摘要：重金属复合污染是普遍存在的环境污染现象，并日趋严重。本文总述国内外重金属复合污染研讨最新开展，评论影响复合污染生态效应的要素（生物要素；金属要素；环境要素），并从化学、生理学、细胞学等视点动身讨论了复合污染机理，指出了复合污染研讨中存在的若干的问题和开展方向。
关键词：重金属；复合污染；要素；机理
在自然界中，污染或许是以某一元素或某一化学物为主，但在大都状况下，亦随同有其他污染物的存在，即复合污染，复合污染中元素或化学物之间对生物效应的归纳影响是一个非常扎手的问题[1][2]。重金属污染往往也为二种或多种重金属元素的复合污染[3]，它具有普遍性、复杂性等特色[4]。据国家环保总局计算，现在我国重金属污染面积近2000万hm2，约占犁地总面积的1/5[5]。重金属之间的相互效果影响生物对某种金属的累积进程或不同层次上的生物毒性，其首要可分为拮抗效果和协同效果（表1）：拮抗效果是指一种金属元素阻止或按捺另一种金属元素的吸收、生理效应的现象；协同效果是指一种金属元素促进另一种或多种金属元素的吸收，两种或多种金属元素的联合效应超越各自效应之和的现象。当然有些重金属并不存在两者之间相互效果，一般所谓加合效果。因而，只要了解重金属的实践复合效应，才干从根本上找到处理环境问题的对策。有关重金属复合污染研讨已有不少的报导[6][7]，但往往局限于重金属浓度改动等表面效应研讨，对其机理的讨论还不行。跟着研讨办法和分析技能的不断完善，重金属相互效果机理研讨也取得打破。本文就重金属复合污染研讨开展状况作一简述。
1重金属相互效果的类型
表1 重金属的相互效果
相互效果类型
重金属组合
目标或介质
拮抗效果
Zn/Cd
玉米[7]
Zn/Cd
酸性沙土[8]
Cu/As
蚯蚓[9]
协同效果
Zn/Cd
大豆[10]
Fe/Zn
小麦[11]
Zn/Cd
草甸褐土[12]
拮抗效果：从某种程度上能够将位点竞赛视作重金属之间发作拮抗效果的直接原因，这些位点包含细胞及代谢体系的活性部位和存在介质（如土壤和沉积物）中的吸附点，如金属硫蛋白（Mts）[13]、特定安排器官上的结合位点[14]，植物螯合素（PCs）[15]、细胞壁的结合点[16]、植物根系的吸附位点[17]、土壤吸附点[18]等等。协同效果：两种或多种金属元素的联合效应超越各自效应之和，这使得协同效果对环境安全有更严重要挟，Piotrowska等报导，镉和锌一同施入土壤，这比独自施锌对水稻发作的毒害更为严重[19]。研讨重金属相互效果含义在于依据研讨成果点评重金属潜在的毒性和改善重金属污染生物修正技能等方面具有重要含义。
2复合污染的影响要素
2.1生物要素
物种、安排部位、营养状况以及生物年纪等均影响重金属复合污染的归纳生理生态效应。在锌浓度为50µmol/L的营养液中参加镉，按捺锌在矿山生态型东南景天(Sedum alfredii)根系堆集，而提高了叶片的锌含量[20]。不同生态型东南景天(Sedum alfredii)对铅锌复合处理的反响也不一样，锌处理能按捺矿山生态型东南景天(Sedum alfredii)对铅的吸收，却促进了铅在非矿山生态型中的堆集[21]。McKenna等的研讨标明，在低锌条件下，莴笋(Lactuc)新叶Cd浓度随锌处理浓度添加而添加，老叶中的Cd浓度呈相反的改动趋势[22]。当水稻成长状况杰出时，施镉按捺水稻对锌吸收，在水稻缺锌的条件下，镉能促进水稻对Zn的吸收[23]。
2.2金属要素
