川上游的炼锌厂长年累月排放含镉的废水，当地农民长期饮用受到镉污染的河水，并且食用此水灌溉生长的稻米，于是镉便通过食物链进入人体，在体内逐渐积聚，引起镉中毒，造成“骨痛病。 汞: 五十年代初期，在日本九州熊本县水俣镇，由于人食用受甲基汞毒害的鱼类而导致甲基汞中毒，导致中毒者283人，其中60人死亡。症状：口齿不清、步履不稳、面部痴呆进而耳聋眼瞎、全身麻木，最后精神失常，身体弯曲至死亡。其产生的原因是由于工厂生产氯乙烯和醋酸乙烯时采用氯化汞、硫酸、催化剂，把含有机汞的废水、废渣排入水俣湾，使鱼、贝壳类受污染。 锰: 四十多年前，日本有个村庄发生了一起可怕的集体“发疯”事件，有16个村民突然一起“发疯”了。这些“疯子”一会儿哭哭啼啼，一会儿又哈哈大笑；发作时两手乱摇，颤抖不止，而下肢发硬直，如此反复发作，直至“疯死”。这起集体“发疯”事件经多方研究调查，发现这些人喝的是同一口水井中的水，考察水井，又在旁边挖出了大量废旧、破烂的干电池。原来这是水井的水受干电池中某些有害成份污染而造成的。据环境科学研究表明，废旧干电池中的锌、二氧化锰等成分长期埋在地下，会
5种重金属对人体的危害
铅污染 是可在人体和动物组织中积蓄的有毒金属。主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等。它是通过南丹矿区污染严重皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应是贫血症、神经机能失调和肾损伤，易受害的人群有儿童、老人、免疫低下人群。铅对水生生物的安全浓度为0.16mg/L，用含铅0.1～4.4mg/L的水灌溉水稻和小麦时，作物中铅含量明显增加。 镉污染 是可在人体和动物组织中积蓄的有毒金属。主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等。它是通过南丹矿区污染严重皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应是贫血症、神经机能失调和肾损伤，易受害的人群有儿童、老人、免疫低下人群。铅对水生生物的安全浓度为0.16mg/L，用含铅0.1～4.4mg/L的水灌溉水稻和小麦时，作物中铅含量明显增加。 汞污染 汞及其化合物属于剧毒物质，可在人体内蓄积。主要来源于仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、化妆品、照明用灯、齿科材料、燃煤、水生生物等。血液中的金属汞进入脑组织后，逐渐在脑组织中积累，达到一定的量时就会对脑组织造成损害，另外一部分汞离子转移到肾脏。进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食物链进入人体，引起全身中毒作用；易受害的人群有女性，尤其是准妈妈、嗜好海鲜人士；天然水中含汞极少，一般不超过0.1μg/L。 砷污染
是人体的非必需元素，元素砷的毒性极低，而砷的化合物均有剧毒，三价砷化合物比其它砷化合物毒性更强。砷通过呼吸道、消化道和皮肤接触进入人体，如摄入量超过排泄量，砷就会在人体的肝、肾、肺、子宫、胎盘、骨骼、肌肉等部位蓄积，与细胞中的酶系统结合，使酶的生物作用受到抑制失去活性，特别是在毛发、指甲中蓄积，从而引起慢性砷中毒，潜伏期可达几年甚至几十年，慢性中毒有消化系统症状、神经系统症状和皮肤病变等。砷还有致癌作用，能引起皮肤癌，在一般情况下，土壤、水、空气、植物和人体都含有微量的砷，对人体不会构成危害。主要来源于采矿、冶金、化化学制药、玻璃工业中的脱色剂、各种杀虫剂、杀鼠剂、砷酸盐药物、化肥、硬质合金、皮革、农药等；危害的人群有农民、家庭主妇、特殊职业工人群体。地面水中含砷量因水源和地理条件不同而有很大差异，淡水为0.2～230μm/L，平均为0.5μm/L，海水为3.7μm/L。 铬污染 主要来源于劣质化妆品原料、皮革制剂、金属部件镀铬部分，工业颜料以及鞣革、橡胶和陶瓷原料等；如误食饮用，可致腹部不适及腹泻等中毒症状，引起过敏性皮炎或湿疹，呼吸进入，对呼吸道有刺激和腐蚀作用，引起咽炎、支气管炎等。水污染严重地区居民，经常接触或过量摄入者，易得鼻炎、结核病、腹泻、支气管炎、皮炎等。重金属的污染主要来源工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。工业污染大多通过废渣、废水、废气排入环境，在人和动物、植物中富集，从而对环境和人的健康造成很大的危害，工业污染的治理可以通过一些技术方法、管理措施来降低它的污染，最终达到国家的污染物排放标准；交通污染主要是汽车尾气的排放，国家制定了一系列的管理办法，例如：使用乙醇汽油、安装汽车尾气净化器等；生活污染主要是一些生活垃圾的污染，废旧电池、破碎的照明灯、没有用完的化妆品、上彩釉的碗碟等，对于重金属的污染只要我们从其来源加以控制，就多多少少可以减少重金属污染。
