铜的形态分析ppt

2.3对微生物的影响

土壤微生物是维持土壤生物活性的重要组分。有研究表明, 重金属污染不仅会导致土壤微生物量、呼吸强度、微生物 碳与有机碳的比值、代谢熵等指标的一系列变化 , 而且使 微生物群落结构发生显著改变。铜污染对细菌、放线菌具 有抑制作用 , 而对真菌没有影响。铜除了单独对土壤微生 物群落造成影响以外 , 还会与其他重金属、有机物质相结 合 , 对土壤微生物群落造成影响。重金属铜、锌、镉、铅 复合污染会对土壤微生物群落造成极大的影响 , 重金属的 复合污染会使微生物生物量、微生物商和微生物氮、全氮 比几个指标明显降低 , 同时微生物碳氮比在一定程度上也 有所降低。通过菌落计数发现 , 细菌、真菌和放线菌的菌 落数与有效铜、锌、镉、铅均有一定程度的负相关趋势 , 但是这种负相关趋势的显著水平不尽相同。低浓度的铜与 高浓度的氯氰菊酯复合污染更能促进微生物碳及土壤呼吸 率的增加 , 微生物的群落结构也会受到明显影响。而两种 污染物分别单独作用时,铜对微生物的胁迫更大。
自由进入细胞的屏障,细胞膜一旦被破坏,大量的铜就会渗入细胞内,从而破坏 细胞内环境的相对稳定 ,影响细胞器的结构功能的正常运行 ,同时也使胞内物 质通过细胞膜外渗。

铜会对植物生理指标产生影响。研究发现 , 经由 60mg/kg 铜处理的水稻各项考察指标与对照组相比, 均有所提高 ,这说明了低浓度的铜对水稻生长发育 有益,能提高产量和品质。而120mg/kg铜处理的水 稻出现了中毒现象,与对照组相比,除株高这一项指 标高于对照组,其余各项指标均低于对照组。随着 施铜量的不断增加,水稻的中毒现象愈加明显。这 种现象主要是因为随着环境中铜含量的不断增加 , 植物体内的蔗糖酶、脲酶和过氧化氢酶等几种酶的 活性不断降低,从而使植物体内的代谢功能不能正 常进行,进而使植物表现出中毒现象。
3.1重金属形态

重金属元素在环境中可以以某种离子或者分子的 形式存在。重金属形态就是指某一重金属元素在 环境中的实际存在形式,主要包括重金属的价态、 化合态、结合态和结构态四个方面。重金属元素 在环境中的毒性或一些环境行为是由重金属元素 形态中某一个或某几个方面不同所造成的。由于 土壤和沉积层媒质的理化性质极为复杂,容易与重 金属发生多种类型的反应和作用,因而研究重金属 在土壤和沉积层的形态具有十分重要的意义。因 此研究分析土壤和沉积层中重金属的形态已成为 当今环境土壤学研究中的一项重要内容。
2.2对动物的影响

现阶段,有关铜对动物毒害作用的研究非常多 ,主要集中在 铜对动物体内重要的酶以及组织器结构功能的影响。
动物食用铜污染的牧草,会引发铜中毒现象。牛、羊、猪的铜最大耐受 量分别为100、250 和 300mg/kg。在长期施用含高铜的粪便的牧地,牧 草铜含量超标,极易引起对铜敏感的牛、羊发生铜中毒现象。食用铜污 染的食物会引发动物肝脏方面的变化,老鼠食用 15mg/kg 的日口粮就 会引起肝脏形态和功能上的显著中毒症状 ,肝实质细胞变形,实质组织 破坏,Cu-Zn SOD 活力下降导致线粒体功能不良,最终使肝门细胞死亡。 土壤中的铜对土壤生物的生理指标造成影响。铜污染培养下蚯蚓体重 与污染浓度的关系是抛物线关系 , 在 0~60mg/kg 铜污染处理范围 内,21d 内的蚯蚓体重都随着土壤铜浓度的增加而增加 ,Cu 浓度达到 60mg/kg 时处理出现最高值,于此浓度后,处理蚯蚓体重则开始下降。
现代工农业发展之初 , 由于人们环保意识的薄弱 , 很多重 金属物质未经处理便被直接排放进入到生物圈中 ,随着时间的 推移,环境中重金属的积累量越来越多 , 重金属污染问题不断 恶化。现阶段,工矿大量开采含铜矿产,在铜矿开采过程中,大 量铜随着开采过程进入到环境中 ; 冶炼厂为了节约生产成本 , 将未达标的三废物质直接排放到环境中 ;农民在生产过程中 , 长期大量使用含铜的杀菌剂 , 在畜养家畜时 , 大量使用含铜的 饲料添加剂。这些生产活动大幅度地提高了环境土壤中铜的 含量,土壤中含铜量与原始土壤相比,提高了几倍甚至几十倍, 远远超过了土壤环境自身的承载力,对动植物以及土壤微生物 产生了极为严重破坏作用,对生态系统的稳定以及人类健康造 成极大的危害。因此,土壤的铜污染问题已经成为当今社会密 切关注的污染问题。研究铜污染土壤的理化性质,寻找有效的 方法治理修复铜污染土壤是当前的研究热点。
1)可交换态重金属：是指吸附在粘土、腐殖质及其它成分上 的金属。可交换态重金属对环境变化极其敏感,易于迁移转化, 同时,易被植物吸收。重金属的可交换态形式是衡量人类近期 向环境中排放重金属所产生的影响效果,以及这些新排放的重 金属对环境产生的生物毒性作用的重要指标。 2)碳酸盐结合态重金属：是指在碳酸盐矿物上形成的共沉淀 结合态的土壤重金属。土壤环境条件的变化极易对碳酸盐结 合态重金属的变化造成影响。在众多的土壤环境条件中,碳酸 盐结合态重金属对土壤 pH 值及其敏感,当土壤环境的 pH 值 下降时,碳酸盐结合态土壤极易从沉淀结合态中释放出来 ,进 入环境中。相反,当土壤环境的 pH 值升高时, 则有利于促进 碳酸盐结合态重金属的形成。
2、铜污染对生物及土壤酶的影响
铜污染土壤对植物、动物、微生物和土壤酶都有一定的毒害 作用
2.1 对植物的影响

