鋅對生物體的毒性效應與研究展望

張夢蝶+黃碧捷+肖夢茹+余玲玲

摘要：分析了金屬元素鋅的本底值及環境暴露，綜述了鋅離子以及各種鋅的化合物對生物體的毒性效應，并提出了鋅對生物體的毒性效應研究的展望。

關鍵詞：鋅;毒性效應;本底值;環境暴露;展望

中圖分類號：X173

文獻標識碼：A文章編號：1674-9944（2014）12-0142-03

1鋅的本底值及環境暴露

1.1來源與背景

重金屬鋅主要從礦石中煅燒后氧化還原得到，自然界中的鋅多以硫化物狀態存在，主要有閃鋅礦ZnS、其他的礦石有菱鋅礦ZnCO3、紅鋅礦ZnO、硅鋅礦Zn2SiO4、錳硅鋅礦（ZnMn）2SiO4、異極礦Zn4Si2O7（OH）2·H2O等。我國的鋅礦一般與鉛共生，故稱為鉛鋅礦，產地遍布全國。我國鋅污染土壤也越來越多，資料顯示我國土壤中平均鋅含量為100 μg/g，比世界土壤的平均鋅含量高出一倍以上。

1.2暴露途徑

植物體內的鋅大多是由于污水灌溉之后被植物吸收造成的，礦區產生的含鋅廢水直接排放到環境中導致環境中的鋅含量增加，被植物從根系吸收后進入整個植株，從而對植物的生長產生影響。

動物主要是通過飼料或者食物鏈來增加體內鋅的含量。反芻動物在真胃、小腸吸收鋅，而非反芻動物鋅的吸收主要在小腸。動物主要以糞便排泄鋅來平衡體內鋅的含量。

2鋅的化合物對生物體的毒性效應

2.1鋅離子對水生生物體的毒性效應

鋅是生物體的必需的微量元素，過量也會對生物體產生毒害，尤其是在水生生物中表現得更加明顯。在劉文權[1]等人對金魚的單一與聯合的毒性實驗中表明：隨著重金屬離子濃度的提高，其對金魚的急性毒性效應逐漸增強;銅對受試金魚的影響比鋅大;聯合毒性實驗結果表明銅離子和鋅離子在等比例情況下對金魚的聯合作用為毒性增強的協同作用。在周疆麗的蜥蜴柳對重金屬耐性研究中表明：旱柳根系對銅吸收呈現出極顯著的線性關系;而根、莖、葉對鋅的吸收呈現出極顯著的線性關系[2]。在華玉丹[3]等人的銅鋅及其復合污染對西瓜種子萌發的影響中表明：在低濃度（20 μmol/L）銅、鋅單一及復合處理對西瓜種子的發芽率沒有影響，但增加了發芽指數、活力指數，促進了幼芽和幼根的伸長生長，提高了生物量的積累;高濃度（200 μmol/L）銅、鋅單一及復合處理對西瓜種子的發芽率、發芽指數、活力指數、幼芽、幼根及生物量積累均有一定抑制作用。在盧斌[4]等人的低濃度鎘、鋅暴露對白氏文昌魚的毒性累積及其幾種重要酶活性的影響中表明：鋅對文昌魚的96h的LC50為2.26 μmol/L，安全濃度為0.23 mg/L;并且文昌魚體內的鋅含量與暴露時間沒有相關性，表明文昌魚在鋅暴露的時間內表現出較強的調節作用。除了對鯽魚、固氮魚腥藻、白氏文昌魚的實驗研究外，還有其他的對水生生物的研究，例如對湯匙華哲水蚤[5]的研究中鋅離子的24h的LC50為3.221 mg/L，48h的LC50為1.537 mg/L，72h的LC50為0.471 mg/L。可以推出白氏文昌魚的LC50比湯匙華哲水蚤的濃度要高得多，表明文昌魚對鋅的調節作用遠大于湯匙華哲水蚤對鋅的調節作用。而水生生物種類繁多，各個物種對于鋅的半致死濃度都有所不同甚至相差很大，所以它們對鋅的調節作用也都有差別。由于不同的實驗研究的對象不同，實驗結果的分析方法也不同，不利于準確得出一致的結論或其中的規律。

