西南某矿区土壤重金属的人体生物有效性及健康风险评估

利用生物可给性修正后土壤重金属经口摄入的人体健康风险值也可能被高估,而应用体内实际摄入剂量(生物有效性)作为健康风险评价指标将更为准确,但是基于生物有效性的矿区土壤重金属污染健康风险评估报道较少。以云南文山某矿区为研究对象,分析了5个土壤样点中镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)和铜(Cu)的含量,通过体外消化法测定了4种重金属的生物可给性,并结合BALB/c白变种实验室小鼠实验分析了重金属Cd的相对生物有效性(RBA),基于此探讨该矿区土壤重金属Cd、Pb、Zn和Cu对人体产生的健康风险。结果表明,本研究区域土壤Cd污染较为严重,含量为2.06 mg·kg^(-1)。四种重金属的生物可给性在胃相中的范围分别为24.29%~50.55%、7.68%~17.87%、24.61%~32.18%、7.75%~37.87%,在肠相中分别下降至22.78%~44.32%、1.64%~5.22%、14.10%~28.11%、8.51%~31.49%。动物实验测得的Cd在肝脏中RBA为1.31%~48.39%,肾脏中为2.83%~8.58%,肝和肾复合器官中为4.60%~50.95%,且肝和肾复合器官是测定Cd-RBA较为理想的靶器官。基于目标重金属总量、生物可给性和生物有效性对该场地土壤进行的健康风险评估发现,利用生物可给性和生物有效性数据的人体健康风险评估显著低于基于总量的健康风险评估。综上,基于土壤中重金属总量的健康风险可能存在高估现象,建立基于人体生物有效性的健康风险评估方法将更为准确。

云南野生牛肝菌中重金属的生物有效性及健康风险评估

为研究牛肝菌中重金属对人体的健康风险及毒性效应,本研究采集了云南主产区(楚雄、曲靖、大理和普洱)不同野生干牛肝菌(按颜色分为白牛肝菌、黑牛肝菌、红牛肝菌和黄牛肝菌),测定了其镉(Cd)、铅(Pb)和铬(Cr)的含量,结合体外胃肠模拟法和Caco-2细胞模型,分析了3种重金属的生物可给性含量和生物有效性含量,并探究食用重金属含量高的牛肝菌对人体肠道的健康风险,即牛肝菌经模拟胃肠液消化后对Caco-2细胞炎症因子白细胞介素-8(interleukin-8,IL-8)基因表达量的影响。结果表明,干牛肝菌中Cd的平均含量约是我国食品安全标准(GB 2762—2017)中食品污染物限量值的20倍。Cr、Cd和Pb的生物可给性在模拟胃液中分别为18.2%、3.1%和17.0%,在模拟肠液中分别下降到15.3%、0.6%、5.5%,而在Caco-2细胞中只有Cd被吸收,平均生物有效性含量为1.10μg/mg。基于干牛肝菌的重金属总含量、生物可给性含量和生物有效性含量分别计算其估计每日摄入量,发现基于干牛肝菌重金属总含量的评估结果提示其具有较大的人体健康风险,而基于生物可给性含量和生物有效性含量的数据结果表明均无明显的健康风险。此外,还发现重金属含量高的牛肝菌暴露Caco-2细胞后也不会诱发炎症因子IL-8 mRNA的上调。综上,基于牛肝菌中重金属总量的健康风险评估模型可能会高估其健康风险,建立基于人体生物有效性的健康风险评估方法将更为准确。

污染场地土壤重金属的生物可给性及毒性研究

近年来,生物可给性被用于评估场地土壤污染健康风险,然而不同场地类型重金属生物可给性差别巨大,生物可给态重金属的人体健康危害效应仍然鲜见报道.本研究以浙江温岭某电子拆解厂为研究区,分析比较了5个场地土壤(S1-S5)中Zn、Cu、Cd、Pb的生物可给性并探究生物可给态重金属对人小肠上皮细胞的毒性效应机制.结果表明,场地土壤Cd和Cu污染较为严重,含量分别为4.84,438.52mg/kg.4种重金属在胃阶段生物可给性范围分别为2.10%~48.28%、4.84%~33.73%、16.04%~42.81%、1.81%~15.71%,小肠阶段为2.05%~36.91%、13.17%~22.23%、10.19%~23.10%、0.60%~2.69%,可见胃阶段的生物可给性低于小肠阶段.对于肠相生物可给态重金属暴露人体肠道上皮细胞后,除样点S4外,细胞活力均显著性下降.此外,样点S3和S5土壤提取液对超氧化物歧化酶活力影响较小,但显著抑制过氧化氢酶活力,并且该样点对DNA产生损伤.通过研究电子拆解厂土壤生物可给性以及其毒性效应,以为我国场地土壤重金属健康风险评估提供科学依据.

