微量元素学科研究进展

微量元素学科研究进展

生物科学李玲 2008211594

摘要：微量元素科学是近代发展起来的一门新兴学科。也是一门由地学、化学、生物学、医学、药学、农学、畜牧学、食品科学和计算机技术等多门学科相互渗透的边缘科学。通过微量元素科学的产生、特点、研究现状和发展趋势的阐述。反映了微量元素在环境科学研究和人体健康中的地位与作用, 对保护人类生存环境与人民健康, 有一定科学价值。

关键词：微量元素研究进展

1.微量元素科学的产生

人类对微量元素的认识。经历了漫长的历程。长达数千年之久。近百年以来。随着科学技术的发展 , 人们对微量元素才有了较完善的认识微量元素科学的发展经厉了两个阶段。

1.1 20世纪以前的发展概况

公元前4世纪, 我国《庄子》一书中记载了利用海藻治瘦的事实。魏晋时期。在《养生论》中记载了“齿居晋而黄”。世界上最早提出环境中的高含量氟引起牙齿发黄的现象。公元4世纪的《神农本草经》、公元4世纪的《石药尔雅》两部著作中记录着运用金属矿物治疗疾病或作滋补剂的事例，唐代宫女内服微量元素砷，保持了青春容颜。明代李时珍的《本草纲目》记载217种含金属元素矿物的药物。

一百多年前, 欧州国家一些科学工作者发现鸟类羽毛中含有铜一叶琳、蜗牛血中含有铜兰蛋白, 软体动物中含有锌血色素。法国植物学家查庭研究发现壤、饮水和食品中含碘量与甲状腺肿有密切关系。这些事实为微量元素科学的产生。提供了一定的基础。

1.2 世纪以后的发展概况

1919年肯德尔从人体甲状腺中分离出含有65%碘的晶体状化合物, 补充碘治疗人体甲状腺肿。德国的威尔斯泰揭示了人体血色素中的微量元素铁是重要的载药工具。国际上还证实了牛羊碱土病（慢性硒中毒)、盲目踌珊症(急性硒中毒), 猪仔营养性软骨障碍(锰、铁缺乏症)和牛腹泻等都与微量元素有关。美国哈特研究了纯膳食技术, 成功地证实了铁、铜、锰、铝和硒的必要性与此同时, 国际上利用放射性同位素研究了微量元素的代谢、吸收、排泄、转移等在生理过程中发挥了重要作用。

随着工业生产的发展和科学技术的进展。发现环境污染引进了一系列的职业病、地方病和致畸、致突变、致癌等与微量元素有着密切关系。分子生物学证实了微量元素锌是多仲全属酶的活动中心。金属元素硫蛋白、核酸甲的微量元素配泣结构、微量元素与生物遗传信息及传递功能的发现。引起了科学界的重视。微量元素对植物的生长发育、增产增重。对动物营养与毒性的研究。取得了显著成绩分析检测技术

可以检测到10-6甚至10-12级的体液、组织、细胞、亚细胞内微量元索。推动了微量元素的研究同纵深发展。逐步产生了一门新兴的微量元素科学。

2.微量元素科学的特点

微量元素具有多门学科相互渗透的特点。研究对象十分复杂汉。不但要研究大气、水体、土壤、动植物等外环境中的微量元素,而且要研究男女老少体内环境的微量元素;不仅研究对象众多。而且空间位置、时间因数变化较大。为研究不同对象中的微量元素带来了一定的难度。含量低微。功能大。

微量元素在生物体内的含量是10-5级甚至是10-10级。但微量元素与人体的内分泌、免疫、感染、生长发育、疾病、衰老、死亡等生命过程, 发挥了巨大的生理作用, 影啊着人体健康，研究难度大。微量元素在生物体内多数是以结合态存在的，有些微量元素与生物分子配位基因形成配位化合物。结构极其夏杂。微量元素之间、微量元素与生物配位体之间、微量元素与其他营养或毒性物质之问。都存在着协同或拮抗作用。给研究工作带来了不少困难。需要运用现代分析手段、动物实验和临床试验相配合。

3.微量元素科学研究现状与发展趋势

3.1 研究微量元素在生态环境中的分布、迁移、转化、积累规律

任何一种生物体的生存都离不开生态环境，而生态环境中含有几十种微量元素. 它们在环境中存在着迁移、转化过程.发生形态与价态的变化. 从而其分布、积累过程也就不同了. 研究微量元素的分布、迁移、转化、积累规律. 对研究微量元素食物链，生态环境质量有着重要的意义。

