中科院优秀博后《Plant Physiol.》解析生物毒性

　　

生物通报道：来自中国科学院南京土壤研究所的消息，研究人员以重金属形态和离子竞争效应发展起来的生物配体模型(Biotic Ligand Model, BLM) 为基础，发现当考虑细胞膜表面电势的影响后，可以很好地解释金属阳离子对有毒金属元素毒性的界面影响机制，这为研究毒性离子的生物有效性/毒性提供了一个全新的视角。这一研究成果公布在《Plant Physiology》（植物生理学）杂志上（07年影响因子6.367）。

领导这一研究的是南京土壤研究所的周东美博士，其早年毕业于南京大学化学系，后多次到德国、美国和中国香港等地访问学习。曾获2000年度中国高校自然科学一等奖，以及2001年第三届江苏青年科学家奖。2000年获得“中国科学院优秀博士后”称号。这一研究获得了中国科学院创新团队国际合作伙伴计划和国家自然科学基金项目的资助。

基于重金属形态和离子竞争效应发展起来的生物配体模型(Biotic Ligand Model, BLM) 是当前环境学家研究重金属生物毒性和环境基准及标准的重要方法之一。该模型认为细胞质膜是主要的生物配体，并对生物配体做化学均一化(homogeneous) 处理，认为其性质是确定的；共存阳离子通过与重金属离子竞争生物配体上毒性作用位点来缓解金属毒性，毒性效应与本体溶液中离子活度之间存在相关性。然而，在环境体系中，生物细胞膜表面绝大数带负电荷，因而在细胞膜与溶液界面会形成一个双电层结构，这种负电荷在细胞膜表面形成电势称之为细胞膜膜表面电势。细胞膜表面电势控制离子在细胞膜和环境本体介质(bulk-phase medium) 之间的分布，将增加阳离子在膜表面的浓度，降低阴离子在膜表面的浓度。

在这篇文章中，研究人员在研究Ca2+、Mg2+和H+等阳离子影响铜离子和砷酸根植物毒性的过程中，发现当考虑细胞膜表面电势的影响后，可以很好地解释金属阳离子对有毒金属元素毒性的界面影响机制。这种影响主要是通过细胞膜表面电势的作用，而不是离子之间的竞争。该项研究为我们研究毒性离子的生物有效性/毒性提供了一个全新的视角。这项研究成果已经发表在国际著名生物学刊物《植物生理学》（Plant Physiology）上。

（生物通：万纹）

附：

周东美，男，出生于1967年12月，研究员，博士生导师。1997年8月自南京大学化学系博士毕业后进入中国科学院南京土壤研究所农业资源利用博士后流动站工作，开展“重金属-有机污染物复合污染的土壤环境化学过程及其机理研究”，并于1999年10月出站后留所工作。2001年5月被聘为中国科学院南京土壤研究所知识创新研究员，2003年5月被评为博士生导师，曾先后多次到德国、美国和中国香港等地访问。获2000年度中国高校自然科学一等奖（排名第三）；获2001年第三届江苏青年科学家奖；获2000年度“中国科学院优秀博士后”称号。

近年来系统开展了土壤中重金属和有机污染物交互作用化学过程及其机理研究，确认了土壤胶体对苯酚类或苯胺类有机污染物与六价铬之间化学反应的催化作用，并建立了其反应动力学方程；深入研究了土壤中重金属铜镉与有机污染物邻苯二胺和农药草甘磷之间的交互作用及其环境效应；运用离子冲量很好预测了复合污染土壤中重金属有效态含量；系统评价了江苏省不同规模集约化养殖场畜禽粪肥的重金属污染问题及其农用对农产品质量安全所带来的环境风险；积极开展了区域尺度且针对南方多个铜矿区的污染土壤重金属污染调查研究，并发展了铜矿区尾矿植被重建技术；进行了铜超富集植物的筛选与鉴定工作，获得了准确的矿区植物铜含量分布信息，同时发现杠板归表现出很强的吸铜能力，其地上部铜的浓度可达2964 mg/kg，具有很好的应用前景；率先在国内开展了重金属污染土壤电动修复研究，建立了优化处理红壤中重金属的电动处理方法，使红壤重金属的去除率能达80%以上。主持和参加国家863项目、国家重点基础研究发展规划项目（973）、国家自然科学基金项目和江苏省创新人才基金项目等多项，已培养研究生5名。近年来发表论文90多篇，其中SCI收录论文40余篇，EI收录论文23篇；申请发明专利2项；参与编著出版《土壤中化学物质的行为与环境质量》（科学出版社，2002）和《环境土壤学》（科学出版社，2005）两部专著。曾获2000年度中国高校自然科学一等奖（排名第三），2001年度第三届江苏青年科学家奖和2000年度“中国科学院优秀博士后”称号。现为中国科学院南京土壤研究所技术委员会委员，中国土壤学会土壤环境专业委员会副主任，中国有色金属学会第五届环境保护学术委员会委员，江苏省土壤学会理事、土壤资源与环境专业委员会委员，南京市环境科学学会理事，《农业环境科学学报》和《植物营养与肥料学报》杂志编委，江苏省“3+3”人才第三层次培养对象。