生物吸附法去除重金属离子的研究进展
生物吸附法去除重金属离子的研究进展 摘要：本文主要对生物吸附去除重金属离子污染的研究现状进行了综合评述。 首先，介绍了重金属污染的危害和传统去除重金属离子的技术存在的局 限性，指出生物吸附法作为新兴的处理方法的优势；然后，讨论了生物 吸附剂的来源及特点，生物吸附重金属的机理研究，影响重金属生物吸 附的因素以及重金属离子的解析；最后，展望了生物吸附在去除重金属 离子的前景，也提出了其存在的局限性。 1前言 重金属一般指密度大于4.5克每立方厘米的金属，如铅(Pb)、砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)等。这些难降解的重金属随工业废水的超量排放对环境构成威胁,通过食物链在生物体富集,破坏生物体正常代活动,危害人体健康。自从日本发生轰动世界的水俣病(汞中毒)和痛疼病(镉中毒)后,如何治理重金属废水,已经受到科学家们的普遍关注[1]。因此，有效地处理重 金属废水、回收贵重金属已经成为当今环保领域和食品安全领域中重要的课题。 目前处理含重金属废水的方法主要有化学沉淀、溶解、渗析、电解、反渗透、蒸馏、树脂离子交换与活性炭吸附等。各种方法的优缺点如表一所示. 表1 去除重金属离子传统技术[2] Table 1 Conventional technologies for heavy metal removal 处理方法优点缺点 化学沉淀和 过滤简单、便宜对于高浓度的废水,分离困难效果较差,会产 生污泥 氧化和还原无机化 需要化学试剂生物系统速率慢 电化学处理可以回收金属价格较贵 反渗透出水好,可以回用 需要高压膜容易堵塞价格较贵 离子交换处理效果好,金属可以回 收 对颗粒物敏感 树脂价格较贵 吸附可以利用传统的吸附剂 (活性炭) 对某些金属不适用 蒸发出水好,可以回用 能耗高价格较贵产生污泥
铅、汞、镉、砷对人体的危害及其预防措施
铅、汞、镉、砷对人体的危害及其预防措施 微量重金属元素与人体生命过程有着密切关系，它们虽然在体内的含量非常微小，但生理功能独特。 一、砷 砷在自然界分布很广，动物肌体、植物中都可以含有微量的砷，海产品也含有微量的砷。由于含砷农药的广泛使用，砷对环境的污染问题愈发严重，如以砷化合物作为饲料添加剂，过量添加至牲蓄食用的饲料中，就易使牲蓄体内积砷，食用了这种牲蓄的肉制品后，就容易造成中毒。砷侵入人体后，除由尿液、消化道、唾液、乳腺中排泄外，就蓄积于骨质疏松部、肝、肾、脾、肌肉、头发、指甲等部位。砷作用于神经系统、刺激造血器官，长时期的少量侵入人体，对红血球生成有刺激影响，长期接触砷会引发细胞中毒和毛细管中毒，还有可能诱发恶性肿瘤。我国食品重金属残留限量国家标准规定砷含量最高（粮食）为0.7毫克/千克，鲜乳为0.2毫克/千克。生活饮用水国家标准限量为0.01毫克/升。 二、铅 铅是对人体危害极大的一种重金属，它对神经系统、骨骼造血功能、消化系统、男性生殖系统等均有危害。特别是大脑处于神经系统敏感期的儿童，对铅有特殊的敏感性。研究表明儿童的智力低下发病率随铅污染程度的加大而升高。儿童体内血铅每上升10微克/100毫升，儿童智力则下降6—8分。为此，美国把普遍认为对儿童产生中毒的血铅含量下限由0.25微克/毫升，下降到0.1微克/毫升。世界卫生组织对水中铅的控制线已降到0.01微克/毫升。我国食品重金属残留量限量国家标准规定铅含量最高（豆类）为0.8毫克/千克，鲜乳为0.05毫克/千克，生活饮用水国家标准限量为0.01毫克/升。 在日常生活中，人们需要在以下六个方面加强对铅中毒的预防。 1、来自生活环境中的土壤和尘埃，玩具和学习用具，家庭装修用劣质油漆和印刷油墨，用铅壶或含铅的锡壶烫酒、饮酒，滥用含铅的丹药或偏方等。 2、食物中的铅，某些饮料、劣质食品、中草药等。某些罐装食品，由于用铅焊接缝而导致食物含铅量增加；含铅量高的食品主要有用含铅量高的容器加工成的爆米化，加入氧化铅以加快其成熟的松花蛋，大街小巷叫卖的“白馒头”也有一部分是用含铅等杂质的硫磺熏蒸而成。 3、动植物体内的铅。植物性食品的铅含量土壤、化肥、农药及灌溉用水含铅量的影响。动物性食品受铅含量受饲料、牧草、空气和饮用水含铅量的影响。 4、大气污染，如用含铅汽油的汽车尾气，以及煤制品（如煤球、煤饼）为燃料的家庭，室内空气中铅平均含量比室外空气的铅含量高很多。
