微量元素的环境化学及生物效应

微量元素的环境化学及生物效应
曾
英
倪师军
张成江
（成都理工大学材料与生物工程学院，四川成都610059）
关键词
微量元素
钒污染
生物效应
Environmental pollution and biological effect of microelement vanadium
Zeng Ying, Ni Shijun, Zhang Chengjang. Institute of Materials and Bioengineering, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan, 610059。

Keywords:
Microelement
Vanadium pollution
Biological effect
微量元素与人体健康间的关系，近年来日益受到人们的重视。

因自然界环境条件影响，地表元素发生迁移，在一些地区分散流失，在另一些地区又沉积积累，使一些生命元素在地表分布不均匀。

生物地球化学营养链中生命元素的这种异常（不足或过剩），可以引起植物、动物乃至人类的地方病。

钒是自然界分布极广的元素之一，其化学性质呈现出多样性，如存在的价态可从(-1)~(+5)价；可同氨基酸、草酸、柠檬酸、EDTA、磷酸根离子、羟基等多种配体形成聚合物[1,2]。

正是钒化学性质的多样性导致了其生物效应的多样性。

近几十年来，随着人们对钒在动物和人体中毒性作用的认识，钒的地球化学循环、健康效应以及毒理学研究引起了人们广泛关注[3]，并在钒的环境污染、生物毒理与毒性、全球生物地球化学循环等方面取得了一定进展。

本文着重对钒的环境地球化学循环及在动植物体和人体内的生物效应做一介绍。

1钒的环境污染
在表生带中，内生的含钒矿物遭受风化作用后，其中V3+很容易被氧化转变为含V5+的(VO43-)络阴离子，由此所形成的钒酸盐是一种可溶性盐类，可以在酸碱性变化很大的溶液中迁移，从而进入生态循环系统。

由于人类生产活动的不断扩涨，目前环境中钒的浓度仍在不断增加。

进入环境介质中的钒，可通过降雨作用、土壤吸附作用、植物根系作用及食物链而进入生物体和人体，从而对生物体和人类正常的生理活性产生影响。

2
钒对人和动物体的生物效应
钒的生物学及毒理学研究始于1876年[15]，并在20世纪的70、80
年代得到了迅速发展。

研究发现[16]，钒的化学性质是决定钒生物效应的
基础。

钒化合物毒性及生命效应的大小除同钒的总量有关外，更重要的是
受钒的化合特性及赋存形态的影响。

金属钒的毒性很低，但其化合物对动
植物体有中等毒性，且毒性随钒化合态升高而增大，五价钒的毒性最大[17]；VO2+为生物无效，而VO3-却容易被吸收[18]。

可见，不同的化学
存在形式呈现出不同的生物效应。

在环境体系中，钒可以以(-1)~(+5)的
氧化态存在并通常形成许多的聚合物[9,10]。

在组织外流体和细胞内，钒
的主要形式分别为钒酸盐(VO3-,V5+)和钒氧阳离子（VO2+,V4+），钒酸盐
进入细胞后，被谷胱甘肽（C10H17O6N3S）及其它物质还原成钒氧阳离子，并同蛋白质、磷酸盐、柠檬酸、乳酸等配位体结合而稳定存在[10]。

不管是钒酸盐还是钒氧阳离子，在适量时均对动物体的生理机能起促
进作用，如维持生物体的生长；维持心血管系统的正常工作；抑制胆固醇
的合成；促进造血功能[4,19~21]；影响组织中的胰岛素，促进葡萄糖的
吸收、氧化和合成[22~24]，呈现出类胰岛素的作用[25,26]；促进蛋白酪
氨酸磷酸化[27]；促进钾的吸收[23]；降低甘油三酯的水解作用[28,29]
和蛋白质的降解[30]等。