微量元素的环境化学及生物效应
微量元素的分析及其在土壤中的循环
微量元素的分析及其在土壤中的循环微量元素是指在地球物质中含量极少的元素，但在生态系统中却具有重要的生命活动作用。
在土壤生态系统中，微量元素参与着土地利用、环境污染、农业生产和人类健康等多方面的重要议题。
因此，分析微量元素在土壤中的循环规律对于保障生态环境、保障农业品质、保障人类健康等都有着重要的意义。
一、微量元素的分析方法微量元素的分析方法主要分为化学方法、物理方法和生物学方法。
其中，化学方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、荧光X射线分析法等，物理方法包括常规质谱法、同位素示踪法等，生物学方法包括微生物检测法、灵敏组织检测法等。
化学方法是微量元素分析的主要手段之一。
它利用光、电、荧光、X射线等原理对微量元素进行分析检测。
化学方法应用范围广泛、灵敏度高，而且分析准确性较高，尤以原子吸收光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法最为常用。
物理方法主要是通过对微量元素的核素进行同位素示踪和质谱分析来实现定量检测。
该方法优点是可用非毒性痕量同位素用于微量元素的示踪和追踪，并且灵敏度高、准确度高。
同位素示踪法和常规质谱法是物理方法中主要的两种方法。
生物学方法是微量元素检测的重要手段之一。
它通过检测生物体中微量元素含量来体现实际的微量元素含量。
不过生物学方法目前的局限性较大，仅限于某些特定的微量元素如铁、钴、锰、铜、锌、钼等。
二、微量元素在土壤中的循环微量元素在土壤系统中的循环，涉及着生物学过程、化学反应和物理迁移等多种过程。
其中，土微生物和植物生长是微量元素循环的重要环节。
土壤中的微生物，例如细菌、真菌和硫还原菌等，对土壤中的微量元素循环起着重要的作用。
它们通过将化合态微量元素转化为离子态微量元素，促进微量元素的循环和生命活动。
在土壤微生物促进下的微量元素循环过程，主要包括铁的氧化还原与硫的微生物循环。
植物生长对微量元素的吸收及其循环也十分重要。
植物生长的根系组织具有特异性，可以从土壤和溶液中吸收和转化微量元素。
生物化学第四节微量元素
除了单独研究每种微量元素的生理和病理作用外，还需要考虑它们之间的相互作用，以及 如何通过合理的膳食和营养补充来维持健康的微量元素平衡。
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微量元素在生物体内的功能
构成生物大分子结构
如铁、铜、锌等参与构成血红 蛋白、酶和细胞色素等生物大
分子。
参与能量代谢
如钴、硒等在生物氧化过程中 起到重要催化作用。
维持渗透压平衡
如钠、钾等元素参与维持细胞 内外渗透压平衡。
参与信息传递
如碘、氟等在信息传递过程中 发挥重要作用。
微量元素与生物健康的关系
02
常见微量元素及其作用
铁（Fe）
总结词
维持正常造血功能
详细描述
铁是血红蛋白的重要组成成分，参与氧气的运输和交换。缺铁会导致贫血、疲 劳等症状。
锌（Zn）
总结词
促进生长发育和组织再生
详细描述
锌是多种酶的组成成分，参与蛋白质合成、DNA复制等生命活动。缺锌会影响儿 童的生长发育，导致发育不良、智力障碍等问题。
铜（Cu）
总结词
参与氧化还原反应
详细描述
铜是多种酶的活性中心，参与氧化还原反应、胶原蛋白合成等。缺铜会导致贫血、骨折等症状。
锰（Mn）
总结词
促进骨骼发育和酶活性
详细描述
锰是多种酶的激活剂，参与骨骼发育、糖代谢等。缺锰会导致骨骼畸形、生长迟缓等症状。
碘（I）
总结词
维持甲状腺功能正常
详细描述
碘是甲状腺激素的组成成分，参与能 量代谢、生长发育等。缺碘会导致甲 状腺肿大、智力低下等问题。
品中的微量元素含量。这些技术包括原子吸收光谱法、原子荧光法、电
微量元素钒的环境污染及生物效应
微量元素钒的环境污染及生物效应曾英1倪师军张成江（成都理工大学材料与生物工程学院，四川成都 610059）摘要微量元素与人体健康间的关系，近年来日益受到重视。