土壤重金属污染的微生物效应研究进展_1
重金属污染土壤的治理是当今世界的一大难题，由于土壤中重金属污染是一个不可逆的过程，且土壤中的重金属具有非降解性及难以清除性。采用传统方法修复重金属污染土壤是非常困难和昂贵的[1]。而生物修复法能克服传统方法中的缺点，越来越受到重视[2]。土壤中微生物种类繁多，数量庞大，有的不仅参与土壤中污染物的循环过程，还可作为环境载体吸附重金属等污染物[3]。由于微生物对重金属具有积累和解毒作用的功能，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，使土壤重金属污染生物处理技术的发展和应用倍受关注。虽然近年来人们已经对土壤重金属污染的微生物效应、微生物学评价及修复机制做了大量的研究，但往往这些研究都是独立进行，缺乏相互之间的联系，造成很多结论的不统一性，对它们的综合评价产生一定的影响。因此，系统综述土壤重金属污染的微生物效应、微生物学评价及微生物的修复作用等方面的研究进展，研究和运用微生物与重金属间的相互关系和作用特点，对重金属污染土壤的微生物修复具有重要的意义[4]。 1土壤重金属污染的微生物效应及毒性 1.1重金属污染对土壤微生物活性的影响 当土壤受外来重金属污染物污染时，微生物为了维持生存可能需要更多的能量，而使土壤微生物的代谢活性发生不同程度的反应[5]86。微生物的代谢商（qCO 2）是微生物活性反应指标之一，它反映了单位生物量的微生物在单位时间里的呼吸作用强度[6]138。土壤微生物的代谢商通常随着重金属污染程 度的增加而上升。Chander 等[7]613研究认为，含高浓度重金属的土壤中微生物利用有机碳更多地作为能量代谢，以CO 2的形式释放，而低浓度重金属的土壤中微生物能更有效地利用有机碳转化为生物量碳，土壤中的重金属含量的高低影响了微生物的呼吸及代谢，进而影响了土壤的呼吸作用。张玲和叶正钱[6]139研究了铅锌矿区污染土壤的微生物活性，在矿口处土壤基础呼吸为33.69mg/（kg ·d ），明显高于其他地段，在远离矿口800m 的地方土壤基础呼吸为24.57mg/（kg ·d ），明显高于对照的4.06mg/（kg ·d ），矿口土壤的土壤基础呼吸和微生物代谢商分别是对照土壤的1.6倍和2.3倍。Fliepbach 等[8]1202也研究认为，代谢商是评价重金属微生物效应的敏感指标，它可以反映出土壤重金属污染程度。 1.2重金属污染对土壤微生物生物量的影响 土壤微生物生物量代表着参与调控土壤中能量和养分循环以及有机质转化所对应生物量的数量，而且土壤微生物碳或氮转化速率较快，可以很好地表征土壤总碳或总氮的动态变化，是比较敏感的生物学指标[8]1201。大量的研究表明，由于土壤重金属污染造成微生物生物量发生变化。Khan 等[9]30研究指出，Pb 污染矿区土壤的微生物生物量受到严重影响，靠近矿区附近土壤的微生物生物量明显低于远离矿区土壤的微生物生物量。Fliepbach 等[8]1201研究结果表明，低浓度的重金属能刺激微生物生长，可增加微生物生物量碳，而高浓度重金属污染则导致土壤微生物生物量碳的明显下降。Khan 等[9]31采用室内培养实验，研究了Cd 、Pb 和Zn 对红壤微生物生 土壤重金属污染的微生物效应研究进展 王彬杨胜翔徐卫红 （西南大学资源环境学院，重庆 400716） 摘 要 文章综述了土壤重金属污染的微生物效应、重金属污染土壤的微生物学评价及微生物的修复机制等方面的研究进展，并对今后土壤重金属污染的微生物修复的研究重点进行了展望。 关键词 重金属污染 土壤微生物 修复 收稿日期：2007-11-28，修改稿收到日期：2008-01-07 第23卷第2期 2008年6月广州环境科学 GUANGZHOU ENVIRONMENTAL SCIENCES Vol.23，No.2Jun.2008 6
重金属密度