目前对高等植物铜污染毒害作用的研究主要集中在对植物光合作用、细胞结 构、生长指标几个方面。

铜会对植物光合作用产生不良影响。铜对植物光合作用的影响首先表现在对 光系统Ⅱ(PSII)的影响,过量的铜对类囊体的结构功能造成破坏 ,这种破坏作 用位点不确定,有时发生在光氧化侧,有时发生在还原侧,最终使初级电子供体 和受体的数量减少 ,同时在光系统的反应中心也产生抑制位点。与此同时,过 量的铜也会对光合生物膜中类脂过氧化和对光系统造成破坏作用 ,破坏非周期 性的光合磷酸化作用的进行,进而使希尔反应的活性也受到影响。铜会对植物 细胞结构产生不良影响。过量的铜会降低细胞膜的强度 ,作为防止细胞外物质

目前,在环境土壤学研究过程中,对于重金属形态的定义和分 类方法,还没有达成统一。常见的重金属形态分类根据提取 方法的不同而分类。其中最常用的分类有以下几种:Tessier 等将土壤或沉积物中的重金属元素的形态分为 5 种,分别为: 可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机物结 合态和残渣态。Cambrell 将重金属形态分为 7 种,分别为: 水溶态、易交换态、无机化合物沉淀态、大分子腐殖质结合 态、氢氧化物沉淀吸收态或吸附态、硫化物沉淀态和残渣态。 Shuman 将重金属的形态分为 8 种形态:交换态、水溶态、 碳酸盐结合态、氧化锰结合态、松结合有机态、紧结合有机 态、无定形氧化铁结合态和硅酸盐矿物态。欧洲参考交流局 为了统一和规范分类和提取方法 ,概括总结了多种不同的分 类方法和操作方式,最终将重金属的形态分为 :酸溶态(如碳 酸盐结合态)、可还原态(如铁锰氧化物态)、可氧化态(如有 机态)和残渣态四种形态。欧洲参考交流局在提出的重金属 形态分类的同时,还提出了提取方法,称为 BCR 提取法。现 如今,在众多的分类方法中,Tessier 法和 BCR 法被广泛应 用。



生活在铜污染水中的鱼类,体内的细胞数量、各种器官的 SOD 活性都 会随水中铜含量的变化而产生变化。鲫鱼白细胞的数量变化与时间、 铜剂量具有较为明显的相关关系。随着处理时间的加长、铜离子浓度 的增加,白细胞数均随之上升,而且都高于对照组。在低浓度 Cu(1mg/L) 毒害下,鲫鱼的肝胰脏、肾脏和鳃组织的 SOD 活性高于对照,分别比对 照分别升高了 53.06%、57.66%、11.07%;随着其浓度的提高,肝胰脏、 肾脏和鳃的 SOD 活性迅速下降,2mg/L Cu 浓度组,在肝胰脏、肾脏和 鳃组织的 SOD 活力下降分别为对照的 85.30%、88.06%和 76.38%;4mg/L Cu 浓度组3 种组织的 SOD 活性仅为对照的 69.67%、 64.51%和 51.99%。高浓度铜对鲤鱼损害的主要靶器官是肝脏和肾脏。 高浓度的铜会引起体内靶细胞的变性、坏死,造成相应的机能障碍 ,致 鲤鱼铜中毒。中毒鱼生长不良、体色变黑,临死前出现神经症状 ,与虹 鳟、鲫鱼、帆鲔铜中毒后出现的症状相似重金属对海产养殖也会造成 很大的危害,由于贝类生长环境的特殊性以及贝类的富集作用 ,贝类更 容易在体内聚集有毒有害物质,扇贝体内的铜主要集中在内脏团里,扇 贝内脏的毒性超过了全贝毒性的 97%。同时,在蓄积过程中,内脏中的 生理生化指标首先受到影响。

