農(nóng)業(yè)環(huán)境中的砷及其對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)

內(nèi)容概要

《農(nóng)業(yè)環(huán)境中的砷及其對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)》講述砷是全球性污染物，在自然界中廣泛存在，通過(guò)食物鏈和飲用水可對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。隨著人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量和食品安全的日益關(guān)心，農(nóng)業(yè)環(huán)境中的砷越來(lái)越受到重視，了解砷在土壤環(huán)境中的行為是控制砷污染的關(guān)鍵?！掇r(nóng)業(yè)環(huán)境中的砷及其對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)》圍繞農(nóng)業(yè)環(huán)境中砷的來(lái)源、遷移轉(zhuǎn)化和健康效應(yīng)等主題，針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，以土壤一植物系統(tǒng)中的化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程耦合為特點(diǎn)，根據(jù)作者及其團(tuán)隊(duì)10多年來(lái)的研究成果系統(tǒng)深入地闡述了砷在土壤環(huán)境和植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制及其控制原理，分析了砷通過(guò)食物鏈傳遞對(duì)人體健康的危害及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。在此基礎(chǔ)上，《農(nóng)業(yè)環(huán)境中的砷及其對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)》還以砷為例闡述了土壤一植物系統(tǒng)中重金屬研究的若干前沿問(wèn)題?！掇r(nóng)業(yè)環(huán)境中的砷及其對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)》體現(xiàn)了地學(xué)、環(huán)境科學(xué)、土壤學(xué)和生物學(xué)的交叉。

