淮南市土壤砷分布特征及基于胰島素途徑的抗砷脅迫研究.pdf

1、煤炭開采和利用會導(dǎo)致大量砷釋放進(jìn)入地表環(huán)境?；茨鲜惺堑湫偷拿禾抠Y源型城市，研究淮南市土壤中砷的來源、分布和賦存狀態(tài)，為淮南土壤污染修復(fù)和質(zhì)量評價提供對照和參考樣本，對類似區(qū)域砷污染控制具有指導(dǎo)意義。砷的毒性危害巨大，砷中毒可以引起機(jī)體免疫應(yīng)答和氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，胰島素途徑是機(jī)體內(nèi)一條高度保守的信號途徑，在先天免疫和氧化應(yīng)激等方面均發(fā)揮調(diào)控作用。研究胰島素途徑在抗砷脅迫中的作用及機(jī)制，對砷中毒的緩解具有重要意義。
　　本文根據(jù)淮南土地

2、的利用途徑將其劃分為生活區(qū)、工業(yè)區(qū)、煤礦區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)4大功能區(qū)，研究了淮南市不同功能區(qū)土壤中砷的含量，探索了砷與土壤化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系，揭示了砷在土壤中的賦存形態(tài)，評價了潛在生態(tài)風(fēng)險和健康風(fēng)險。建立了基于秀麗隱桿線蟲的抗砷脅迫模型，首先利用熱激模擬“發(fā)熱”反應(yīng)，激活先天免疫調(diào)節(jié)功能，研究熱激處理后線蟲對砷耐受度的變化，探討關(guān)鍵基因daf-2、hsf-1、daf-16的作用機(jī)制及下游熱休克蛋白HSP-4、HSP-6、HSP-16.2、HSP-6

3、0和HSP-70的響應(yīng)情況。其次，選用抗氧化劑辣椒素激活氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)功能，研究辣椒素處理后線蟲在砷脅迫條件下壽命、不同品系存活時間、ROS含量(H2O2和O2-的水平)、脂褐質(zhì)積累等生理指標(biāo)的變化，探索關(guān)鍵基因daf-2、skn-1、daf-16的作用機(jī)制及下游抗氧化酶超氧化物歧化酶-3(SOD-3)、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶-4(GST-4)和谷氨酰半胱氨酸合成酶-1(GCS-1)的表達(dá)情況。主要結(jié)論如下:
　　1.淮南市不同功能區(qū)砷

4、的富集特征有明顯的區(qū)別，不同功能區(qū)砷含量差異巨大，均高于淮南土壤背景值和中國土壤背景值，呈現(xiàn)從生活區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)到煤礦區(qū)、工業(yè)區(qū)逐漸增加的趨勢。其原因主要是由于不同功能區(qū)人為污染輸入源和自然源的不同，而人為污染輸入源是主要的污染來源?；茨鲜型寥乐猩榈馁x存形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)和Fe-Mn氧化態(tài)為主，分別占48.3％和21.5％，有機(jī)結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和可交換態(tài)分別占11.6％、11.0％和7.6％。根據(jù)風(fēng)險評估指數(shù)法，淮南土壤中砷具有中等風(fēng)險。

5、r>　　2.利用生態(tài)風(fēng)險評價體系和健康風(fēng)險評價模型評估顯示淮南市土壤中砷的生態(tài)風(fēng)險和健康風(fēng)險均較高。生態(tài)風(fēng)險評價表明，由于煤炭的開采、運(yùn)輸和利用，煤礦區(qū)和工業(yè)區(qū)為中重度污染水平;健康風(fēng)險評價表明工業(yè)區(qū)超出可接受范圍。工業(yè)區(qū)和煤礦區(qū)是重點(diǎn)防控區(qū)域。
　　3.熱激可以激活胰島素途徑先天免疫調(diào)節(jié)功能，顯著提高線蟲對砷脅迫的耐受度。秀麗隱桿線蟲48h LC50分析表明熱激可以將線蟲對砷的耐受度提高51.0％。缺失hsf-1、daf-16、

6、hsp-4和hsp-16.2基因砷耐受度會降低;hsf-1基因過表達(dá)能夠恢復(fù)熱激對砷耐受度的提高。熱激可以促進(jìn)DAF-16轉(zhuǎn)錄因子入核的時間和比率，上調(diào)daf-16和hsf-1基因下游熱休克蛋白(HSPs)的表達(dá)。提示熱激處理能增強(qiáng)核心轉(zhuǎn)錄因子DAF-16的活性，增加下游HSP-4、HSP-6、HSP-16.2和HSP-70的表達(dá)，減少砷脅迫下蛋白質(zhì)錯誤折疊和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體應(yīng)激損傷發(fā)生。
　　4.辣椒素可以激活胰島素途徑氧化應(yīng)激調(diào)

7、節(jié)功能，有效減輕砷暴露下線蟲的氧化損傷，對砷暴露下線蟲有保護(hù)作用。研究以砷中毒引起氧化應(yīng)激為切入點(diǎn)，辣椒素作為抗氧化劑能夠增加砷暴露下線蟲的生存時間、降低ROS含量、減少脂褐質(zhì)積累，并延緩衰老。利用不同線蟲轉(zhuǎn)基因品系和熒光技術(shù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示辣椒素可以活化DAF-16和SKN-1因子，兩者獨(dú)立平行發(fā)揮作用，共同提高下游抗氧化酶SOD-3、GST-4和GCS-1的表達(dá)。
　　基于上述研究，建議對淮南市工業(yè)區(qū)和煤礦區(qū)土壤的砷污染情況予以