重金属密度 重金属是指密度大于5g／cm’的一类金属元素，大约有45种，主要包括锅、铬、汞、铅、铜、锌、银、锡等，但是从毒性角度考虑，一般把砷、硒和铝等也包括在内。重金属在空气、土壤和水体中的存在对生物有机体产生严重影响，并且其在食物链中的生物富集极具危险性。如20世纪50年代日本曾爆发的水俱病(汞污染)、骨痛病(钢污染)和哮喘(50z和重金属粉尘复合污染)等，ATMEL单片机都是重金属污染造成的危害。 在污水处理过程中，70％。90％的重金属元素会通过吸附或沉淀转移到污泥中。一些重金属元素主要来源于工业排放的废水(如锅、铬等)，还有的重金属来源于家庭生活的管 道系统，如铜、锌等。 国内有人采集了来自全国30个大中型城市污水处理厂的污泥样品，分析了其重金属含量。其中，锌和饲在污泥中含量最高，是污泥中最主要的重金属污染物，其次是铬、锰、铁，然后是镍、铅、锡等，浓度最低的是铜。另外，根据GBl8918—2M2《城镇污水处理厂污染物排放标准》判断出10个污水处理厂污泥样品的重金属浓度超标。重金属在30个污水处理厂污泥中的形态分布规律是：锰、锌和镍的可交换态含量较其他金属高，因而可移动性强，生物有效性好；铜和钻主要分布在氧化态；铬、铅、砷和硒都主要分布在氧化态和残渣态；对于大部分样品，铁的残渣态含量比较高；锅的可提取形态之和占了总铜含量相当大的比例；而硒绝大部分存在于难以溶解释放的残渣态当中。 另外，重金属是否能给生态环境和入畜健康带来危害，关键是其生物有效性。重金属生物有效性与重金属形态有密切关系。一般而言，污泥中重金属存在的形态可分为水溶态、交换态、有机结合态、碳酸盐和硫化物结合态及残渣态等，其中前三种形态的生物有效性较高．而后两种形态的生物有效性较低。重金属在污泥中有效态含量除与其浓度有关外，还与污泥的理化性状及重金属形态组成有关。国内外许多研究表明，金属离子的溶解度随PH值 升高而降低，金属有机配合物的稳定性随环境PH值升高而增强。 1．2重金属的毒性特征 A 不可逆转性和危害长期性 重金属污染基本上是一个不可逆转的过程，主要表现在两个方面：一是重金届进入土壤环境后．很难通过自然循环从土壤环境中消失或稀释；二是对生物体的危害和对生态系统结构与功能的影响不易恢复。重金属的危害长期性，即其对动植物或人体的积累性危害往往需要较长的时间才能显现出来。 B 生物累积和放大性 重金属一旦随污泥农用进入土壤，其生物有效成分，就会被植物吸收累积，通过生物放大作用，重金属可以在较高级的生物体内成千上万倍地富集，然后通过食物链进入人体．在人体某些器官内积累造成慢性中毒。 c 毒性的可变性 重金属在不同的环境条件下，可以以不同的价态存在，并相互转化。不同价态的重金属毒性也不相同。某些重金属可在微生物或外界环境条件的作用下变成毒性更强的化合物，对人和生物造成极严重的威胁。如汞在甲基钻胺素存在下能转化为毒性更大的甲基汞，汗 基汞通过食物链进一步累积，进入人体后又很难代谢出去，聚集在肝、肾和脑中，损害人的相经系统。 D微量致害性 一般来讲，汞的毒性最大．锦次之，铅、镕、砷也有相当的毒性，这五种重金属被合称又“五毒”。这些重金属只要很微小的旦即可产生明显的毒性效应，即它们的毒性闻值(对生物产生污染的最小计量)都很小，比如汞是o．01—o。05mg／m3，铅是o．1。0．2mg/m3.
铅、汞、镉、砷对人体的危害及其预防
铅、汞、镉、砷对人体的危害及其预防 微量重金属元素与人体生命过程有着密切关系，它们虽然在体内的含量非常微小，但生理功能独特。 一、砷 砷在自然界分布很广，动物肌体、植物中都可以含有微量的砷，海产品也含有微量的砷。由于含砷农药的广泛使用，砷对环境的污染问题愈发严重，如以砷化合物作为饲料添加剂，过量添加至牲蓄食用的饲料中，就易使牲蓄体内积砷，食用了这种牲蓄的肉制品后，就容易造成中毒。砷侵入人体后，除由尿液、消化道、唾液、乳腺中排泄外，就蓄积于骨质疏松部、肝、肾、脾、肌肉、头发、指甲等部位。砷作用于神经系统、刺激造血器官，长时期的少量侵入人体，对红血球生成有刺激影响，长期接触砷会引发细胞中毒和毛细管中毒，还有可能诱发恶性肿瘤。我国食品重金属残留限量国家标准规定砷含量最高（粮食）为0.7毫克/千克，鲜乳为0.2毫克/千克。生活饮用水国家标准限量为0.01毫克/升。 二、铅 铅是对人体危害极大的一种重金属，它对神经系统、骨骼造血功能、消化系统、男性生殖系统等均有危害。特别是大脑处于神经系统敏感期的儿童，对铅有特殊的敏感性。研究表明儿童的智力低下发病率随铅污染程度的加大而升高。儿童体内血铅每上升10微克/100毫升，儿童智力则下降6—8分。为此，美国把普遍认为对儿童产生中毒的血铅
