环境毒理学论文

重金属汞对海洋生物和人类的影响

一、摘要：

各种形态的汞对生物的毒性作用及与环境间的相互影响，介绍了汞元素在生物体中的积累特征。并且通过简要介绍海洋生态系统的现实状况，重金属的污染情况和对海洋生物的影响。从整体上来理解重金属与海洋生物之间的相互作用，还有对人类的影响。

二、关键词：

重金属汞、环境污染、食物链、人类。

三、正文

1.汞的生理作用及其环境影响

汞是一种对人体有害的高毒性重金属元素, 又是一种在工业上有多种用途的重要金属。现在全世界每年生产汞约1万吨,并以每年2%的速度继续递增, 二十世纪九十年代以来, 进入海洋的汞估计总量达20万t[ 1] 。因此汞污染已成为一个全球性污染问题,引起了全世界各国的广泛关注。自然界中的汞主要以单质汞( Hg ) 、无机汞(Hg + 、Hg2+ 盐及其配合物) 和有机汞( 烷基汞、苯基汞) 的形态存在, 各种形态的汞在自然界中可以发生多种生物转化和化学转化。不同形态( chemicalspecies)的汞对生物的毒性大小和作用机理差异很大。金属汞有高的扩散性和脂溶性, 由于汞的蒸气压很低, 因此易通过呼吸作用进入生物体,并通过血脑屏障( blood brain barrier )进入脑组织, 在脑组织中被氧化成汞离子。汞离子由于较难通过血液屏障, 被蓄积在脑组织中, 从而引起中枢神经系统的严重损害; 而且由于汞与细胞膜结合后会抑制糖穿过细胞膜的主动输送, 使钾对细胞膜的透性增加, 造成对脑细胞的糖分供应不足而导致脑细胞能量缺乏;可溶性的无机汞化合物也有较高毒性, 它们通过消化道进入人体后, 容易在肾脏和肝脏中蓄积; 烷基汞很容易溶于有机物中, 特别易溶于细胞膜或脑组织的类脂里, 其碳- 汞共价键不易破坏, 对生物体造成极大危害。例如: 烷基汞化合物能通过胎盘屏障( Placenta barrier) 进入胎儿组织, 毒害胎儿, 造成胎儿死亡、畸形、个体弱小等。甲基汞可以迅速地经血液到达脑部, 对大脑皮层和小脑造成不可逆损害。

2．海洋中的汞金属

进入海洋环境中的汞,在海洋环境中可进行一系列的生物转化和化学转化。无论对于动物还是浮游生物, 汞的毒性作用较其它重金属都是最大的[2],而一

般各种海洋生物对重金属都具有较大的富集能力, 通过食物链作用, 其富集系

数可高达几十至几十万倍。例如海水中汞的浓度约0.09 ng/g[3],而海豚体内甲基汞浓度可达1g/g[12]。因此, 人们在食用海产品后, 就可能有较多的汞进人体内并造成危害。1953年和1964年, 日本水俣市和新泻市居民中流行的水俣病就是由于附近工厂排放物中含有高浓度的汞酸,在海洋中被甲基化成甲基汞,甲基汞

通过食物链以高浓度聚集在水俣湾的鱼类和贝壳类体内, 致使人食用以后, 产

生慢性甲基汞中毒。同样,1967~ 1968年,瑞典人对湖泊死鸟事件进行调查分析后也发现死鸟是觅食湖中含烷基汞的鱼引起的。在汞的各种形态中, 烷基汞对生物及人类危害最大, 也是汞污染中最严重的物质。自然界中本无烷基汞, 烷基汞是由金属汞和各种汞的化合物在自然环境中通过厌氧甲烷细菌转化为甲基汞, 甲

