共存阳离子对砷、硒和钒毒性效应的影响及预测模型研究

为探明并量化共存阳离子存在下含氧阴离子型金属在生物体中的毒性效应,以模式植物小麦(Triticum aestivum L.)为研究对象,通过单一变量控制实验,探究了4种阳离子(Ca^(2+)、Mg^(2+)、Na^(+)和K^(+))对3种典型含氧阴离子型金属(AsO_(4)^(3-)、SeO_(3)^(2-)和VO_(4)^(3-))毒性的影响,并构建了静电作用模型来预测和评估As、Se和V的生态毒性效应与风险。结果表明,Ca^(2+)对As、Se和V毒性的影响呈现出3种不同的趋势:在相同设计浓度范围内Ca^(2+)的增加显著引起了As毒性的减弱(Adj.R^(2)=0.76,P<0.05)、V毒性的加剧(Adj.R^(2)=0.81,P<0.05),而对Se毒性却没有显著影响。当Mg^(2+)从0.20 mmol·L^(-1)增加到2.73 mmol·L^(-1)时,Se主导形态的半数有效活度值(EC_(50){HSeO_(3)^(-)})从40.40μmol·L^(-1)显著下降为27.98μmol·L^(-1),即Se毒性增强到原来的1.44倍(Adj.R^(2)=0.79,P<0.05)。静电作用理论能够很好地解释Ca^(2+)(或Mg^(2+))在显著增强V(或Se)毒性中发挥的作用,将这种静电作用影响纳入考虑成功构建了可以定量预测V(Adj.R^(2)=0.88)和Se(Adj.R^(2)=0.95)毒性的静电作用模型。研究结果弥补了目前含氧阴离子型金属生态毒性研究的不足,为含氧阴离子型金属的土壤污染生态风险评估提供了指导与参考。

砷硒胁迫对小麦毒性效应及预测模型研究

为阐明含氧阴离子型类金属As-Se的联合毒性及其相互作用,以小麦(TriticumaestivumL.)作为模式植物,溶液体系为毒性测试介质,以小麦相对根伸长为毒性终点,系统考察了As、Se单独和复合情况下对小麦的毒性效应,并构建兼具机理性与普适性的模型来预测和评估As-Se的生态毒性效应和风险。结果表明:As、Se单独作用于小麦时,二者都具毒性,基于自由离子活度的EC50值分别为2.88μmol L-1和43.51μmol L-1,说明As的毒性远大于Se。在As-Se混合体系中,不论是何种剂量表达形式(溶解浓度和自由离子活度剂量),一种阴离子金属的存在都会影响另一种阴离子金属的植物毒性。利用传统浓度加和及独立作用(CA/IA)模型分析和预测As-Se联合毒性作用时,两种模型均高估了其联合毒性,表明As-Se联合作用于小麦时表现为强烈的拮抗作用。进一步将As-Se交互作用纳入在内,构建的阴离子型金属生物配体模型(BLM),可以很好地解释并预测As-Se混合物的交互作用及毒性,拟合度达到0.90,As、Se和生物配体的络合平衡常数分别为logKAsBL=3.28和logKSeBL=1.93。研究表明:BLM框架可拓展应用于含氧阴离子型类金属的毒性预测,为含氧阴离子型类金属联合毒性的精确预测与风险评估提供有效手段。