3.2 研究微量元素传递的食物键

在漫长的地球演变过程中主物体利用太阳光作为基本能源将周围环境中丰富的

微份七素车为自己的结构物质以维持自身的生命，微量元素传递倚赖于食物链

CO,H2O和太阳能到生产者（植物、浮游植物）到食草动物（包括浮游动物、动物）到食肉动物（包括小鱼、动物）到食肉动物（包括大鱼、食鱼鸟动物）到分解（包括细菌、霉菌等）。微量元素通过食物链进入人体内。同时它在生物体也存在着分布、转化、积累的规律性。例如，生产水稻为人提供了粮食。而粮食为人所食用。其中所含的微量元素镉, 容易积累在骨骼中，产生生化作用。

3.3 研究微量元素的生物学效应

微量元素的生物学作用十分复杂, 目前,已探明微量元素能协助宏量元素的输送，克服体内缺氧和H+过多的现象，微量元素可参与激素的作用，它一方面可与激素形成复合物，例如微量元素锌与咦岛素形成复合物，提高了咦岛素的生物活性, 另方面可直接参加激素物质结构组成，碘与甲状原氨酸结合形成具有激素活性的甲状腺素，微量元素参与维生素、氨基酸的作用，维生素的生理功能靠微量元素起催化作用, 一些维生素本身就含有微量元素.铁血红蛋白说明微量元素可以形成金属蛋白. 发挥特殊的生理功能.与此同

时.蛋白质、氨基酸又有助于微量元素铁的吸收. 核酸是一个生物大分子, 是生命的物质基础, 而微量元素却能参与核酸配位, 改变了核酸结构和功能, 对脱氧核糖核酸、核糖核酸的修复影响极大.微量元素是生物酶的成份和激活剂.人体内含有6大类1300多种生物酶, 而且绝大多数酶都是金属微量元素酶和金属激活酶. 微量元素的缺乏或过量, 都会降低或失去酶的活性, 致使生化反应紊乱。

3.4 研究微里元素的拮抗与协同作用

两种或多种微量元素之间, 往往表现出毒性的协同或拮抗作用, 对生物代谢过程产生一定的影响.微

量元素铜可增加汞的毒性,降低铂的毒性; 砷可以降低硒的毒性, 增强铅的毒性. 微量元素的拮抗与协同

作用, 是目前最活跃的研究领域.

3.5 研究微量元素的营养与毒性

各种饮料、食品中均含有丰富的微量元素. 而且铬、锰、钻、铜、锌、硒、铝、和铁等为营养微量元素, 对维持人体生命与健康发挥了重要作用.有人研究表明. 人在日常生活中,每天从大气、饮水、食品中摄取.4 种微量元素, 一般来说人休不会产生微量元素缺乏现象, 也无需强化食品中的微量元素.微量元素铅、被、论具有一定的毒性闭.这些有毒元素阻断了生物分子活性所必需的功能, 置换了生物分子中必需的微量元素, 使酶失去活性.有的有害元素改变生物分子的结构, 使生物分子中毒而失去原有的作用.有些有害微量

元素与细胞膜上的配位体结合.使细胞通透性及血.容性增高. 增加了微量元素的毒性.

3.6 研究微量元素与健康

微量元素对人的骨骼系统、神经系统、心血管系统、呼吸系统、消化系统和免疫系统等均有密切的关系. 一旦微量元素缺乏或过量都会影响人的健康. 产生各种疾病. 目前把人体看成是一个生物化学反应体

系一旦微量元素干扰反应体系或者产生自由基, 则造成细胞的坏死或损伤. 因此, 研究微量元素的致病与

防病机理是很有发展前途的研究领域

3.7 研究微量元素药物

微量元素在抗癌、抗菌、抗贫血、抗血凝、降血搪、解毒、抗炎症药物方面均有应用, 而且有较好的疗效.特别是某些微量元素有机化合物（如有机锗、有机硒、有机锡等）溶解性能好. 生物活性强, 对净化血液.降低细吃表面生物电位等方面均有明显的作用, 开展微量元素药物的研究. 将产生显著的社会效益.

3.8 研究微量元素在农牧业生产上的应用

微量元素对农作物的生长发育、开花结果都有明显的作用. 微量元素锌、锰、硼、铜、铁等微肥的使

用得到大面积的推广, 取得了显著的增产效果.有机钛TiVCDE使甘蔗增产16.9%. 微量元素微肥的开发, 前

景可观.

微量元素对动物的增产增重, 改良品种起着较大的作用.我国已广泛地使用微量元素铁、锌、铜、钻、硒作饲料添加剂.有机铬可以提高猪肉的瘦肉率. 稀土饲料添加剂的运用, 可使牛、羊、免毛光滑等特点.