当前世界环境

介绍

自然来源和人为来源是砷可能污染正常环境的两个主要来源¹．砷污染如果通过水和土壤途径进入食物网，可能是有毒和致命的。以前的研究人员也观察到世界不同地区地下水和食物受到砷污染的情况^2、3．土壤砷污染可能来自农业活动、各种人为活动等。根据Huang等人(2006)的研究，无机砷是土壤和水中最主要的有毒形式。⁴然而，以前的研究很少报道砷甲基化在土壤-水稻系统中，他们发现无机形式的砷可能由有机砷被微生物转化⁵．植物对砷的吸收取决于许多因素，如土壤性质、土壤中砷的浓度，最重要的是取决于植物本身⁶．植物物种的物理特性是一个重要的方面，这一点从以前的一些研究中可以明显看出，这些研究发现，砷的浓度在根部分估计很高，其次是叶、茎、果实和种子^7、8．然而，Farid等人(2003)发现，叶类蔬菜的空中部分比任何其他植物身体部位积聚的砷浓度都高⁹．因此，砷的生物利用度和转运能力是决定砷在植物体内分布的主要因素¹⁰．砷可以通过食物链在人体组织中进行生物积累，因此对植物体内砷有效性的研究具有重要意义¹¹．人体长期接触砷可造成严重的健康影响，如角化病、肝肿大、色素沉着、糖尿病、心脑血管疾病、周围神经病变、肾脏、膀胱和皮肤等。^12、13．

考虑到这些事实，本研究迫切需要探索一种在印度大部分地区被广泛用作食品原料的常见植物物种对砷毒性的敏感性和耐受性，并将评估食用这种可食用植物物种的人群的健康风险。

材料与方法

实验方法

胡芦巴种子(生长foenum-graecum)都是从杂货店买来的。一般来说，葫芦巴的叶子被用作蔬菜，种子被用作常见的印度香料。整个实验是在实验室条件下进行的。三种不同浓度的亚砷酸钠(NaAsO₂)和砷酸钠(Na₂HAsO₄7小时₂本研究使用O(仅溶于蒸馏水)溶液。实验种子用1%次氯酸钠(NaOCl)溶液灭菌1分钟，然后用双倍蒸馏水(DDW)洗涤。¹⁴．种子的萌发和生长过程是在从研究所校园收集的土壤中使用培养皿进行的。培养皿盖上盖子，室温(30°C)孵育。a的库存解决方案^{+ 3}当^{+ 5}在DDW中按所需量的砷盐配制成100 ppm的溶液^{+ 3}当^{+ 5}．按要求稀释得到工作溶液，即1mg /L、2mg /L和3mg /L。采用不同的砷溶液进行实验研究。在整个实验期间，培养皿定期用10ml溶液进行滋养和保湿，每天一次。只使用DDW建立对照试验组。每个处理和对照取3个重复。观察种子萌发和生长10 d。实验10天后记录叶绿素、类胡萝卜素含量、干重和湿重的估计值(图1)。

图1:实验室条件下对照和砷处理葫芦巴植株的生长情况。 点击此处查看图

新鲜和干重的测定

从每个培养皿中(包括对照和处理的培养皿)共取出10株大小几乎一致的完全长成的幼苗，并用DDW彻底清洗以去除多余的土壤。用薄纸把多余的水浸泡掉。幼苗室内干燥后取鲜重，幼苗在70°C烤箱中干燥48小时后取干重¹⁴．

叶绿素和类胡萝卜素的估算

试验10 d后，取胡芦巴叶片进行叶绿素和类胡萝卜素的测定。采用标准方法测定叶绿素和类胡萝卜素的含量¹⁵．

植物中总砷的估算

为了估计总砷，对植物进行称重以测量其质量。取2克干植物样品在三酸混合物(盐酸-盐酸)中消化_3.-HClO₄)，直到混合物变成泥状。用DDW将消化液稀释至50ml，用滤纸过滤。最后，滤液用于原子吸收光谱(Bruker, ARTAX)中砷的估计。

生物积累因子计算

生物积累因子(BAF)是用植物中砷含量与土壤中砷含量的比值来计算的。



其中C_植物植物体内砷和碳的浓度是多少_土壤是土壤中砷的浓度。

慢性摄入剂量(CDI)估算

CDI是根据葫芦巴植物中的砷浓度计算的，公式如下:



在那里,C_作为= as浓度(mg/kg)， IR_蔬菜=被污染植物的摄取率(mg/day)， CF =转化系数，BW =体重

风险评估

总砷浓度的平均值用于估计日剂量(EDD)的计算(公式1)。^16、17．



在那里,C_作为= as浓度(mg/kg)， IR_蔬菜=受污染植物的摄取率(毫克/天)，CF =转化因子，EF =暴露因子，ED =暴露持续时间(年)，LE =预期寿命，BW =体重

危害系数和危害指数的确定

危害系数(HQ)是潜在暴露与安全暴露水平之间的比例。预计危险系数小于1为最安全水平。参考剂量(RfD)是任何化学品超过该剂量就可能对人体健康造成毒性影响的限度。HQ由Eq. 3估算。危害指数(HI)计算为平均HQ值之和¹⁸．





增量终身癌症风险评估

对于终身癌症风险增量(ILTCR)的评估，使用已建立的公式(Eq. 2)¹⁸．根据USEPA (2010)， ILTCR值> 10⁻⁴表示高潜在癌症风险，且< 10⁻⁴指示可能存在的健康风险。