金属要素包含金属品种、处理办法、浓度、浓度比值等。在斑马鱼日子的水体中，当As3+与Cd2+，以及As3+与Zn2+共存时的联合毒性均为拮抗效果，而Cd2+与Zn2+的联合毒性首要体现为毒性剧增的协同效果。但As3+，Cd2+，Zn2+三种离子一起参加的联合毒性为拮抗效果[24]。周启星等发现在土壤添加Cd对水稻锌堆集量的影响随土壤中的锌浓度凹凸而改动，在低锌时体现为拮抗效果，而在高锌时体现为协同效果[25]。
重金属的电子结构与性质影响其在环境与生物体内的搬迁，然后影响生物毒性效应，Cd2+和Zn2+离子半径、原子核外层的电子结构类似，因而它们对核酸代谢有类似的影响办法，但后者是植物成长必需元素，故二者在剂量效应上有所不同；Pb2+、Hg2+同Cd2+、Zn2+比较离子特征、螯合功用有较大的差异，因而它们对核酸代谢的影响较Cd2+、Zn2+差异也大[26]。
Virk等以鱼体中蛋白质含量凹凸为毒性目标，对一起参加Ni和Cd和先加Ni再加Cd两个处理进行比较，发现前者毒性更强[27]；Stratton研讨发现Hg，Cd和Ni对蓝绿藻的复合污染效应取决于金属元素参加次序、金属离子浓度、检测目标的挑选等三个要素[28]。
2.3环境要素
环境要素首要包含温度、湿度、光照、pH、土壤条件（如pH、CEC、Eh、有机质含量等）。许多环境参数如pH、温度、营养物质浓度、螯合剂及生物的生理条件都会影响重金属对浮游生物的毒性[29]。Jiang等发现海州香薷(Elsholtzia splendens)安排中Cu含量和土壤中可提取态Zn、Fe、Mn含量、土壤pH、有机质含量、可提取态Cu含量明显相关[30]。Smilde等研讨标明：在壤土中施镉，促进玉米、萝卜、小麦等植物对锌的吸收，而在沙土中，镉处理按捺这些植物对锌的吸收[7]。
3复合污染的效果机理
3.1竞赛结合位点
有些重金属元素的化学性质附近，它们效果于生物体的办法和途径类似，因而在生态介质（土壤、水体）、代谢体系及细胞表面结合位点上的相互竞赛必然会影响金属对生物体的效果效果。吸附位点竞赛的终究成果导致一种金属元素在结合位点代替另一种已吸附的金属元素，而这种竞赛的程度在很大程度上取决于重金属元素的价态、浓度比和介质的特性等。
在土壤介质中，金属离子竞赛性吸附的相互效果终究会导致金属离子在固、液两相中的重新分配，这种重新分配改动了金属离子的生物有效性，其间生物有效性与生物毒性亲近相关。在草甸棕壤中，施Pb促进了水稻对Cd的吸收，由于Pb竞赛代替了Cd在土壤中的吸附点，然后提高了土壤中Cd的有效性[31]。
在结合位点上的竞赛还会发作在生物体对污染物的吸收、转运、积蓄和消除进程中，也会发作在酶通道和受体蛋白上[32][33]。Sharma等以为高浓度混合的重金属在生物体积蓄进程中发作很强的拮抗效果，生物体内的各种位点竞赛常发作在各种表面，尤其是细胞膜和胞外结构（如粘液、细胞衣）上的结合位点[34]。
3.2激活络合蛋白
经过诱导络合蛋白组成，影响重金属在生物体内的分散、累积及生物毒性。Posthuma等将金属结合蛋白被特定金属激活后体现出的效果视作金属间的复合效果，短少这些金属会添加其它某些金属的毒性[35]。Zn可诱导具有解毒功用的金属硫蛋白（MTs）的组成，Cd竞赛代替Zn在金属硫蛋白中的结合位点，因而，成长介质中添加Zn元素能够减轻Cd对植物发作的毒害[36]。在高等植物中别离到最多的是一种重金属结合肽，是植物络合素，即PC， Zn、Cu等多种重金属离子可诱导其组成，然后下降其它重金属的生物毒性[37]。
3.3搅扰正常生理进程
