土壤镉污染研究进展
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［(］ 。镉能与含羟基、 氨基、 巯基高分子有机物结合， 使许 关 ［*］
#" 毒性作用机理
# . !" 镉与金属硫蛋白 （ 56） 56 是一种富含半胱氨酸、 螯合有 78、 79、 :; 等金属
［ !! ］ 的低相对分子质量非酶蛋白 。 56 广泛存在于自然界 ［ !$ ］ 。研究发现在基 中。镉表现出对 56 很强的诱导作用
人体即可通过生物放大和生物积累， 对人体产生一系列损 伤， 而且还有研究揭示镉具有一定的致癌和致突变性。另 为已知的在体内蓄 外， 镉在体内的半衰期长达 !’ 2 *) 年， 积的毒性较大的毒物
［$］
镉污染对土壤酶活性的影响多表现为抑制作用， 其抑制机 理可能与酶分子的活性部位—巯基和含咪唑的配体等结 合， 形成稳定的络合物， 产生了与底物的竞争性抑制作用 有关或者可能由于重金属通过抑制土壤微生物的生长和 繁殖， 减少体内酶的合成和分泌， 最后导致土壤酶活性下
多酶系统受到抑制， 从而影响肝、 肾等器官中酶系统的正 常功能。另外镉还损伤肾小管， 导致糖尿、 蛋白尿、 氨基酸 尿， 并使尿钙和尿酸的排出量增加， 引起肾功能不全， 进而
［(］ 影响维生素 3* 的活性与吸收 。因此长期食用含镉植
的镉削弱镉引起的肝损伤， 但是在镉所致慢性肾中毒中， 78 % 56 复合物与镉毒性的发挥是分不开的。这可能是 由于进入人体的镉主要在肝脏中诱导 56 的合成并进一 该复合物可经过血液运输达到肾 步形成 78 % 56 复合物， 脏， 经肾小球滤过后大部分被肾小管吸收， 然后经过胞饮 78 % 56 进入肾小管细胞溶酶体， 在溶酶体中降解、 作用， 分离并释放出游离的镉。游离的镉就开始发挥它的毒性
==
［ !" ］ 的耗竭有关 。
土壤可变电 要官能团羟基和羧基与 (/ 反应使其带负电， 荷增多。另外， >7% 0 与 >(< % ? 离子结合生成难溶的 >7>(< ，
［ !$ ］
! # !" 镉与钙 镉是如何进入细胞的？一种假说 认为它是通过钙 离子通道进入细胞的。镉进入细胞后， 一方面可以通过抑 制钙泵引起细胞内钙浓度增加； 另一方面又可以替代钙与 钙调蛋白结合激活钙调蛋白依赖型激酶。或直接激活某 些与钙相关的酶类， 干扰细胞内与钙有关的信息传递系
［ %% ］ 。 导膜通透性增加的主要机制 ［ %! ］
。镉引起的氧化损伤一方面与细胞内谷
胱甘肽等含巯基肽的耗竭有关； 另一方面它诱导产生过量
可活化土壤中的镉， 提高土壤镉的交换态。
参考文献 ［!］ DE6 .，+1:789:; F，)9GHE6 D， 9I 5H# .1JEK1H1;3 ， !$$$ ， !=% （!） ： L$ M NA ［%］ /5:I O,， @1IIP ’ D，Q5IRE6 ’ *# .1JEK1H1;3， %&&! ， !L& （! M <） ： LA M N& ［<］ ,6I16E1 -. ， >1:S5P B， 49:9I -4# .1JEK1H1;3 49II9:P， !$$$ ， !&= （! M %） ： ! M$ ［=］ .92SH9I16 *-，Q56; T，-E:5H92 .# .1JEK1H1;3 49II9:P， !$$" ， $A （!） ： ! M" ［A］ A4E6 > D， U56; @ >， /PV -.， 9I 5H# .1JEK1H1;3 ， !$$" ， !%N （! M < ） ： !AN M !LL ［L］ O9:;HV67 -， ,R9PP16 ,， OW9HH9:VS @， 9I 5H# .1JEK1H1;3 49II9:P， %&&& ， !!% M !!< ： %!$ M %%A ［N］ )I59PP96 D,， ’19HP / ,，X29HE561Y *， 9I 5H# .G9 456K9I ， !$$$ ， <A< （ $A!$ ） ： !!=& M !!== ［"］ 张锐， 薛彬， 魏雪涛等# 中国环境科学， !$$$ ， !$ （L） ： A<& M A<A ［$］ 刘杰# 中华劳动卫生职业病杂志， !$$" ， !L （!） ： ! M= ［ !& ］ 孔祥生等， 农业环境保护， !$$$ ， !" （<） ： !<< M !<= ［ !! ］ 余日安， 陈学敏# 中国公共卫生学报， !