含量下限由0.25微克/毫升，下降到0.1微克/毫升。世界卫生组织对水中铅的控制线已降到0.01微克/毫升。我国食品重金属残留量限量国家标准规定铅含量最高（豆类）为0.8毫克/千克，鲜乳为0.05毫克/千克，生活饮用水国家标准限量为0.01毫克/升。 在日常生活中，人们需要在以下六个方面加强对铅中毒的预防。 1、来自生活环境中的土壤和尘埃，玩具和学习用具，家庭装修用劣质油漆和印刷油墨，用铅壶或含铅的锡壶烫酒、饮酒，滥用含铅的丹药或偏方等。 2、食物中的铅，某些饮料、劣质食品、中草药等。某些罐装食品，由于用铅焊接缝而导致食物含铅量增加；含铅量高的食品主要有用含铅量高的容器加工成的爆米化，加入氧化铅以加快其成熟的松花蛋，大街小巷叫卖的“白馒头”也有一部分是用含铅等杂质的硫磺熏蒸而成。 3、动植物体内的铅。植物性食品的铅含量土壤、化肥、农药及灌溉用水含铅量的影响。动物性食品受铅含量受饲料、牧草、空气和饮用水含铅量的影响。 4、大气污染，如用含铅汽油的汽车尾气，以及煤制品（如煤球、煤饼）为燃料的家庭，室内空气中铅平均含量比室外空气的铅含量高很多。 5、暴露在含铅环境下的大人及衣物又交叉感染给孩子，例如交通岗、印刷厂、钢铁厂、炼油厂、铸造厂、蓄电池行业和矿山等都是铅污染重灾区，许多行业都有接触铅化合物的机会，作为大人平时应注意预防铅中毒，既要保护自己，更是要保护孩子。
重金属污染的微生物修复及一般性分析
重金属污染的微生物修复及一般性分析 环境科学系陈汉忱苏冠勇汪渝松姜炳棋 摘要：耐受重金属微生物资源的筛选与分子鉴定及抗性研究；SBR工艺去除城市污泥 中重金属的研究；固定化微生物技术及其在重金属废水处理中的应用；汞对有效微生物 的毒性效应。 关键词难受重金属微生物SBR工艺固化微生物技术汞毒性 正文 微生物技术在环境方面的应用越来越广泛并且日益成熟，采用微生物处理重金属污染技术还不是很成熟，下面将从四个方面逐步探讨微生物处理重金属污染技术的可行性、方法、一些具体的应用实例以及一些关键的影响因素。 耐受重金属微生物资源的筛选与分子鉴定&抗性研究 首先应对微生物处理进行预先的筛选和条件最优化试验，而且如有必要，应作微生物重金属抗性研究 [例]吸附重金属离子菌种的筛选及其吸附试验研究 实验步骤：从汽车制造厂排污口采集废水及污泥样品进行富集、分离纯化，筛选出可吸附重金属的菌种。进行吸附实验后测定重金属离子浓度。将一定量的溶液溶解在一定量的去离子水中，用ICP测定其浓度。从上述吸附实验中选择出吸附重金属离子效果最好的菌种。接入到50mL模拟重金属离子水溶液中。在一定条件下进行吸附，测定重金属离子的残留浓度。 实验结果： （1）菌体本身的影响
（2）pH的影响 由图2可以看出，pH值为5时WNO4对于Pb2+的吸附效果最好，其吸附率为97.1%。 重金属抗性形成的可能机制：生物吸附作用在细菌、真菌和藻类细胞上有许多结构组分具有结合重金属的能力，大量研究证实，胞外多糖带有负电荷，可以作为重金属的有效生物吸附剂，阻止重金属离子进入细胞。将动胶菌属的细菌产生的胞外多糖萃取并除去，会大大降低细菌吸附重金属的能力，进而增加其对金属的敏感性；其它蓝细菌、藻类和真菌也可
金属离子与蛋白质的相互作用
金属离子与血清白蛋白的相互作用 一、实验目的： 测定过渡金属离子对蛋白质功能的影响 二、实验原理： 金属离子在许多生命过程中发挥关键作用，研究金属离子与蛋白质的结合作用是生命科学的重要内容，是化学和生命科学研究的前沿领域。血清白蛋白是哺乳动物血浆中含量最丰富的蛋白质，它能够储存和转运众多的内源性和外源性物质。由于血清白蛋白在生理上的重要性和易于分离、提纯，从上世纪50年度（国内80年代末）开始，人们对血清白蛋白与金属离子（和药物分子等）的相互作用展开了大量研究，以期在分子水平上揭示相关生命过程的奥秘。 许多蛋白质含有金属离子，金属离子对蛋白质发挥生物学功能起着关键性的作用。在人体基因组编码的蛋白质中，超过30%的蛋白质含有一个或多个金属离子；所有酶中，超过40%的蛋白质含有金属离子，它们在生命活动过程中发挥着各样的生物学功能。许多人类的疾病与金属离子-蛋白质的异常相互作用相关。 目前用于研究金属离子与蛋白质相互作用的研究方法主要有：（1）紫外-可见吸收光谱法；（2）荧光光谱法；（3）平衡透析法；（4）毛细管电泳法；（5）电泳法等。 （一）紫外-可见光谱法 蛋白质通常有3个明显不同的紫外吸收带：（1）210nm以下的吸收来自肽键的吸收以及许多构象因素；（2）210-250nm为芳香族和其他残基的吸收、某些氢键的吸收、与其他构象和螺旋相关的相互作用等多种因素；（3）250-290nm附近为芳香族的残基，其中酪氨酸残基在278nm（Tyr，260-290nm）附近有强吸收，色氨酸残基（Trp）在290nm附近有强吸收，而苯丙氨酸（Phe，250-260nm）的吸收较弱。外界因素如溶剂极性以及pH等会影响吸收光谱。 当金属离子与蛋白质结合时，蛋白质或金属离子吸收光谱的强度或者谱带位置会发生变化，可分为两种情况：（1）蛋白质微扰的金属离子光谱变化，可以推断金属离子的配位环境；（2）金属离子微扰的蛋白质光谱变化，可以推断生色基微环境及蛋白质结构的变化。通过对光谱的比较分析和计算，可以推断金属离子与蛋白质的结合情况。若蛋白质的吸收峰增强，则可认为小分子进入蛋白质的疏