复合污染经过搅扰生物体的正常生理活动和改动有关生理生化进程而发作相互效果。秦天才等发现，在含Cd的培养液中参加Pb，这构成植物根系中游离基酸的堆集添加，然后影响植物细胞的渗透压，一起根系中可溶性蛋白质含量比独自参加Pb时下降快得多（一方面临已有的蛋白质的分化加速，另一方面新蛋白的组成受阻），然后体现更大的损坏效果。污染物间的相互效果还会影响生物体对特定化合的搬运、转化、代谢等生理进程[38]。Kargin等以为Zn能够按捺Cd在鱼体中积蓄，其机理在于Zn能够削减Cd在鱼鳃中的堆集，这首要经过加速将已摄入的Cd向其它器官搬运来完成[14]。
3.4改动细胞结构与功用
复合污染可影响那些坚持生物体或有关内含物与外界环境隔脱离的生物学屏障的结构和功用，然后改动其透性及自动转运、被迫转运才能。许桂莲等研讨发现Ca能坚持细胞膜表面严密和完好或许在细胞膜表面构成一种胶状膜，然后削减了植物对Cd2+等有毒离子的吸收[11]。锌的生物毒性改动了非矿山生态型东南景天(Sedum alfredii)的根细胞原生质膜中可溶性部的渗透性，然后构成细胞的受损，膜体变脆，使铅离子更简单进入根细胞，即锌促进铅在非矿山生态型(Sedum alfredii)景天根系中的堆集[29]。
3.5螯合（或络合）效果及沉积效果
螯合（或络合）效果可改动污染物的形状散布和其生物有效性，然后直接影响其毒性。Sharma等发现植物根部排泄螯合剂的生成使得Cu/Cd、Zn/Cd等复合污染体现为协同或拮抗效果[34]。复合污染物间构成沉积会下降污染物的溶解性和生物可使用性，任安之等研讨发现，Cr2O72-与Pb2+易构成沉积，因而Cr和Pb在影响青菜种子成长时体现出拮抗效果[39]。
3.6搅扰生物大分子的结构与功用
有毒重金属经过按捺生物大分子的组成与代谢，搅扰基因的仿制和表达，对DNA构成损害或使之开裂并影响其修正与DNA生成化学加合物等途径对生物体发作毒性也是复合污染的重要机理[40] [41]。
在过渡族元素与锌指蛋白交互效果方面的研讨现已取得了许多的开展，Cd2+和Ni2+都能代替蛋白的功用域中的Zn2+，然后影响基因表达[42] [43]。相同，非过渡族元素Pb2+能经过代替锌指蛋白（如：SP1）中的Zn2+而改动基因表达[44][45]。Pence等在研讨中发现，锌处理促进遏蓝菜(Thlaspi caerulescens)的锌载体基因的表达，促进植物对锌的吸收，一起促进植物对其它重金属的吸收[46]。
4研讨展望
虽然近年来国内外学者在重金属复合污染研讨领域内做了不少的作业，在研讨规模与深度方面均有所拓展，但总的看来，研讨仍处于初步阶段，许多方面作业有待开展与完善：
① 进一步拓展研讨目标与数量。现在复合污染首要停留在研讨两种重金属的之间交互效果，对三种以上重金属的研讨办法没有老练，也很少有关重金属与无机、有机复合污染研讨报导，因而，添加复合污染研讨目标的数量和品种对复合污染研讨的开展具有重要的含义。
② 深化复合污染机理的研讨。有许多复合污染研讨的成果带有主观臆断性，总的来说定论并不共同，应使用分子生物学的各种技能手段、人工模拟办法和其它先进分析技能，进一步提醒复合污染物的致毒途径及其机理。
③加强复合污染研讨成果的推广应用。复合污染比单一效应更挨近实践状况，充分使用复合效应来改善重金属污染管理办法、临界目标与犁地土壤环境质量点评等。
④加大对复合污染表征与生物效应的相关性研讨力度。现在对土壤复合污染的表征研讨已有较大的打破，但怎么与生物效应相关联尚缺少研讨，只要将复合污染的表征与生物效应亲近联系起来，才或许将复合污染所发作的环境危险的定性或半定量点评推进到定量点评阶段。
总归，跟着环境污染的复杂化，许多污染问题发作愈来愈依赖于复合污染的解说，复合污染研讨必将有更大的开展。.