钒是动物和人体所必需的微量元素，且呈现出多样化的生物活性。
钒生物效应的多样性除取决于其化学性质多样性外，还要受它所介入的环境生态体系复杂性的影响。
文章综述了近年来国内外科研工作者在钒的环境污染及生物效应等方面所做的工作。
关键词微量元素钒污染生物效应Environmental pollution and biological effect of microelement vanadium Zeng Ying, Ni Shijun, Zhang Chengjang. Institute of Materials and Bioengineering, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan, 610059Abstract:In recent years, the interest of the relationship between microelement and human health increased. Vanadium is an essential trace element for animal and man, and makes varied biological effects. The diversity biological effects of vanadium depend on the diversity chemical properties, and also influenced by the complexity of the environmental ecological system. In this paper, the source of vanadium in environment and biological effect of vanadium were summarized.Keywords:Microelement Vanadium pollution Biological effect微量元素与人体健康间的关系，近年来日益受到人们的重视。
微量元素在海洋生态系统中的生物地球化学研究
微量元素在海洋生态系统中的生物地球化学研究海洋是地球上最广阔的生态系统之一，其生物多样性和重要性不言而喻。
与此同时，微量元素在海洋生态系统中的作用也在近年来越来越受到科学家们的重视。
微量元素是指在海洋中存在浓度极低的元素，它们的存在量通常是以「ppb」（亿万分之一）为单位称量的。
它们可能对海洋中微生物、生物和非生物系统起着至关重要的作用，同时也在调节全球气候变化中扮演着重要的角色。
微量元素在海洋中的存在海洋中存在许多微量元素，它们的含量通常较为低下，但却具有极为重要的生物地球化学作用。
这些微量元素主要来源于岩石矿物的风化、潜水热液和地质沉积物的溶解和流出等过程。
海洋中的微量元素主要包括钙、铜、铁、锰、镉、镍、钴、锌、铝和硅等元素。
微量元素的生物地球化学作用微量元素在海洋生态系统中扮演着多重角色，它们对生态系统的影响主要表现在以下几个方面：1. 营养元素钙、硅和锰等微量元素在海洋中通常是营养元素。
它们在海洋中对于生物生长十分重要，是细菌、藻类和有机物质的生长和代谢必不可少的组成部分。
2. 生物有机质微量元素对于海洋中的有机物质也有着重要的影响。
铁和锰等元素可以在海洋中比较快地形成沉积物。
这些沉积物可转化为生物有机质，进而对海洋生态系统的生态平衡产生一定的影响。
3. 气候变化微量元素还对全球气候变化具有重要的调节作用。
例如二氧化碳通过以及氮气可以在海洋中转化为生物质，并最终被有机物质吸收或沉淀。
这种过程对于全世界的碳循环有着重要的影响。
微量元素与生态系统互动的过程微量元素在海洋生态系统中的作用复杂多变，它们与生态系统中的各个环节都有着密切的关系。
例如微量元素与氧气、二氧化碳和硫化氢等物质一同参与了海洋中的生态过程。
在海洋中，硫氢、铝、锌、铜、锰等元素被大量吸收，促进了微生物的生长。
海洋生物不仅依赖微量元素来生成骨骼和鳞片，也需要微量元素来形成重要的酶。