铅的危害与预防
铅的危害与预防
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铅的危害与预防 一、理化特性 铅为柔软、带灰白色的重金属。原子量２0７.，比重11．、熔点327.℃，沸点1525℃,加热至４00~500℃时即有大量铅蒸气逸出，铅蒸气在空气中迅速氧化为氧化亚铅(Ｐb2O),并凝集成铅烟,随着熔铅温度升高,还可逐步生成氧化铅(密陀僧，ＰbO）、三氧化二铅（黄丹,P ｂ2Ｏ３),四氧化三铅(红丹,Pb3Ｏ4)。以烟尘的形态溢散于空气中，铅尘或铅易溶于弱酸。 二、尘毒物质的种类和分布 除铜工段在冶炼生产过程中,常见的有毒、有害物质种类多，多以气体、蒸汽、粉尘状态存在,其最常见的有以下几种： （一）有毒、有害气体。铅蒸汽:分布在熔铅锅上方和电解车间顶部,由于温度高、以蒸汽状态挥发在空气中直接危害人的身体健康。 （二）粉尘。铅粉尘:分布在除铜、成品和始级片捞渣现场，经常吸入，可导致铅中毒。 （三）分类。1、按状态可分为:①气体类②液体类③固体类④雾状类。 2、按毒物的制毒作用分: ①刺激性毒物②窒息性毒物③麻醉性毒物④腐蚀性 毒物⑤致敏性毒物⑥致热源性毒物 三、毒性 人体中毒受多方面的影响，取决于以下几种因素：①有毒物质在空间有浓度②接触毒物的时间③生产环境和劳动条件④个体对毒物的耐受性⑤毒物的联合作用。铅及其化合物都有毒,铅作用于全身各器官和系统,主要累及神经、造血、消化、心血管系统及肾。铅尚可破坏大脑皮质兴奋和抑制的平衡，导致一系列神经系统功能障碍。铅的毒作用较清楚有: 1、卟啉代谢障碍。卟啉是血红素的前身,是合成血红素的主要成份。铅对卟啉代谢影响比较严重的是氨基乙酰丙酸脱水酶和血红素合成酶所作用的两个环节,这两种酶都含有疏基,铅容易抑制含水量疏基的酶。卟啉代谢障碍,影响血色素的合成,因而铅中毒时产生贫血。 ２、血管痉挛。铅中毒可致血管痉挛。腹绞痛是小动脉痉挛引起的，常伴有视网膜小动脉痉挛和高血压,患者面色苍白,即所谓“铅容”是皮肤血管收缩引起的。铅中毒性脑病是一种高血压脑病,由于脑血管痉挛,脑贫血,脑水肿所致。 四、铅的毒性的影响因素 1、铅化合物在体液中的溶解度。凡易溶于水的铅化合物则易被吸收,毒性大,如醋酸铅,硝酸铅、氯化铅;而硫化铅不易溶于水,故毒性较小;易溶于水又易溶于酸性溶液中的铅化合物毒性更,如铅白、氧化铅、硫酸铅都易溶于胃液,无论吸入或食入都易吸收而引起中毒。 2、铅化合物颗粒的大小。颗粒越小,在空气中越易扩散为铅尘,进入呼吸道或消化道后吸收的越快,因此毒性也越大。如熔铅时产生的铅烟(氧化铅)直径约2~３微米,且易溶于酸，故毒性大。引起铅中毒的一个重要条件是作业环境中铅烟或铅尘浓度的大小。《工业企业设计卫生标准》GB厂1－62，中规定车间空气中铅烟的最高容许浓度为0·03ｍｇ／m3，铅尘的最高容许浓度为0·05ｍg／ｍ3。 五、诊断及中毒分极标准 我国现行职业性慢性铅中毒诊断及分析标准（ＧB 11504-8９)如下: 1、铅吸收,有密切铅接触史,尚无铅中毒的临床表现,尿铅≥0·39umｏｌ/L ( ０·０8 ｍｇ/L )或0·4８umoｌ／24h(0·1mｇ/24h);血铅≥2·40umol/L(50ug/dI）或诊断性驱铅试验后尿铅2１·44umol/L而<3·８4umｏl/Ｌ者。 ２、轻度中毒。轻度神经衰弱综合征,可伴有腹胀,便秘症状,尿铅或血铅增高。具
最新 土壤中重金属钴的存在形态和生物有效性变化-精品
土壤中的重金属移动性差，滞留性强，难以被微生物降解，通过地下水循环和植物传递而影响生物圈环境的健康发展。一种或几种不同金属的形态对环境的毒性也有所不同。因此，金属形态的存在、分布所产生的毒性程度也影响着重金属在环境中的迁移。重金属在进入土壤后会发生复杂反应。化学作用包括络合、吸附以及淋溶等。 重金属在土壤中的吸附不仅与土壤类型、基本理化性质有关，还与重金属本身的离子特性相关。重金属离子间的相互作用可由土壤的酸碱度、离子强度的影响而改变。其中，酸碱度对金属形态的影响很大。通过室内静态吸附方法和 Tessier连续提取法，对新疆荒漠区某石化污水库周边的农田土壤 pH、外源钴浓度、离子强度进行考察，研究土壤中重金属钴的存在形态和生物有效性变化，从而得出钴在供试土壤中的形态再分配及生物活性变化，得出该区域的环境行为，为新疆荒漠区钴污水影响下农田重金属修复提供试验基础与依据。 1、材料与方法 1． 1 土壤样品的采集。土壤采自新疆荒漠区域某石化污水库附近的油葵种植田。