关键词：重金属；复合污染；要素；机理
在自然界中，污染或许是以某一元素或某一化学物为主，但在大都状况下，亦随同有其他污染物的存在，即复合污染，复合污染中元素或化学物之间对生物效应的归纳影响是一个非常扎手的问题[1][2]。重金属污染往往也为二种或多种重金属元素的复合污染[3]，它具有普遍性、复杂性等特色[4]。据国家环保总局计算，现在我国重金属污染面积近2000万hm2，约占犁地总面积的1/5[5]。重金属之间的相互效果影响生物对某种金属的累积进程或不同层次上的生物毒性，其首要可分为拮抗效果和协同效果（表1）：拮抗效果是指一种金属元素阻止或按捺另一种金属元素的吸收、生理效应的现象；协同效果是指一种金属元素促进另一种或多种金属元素的吸收，两种或多种金属元素的联合效应超越各自效应之和的现象。当然有些重金属并不存在两者之间相互效果，一般所谓加合效果。因而，只要了解重金属的实践复合效应，才干从根本上找到处理环境问题的对策。有关重金属复合污染研讨已有不少的报导[6][7]，但往往局限于重金属浓度改动等表面效应研讨，对其机理的讨论还不行。跟着研讨办法和分析技能的不断完善，重金属相互效果机理研讨也取得打破。本文就重金属复合污染研讨开展状况作一简述。
1重金属相互效果的类型
表1 重金属的相互效果
相互效果类型
重金属组合
目标或介质
拮抗效果
Zn/Cd
玉米[7]
Zn/Cd
酸性沙土[8]
Cu/As
蚯蚓[9]
协同效果
Zn/Cd
大豆[10]
Fe/Zn
小麦[11]
Zn/Cd
草甸褐土[12]
拮抗效果：从某种程度上能够将位点竞赛视作重金属之间发作拮抗效果的直接原因，这些位点包含细胞及代谢体系的活性部位和存在介质（如土壤和沉积物）中的吸附点，如金属硫蛋白（Mts）[13]、特定安排器官上的结合位点[14]，植物螯合素（PCs）[15]、细胞壁的结合点[16]、植物根系的吸附位点[17]、土壤吸附点[18]等等。协同效果：两种或多种金属元素的联合效应超越各自效应之和，这使得协同效果对环境安全有更严重要挟，Piotrowska等报导，镉和锌一同施入土壤，这比独自施锌对水稻发作的毒害更为严重[19]。研讨重金属相互效果含义在于依据研讨成果点评重金属潜在的毒性和改善重金属污染生物修正技能等方面具有重要含义。
2复合污染的影响要素
2.1生物要素
物种、安排部位、营养状况以及生物年纪等均影响重金属复合污染的归纳生理生态效应。在锌浓度为50µmol/L的营养液中参加镉，按捺锌在矿山生态型东南景天(Sedum alfredii)根系堆集，而提高了叶片的锌含量[20]。不同生态型东南景天(Sedum alfredii)对铅锌复合处理的反响也不一样，锌处理能按捺矿山生态型东南景天(Sedum alfredii)对铅的吸收，却促进了铅在非矿山生态型中的堆集[21]。McKenna等的研讨标明，在低锌条件下，莴笋(Lactuc)新叶Cd浓度随锌处理浓度添加而添加，老叶中的Cd浓度呈相反的改动趋势[22]。当水稻成长状况杰出时，施镉按捺水稻对锌吸收，在水稻缺锌的条件下，镉能促进水稻对Zn的吸收[23]。
2.2金属要素
金属要素包含金属品种、处理办法、浓度、浓度比值等。在斑马鱼日子的水体中，当As3+与Cd2+，以及As3+与Zn2+共存时的联合毒性均为拮抗效果，而Cd2+与Zn2+的联合毒性首要体现为毒性剧增的协同效果。但As3+，Cd2+，Zn2+三种离子一起参加的联合毒性为拮抗效果[24]。周启星等发现在土壤添加Cd对水稻锌堆集量的影响随土壤中的锌浓度凹凸而改动，在低锌时体现为拮抗效果，而在高锌时体现为协同效果[25]。
