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    “稀土农用的环境化学行为及生态、毒理效应”研究取得成效

    日期 2003-01-20   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

      本文提要:国家自然科学基金委员会于日前召开了科学基金重大项目“稀土农用的环境化学行为及生态、毒理效应”的结题验收会。以中科院院士倪嘉赞先生为负责人的项目组,密切结合我国稀土农用的国情,在农用稀土的环境化学行为、农用稀土对农田生态系统的影响、农用稀土化合物低剂量长时间作用的毒理效应及其作用机理、稀土生物效应的化学基础等方面作了深入的研究,回答了一些该领域长期没有解决的科学问题,为我国今后制定稀土农用的有关政策提供了科学依据。   国家自然科学基金委员会于日前召开了科学基金重大项目“稀土农用的环境化学行为及生态、毒理效应”的结题验收会。该重大项目负责人为中科院院士倪嘉赞先生,参加单位有:中科院长春应化所、北京大学医学部、中科院生态环境研究中心、南京大学、中科院南京土壤所、白求恩医科大学、山西大学、安徽农业大学及北京有色金属研究总院。验收组专家认真听取了项目负责人和12个专题负责人的报告,审阅了与有关的验收材料,经过讨论专家一致认为该项目密切结合我国稀土农用的国情,回答了一些长期没有解决的科学问题,体现了学科交叉,通过优势互补,圆满完成了科研任务,取得了如下重要成果: 一、农用稀土的环境化学行为   该项目系统研究了农用稀土在环境中的行为,如根际土壤中稀土形态与生物利用性,进入土壤后的分布特征、吸附-解吸行为,稀土在土壤水溶液、径流、降水中的分布、迁移和归宿及其它有机酸、络合剂的影响等,指出农用稀土进入土壤后约99%;被土壤快速吸收,在一般条件下解析及扩散都很慢。建立了迁移转化动态模型,模型研究指出按目前施用稀土的剂量在相当长的时间内,例如正常条件下的非酸性土壤,100年内污染地下水的危险性很小,但在酸雨及红壤地区,稀土的迁移速度加快,应给予重视;提出了“植物根际湿土壤可移动级分”作为普适性预测稀土生物可利用性的方法。 二、农用稀土对农田生态系统的影响   盆栽模拟实验表明,按目前稀土元素施用量,连续施用500次,对土壤理化性质及肥力供应不会造成显著的影响,对水稻及油菜的盆栽实验指出,施用量达到目前用量(15-60克/亩)的50倍时,显示毒性反应,系统地研究了稀土对土壤中微生物及土居动物的影响,测定了不同微生物的半数致死浓度(EC50)及无可观察效应浓度(NOEC)值,土培实验表明稀土施用量为目前施用量300-500倍时,显著干扰土壤微生物群落的演变和功能,提出稀土在红壤上施用的临界值为30mg/kg耕作土左右,对稀土在华北潮土中氮、磷转化及主要营养元素的吸收研究,指出对北方潮土/玉米体系中不会产生可观察到的生态和生物效应。 三、农用稀土化合物低剂量长时间作用的毒理效应及其作用机理   采用了新指标、新方法,系统地研究了不同剂量稀土对大鼠长期经口染毒后的多终点毒效应(遗传毒性、胚胎毒性、细胞毒性、肝毒性、骨骼毒性、内分泌、胃粘膜和神经行为等)。结果显示,染色体断裂的外周血双核淋巴细胞微核形成率增高,胚胎肝细胞DNA损伤,脾淋巴细胞增殖抑制和La3+ 在肝、股骨的过量负荷可以作为毒效应新的灵敏的生物标志。发现一些值得深入研究的内容,如用芯片技术研究发现稀土对基因的多功能表达有影响,这有助于稀土广谱毒效应分子机理的深入研究;用质子激发X射线荧光核分析技术,发现细胞核内La3+的存在,为其引起的染色体损伤研究提供了化学依据;以及发现稀土能够通过血脑屏障进入脑海马区等。通过一系列剂量-效应关系的研究,进行了有毒危险性评价,提出了稀土对大鼠的最低毒作用剂量为2mg/kg的建议,为制定稀土日允许摄入量提供了重要依据。 四、稀土生物效应的化学基础   系统地研究了稀土跨细胞膜的输运,澄清了一些长期以来有争议的问题,指出稀土跨细胞膜的运输具有多种途径,并随细胞种类不同、实验条件不同而异,如稀土可以通过被动扩散进入红细胞、其络合阴离子可以利用红细胞阴离子通道进入,也可与载体结合,或以胞饮等形式进入,稀土还能与运铁蛋白结合而通过受体进入细胞,同时提出了稀土的临界溶血浓度为10-6mol/L,从给大鼠灌饲20mg/kg的CeCl3后发现红细胞产生“域”及 “洞”结构;用高倍光学显微镜观察到10-7 mol/L浓度时,红细胞膜即发生变化。稀土对血红蛋白影响的研究提出对可逆吸氧产生影响。用实验方法证实了稀土进入人体后主要与运铁蛋白的结合,同时也能与免疫球蛋白及白蛋白结合。建立了用核磁共振(NMR)技术研究动物灌饲稀土后血、尿中代谢产物的变化,从而可以提示稀土对肝、肾的早期损伤。这些结果为研究稀土毒理学及阐明稀土的生物效应提供了化学基础。   该项目紧密结合我国农业生产及生态环境保护的急需,工作量大,难度高,不仅在研究方法上进行了改进和创新,而且在稀土对环境化学、生态效应、稀土生物无机化学及稀土毒理学研究领域取得了许多国内外未见报导的创新性成果。这些成果为今后制定稀土农用的有关政策提供了科学依据。整体成果达到国际同类研究的先进水平。   该项目在执行的四年中,充分发挥了多学科交叉的优势,加强国内外学术交流及合作,积累和提供了稀土元素的环境化学、生态效应、毒理学等方面的大量基础数据;目前已在国内外重要刊物上发表学术论文185篇,其中SCI收录116篇;已出版专著“稀土生物无机化学”第二版,“稀土环境化学与生态效应”一书已交稿,正在撰写中还有中、英文版的“稀土毒理学";取得的成果中已有三项分别获中国科学院自然科学奖一等奖及二等奖、北京市科技进步奖二等奖。通过该项目培养了博士后9人、博士生25人、硕士生41人,形成了一支强有力的研究队伍。



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