土壤镉污染的人体健康风险评价研究:生物有效性与毒性效应

镉(Cd)作为最重要的土壤污染物之一,会对人体健康造成严重威胁。Cd污染土壤的健康风险评估受到广泛关注。目前,Cd污染土壤的人体健康风险评价多基于总含量,往往高估其健康风险。近年来,以污染物生物有效性作为评价基础的研究受到广泛认可。本文系统分析了体内外方法(动物模型、体外胃肠模拟方法和肠细胞模型)测定Cd生物有效性的优缺点,综述了各方法在分析土壤Cd生物有效性的影响因素以及生物有效态Cd对动物和细胞模型的毒性效应;提出弄清土壤总Cd含量-生物有效态Cd-毒性效应之间的剂量效应关系,构建基于生物有效性和毒性效应为基础的人体健康风险评估模型,来准确评估其健康风险的思路,以期为土壤Cd健康风险评估及有效阻控提供一定参考。

正常肝细胞和肝癌细胞对镉暴露毒性响应差异分析

正常肝细胞和肝癌细胞存在诸多生理特征差异,为探讨两种不同类型的肝细胞对镉(Cd)暴露毒性响应的差异,该研究分析了正常肝细胞系(HL-7702)和肝癌细胞系(HepG2)Cd暴露后在细胞活力、形态、凋亡及凋亡相关基因表达等方面的响应差异.结果表明:当Cd浓度为1 mg/L时,HL-7702细胞活力降至65%,而HepG2细胞活力未受到明显影响,且HL-7702细胞和HepG2细胞对Cd暴露的半数致死浓度(LC_(50))分别为1.9和2.4 mg/L,说明正常肝细胞较肝癌细胞在细胞活力方面更为敏感.Cd暴露均会诱发两种细胞凋亡,但在0.25 mg/L的Cd暴露下,HepG2细胞凋亡率显著高于HL-7702细胞,说明正常肝细胞抗凋亡能力显著高于肝癌细胞.不同细胞中Cd诱发凋亡的分子途径不同,在HL-7702细胞中镉主要通过上调Caspase-3和下调Bcl-2基因的表达来诱导细胞凋亡,而在HepG2细胞中则主要通过上调Caspase-3基因来诱导细胞凋亡.研究显示,正常肝细胞和肝癌细胞对Cd暴露的毒性响应差异较大,采用人正常肝细胞比肝癌细胞更能准确评估重金属的肝毒性.

不同饮食习惯下镉摄入对肠道菌群结构的影响

为了探究不同饮食习惯下Cd摄入对肠道菌群结构的影响,将C57BL/6小鼠给予不同的饲养方式(正常饮食(ND)、正常饮食+10 mg/L CdCl_(2)(ND+Cd)、高脂饮食(HFD)、高脂饮食+10 mg/L CdCl_(2)(HFD+Cd))20周后,借助16S rRNA高通量测序技术分析了各组小鼠肠道菌群的组成,并探讨了HFD、ND+Cd、HFD+Cd对小鼠肠道微生物群落结构的影响.结果显示,高脂饮食和Cd摄入,均可引起肠道紊乱.相对于ND组,HFD摄入降低了2.28倍Bacteroidetes丰度,Bifidobacterium数量增长达14.34倍;Cd摄入增加了以Akkermansia为主的Verrucomicrobia丰度,使其约占肠道菌群的4.67%;与HFD组相比,HFD+Cd组Actinobacteria丰度下降了4.57倍,Ruminococcae UCG-014、Alistipes、Lachnospiraceae_NK4A136_group、Blautia、Desulfovibrio等成为了优势菌群.研究表明,高脂饮食或/和Cd均可扰乱肠道菌群平衡,不同饮食习惯下的Cd摄入表现出不一样的菌群结构,并且体现在各分类水平上.

典型高原湿地底泥微生物对砷污染的响应

为了深入探讨典型高原湿地底泥微生物群落对砷胁迫的响应规律,通过砷添加(As浓度分别为0、100、150、300 mg·kg^(-1),依次记为YZ1、YZ2、YZ3、YZ4)的淹水模拟湿地生境试验,利用高通量测序技术对样品中细菌16S rRNA的V3~V4区进行测序.结果显示,底泥中砷形态主要以专性吸附态砷(F2)和弱结晶度的铁铝水合氧化物结合态砷(F3)为主,且随着砷污染浓度的升高,活性态砷(F1、F2和F3)占比上升.砷污染会影响底泥微生物多样性和群落结构.与YZ1组相比,YZ2组在一定程度上刺激了砷敏感微生物的生长和繁殖,如拟杆菌门(Bacteroidetes);YZ4组处理下明显抑制了该微生物生长,但会促进耐砷微生物生长,如厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)使其成为群落主导.同时,在属水平上,YZ4处理组中具有As(V)异化还原功能的地杆菌属(Geobacter)细菌的占比也较YZ1组有所上升.基于功能预测结果表明,与YZ1处理组相比,其它3个处理组中均降低了底泥细菌的功能.研究显示,砷胁迫下,影响了底泥细菌的群落组成.高砷(300 mg·kg^(-1))促进了厚壁菌门、变形菌门、地杆菌属和假单胞菌属等具有砷形态转化功能微生物的生长繁殖.研究结果可为准确评价面临砷污染的高原湿地环境风险及正确认识底泥中关键功能微生物作用提供科学数据.

2000—2021年农田土壤污染领域研究进展与前沿分析

为明确农田土壤污染的发展历程、研究热点和前沿,本研究以Web of Science核心数据库及中国知网(CNKI)的相关文献为研究对象,运用文献共被引、关键词共现和关键词突现的文献计量分析法,对农田土壤污染领域的研究历程进行了分析。结果表明:农田土壤污染领域受到国际国内的广泛关注,中美两国的发文量占全球的47.00%,体现出多学科交叉的特点;国际上,该领域的知识群组主要集中在重金属、农业灌溉、有机氯农药、富营养化、水土保持评估工具、多环芳烃、磷、聚合酶链式反应和硝酸盐等;国内研究伴随国际发展,侧重于关注重金属污染、污染评价、土壤修复、来源和防治对策等方面。因此,探讨农田土壤健康与质量提升,在保障农产品安全的基础上开发污染农田土壤利用技术,形成多学科交叉互融的全要素格局对完善我国农田土壤污染研究和应对农田土壤环境问题至关重要。