$$" ， !N （%） ： !&L M !&N ［ !% ］ T96Z9P -.， /16;2E6， T:EPG656 )， 9I 5H# [9:IEH ? )I9:EH ，!$$A ， L= （<） ： A$$ M L&< ［ !< ］ F:9PZI5 D# 9I 5H，XR1H# @1H !$N$ ， %N ， <N$ ［ != ］ /1V85， ># 9I 5H# 2EK:18E5H# XK1# !$"& ， L， AA ［ !A ］ CH55PP96 >*，4EV D，>G1V7GV:E )# ,66V ’9Y @G5:25K1H .1JEK1H， !$$$ ， <$ ： %LN M %$= ［ !L ］ ,67:9\P F C# OE1KG92# @G5:25K1H， %&&& ， A$ （!） ： $A M !&= ［ !N ］ 张亨山# 国外医学卫生学手册， !$$! ， %! （%） ： L" ? N! ［ !" ］ CH55PP96 >*，4EVD# *:V; -9I58 ’9Y ， !$$N ， %$ （! M %） ： N$ M !&% ［ !$ ］ )I1GP )D，O5;KGE *# [:99 ’57EK5H OE1H -97， !$$A ， !" ： <%! M <<L ［ %& ］ /5::E6;I16 -, ， FV679:P16 C4， C1SEI1 ’ ’ # D OE1H >G92 ， !$$$ ， %N= （ <$ ） ： %NA<L M %NA== ［ %! ］ )E2SRE6P >，4E137 .， 4E )， 9I 5H# D )V:; ’9P ， !$$" ， NA （!） ： <& M <= ［ %% ］ T1:5IIE -， )Z581 /# OE1KGE2 OE1SG3P ,KI5 ， !$$A ， !%=! ： !<$ M !NL ［ %< ］ CV25: +@O,，X6YE:16# )KE， .9KG61H ， !$$A ， %$ （A） ： !%<% M !%<" ［ %= ］ 廖敏， 谢正苗， 苗昌勇# 土壤学报， !$$" ， <A （%） ： !N$ M !"=
& & 随着现代工业的迅速发展， 镉污染问题日益严重。据 统计， 我国镉污染农田就超过 !. ’" / !’ ( 01$ 。#’ 年代于 日本富山县爆发的 “ 骨痛病” ， 其原因就是当地居民长期 食用了含镉废水污染土壤所产生的 “ 镉米” 所致。大量研 究
［!］
［-］ 。土壤中的 物的数量和多样性均比未受污染的叶面少
0
! # #" 镉与活性氧自由基 （ ’()） 镉可以引起脂质过氧化、 *+, 链的断裂以及蛋白质 的氧化修饰等 自由基。 ! # $" 镉与线粒体 镉主要通过以下方式引起线粒体结构和功能的改变： 而线粒体上 ! # $ # %" 镉与巯基之间具有很强的亲合能力， 含有丰富的 -. 和谷胱甘肽等含巯基蛋白。镉可以结合 使得邻近的两个还原性的—)/ 形 于线粒体膜的—)/ 上， 成共价二硫键， 线粒体膜蛋白二硫键的形成被认为是镉诱
。采用其他植物研究结果基本
因水平上， 镉可直接作用于 56 基因的启动子， 从而诱导
［ !* ］ 56 1<=> 的大量表达 பைடு நூலகம்诱导合成的 56 反过来一方面
可以螯合一定量的镉形成 78 % 56 复合物以降低胞内镉 的浓度， 另一方面通过自身巯基还原态 ? 氧化态的转换来
［ !( ］ 清除由镉诱发产生的自由基 ， 从而减轻镉对生物体的 ［ !) ］ 等研究发现尽管 56 可以螯合一定浓度 损伤。@ABBCCD;
［ !) ］ 。 作用
物会影响钙和磷的代谢， 引起肾、 肺、 肝等内脏器官的病理 变化， 诱发骨质疏松软骨化和肾结石等疾病， 最终引起 “骨
［)］ 。另外镉对哺乳动物具有较强的致畸、 致癌和致 痛病”
突变作用， 被有机体吸收后， 自然排泄十分缓慢， 其生物半 衰期达 "*’ 年
［#］
。
! . $" 镉对微生物的影响 微生物作为自然环境中的主要分解者， 在土壤沉积物 的碳、 氮、 磷、 硫的循环、 无机营养的再生和营养物的转化 等方面起着重要作用。在受到重金属污染的叶面上微生
重金属尘埃使土壤中的微生物区系数减小， 酶活性降低。
［4］ 加入镉会减少微生物的群体， 降低呼吸率 。
! . %" 镉对土壤酶活性的影响 在镉污染条件下， 脲酶活性明显下降， 过氧化氢酶活