将采来的土壤样品在室内风干，过100 目筛，待用。对照土的基本理化性质为: 土壤碱化度41． 63% ，pH 8． 86，阳离子交换量 7． 68 cmol /kg，钴 9． 00mg /kg，土壤有机碳 443 mg /kg，土壤有机质 760 mg /kg。 1． 2 静态吸附试验。称量 2． 500 0 g 土样于 100 ml 锥形瓶中，按照 4 种条件进行处理，每个处理设置 3 个平行。①对土样施加配制初始浓度为 100 mg/L 钴溶液(pH 为 2 ～13) ;②对土样施加配制考察浓度范围内(100、125、150、200、250、300、400 mg /L) 的硝酸钴溶液; ③将加入 100 mg /L 硝酸钴溶液的土壤进行老化5、10、20、40、70 d; ④对土样施加 pH 为7，离子强度为 0、0．001、0．01、0．1、0．2、0．5、1．0 mg/L，重金属浓度为100 mg/L 的硝酸钴溶液。将以上处理过的试样置于25℃ 恒温振荡2 h，再静置 24 h，以 3 000 r /min 转速离心 15min，均取上清液，用原子吸收光谱仪测定。 1． 3 钴总量及各形态分析方法。土壤残渣态采用 H2SO4-HC104-HCl 电热板法消解。土壤形态分析采取 Tessier 连续提取技术提取。各形态钴溶液用火焰原子吸收仪测定。 式中，K 为生物有效系数;m 为各形态质量; F0是水溶态，mg/kg;F1为可交换态，mg/kg;F2为碳酸盐结合态，mg/kg;F3为水溶态，mg /kg; F4为有机结合态，mg/kg;F5为残渣态，mg/kg。所得数据用 SPSS 软件处理，得出相关性分析与回归分析结果。 2、结果与分析 2． 1 土壤酸度对钴形态的影响及生物有效性分析
重金属废水的微生物废水处理工艺
重金属废水的微生物废水处理工艺 一、微生物法治理电镀废水技术 1．主要技术内容 （1）基本原理用从电镀污泥中获得的SR系列复合功能菌，高效还原六价铬为三价铬，三价铬、锌、铜、镍和镉等二价金属离子被菌体富集，再经固液分离，废水被净化，污泥中金属再用微生物或化学法回收，固液分离的上清液可以回用。 （2）技术关键本技术的关键是菌体的培养和“菌废比”的合理调控，这是保证处理水质达到排放标准或回用的重要条件。一般采用厌氧技术培养菌体，培养液可以是生活污水，粪便，高浓度有机废水，也可以人工配制。采用中温发酵技术。根据废水中的金属离子的浓度和培养的菌体的浓度决定“菌废比”，具体情况具体决定。 （3）工艺流程微生物治理电镀废水工艺流程见图9-24。 2．主要技术指标 （1）净化能力本技术对废水成分变化的适应性强，各金属离子浓度的范围为：铬1mg／L～1000mg ／L，锌1mg／L～1000mg／L，铜1mg／L～1000mg／L，镍1mg／L～500mg／L，镉1mg／L～500mg／L。本技术不仅能处理单一的金属废水，也可处理混合的金属废水。废水的pH值可在4～8范围内变化。每天处理废水量可达1m3～1000m3以上。 （2）特点利用微生物高效快速还原六价铬，无二次污染，能回收菌泥中的金属，因此，使用周期长，管理方便。如果能利用生活污水、食品加工废水等培养微生物，可以实现以废治废。 （3）出水水质处理后排放水中六价铬、总铬、锌、铜、镍、镉等金属低于国家GB8978-1996污水综合排放标准，见表9-15。
3．投资分析对于日处理100t废水的规模而言，1992年价格为总投资30万元，其中土建15万元，设备10万元，其他5万元。 本技术主要设备使用期可达40年，运行费用约为每吨废水0.20元。 4．主要设备微生物法治理电镀废水技术的主要设备有培菌池，生物反应器，调节池，泵房，沉淀池，消毒池，主控室，化验室等。 二、硫酸盐生物还原法处理含锌废水 硫酸盐生物还原法处理含锌废水其原理是利用硫酸盐还原菌SRB在厌氧条件下产生硫化氢，硫化氢和废水中的重金属反应，生成金属硫化物沉淀以去除重金属离子。 1．废水处理工艺流程见图9-25。
不同金属离子对酶活性的影响