書(shū)籍目錄

前言 第一章農(nóng)業(yè)環(huán)境的砷污染 第一節(jié)砷的性質(zhì)及來(lái)源 一、砷的性質(zhì)與分布 二、農(nóng)業(yè)環(huán)境中砷的來(lái)源 第二節(jié)農(nóng)業(yè)環(huán)境中砷的化學(xué) 一、砷的土壤化學(xué) 二、砷的水化學(xué) 三、砷的大氣化學(xué) 四、砷的生物化學(xué) 第三節(jié)中國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境中土壤砷的現(xiàn)狀 一、中國(guó)土壤中的砷 二、土壤砷污染的來(lái)源 參考文獻(xiàn) 第二章土壤微生物與砷 第一節(jié)砷對(duì)土壤微生物的影響 一、砷對(duì)土壤微生物生物量的影響 二、砷對(duì)土壤微生物多樣性的影響 三、砷對(duì)土壤酶活性的影響 第二節(jié)砷的微生物轉(zhuǎn)化 一、砷在自然界中的循環(huán) 二、土壤中砷的價(jià)態(tài)與物種的變化 三、土壤中砷的形態(tài)與可提取態(tài)的變化 第三節(jié)微生物的砷代謝機(jī)理 一、微生物對(duì)砷的吸收 二、微生物對(duì)As（Ⅲ）的釋放 三、微生物對(duì)As（Ⅲ）的螯合解毒 四、微生物對(duì)砷的還原 五、微生物對(duì)As（Ⅲ）的氧化 六、微生物對(duì)As（Ⅲ）的甲基化和揮發(fā) 七、微生物砷代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶 參考文獻(xiàn) 第三章植物根際砷的行為特征 第一節(jié)旱作植物根際砷的行為特征 一、根際pH 二、根際Eh值 三、根系分泌物 四、根際微生物 第二節(jié)濕生植物根際砷的行為特征 一、濕生植物根表鐵氧化物的形成與分布 二、濕生植物根際砷的行為特征 參考文獻(xiàn) 第四章植物砷吸收與代謝機(jī)制 第一節(jié)植物對(duì)砷的吸收與外排 一、農(nóng)作物中的砷含量及其影響因素 二、植物對(duì)砷的吸收與外排 第二節(jié)砷在植物中的轉(zhuǎn)化 一、砷在植物體中轉(zhuǎn)化的研究方法 二、砷在植物體中的轉(zhuǎn)化 第三節(jié)砷在植物體內(nèi)的運(yùn)輸 一、植物體內(nèi)砷運(yùn)輸?shù)难芯糠椒?二、植株中砷的時(shí)空分布 三、砷在木質(zhì)部中的運(yùn)輸 四、砷在韌皮部中的運(yùn)輸 參考文獻(xiàn) 第五章土壤—作物系統(tǒng)砷污染的健康風(fēng)險(xiǎn) 第一節(jié)農(nóng)業(yè)環(huán)境中的砷與人體健康 一、土壤對(duì)人體健康的影響 二、土壤—作物系統(tǒng)中的砷與人體健康 第二節(jié)土壤—作物系統(tǒng)砷污染的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 一、概述 二、化學(xué)物質(zhì)環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的程序與方法 三、土壤—作物系統(tǒng)中砷的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 四、土壤和食品中砷的安全標(biāo)準(zhǔn) 第三節(jié)食物和土壤中砷的生物有效性研究方法 一、不同胃腸模擬方法 二、胃腸模擬的主要影響因素  第四節(jié)砷污染的健康風(fēng)險(xiǎn)源及其生物有效性 一、環(huán)境中砷污染的健康風(fēng)險(xiǎn)源 二、砷的生物有效性 參考文獻(xiàn) 第六章農(nóng)業(yè)環(huán)境中砷污染的控制 第一節(jié)農(nóng)業(yè)環(huán)境中砷污染控制的主要對(duì)策和措施 一、政策層面的對(duì)策和措施 二、技術(shù)層面的對(duì)策和措施 第二節(jié)土壤一水稻體系中砷污染的控制 一、農(nóng)藝控制技術(shù) 二、生物學(xué)控制技術(shù) 參考文獻(xiàn) 第七章砷污染土壤的修復(fù) 第一節(jié)砷污染土壤的修復(fù)機(jī)制 一、砷污染土壤修復(fù)的影響因素 二、砷污染土壤的修復(fù)機(jī)制 第二節(jié)砷污染土壤的物理與化學(xué)修復(fù) 一、客土與深翻 二、固化／穩(wěn)定化技術(shù) 三、玻璃化技術(shù) 四、土壤淋洗／提取技術(shù) 五、原位電動(dòng)修復(fù)技術(shù) 六、電動(dòng)修復(fù)一滲透墻技術(shù) 第三節(jié)砷污染土壤的生物修復(fù) 一、土壤動(dòng)物修復(fù) 二、微生物修復(fù) 三、植物修復(fù) 第四節(jié)砷污染土壤的聯(lián)合修復(fù) 一、化學(xué)—植物聯(lián)合修復(fù) 二、微生物—植物聯(lián)合修復(fù) 三、微生物—?jiǎng)游铩参锫?lián)合修復(fù) 四、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù) 第五節(jié)砷污染土壤修復(fù)工程案例 一、美國(guó)滅草劑工廠(chǎng)遺留地砷污染土壤修復(fù)工程 二、北京染料廠(chǎng)砷污染土壤修復(fù)工程 三、湖南郴州砷污染土壤植物修復(fù)工程 第六節(jié)砷污染土壤修復(fù)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 參考文獻(xiàn) 第八章農(nóng)業(yè)環(huán)境砷污染研究的前沿與展望 一、土壤化學(xué)過(guò)程 二、土壤生物學(xué)過(guò)程 三、植物吸收過(guò)程與機(jī)制 四、土壤修復(fù)技術(shù)原理與應(yīng)用  五、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 附錄在國(guó)際刊物上發(fā)表的主要代表性文章 圖版