［"］ 。 性也显著降低， 随着镉浓度的增加， 转化酶活性均下降
表明， 镉作为机体发育的非必需元素， 很少的量进入
安徽农学通报， >;09E >FGEH IJEH ,9AAH $’’# ， !$ （)） ： (* % ((
(*
土壤镉污染研究进展
郑世英& 商学芳
（ 德州学院生物系， 山东德州& $)*’$* ）
摘& 要： 镉是动物和植物的非必需元素， 也是毒性最大的重金属元素之一。本文就土壤中的镉对植物、 动物、 微生物 等的影响、 镉的毒性作用机理、 镉污染防治等做了综述。 关键词： 镉污染； 土壤； 危害； 防治 中图分类号& +)*& & & 文献标识码& ,& & & 文章编号& !’’- % --*! （ $’’# ） ’) % (* % ’$
镉可以通过钙运输方式进 ! # $ # !" 基于镉与钙的相似性， 入线粒体基质并与线粒体基质侧蛋白巯基结合， 伴随它的 的流入以及氧化磷酸化的解偶联。 结合是质子 （/ 0 ）
! # $ # #" 镉还可以引起呼吸链上的某些重要蛋白如细胞色
素等的氧化还原态发生改变， 并且线粒体上的一些关键酶 也可被其抑制或激活。
除了含巯基的 56， 生物体中还存在一种含巯基短肽 % 谷胱甘肽。谷胱甘肽自身还原态 ? 氧化态的转换也可以
［ !- ］ 。镉引起的氧 作为生物体对抗镉毒性作用的一种方式
化损伤很大程度上是与细胞内谷胱甘肽等巯基肽 （ 蛋白）
作者简介： 郑世英 （ !"#$ % ） ， 女， 山东武城人， 德州学院生物系教授， 研究方向为土壤环境保护。& & 收稿日期： $’’# % ’( % $!
［ !’ ］ 。 降
。
!" 镉对生物有机体的毒性
! . !" 镉对植物的影响 土壤中的镉向植物体内转移的过程与镉的存在形式 含量以及土壤和植物的特性、 种类等有关。受镉毒害的植 物不能正常生长， 并且生物量呈下降趋势。例如， 受到镉 毒害后， 玉米生长迟缓， 叶尖黄褐， 根尖膨胀发黑， 继而腐 烂， 浓度越高， 症状越早 相似。 ! . #" 镉对动物的影响 镉主要通过食物、 水、 空气等进入动物体内， 动物作为 消费者， 环境中的镉主要通过植物进入动物体内， 因此， 镉 在动物体内的含量与动物所食植物种类、 部位和年龄相
#" 镉污染的防治措施
# # %" 工程技术措施 主要是排土、 换土、 去表土、 客土和深耕翻土及电泳等 措施。排土、 换土、 去表土、 客土被认为是四种治本的好方 法， 但是工程量大， 并有污土的处理问题。电泳措施是目 前新兴的重金属处理方法， 即在土壤中插入两个石墨电 极， 在稳定的直流电作用下， 金属离子向两极移动、 聚集， 然后再进行处理。 # # !" 生物措施 就是通过重金属在土壤—植物系统中的迁移过程， 依 赖于植物对重金属的超富集能力而达到有效去除土壤中 .1223 456789:; 等发现， 不同土壤 重金属的作用。例如， 中某些柳属的无性系克隆对镉离子有很强的吸收能
［ %& ］ 。 统， 产生细胞毒性
含量增加， 在 @/ 值大于 A# A 时， 且随着 @/ 的增高 >7>(< ， 黏土矿物和氧化物与镉生成络合、 螯合物， 性质稳定。 # # $" 农业生态措施 主要包括： 改变耕作制度， 调整作物品种， 控制水肥 等。镉在淹水的土壤中一般以难溶态的 >7) 的形式存在， 因此， 控制土壤水分状况， 使土壤在作物壮籽期有一个相 对稳定的水淹期， 可减少 >7 进入植物体内的含量。施用 有机肥有利于改良土壤结构， 提高环境质量， 为镉提供络 合、 螯合剂。控制化肥的施用， 因为化肥中的 >B ? 、 )(= % ? 、 C
#" 毒性作用机理
# . !" 镉与金属硫蛋白 （ 56） 56 是一种富含半胱氨酸、 螯合有 78、 79、 :; 等金属
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人体即可通过生物放大和生物积累， 对人体产生一系列损 伤， 而且还有研究揭示镉具有一定的致癌和致突变性。另 为已知的在体内蓄 外， 镉在体内的半衰期长达 !’ 2 *) 年， 积的毒性较大的毒物
［$］
镉污染对土壤酶活性的影响多表现为抑制作用， 其抑制机 理可能与酶分子的活性部位—巯基和含咪唑的配体等结 合， 形成稳定的络合物， 产生了与底物的竞争性抑制作用 有关或者可能由于重金属通过抑制土壤微生物的生长和 繁殖， 减少体内酶的合成和分泌， 最后导致土壤酶活性下