与此同时，海洋中的微生物对微量元素也有一定的影响，它们可以利用锰、铜、铁、锌等元素代谢其中的有机物质，同时也对这些微量元素的转运和吸收发挥着重要的作用。
微量元素对生物生长的影响及应用
微量元素对生物生长的影响及应用微量元素是指生物体内所需量极少的元素，一般指其在生物体内含量小于1mg/kg。
但微量元素却是生物体内重要的成分，对生物生长发育有着重大影响。
本文将深入探讨微量元素对生物生长的影响及应用。
一、铁元素铁是人体组成形成血红蛋白和骨骼的重要元素，对脑部代谢也有很大的影响。
铁还是植物体内酶的助酶因子，控制着植物内的酶活性及生长活力，缺乏铁会使植物出现新叶黄化、失色、叶片变小等现象。
应用：通过施用含铁的肥料，可以有效地缓解植物铁元素的缺乏。
同时在肥料的技术开发中，也要注意合理添加铁元素，增加土壤中的铁含量，以更好地促进植物的生长发育。
二、锌元素锌是人体中的常见元素，对于生物体的生长发育、免疫系統的正常工作、蛋白质和碳水化合物的代谢具有很大的作用。
而在植物体内，锌也是蛋白质结构的重要组成部分，对植物的发育、分化、酶活性等有着很好的促进作用。
应用：通过添加含锌的肥料，可以为植物提供足够的锌元素，以促进其发育。
而对于人体，补充足够的锌也能有助于提高免疫力，维持各项生理活动的正常运转，减少疾病的发生。
三、钼元素钼是人体内的微量需要的元素，可提高身体对其他元素的吸收利用率。
而在植物体内，钼既是酶的组成部分，又是N代谢和生长调节的重要元素，缺少钼会使植物成长缓慢、生长势弱。
应用：缓解土壤贫钼状况一般有两种方法：一是通过添加含钼肥料来增加土壤中的钼含量；二是选用钼高吸收能力的植物作为返青绿肥，在土壤中增加钼含量。
而对于人体，也可以通过合理的饮食来摄取足够的钼元素。
四、硒元素硒在人体内起着重要的抗氧化作用，能够预防心血管疾病、促进抵抗力，防癌抗病。
而在植物体内，硒也是一种重要的元素，能够促进植物的生长发育、提高植物的免疫力和抵抗力。
应用：通过使用含硒肥料和水稻、小麦等硒积累型作物，可以有效地改善土壤硒含量，增加植物对硒元素的吸收。
在人体中，通过食用含硒量丰富的食物，也可以获得足够的硒元素，提高身体的抗氧化能力及免疫力。
海洋生态系统中的微量元素循环与生物响应
海洋生态系统中的微量元素循环与生物响应在广袤无垠的海洋中，存在着一个复杂而精妙的世界。
其中，微量元素的循环如同海洋生态系统的“隐形引擎”，对海洋生物的生存、繁衍和生态平衡发挥着至关重要的作用。
微量元素，顾名思义，是在海洋中含量微小但却不可或缺的元素。
它们包括铁、锌、铜、锰、钴、钼等。
尽管在海水中的浓度极低，但对于海洋生物的生理功能和代谢过程却有着举足轻重的影响。
海洋中的微量元素循环是一个动态且复杂的过程。
首先，来自陆地的岩石风化、河流输入等是海洋微量元素的重要来源。
这些微量元素随着水流进入海洋后，会在海水中进行一系列的物理、化学和生物过程。
例如，铁元素可能会与海水中的有机物结合，形成络合物，从而改变其存在形式和生物可利用性。
在海洋生态系统中，浮游植物是微量元素循环的关键参与者。
浮游植物通过光合作用吸收海水中的二氧化碳，并利用这些微量元素来构建自身的细胞结构和进行各种生理活动。
当浮游植物死亡或被其他生物捕食时，它们所吸收的微量元素又会重新释放到海水中，继续参与循环。
以铁元素为例，它对于浮游植物的光合作用和氮代谢至关重要。
在某些大面积的海洋区域，如南大洋和赤道太平洋，铁元素的含量相对较低，限制了浮游植物的生长和初级生产力。
这被称为“铁限制”现象。
科学家们通过实验向这些海域添加微量的铁元素，发现浮游植物的数量和生产力显著增加，这充分说明了铁元素在海洋生态系统中的关键作用。
除了浮游植物，其他海洋生物对微量元素也有着各自独特的需求和响应。
例如，某些贝类和甲壳类动物需要锌元素来合成贝壳和外骨骼；铜元素对于鱼类的血液运输和免疫系统功能至关重要。
然而，人类活动正在对海洋中的微量元素循环产生不可忽视的影响。
工业废水的排放、石油泄漏、过度捕捞等都可能导致海洋中微量元素的分布和浓度发生变化。