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   以往的研究認(rèn)為，微生物大多通過(guò)改變?nèi)芤褐须x子的價(jià)態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)其對(duì)元素遷移轉(zhuǎn)化的影響。然而，DARP卻能夠通過(guò)還原吸附于固體介質(zhì)上的砷，如無(wú)定形氧化鐵或氧化鋁上的砷或者含砷礦物如沉積物中或臭蔥石中的砷，將結(jié)合態(tài)的砷轉(zhuǎn)化為可溶性游離態(tài)的砷。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，可能是這類(lèi)呼吸還原酶通常位于細(xì)胞外膜的外周胞質(zhì)中，從而增加了酶與結(jié)合態(tài)As（Ⅴ）的接觸機(jī)會(huì)。Lear等（2007）的研究表明，介質(zhì)中有機(jī)物的增加可以大大促進(jìn)DARP對(duì)結(jié)合態(tài)砷的還原。另外，蒽醌—2，6—二磺酸二鈉（AQDS）作為一種電子穿梭體，可以通過(guò)促進(jìn)礦物表面Fe（Ⅲ）的還原加速其As（Ⅴ）的還原。由此可見(jiàn)，DARP對(duì)礦物中結(jié)合態(tài)砷的還原作用可能是環(huán)境中，尤其是水體中砷污染問(wèn)題形成的重要因素之一。 2.還原解毒微生物 與DARP不同，砷抗性微生物雖然也能將As（Ⅴ）還原為As（Ⅲ），但是此還原過(guò)程僅作為降低細(xì)胞內(nèi)砷毒性的一種機(jī)制，不能為微生物生長(zhǎng)提供能量，因此被稱(chēng)為砷抗性機(jī)制。催化這一反應(yīng)的砷酸鹽還原酶為ArsC，是一種小分子蛋白質(zhì)，大小約為13～16 kDa。基于“Ars”的砷抗性機(jī)制是現(xiàn)在研究最為徹底，而且存在最為廣泛的一種砷抗性機(jī)制。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)至少3種不同的適用于砷抗性機(jī)制的ArsC：谷氧還蛋白一谷胱甘肽偶聯(lián)ArsC、谷氧還蛋白依賴(lài)性ArsC和硫氧還蛋白偶聯(lián)ArsC，它們的表達(dá)都是由位于細(xì)菌質(zhì)粒或者染色體上的ars操縱子決定的。E.coli中的ars操縱子包括兩類(lèi)：第一類(lèi)是位于質(zhì)粒R733上的ars操縱子，包括arsn、arsB、arsC、arsD、arsR五個(gè)編碼基因；第二類(lèi)是位于染色體上的ars操縱子，包括arsB、arsC、arsR三個(gè)編碼基因。其中，第一類(lèi)操縱子調(diào)控表達(dá)的Ars還原As（Ⅴ）的機(jī)制如下：ArsC的N端半胱氨酸殘基在結(jié)合As（Ⅴ）后，以還原態(tài)的谷胱甘肽作為電子供體，將As（Ⅴ）還原為As（Ⅲ）；ArsA和ArsB共同構(gòu)成一個(gè)ATP驅(qū)動(dòng)的砷泵，當(dāng)As（Ⅲ）出現(xiàn)時(shí)啟動(dòng)ATP的水解，從而提供能量驅(qū)動(dòng)As（Ⅲ）由胞內(nèi)到胞外的轉(zhuǎn)運(yùn)；arsR和arsD基因可以編碼兩個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白ArsR和ArsD，分別調(diào)節(jié)ars操縱子的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)。然而，在一些耐砷細(xì)菌中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)arsR和arsD基因，因此arsR和arsD基因是否是ars操縱子表達(dá)必需的基因還有待進(jìn)一步的研究。Staphycococcus aureus PI258質(zhì)粒中的ars操縱子與E.coli中的ars操縱子不同，前者只包括arsB、arsC、arsD三個(gè)編碼基因，分別負(fù)責(zé)編碼ArsB、ArsC和ArsD。在A(yíng)rsC的催化作用下，以還原態(tài)的硫氧還蛋白作為電子供體、以As（Ⅴ）作為電子受體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，形成的As（Ⅲ）在A(yíng)rsB的作用下轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞。研究表明，一些厭氧微生物，如梭狀芽孢桿菌屬和脫硫弧菌屬能夠利用這種機(jī)制還原As（Ⅴ）。目前，人們已經(jīng)在砷污染土壤和礦物廢渣中分離得到這類(lèi)微生物。值得一提的是，Shewanella ANA—3可以通過(guò)arr和ars兩種機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)As（Ⅴ）的還原，不同的砷濃度可以分別介導(dǎo)兩種不同的操縱子表達(dá)。 五、微生物對(duì)As（Ⅲ）的氧化 在有氧的環(huán)境中，微生物主要通過(guò)對(duì)砷的氧化影響其地球化學(xué)循環(huán)。微生物對(duì)As（Ⅲ）的氧化作用也是其在遭受砷脅迫時(shí)的一種響應(yīng)機(jī)制。研究表明As（Ⅲ）氧化菌有兩種類(lèi)型，一種是化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)型，不僅能夠達(dá)到解毒的目的，還利用As（Ⅲ）作為電子供體和CO2為主要碳源進(jìn)行生長(zhǎng)，如NT—26和3As等；另一類(lèi)是化能有機(jī)異養(yǎng)型，只是利用As（Ⅲ）的氧化機(jī)制實(shí)現(xiàn)自體的解毒，如NCIB8687、5A和ULPAsl等。

編輯推薦

《農(nóng)業(yè)環(huán)境中的砷及其對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)》適合環(huán)境科學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的研究生、教師和科研人員閱讀參考。

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