重金属的电子结构与性质影响其在环境与生物体内的搬迁，然后影响生物毒性效应，Cd2+和Zn2+离子半径、原子核外层的电子结构类似，因而它们对核酸代谢有类似的影响办法，但后者是植物成长必需元素，故二者在剂量效应上有所不同；Pb2+、Hg2+同Cd2+、Zn2+比较离子特征、螯合功用有较大的差异，因而它们对核酸代谢的影响较Cd2+、Zn2+差异也大[26]。
Virk等以鱼体中蛋白质含量凹凸为毒性目标，对一起参加Ni和Cd和先加Ni再加Cd两个处理进行比较，发现前者毒性更强[27]；Stratton研讨发现Hg，Cd和Ni对蓝绿藻的复合污染效应取决于金属元素参加次序、金属离子浓度、检测目标的挑选等三个要素[28]。
2.3环境要素
环境要素首要包含温度、湿度、光照、pH、土壤条件（如pH、CEC、Eh、有机质含量等）。许多环境参数如pH、温度、营养物质浓度、螯合剂及生物的生理条件都会影响重金属对浮游生物的毒性[29]。Jiang等发现海州香薷(Elsholtzia splendens)安排中Cu含量和土壤中可提取态Zn、Fe、Mn含量、土壤pH、有机质含量、可提取态Cu含量明显相关[30]。Smilde等研讨标明：在壤土中施镉，促进玉米、萝卜、小麦等植物对锌的吸收，而在沙土中，镉处理按捺这些植物对锌的吸收[7]。
3复合污染的效果机理
3.1竞赛结合位点
有些重金属元素的化学性质附近，它们效果于生物体的办法和途径类似，因而在生态介质（土壤、水体）、代谢体系及细胞表面结合位点上的相互竞赛必然会影响金属对生物体的效果效果。吸附位点竞赛的终究成果导致一种金属元素在结合位点代替另一种已吸附的金属元素，而这种竞赛的程度在很大程度上取决于重金属元素的价态、浓度比和介质的特性等。
在土壤介质中，金属离子竞赛性吸附的相互效果终究会导致金属离子在固、液两相中的重新分配，这种重新分配改动了金属离子的生物有效性，其间生物有效性与生物毒性亲近相关。在草甸棕壤中，施Pb促进了水稻对Cd的吸收，由于Pb竞赛代替了Cd在土壤中的吸附点，然后提高了土壤中Cd的有效性[31]。
在结合位点上的竞赛还会发作在生物体对污染物的吸收、转运、积蓄和消除进程中，也会发作在酶通道和受体蛋白上[32][33]。Sharma等以为高浓度混合的重金属在生物体积蓄进程中发作很强的拮抗效果，生物体内的各种位点竞赛常发作在各种表面，尤其是细胞膜和胞外结构（如粘液、细胞衣）上的结合位点[34]。
3.2激活络合蛋白
经过诱导络合蛋白组成，影响重金属在生物体内的分散、累积及生物毒性。Posthuma等将金属结合蛋白被特定金属激活后体现出的效果视作金属间的复合效果，短少这些金属会添加其它某些金属的毒性[35]。Zn可诱导具有解毒功用的金属硫蛋白（MTs）的组成，Cd竞赛代替Zn在金属硫蛋白中的结合位点，因而，成长介质中添加Zn元素能够减轻Cd对植物发作的毒害[36]。在高等植物中别离到最多的是一种重金属结合肽，是植物络合素，即PC， Zn、Cu等多种重金属离子可诱导其组成，然后下降其它重金属的生物毒性[37]。
3.3搅扰正常生理进程