例如，重金属污染可能会使某些微量元素在局部海域浓度过高，对海洋生物造成毒害作用，破坏生态平衡。
此外，气候变化也在悄然改变着海洋中微量元素的循环。
微量元素地球化学特征
微量元素地球化学特征微量元素是指地球地壳中含量较低的元素，它们在自然界中的含量通常为百分之一或更少。
尽管微量元素的含量不高，但它们在地球化学中起着重要的作用。
本文将从地球化学的角度探讨微量元素的特征。
首先，微量元素的地球化学特征表现为它们在地壳和岩石中的广泛分布。
地球地壳中主要的元素有氧、硅、铝、铁等，而微量元素则包括锌、铜、锰、镁、锶等。
这些微量元素分布在不同类型的岩石中，如岩浆岩、沉积岩和变质岩等。
微量元素的含量受到地质作用的影响，如地壳运动、火山喷发、沉积过程等都会影响微量元素的分布。
其次，微量元素在地球化学循环中具有重要的作用。
微量元素可以进入大气、水体、土壤和生物体中，通过地球系统的各种过程进行循环。
例如，微量元素可以通过岩石的风化和侵蚀进入水体中，通过生物的摄取和代谢进入生物体中。
微量元素的循环对于维持地球生态系统的平衡和稳定非常重要。
此外，微量元素还可以作为地球化学指示物来研究地球系统的演化和环境变化。
由于微量元素的地球化学行为与它们的电子结构和原子半径等特性有关，因此微量元素在不同环境中的行为也会有所区别。
通过研究微量元素在岩石、水体和土壤中的分布和变化，可以了解地球系统的演化历史和环境变化过程。
最后，微量元素对生物体的生长和发育也具有重要的影响。
微量元素作为生物体的重要组成部分，参与了生物体内许多重要的生化过程。
例如，微量元素可以作为酶的辅助因子，参与调节酶的活性和催化生化反应。
此外，微量元素还可以影响植物的生长和产量，对动物的免疫系统和生殖系统也有一定的影响。
综上所述，微量元素在地球化学中具有重要的特征。
它们广泛分布于地壳和岩石中，参与了地球系统的循环过程，可以作为地球化学指示物来研究地球演化和环境变化，对生物体的生长和发育也有重要影响。
对微量元素的研究不仅有助于扩展我们对地球系统的认识，还对于农业生产、环境保护和人类健康具有重要意义。
微量元素在生物地球化学中的作用
微量元素在生物地球化学中的作用人们常说，健康的饮食应该保证营养的平衡，其中包括大量的碳水化合物、蛋白质、脂肪、矿物质和维生素等。
而在矿物质中，有一类叫微量元素，它们虽然在人体内所需的量很少，但却非常重要。
微量元素不仅在人体内发挥着关键的生理作用，而且在生态系统中也扮演着不可替代的角色。
本文将从微量元素在生态系统中的作用出发，介绍微量元素在生物地球化学过程中所起的作用。
一、微量元素在生态系统中的作用微量元素在生态系统中是必不可少的营养物质，它们可以促进植物生长、影响动物的免疫力和繁殖能力，还能调控生态系统的生物地球化学循环过程。
以下我们将分别介绍它们的作用。
1.促进植物生长微量元素对植物生长发育有着极其重要的影响，特别是在缺乏某种元素的情况下，这种影响更加显著。
如硼（B）是植物在生长期间不可或缺的微量元素之一，它参与植物对钙离子的吸收，维持细胞壁的完整性，促进分裂和伸长，从而提高植物的耐受性和抗性。
又如镁（Mg）虽然是植物体内所需数量较大的元素之一，但是缺乏镁会引起植物的生长停滞和发黄等生理障碍。
2.影响动物的免疫力和繁殖能力微量元素在动物的生理功能中也扮演着重要的角色。
例如，锌（Zn）是动物免疫系统中的重要组成部分，它参与免疫细胞的分化与增殖，调节免疫功能，并且对于蛋白质和核酸的合成十分关键。
而铜（Cu）也是细胞内重要的氧化剂，它有助于合成胶原蛋白，提高抗氧化能力，同时也可以促进动物繁殖系统的正常发育。
3.调控生态系统的生物地球化学循环过程微量元素的存在也对生态系统中的生物地球化学过程有着不可替代的作用。
以氮素生物地球化学循环为例，微量元素钼（Mo）和钴（Co）都是催化酶中的重要成分。
它们在固氮细菌中发挥作用，参与到固氮酶的合成过程中，从而促进了氮素固定的效率。
又如，碳地球化学过程中，铁（Fe）参与到水中的氧气溶解和呼吸作用中，促进海洋中浮游植物的生长和物种多样性的提高。