2.2納米氧化鋅對生物體的毒性效應

納米氧化鋅粒徑介于1～100 nm之間，是一種面向21世紀的新型高功能精細無機產品，表現出多種特殊的性質，如非遷移性、熒光性、壓電性、吸收和散射紫外線能力等，利用其在光、電、磁敏感等方面的其妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。 在陳瀟婷[6]等人的納米氧化鋅對人體胚腎HEK293細胞的遺傳毒性的研究中表明：隨著納米染毒粒子的濃度增加，染色體損傷程度也逐漸增加，納米氧化鋅對人胚腎細胞具有遺傳性。在袁金華[7]等人的納米氧化鋅對人胚肺成纖維細胞的生物毒性研究中表明：納米氧化鋅粒子由于小尺寸效應和鋅自身毒性的協同作用，高濃度時抑制細胞結活性，致使細胞死亡，且氧化鋅納米粒子和細胞毒性呈明顯的劑量依賴的效用關系。在楊霞[8]等人對納米氧化鋅的毒性作用及機制研究進展中表明：納米氧化鋅進入呼吸系統能引起肺泡細胞的存活率降低;進入消化系統對肝臟、腎臟和脾也極易受到損傷，可以引起腸道菌群失調和胰腺炎;進入血液循環系統會使血紅蛋白濃度、血細胞壓積降低，血小板升高;進入泌尿系統會使腎小球上皮細胞水腫變性、近端小管上皮腫脹及腎小球內細胞增生。在田文靜的納米氧化鋅對斑馬魚胚胎氧化應激機制的初步研究中表明：納米氧化鋅能導致斑馬魚胚胎不同發育階段GSH含量減少，SOD活性和CAT活性降低，并且能導致不同程度的DNA損傷，可能是由于氧化應激、脂質過氧化也有可能是納米氧化鋅穿過核孔直接與DNA作用[9]?？梢?，納米氧化鋅對于生物體的毒性十分巨大的，很可能和它本身粒徑等性質有密切的關系，例如由于晶粒的細微化，其表面電子結構和晶體結構發生變化，產生了宏觀物體所不具有的表面效應、體積效應、量子尺寸效應，使其更容易被生物體所吸收或進入細胞內部，對生物體造成極大的危害。

2.3氯化鋅對生物體的毒性效應

氯化鋅在無機工業中作為生產活性炭的活化劑，使活化劑成為多孔物質，增大表面積;也用于制造抗溶性泡沫滅火器和生產氧化鋅的材料。在有機工業用作聚丙烯腈的溶劑、有機合成的接觸劑、脫水劑、縮合劑、去臭劑等。 在任珺[10]等人的蘆葦、菖蒲和水蔥對水體中Zn2+的富集效應研究中表明：水蔥在氯化鋅濃度為1500 mg/L的水體中的積累濃度最高，菖蒲和蘆葦在氯化鋅濃度為2500 mg/L時積累濃度最高，他們都可以用作修復重金屬污染水體的物種。在陳世寶[11]等人的基于不同測試終點的土壤鋅毒性閾值及預測模型中表明：我國土壤中鋅的毒性閾值在不同測試物種間存在較大差異，小白菜的EC50為846 mg/kg，大麥的EC50為1471 mg/kg，西紅柿的EC50為1160 mg/kg;并且pH值是影響土壤Zn毒性閾值最為重要的因子。在一般實驗用氯化鋅來提供鋅離子的研究比較少，多數是用的硫酸鋅來進行鋅的毒性效應的研究。endprint