基汞通过浮游生物进入食物链并被富集。从分子水平和化学性质上来看汞对生物体的危害:Hg2+ 是一种无机软酸, 与属于软碱的硫化物有高度的亲和性, 因此

在缺氧水体中, 汞与硫可以结合成极难溶的HgS。在生物体内, 各种形态的汞转化成二价汞离子(Hg2+),汞离子与体内的巯基(-SH)、二巯基(-S-S-)具有很强的亲和性, Hg-S反应是汞产生中毒作用的基础。由于生物体内一些具有重要生物活性的酶, 其活性中心是巯基, 汞与巯基结合, 可使酶丧失活性。例如, 由于硫辛酸和辅酶A 内的巯基与汞作用, 导致汞干扰大脑丙酮的代谢;甲基汞侵入人体后, 通过肝脏转入血液, 同红血球中血红素分子的巯基结合, 生成稳定的巯基-烷基汞( R- S- S- HgCH3) , 再经过血液循环, 侵入大脑和中枢神经系统, 这便是水俣病的成因。谷胱甘肽( GSH) 本身在血液红细胞中发生, 有重要的生物功能, 包括维持巯基基团的活性, 保持血红蛋白不被H2O2 氧化等功能。Hg2+ 极易与谷胱甘肽形成简单络合物, 如下图所示,Hg2+ 专属性地与- SH 基团键合, 使其氧化还原功能损失。此外, 汞还可以通过与氨基、羟基、磷酸基牢固结合而与嘌呤、嘧啶碱类、核苷、核苷酸、核酸络合,这些作用无疑会使细胞膜的酶功能与结构改变, 以致细胞膜受损, 导致突变作用, 在低浓度下对一系列酶产生特异性抑

制效应[4~5]。

3.海洋中重金属汞的来源

海洋中重金属汞的来源可分为天然来源和人为来源两大类。天然来源如海底火山喷发将地壳深处的重金属汞带上海底，经过海洋水流的作用把重金属汞及其化合物注入海洋；地壳岩石风化后通过陆地径流、大气沉降等方式也将重金属汞注入海洋，构成了海洋重金属汞的环境本底值。环境本底值对于判断海洋环境污染程度和评定海洋环境质量的优劣具有重要的意义。人为来源如矿山与海洋油井的开采、工农业污水、废水的排放（如电镀、冶金、蓄电池、制革、颜料、涂料以及化工厂的排水、重金属农药厂废水的排放和重金属农药的流失等）[6]。近半个世纪以来，由于工农业生产的快速发展，特别是沿海地区的轻工业和重工业的快速发展，导致了世界范围内的海洋环境重金属汞污染日益严重。据估计，全世界每年由于矿物燃烧而进入海洋中的汞有3000多吨。此外，含汞的矿渣和矿浆，也将一部分汞释入海洋。由此，全世界每年因人类活动而进入海洋中的汞达一万吨左右，与目前世界汞的年产量相当。自从1924年开始使用四乙基铅作为汽油抗爆剂以来，大气中铅的浓度急速地增高。通过大气输送的铅是污染海洋的重要途径，经气溶胶带入开阔大洋中的铅、锌、镉、汞和硒较陆地输入总量还50％。3.1重金属汞的危害

重金属汞污染具有来源广、残毒时间长、蓄积性、难以降解、污染后不易被发现并且难于恢复、易于沿食物链转移富集等特征,能够直接或间接作用于生物体DNA ,会引起海洋生物的遗传物质发生突变,引起生长缓慢,异常发展,降低胚胎、幼体及成体的存活率,通过敏感种的灭绝导致生态退化,对生态系统构成直接和间接的威胁[7、8、9]。从而使生物物种和群落发生改变,影响生物多样性,降低生物资源的利用价值。

3.2重金属汞对鱼类的影响

海洋鱼类是海洋生态系统的高级消费者，也是人类重要的食物来源。进入海洋的重金属汞，一方面通过食物链和直接的接触进入鱼类的机体而产生毒性，影响其生存；另一方面在其体内积累或富集的重金属汞会进一步危害以鱼为食的海鸟、海洋哺乳类和人类。所以，人们对鱼的重金属汞毒理方面进行了大量的研究，特别是20世纪50年代的“水俣事件”以来，对近海海湾和河口的水质和沉积物的重金属污染及水生生物体内的重金属汞含量进行了大量研究。由于重金属汞性质稳定，不易分解，脂溶性强，与蛋白质或酶有较高的亲和力，被摄入动物体内