复合污染经过搅扰生物体的正常生理活动和改动有关生理生化进程而发作相互效果。秦天才等发现，在含Cd的培养液中参加Pb，这构成植物根系中游离基酸的堆集添加，然后影响植物细胞的渗透压，一起根系中可溶性蛋白质含量比独自参加Pb时下降快得多（一方面临已有的蛋白质的分化加速，另一方面新蛋白的组成受阻），然后体现更大的损坏效果。污染物间的相互效果还会影响生物体对特定化合的搬运、转化、代谢等生理进程[38]。Kargin等以为Zn能够按捺Cd在鱼体中积蓄，其机理在于Zn能够削减Cd在鱼鳃中的堆集，这首要经过加速将已摄入的Cd向其它器官搬运来完成[14]。
3.4改动细胞结构与功用
复合污染可影响那些坚持生物体或有关内含物与外界环境隔脱离的生物学屏障的结构和功用，然后改动其透性及自动转运、被迫转运才能。许桂莲等研讨发现Ca能坚持细胞膜表面严密和完好或许在细胞膜表面构成一种胶状膜，然后削减了植物对Cd2+等有毒离子的吸收[11]。锌的生物毒性改动了非矿山生态型东南景天(Sedum alfredii)的根细胞原生质膜中可溶性部的渗透性，然后构成细胞的受损，膜体变脆，使铅离子更简单进入根细胞，即锌促进铅在非矿山生态型(Sedum alfredii)景天根系中的堆集[29]。
3.5螯合（或络合）效果及沉积效果
螯合（或络合）效果可改动污染物的形状散布和其生物有效性，然后直接影响其毒性。Sharma等发现植物根部排泄螯合剂的生成使得Cu/Cd、Zn/Cd等复合污染体现为协同或拮抗效果[34]。复合污染物间构成沉积会下降污染物的溶解性和生物可使用性，任安之等研讨发现，Cr2O72-与Pb2+易构成沉积，因而Cr和Pb在影响青菜种子成长时体现出拮抗效果[39]。
3.6搅扰生物大分子的结构与功用
有毒重金属经过按捺生物大分子的组成与代谢，搅扰基因的仿制和表达，对DNA构成损害或使之开裂并影响其修正与DNA生成化学加合物等途径对生物体发作毒性也是复合污染的重要机理[40] [41]。
在过渡族元素与锌指蛋白交互效果方面的研讨现已取得了许多的开展，Cd2+和Ni2+都能代替蛋白的功用域中的Zn2+，然后影响基因表达[42] [43]。相同，非过渡族元素Pb2+能经过代替锌指蛋白（如：SP1）中的Zn2+而改动基因表达[44][45]。Pence等在研讨中发现，锌处理促进遏蓝菜(Thlaspi caerulescens)的锌载体基因的表达，促进植物对锌的吸收，一起促进植物对其它重金属的吸收[46]。
4研讨展望
虽然近年来国内外学者在重金属复合污染研讨领域内做了不少的作业，在研讨规模与深度方面均有所拓展，但总的看来，研讨仍处于初步阶段，许多方面作业有待开展与完善：
① 进一步拓展研讨目标与数量。现在复合污染首要停留在研讨两种重金属的之间交互效果，对三种以上重金属的研讨办法没有老练，也很少有关重金属与无机、有机复合污染研讨报导，因而，添加复合污染研讨目标的数量和品种对复合污染研讨的开展具有重要的含义。
② 深化复合污染机理的研讨。有许多复合污染研讨的成果带有主观臆断性，总的来说定论并不共同，应使用分子生物学的各种技能手段、人工模拟办法和其它先进分析技能，进一步提醒复合污染物的致毒途径及其机理。
③加强复合污染研讨成果的推广应用。复合污染比单一效应更挨近实践状况，充分使用复合效应来改善重金属污染管理办法、临界目标与犁地土壤环境质量点评等。
④加大对复合污染表征与生物效应的相关性研讨力度。现在对土壤复合污染的表征研讨已有较大的打破，但怎么与生物效应相关联尚缺少研讨，只要将复合污染的表征与生物效应亲近联系起来，才或许将复合污染所发作的环境危险的定性或半定量点评推进到定量点评阶段。
总归，跟着环境污染的复杂化，许多污染问题发作愈来愈依赖于复合污染的解说，复合污染研讨必将有更大的开展。.