二、微量元素在生物地球化学过程中的作用微量元素在生态系统中起着非常重要的作用，而它们更是整个生物地球化学循环过程中所必不可少的元素，因为它们不仅是生物体内的重要组分，而且在环境中的循环和转化也起着重要的作用。
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微量元素的环境化学及生物效应
曾
英
倪师军
张成江
（成都理工大学材料与生物工程学院，四川成都610059）
关键词
微量元素
钒污染
生物效应
Environmental pollution and biological effect of microelement vanadium
Zeng Ying, Ni Shijun, Zhang Chengjang. Institute of Materials and Bioengineering, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan, 610059。
Keywords:
Microelement
Vanadium pollution
Biological effect
微量元素与人体健康间的关系，近年来日益受到人们的重视。
因自然界环境条件影响，地表元素发生迁移，在一些地区分散流失，在另一些地区又沉积积累，使一些生命元素在地表分布不均匀。
生物地球化学营养链中生命元素的这种异常（不足或过剩），可以引起植物、动物乃至人类的地方病。
钒是自然界分布极广的元素之一，其化学性质呈现出多样性，如存在的价态可从(-1)~(+5)价；可同氨基酸、草酸、柠檬酸、EDTA、磷酸根离子、羟基等多种配体形成聚合物[1,2]。
正是钒化学性质的多样性导致了其生物效应的多样性。
近几十年来，随着人们对钒在动物和人体中毒性作用的认识，钒的地球化学循环、健康效应以及毒理学研究引起了人们广泛关注[3]，并在钒的环境污染、生物毒理与毒性、全球生物地球化学循环等方面取得了一定进展。
本文着重对钒的环境地球化学循环及在动植物体和人体内的生物效应做一介绍。
1钒的环境污染
在表生带中，内生的含钒矿物遭受风化作用后，其中V3+很容易被氧化转变为含V5+的(VO43-)络阴离子，由此所形成的钒酸盐是一种可溶性盐类，可以在酸碱性变化很大的溶液中迁移，从而进入生态循环系统。
由于人类生产活动的不断扩涨，目前环境中钒的浓度仍在不断增加。
进入环境介质中的钒，可通过降雨作用、土壤吸附作用、植物根系作用及食物链而进入生物体和人体，从而对生物体和人类正常的生理活性产生影响。
2
钒对人和动物体的生物效应
钒的生物学及毒理学研究始于1876年[15]，并在20世纪的70、80
年代得到了迅速发展。
研究发现[16]，钒的化学性质是决定钒生物效应的
基础。
钒化合物毒性及生命效应的大小除同钒的总量有关外，更重要的是
受钒的化合特性及赋存形态的影响。
金属钒的毒性很低，但其化合物对动
植物体有中等毒性，且毒性随钒化合态升高而增大，五价钒的毒性最大[17]；VO2+为生物无效，而VO3-却容易被吸收[18]。
可见，不同的化学
存在形式呈现出不同的生物效应。
在环境体系中，钒可以以(-1)~(+5)的
氧化态存在并通常形成许多的聚合物[9,10]。
在组织外流体和细胞内，钒
的主要形式分别为钒酸盐(VO3-,V5+)和钒氧阳离子（VO2+,V4+），钒酸盐
进入细胞后，被谷胱甘肽（C10H17O6N3S）及其它物质还原成钒氧阳离子，并同蛋白质、磷酸盐、柠檬酸、乳酸等配位体结合而稳定存在[10]。
不管是钒酸盐还是钒氧阳离子，在适量时均对动物体的生理机能起促
进作用，如维持生物体的生长；维持心血管系统的正常工作；抑制胆固醇
的合成；促进造血功能[4,19~21]；影响组织中的胰岛素，促进葡萄糖的
吸收、氧化和合成[22~24]，呈现出类胰岛素的作用[25,26]；促进蛋白酪
氨酸磷酸化[27]；促进钾的吸收[23]；降低甘油三酯的水解作用[28,29]
和蛋白质的降解[30]等。