2.4硫酸鋅對生物體的毒性效應

硫酸鋅是制造鋅鋇白和鋅鹽的主要原料，也可用作印染媒染劑、木材和皮革的保存劑，也是生產粘膠纖維和維尼綸纖維的重要輔助原料。另外硫酸鋅在電鍍和電解工業中也有應用，還可以制造電纜。在Wesam Khateeb[12]等人的鎘、銅和鋅的毒性對龍葵、野生番茄的遺傳穩定性的比較研究中表明：在生長介質中應力水平的增加，龍葵的脯氨酸含量增加。在劉茵對黑麥草種子萌發及幼苗生長影響的研究中表明：鋅離子對黑麥草種子發芽勢有顯著抑制時，鋅離子濃度在120 mg/L;對發芽率有顯著抑制時，鋅離子濃度在300 mg/L ;且鋅脅迫對黑麥草幼苗的根長和苗長有抑制作用[13]。和其他的鋅化合物的毒性效應一樣都是對植物有著“低促高抑”的作用。在楊利玲[14]等人對不同濃度硼、鋅、鉬微肥浸種對長豇豆種子萌發的影響中表明：對于不同的微肥種類，從不同的微肥浸種對長豇豆種子發芽、幼苗生長及經濟效益等方面綜合考慮，鋅肥采用0.06%的硫酸鋅較適宜。這是對低濃度鋅的一種應用，使其促進種子的萌發，有利于植物的生長。在李紅寧[15]等人的ZnSO4、CaCl2、H2O2處理對小油桐種子發芽特性和幼苗生長的影響中表明：低濃度的鋅離子能提高種子中淀粉酶的活性，使種子中儲藏的淀粉更加充分分解，為種子萌發提供充足的營養和能量;高濃度的鋅離子抑制淀粉酶的活性從而抑制種子的萌發。這種研究也可以應用于其他的植物甚至動物來找到最適的濃度以促進生長發育。在賀詩水[16]等人的鋅離子對錦鯉的急性毒性及安全濃度評價中表明：鋅離子的濃度越高，染毒時間越長，錦鯉表現越敏感，錦鯉的死亡率越高，LC50值越小;當鋅的濃度超過錦鯉的生態閾值時會引起生物中毒，表現為體表和鰓的粘液增多，體表出現許多白色的小顆粒，體色逐漸變黑且大口吐氣泡。在王建國[17]等人的硫酸鋅對4種水生動物的急性毒性作用中表明：硫酸鋅對中華絨螯蟹仔蟹安全濃度為0.58 mg/L，24h的LC50為18.39 mg/L，48h的LC50為11.10 mg/L，72h的LC50為7.63 mg/L，96h的LC50為5.84 mg/L;異育銀鯽幼魚的安全濃度為1.96 mg/L，24h的LC50為46.51 mg/L，48h的LC50為33.43 mg/L，72h的LC50為23.86 mg/L，96h的LC50為19.58 mg/L;克氏原螯蝦幼蝦的安全濃度為0.26 mg/L，24h的LC50為84.48 mg/L，48h的LC50為16.50 mg/L，72h的LC50為4.78mg/L ，96h的LC50為2.60 mg/L;田螺的安全濃度為3.42mg/L ，24h的LC50為89.34 mg/L，48h的LC50為56.33 mg/L，72h的LC50為38.90 mg/L，96h的LC50為34.23 mg/L，說明隨著鋅濃度的增加不同的物種表現出不同的中毒癥狀、死亡率增加，其中克氏原螯蝦幼蝦對鋅的毒性最為敏感，田螺的耐性最強。

3鋅對生物體毒性效應研究展望

3.1新型鋅的化合物的挑戰

納米材料以其獨特的結構特點而展現出來的特殊性質從而受到極大的關注，對于納米材料的研究越來越多越來越廣泛，同時也應該注意到其有可能產生的環境污染以及對生物體可能產生的毒性效應。已有一些關于納米氧化鋅對生物的毒性效應的研究報道，納米材料種類的不斷增加勢必要進行更多的實驗來評估其環境風險。除納米材料外，還有許多的鋅的有機化合物或者絡合物，這類物質對生物體的毒性效應研究不鮮見報道，應加強關注這類新型鋅的化合物對生物的毒性效應。

3.2毒性測試新方法的挑戰

傳統毒性效應往往以LC50或者EC50來表征鋅對生物體的毒性效應，不少研究嘗試了新的方法來表征物質的毒性。抗氧化物酶從分子水平上反映了污染對魚肝臟細胞的損傷，可以嘗試將抗氧化酶作為重金屬暴露的生物標記物，雖然有人曾提出這方法，但鮮有實驗用此方法進行研究。并且實驗的同時也要考慮到污染的種類、形態、濃度以及受試生物等因素。嘗試新的方法進行毒性測試是未來環境毒理學的發展方向之一。

3.3受試生物的統一性

傳統毒性效應往往以受試生物胚胎存活率的高低來評判鋅的毒性效應，也有用植物或者動物的某一個特定的生長階段來進行試驗的，以其LC50或者EC50為標準來進行毒性效應的比較。在此基礎上我們可以嘗試對受試生物進行統一，可以研究植物從種子萌發到植物的生長發育的全過程中鋅對不同時期的植物生長的毒性效應，或者研究動物從胚胎到生長發育的全過程中鋅對不同時期的動物生長的毒性效應，這樣就可以對受試生物有一個全面的研究，也利于實驗數據的共享，這樣不同地區不同研究人員的實驗結果也有可對比性，有利于得到共性的結論。

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