金属离子对酶活性的影响 实验目的：1、了解金属离子对酶活性的影响； 2、掌握不同金属离子对酶活性作用结果的测量方法 实验原理： 酸性磷酸酯酶广泛分布于动物和植物中，植物的种子、霉菌、肝脏和人体的前列腺中。它对生物体核苷酸、磷蛋白和磷脂的代谢，骨的生成和磷酸的利用，都起着重要作用。磷酸酶是一种能够将对应底物去磷酸化的酶，通过水解磷酸单酯将底物分子上的磷酸基团除去，并生成磷酸根离子和自由的羟基。磷酸酶的作用与激酶的作用正相反，激酶是磷酸化酶，可以利用能量分子，如ATP，将磷酸基团加到对应底物分子上。 本实验选用绿豆芽作材料，从中提取酸性磷酸酯酶。以人工合成的对硝基苯磷酸酯（NPP）作底物，水解产生对硝基苯酚和磷酸。在碱性溶液中，对硝基酚盐离子在405nm处光吸收强烈，而底物没有这种特性。凡是能提高酶活性的物质统称为酶的激活剂。无机离子和一些金属离子对酶有激活作用，可以作为酶的激活剂。其中钾离子是酸性磷酸酯酶的一种激活剂，它在酶与底物之间起了桥梁作用，形成了酶—金属离子—底物三元复合物，从而更有利于底物与酶的活性中心部位的结合。而氯离子和钠离子对酸性磷酸酯酶的活性
没有什么影响.一些重金属离子如铜离子，对酶活性具有抑制作用。 实验用品： 1、仪器：恒温水浴箱、试管架、试管、分光光度计、 比色皿、吸头、滴管、移液枪、移液管 2、试剂：1.2mmol/L NPP 100ml 、0.3mol/L NaOH 250ml 、酸性磷酸酯酶、pH5.0的柠檬酸缓冲液 1000ml 、2mmol/L FeSO4 、2mmol/LCuSO4、 MnCl22mmol/L 、MgSO42mmol/L、 KCl 2mmol/L EDTA、实验步骤： 调零FeSO 4 CuSO 4 MnCl 2 MgSO 4 EDTA KCl 空白 对照 0 1 2 3 4 5 6 7 NPP （ml） 1 1 1 1 1 1 1 1 酶液 (ml) 1 1 1 1 1 1 1 1 金属离 子（m l） 1 1 1 1 1 1 1 1
食品中重金属铅的污染现状与分析讲解
食品中重金属铅的污染现状与分析 摘要：铅是对人体危害最强的重金属之一，本文主要从食品方面论述铅的污染现状，重点分析食品中铅污染的主要来源、铅的毒性、食品中铅的限量标准及检测方法以及对人体的危害这几个方面，最后提出相关防治措施，以便增加人们对铅污染的认识，加强铅污染的防治，保障食品安全和身体健康。 关键词：铅污染；食品；污染来源；危害；防治。 The Analysis of Pb Pollution in Food Abstract：Heavy metal lead is one of the strongest factor harmful to human body. This paper mainly discuss the aspects of food lead pollution situation. The points are as following: the analysis of the main source of lead pollution in food, the toxicity of lead, the standard of set limit of lead in food and detection method, the several aspects of the harm of human body. In the end, it put forward relevant prevention measures to increase their awareness of lead pollution and strengthen the prevention and control of lead pollution to ensure food safety and health . Keywords:Pb pollution, food, the original of pollution, detecting techniques, harm, prophylaxis and treatment 前言 近年来，重金属污染事件不断发生, 其中铅污染事件也颇为严重。环境污染是造成食品中铅污染的主要来源，进入环境中的重金属铅是对人体毒性最强的重金属之一，广泛存在于自然界，自然界中的铅经食物链或者其他途径进入人体，食物链是人体铅的直接来源。铅对人体许多器官会带来不良影响，尤其是对人的心血管系统、生殖系统、肺、肾脏等。这些影响主要表现为智力下降(尤其是对儿童学习方面引起明显问题)、肾损伤、不育、流产以及高血压，还可引起铅脑病、腹绞痛、多发性神经炎、溶血性贫血等[1]。儿童是铅污染的最易感人群。幼儿和儿童体内铅含量过高，直接影响其体格和智力的发育。这种影响是全身性的，具有不可逆性。目前我国儿童血铅水平整体有所下降，部分地区儿童血铅水平仍然较高，这与其居住环境和食物铅超标等因素密切相关[2]。 重金属铅引起的食品污染问题不容忽视。本文介绍了目前食品中铅污染研究的现状、铅污染的主要来源、铅的毒性、食品中铅的限量标准及检测技术以及对