多酶系统受到抑制， 从而影响肝、 肾等器官中酶系统的正 常功能。另外镉还损伤肾小管， 导致糖尿、 蛋白尿、 氨基酸 尿， 并使尿钙和尿酸的排出量增加， 引起肾功能不全， 进而
［(］ 影响维生素 3* 的活性与吸收 。因此长期食用含镉植
的镉削弱镉引起的肝损伤， 但是在镉所致慢性肾中毒中， 78 % 56 复合物与镉毒性的发挥是分不开的。这可能是 由于进入人体的镉主要在肝脏中诱导 56 的合成并进一 该复合物可经过血液运输达到肾 步形成 78 % 56 复合物， 脏， 经肾小球滤过后大部分被肾小管吸收， 然后经过胞饮 78 % 56 进入肾小管细胞溶酶体， 在溶酶体中降解、 作用， 分离并释放出游离的镉。游离的镉就开始发挥它的毒性
==
［ !" ］ 的耗竭有关 。
土壤可变电 要官能团羟基和羧基与 (/ 反应使其带负电， 荷增多。另外， >7% 0 与 >(< % ? 离子结合生成难溶的 >7>(< ，
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［ %% ］ 。 导膜通透性增加的主要机制 ［ %! ］
。镉引起的氧化损伤一方面与细胞内谷
胱甘肽等含巯基肽的耗竭有关； 另一方面它诱导产生过量
可活化土壤中的镉， 提高土壤镉的交换态。
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重金属尘埃使土壤中的微生物区系数减小， 酶活性降低。
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土壤镉污染研究进展
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素等的氧化还原态发生改变， 并且线粒体上的一些关键酶 也可被其抑制或激活。
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作者简介： 郑世英 （ !"#$ % ） ， 女， 山东武城人， 德州学院生物系教授， 研究方向为土壤环境保护。& & 收稿日期： $’’# % ’( % $!
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! . !" 镉对植物的影响 土壤中的镉向植物体内转移的过程与镉的存在形式 含量以及土壤和植物的特性、 种类等有关。受镉毒害的植 物不能正常生长， 并且生物量呈下降趋势。例如， 受到镉 毒害后， 玉米生长迟缓， 叶尖黄褐， 根尖膨胀发黑， 继而腐 烂， 浓度越高， 症状越早 相似。 ! . #" 镉对动物的影响 镉主要通过食物、 水、 空气等进入动物体内， 动物作为 消费者， 环境中的镉主要通过植物进入动物体内， 因此， 镉 在动物体内的含量与动物所食植物种类、 部位和年龄相
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# # %" 工程技术措施 主要是排土、 换土、 去表土、 客土和深耕翻土及电泳等 措施。排土、 换土、 去表土、 客土被认为是四种治本的好方 法， 但是工程量大， 并有污土的处理问题。电泳措施是目 前新兴的重金属处理方法， 即在土壤中插入两个石墨电 极， 在稳定的直流电作用下， 金属离子向两极移动、 聚集， 然后再进行处理。 # # !" 生物措施 就是通过重金属在土壤—植物系统中的迁移过程， 依 赖于植物对重金属的超富集能力而达到有效去除土壤中 .1223 456789:; 等发现， 不同土壤 重金属的作用。例如， 中某些柳属的无性系克隆对镉离子有很强的吸收能
［ %& ］ 。 统， 产生细胞毒性
含量增加， 在 @/ 值大于 A# A 时， 且随着 @/ 的增高 >7>(< ， 黏土矿物和氧化物与镉生成络合、 螯合物， 性质稳定。 # # $" 农业生态措施 主要包括： 改变耕作制度， 调整作物品种， 控制水肥 等。镉在淹水的土壤中一般以难溶态的 >7) 的形式存在， 因此， 控制土壤水分状况， 使土壤在作物壮籽期有一个相 对稳定的水淹期， 可减少 >7 进入植物体内的含量。施用 有机肥有利于改良土壤结构， 提高环境质量， 为镉提供络 合、 螯合剂。控制化肥的施用， 因为化肥中的 >B ? 、 )(= % ? 、 C