铜作为植物必需的微量元素,在植物生长过程中,也扮演着 重要的角色。它参与组成多酚氧化酶、细胞色素氧化酶及 抗坏血酸氧化酶等多种酶类 ; 它还是参与植物的光合作用 的重要元素之一。因而 , 铜的多少与植物生理代谢过程能 否正常进行,生长发育是否良好,作物产量的高低以及品质 的优良,都有着密切的关系。因而,适量的铜摄入对于生物 生长发育都有着积极的作用。但是 , 过量的铜摄入也会造 成植物铜中毒症状 , 表现为生长受阻 , 作物减产 , 胚轴畸形 等现象。
铜的化学形态分析
陈思 2014070001
目 Contents 录
02
01
铜的介绍
铜污染对生物及土壤酶的影响
03
04
土壤中重金属形态分析及其环境 学意义
文献报告
1、铜的介绍

铜在生物圈中扮演着重要的角色。铜是动植物所必需的微 量元素 , 同时也是一种重金属元素。铜是人类最早发现的 金属之一,曾被用作货币、首饰的原材料等,被广泛的运用 在人们日常生活中;铜作为人体重要微量元素 ,在整个人体 生长发育过程中都扮演着重要的角色 ; 对如神经、骨骼等 系统成熟也具有十分重要的作用 ; 人体内的葡萄糖、氨基 酸等代谢过程中,也需要铜的参与;铜在这些活动中起到了 不可替代的作用。如同其它微量元素 , 铜在生物体中需要 维持平衡水平 , 铜代谢异常、缺乏或摄入过量均可造成多 种疾病 , 如免疫功能下降、糖尿病、冠心病、高脂血、骨 质疏松以及肿瘤等。

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研究还发现 , 铜污染与小麦种子萌发率、株高等指标具 有极好的相关性 , 表现为低浓度促进高浓度抑制的现象。 铜作为营养元素,浓度在 300mg/kg 时,小麦的出苗率、株 高和生物量都达到最大值。此时的铜元素,作为营养元素, 促进小麦的出苗,提高小麦的生长品质。但是,随着铜元素 浓度的不断提高,当铜浓度达到 500mg/kg 时,铜对小麦各 方面呈现抑制作用 , 小麦会表现出中毒现象。低浓度铜 (<100mg/kg)可促进油菜根茎叶的生长,各项指标都略微增 长;而当铜浓度>500mg/kg时,根数和株高表现为明显下降, 分别比对照下降了 37.5%和 22.43% 。根数和株高与铜浓 度呈负相关。
3、土壤中重金属形态分析及其环境学意义
经研究表明,重金属的生物毒性不仅与其总量有关,在很大 程度上由其形态分布所决定。重金属的毒性、迁移性以及在 自然环境中的循环都与重金属的形态有关,因而不同形态的重 金属会产生不同的环境效益。因此,研究土壤重金属形态及其 转化对于修复治理重金属污染土壤,改善重金属污染土壤的环 境效应具有十分重要的意义。
2.4对土壤酶的影响

土壤酶是土壤中产生专一生物化学反应的生物催化剂,参与土壤中各种 生物化学过程。土壤酶的活性大致反映了某一种土壤生态状况下生物 化学过程的相对强度;测定相应酶的活性,可以间接了解某种物质在土 壤中的转化情况。铜处理使土壤酶活性受到显著影响。过氧化氢酶和 磷酸酶活性随着铜浓度的增加而降低;脲酶活性随着铜浓度的增加呈先 增后降的趋势,铜浓度为 100mg/kg 时,脲酶活性最大;蔗糖酶活性也表 现为先增后降,当铜浓度为 300mg/kg 时,蔗糖酶活性最大。单一铜污 染对土壤酶的活性的影响关系较为明确。铜与其它重金属复合污染对 土壤酶活性的影响较为复杂。6 种土壤酶(脲酶、转化酶、蛋白酶、磷 酸酶、H2O2酶和脱氢酶)活性与 Cd、Cu、Ni 复合污染之间均呈显著或 极显著的相关关系,Cu 对脲酶表现出极显著的抑制作用,对脱氢酶及蛋 白酶表现出显著的抑制作用,对过氧化氢酶和转化酶的抑制作用不显著, 对磷酸酶具有显著的激活作用。