基于细胞膜表面电势和亚细胞分布的重金属生态迁移风险研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31172034
项目类别：
面上项目
资助金额：
54.0万
负责人：
郝秀珍
依托单位：
中国科学院南京土壤研究所
学科分类：
C1512.植物营养基础
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
汪鹏；李丹丹；汪宜敏；
关键词：
亚细胞分布重金属食物链传递细胞膜表面电势有效性

项目摘要

细胞膜表面电势对离子在质膜表面分布、吸收和毒性产生重要的影响。本研究拟通过模拟土壤溶液金属毒性试验，从细胞膜电荷特性的角度系统研究溶液-植物界面上重金属离子与土壤溶液主要组分（如钙、镁等阳离子、pH、腐植酸）在根细胞膜表面上的相互作用对重金属生物有效性和毒性的影响，并在此基础上建立植物重金属阴、阳离子跨膜吸收、毒性预测模型；通过选取对金属敏感和耐性两个蔬菜品种，通过差速离心的方法研究重金属的亚细胞分布，研究重金属在各组分中的分布以及动态变化来揭示蔬菜对重金属耐性差异和致毒机制；通过喂食动物的方法来研究这种亚细胞组分分布、动态变化特征和规律对重金属在食物链上传递效率的影响，考察各个亚细胞组分的生物学和生态学意义。本研究旨在揭示重金属在土壤溶液-植物生态系统迁移规律和植物金属致毒和耐性机制，建立量化重金属植物效应和食物链传递风险的评估方法。

结项摘要

土壤中重金属难以去除且易于经由食物链积累，从而严重影响食品安全和人体健康。亟需建立基于典型的土壤类型、土壤理化性质和重金属生物有效性的土壤重金属环境风险评价体系，合理评估重金属的环境风险和沿食物链传递的健康风险。项目围绕土壤溶液与生物界面上一个重要的界面特征–细胞质膜表面电势，研究了离子之间的交互作用及其与重金属生物效应间的关系，建立了重金属生物吸收和毒性的静电预测模型，并将静电模型成功地应用于土壤重金属植物毒性的预测，还考察了钙离子和腐植酸因素对重金属生物有效性和毒性的影响。基于亚细胞分室模型和化合态分布研究重金属镉对不同品种生菜的致毒机制和沿食物链传递的风险。. 土壤溶液中常见阳离子能够缓解重金属阳离子（铜离子、镉离子等）的毒性，却加剧了类金属阴离子（砷酸根离子、硒酸根离子等）的毒性，这种毒性缓解和加剧作用的主要机制是细胞质膜表面电势的静电效应，而非普遍认为的离子间“专性竞争效应”。静电浓度效应模型对腐植酸影响下铜-镉作用的小麦根伸长指标预测能力达到0.884，并且模型拟合结果表明根际毒性的产生是质膜表面静电效应和毒性协同效应共同作用的结果。这为阐述和预测金属复合污染植物毒性提供了新的思路和简便可行的方法。重金属的化合态分布结果表明，汉堡麦多香体内中有53.7-62.9%的镉结合于果胶酸盐与蛋白结合态并解毒，而意大利耐抽薹中更多的镉以水溶态形式（33.0-39.2%）存在并产生毒性作用。基于生物方法区分的金属亚细胞分布和基于化学方法区分的化合态分布两者的结合可以更好地预测环境中重金属的生物毒性。