Where, Where, C_作为= as浓度(mg/kg)， IR_蔬菜=被污染植物的摄取率(毫克/天)，CF =转化因子，EF =暴露因子，ED =暴露持续时间(年)，LE =预期寿命，BW =体重，CFS =癌症斜率因子(每毫克/公斤/天)

结果与讨论

表1表示对照和处理厂样品的新鲜和干重。试验结束后，对照植株的体重高于处理植株。在所有处理中，3 mg/L处理在两个As中均有效^{+ 3}当^{+ 5}湿重最低(4.899±0.700 g);(4.558±0.088 g)，干重(0.612±0.030 g;和0.497±0.039 g)。测定对照组和处理组的叶绿素和类胡萝卜素含量。从表2中可以看出，与对照组相比，不同处理的叶绿素和类胡萝卜素含量均有所下降。然而，结果发现，随着砷浓度的增加，两个处理组的叶绿素和类胡萝卜素含量均下降。结果表明，在3mg /L的As处理下^{+ 3}叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量分别为0.413±0.093 mg/g、0.163±0.028 mg/g、0.609±0.124 mg/g和0.109±0.030 mg/g。这种浓度的下降表明叶绿素合成系统和叶绿素酶活性可能受到高浓度有毒金属暴露的影响⁵．在3毫克/升的砷中也观察到同样的趋势^{+ 5}叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量分别为0.532±0.064、0.2±0.038、0.768±0.109和0.145±0.035。虽然以前没有关于砷浓度对葫芦巴植物叶绿素含量影响的报道，但是Miteva和Merakchiyska(2002)报道砷可能对豆类植物的光合过程产生影响¹⁹．作物对砷的吸收潜力取决于水、土壤中砷的浓度，也取决于土壤和作物的生理特性^3.．各处理的土壤砷浓度和植株茎部砷浓度见表3。这些较高的砷含量可能是由于从土壤环境中直接吸收砷所致。以前的研究人员也观察到类似的结果，他们报告说，植物体内的砷浓度可能与土壤中可用砷的总浓度或多或少呈线性增长^2、1,20．此外，以前的研究也报道了土壤中砷的高浓度可能导致植物体内砷的高浓度⁴．

表1:葫芦巴植株的鲜重和干重。

表2:对照的叶绿素和类胡萝卜素含量^{+ 3}，和a^{+ 5}处理葫芦巴植物。

表3:土壤和葫芦巴植物中砷的浓度及其生物积累因子。

BAF:生物积累因子

另一方面，对土壤砷浓度进行估算，以了解葫芦巴植物对砷的富集能力。然而，生物积累因子(BAF)分析结果显示与土壤砷浓度存在独立关系(表3)，2 mg/L As的生物积累因子最高^{+ 3}(1.028)和3 mg/L As处理^{+ 5}治疗(1.573)。研究结果表明，土壤砷浓度的增加不一定代表葫芦巴植物砷积累的增加。由于不同植物生理特性的差异，这一结果可能会有所不同。此外，我们目前的研究结果与Mandal和Suzuki(2002)报告的研究非常相似。²¹．另一方面，Das et al.(2004)也观察到马铃薯、蔬菜叶、大米、菠菜、葫芦中的砷浓度在0.02 ~ 3.99 mg kg之间⁻¹从砷污染的地区估计²²．Pendergrass和Butcher(2006)也发现砷的生物蓄积量在1.5至178毫克公斤之间⁻¹在植物中²³．土壤和植物砷浓度与色素含量的相关性研究见表4。研究结果表明，土壤和植物砷浓度与所有色素含量均呈负相关，叶绿素a为-0.699;叶绿素b: -0.474;总叶绿素:-0.638;类胡萝卜素:-0.783，叶绿素a: -0.445;叶绿素b: -0.081;总叶绿素:-0.277;类胡萝卜素:-0.124。研究结果表明，胡芦巴色素含量受砷浓度的影响，说明胡芦巴不是抗砷品种，但可以作为砷污染地区的指示植物品种。 It is important to measure the level of toxicity by quantifying the arsenic exposure pathways to determine the human health risk. To estimate the potential human health risk associated with fenugreek consumption, chronic daily intake (CDI) was estimated. Table 5 summarized the CDI and HQ for adults and children upon consumption. The results revealed that the CDI values for adults and children were relatively high in both arsenic (As^{+ 3}当^{+ 5})浓度。但是，所有的CDI值都< 1。HQ常被用于评估有毒污染物可能造成的非癌性健康风险。结果显示，无论何种处理方式，儿童的HQ值均高于成人。这可能是由于儿童的高摄取率和较低的体重。此前一些社区层面的研究报告称，儿童和青少年可能因食用受砷污染的蔬菜而构成高风险²⁴．EDD和ILTCR被估计用于确定与普通人摄入砷污染的胡芦巴芽相关的癌症风险(表6)。EDD值被发现大于每日总砷暴露的可接受限度。研究结果表明，当发现ILTCR值> 10时，成人和儿童都存在潜在的癌症风险⁻⁴．

表4:植物叶绿素与类胡萝卜素含量、植物与土壤砷浓度的相关性研究

**在0.01水平上显著(双尾)

*在0.05水平上显著(双尾)

表5:根据胡芦巴不同处理浓度计算CDI和HQ值。

表6:计算不同处理胡芦巴中EDD和ILTCR的测定。

结论

本研究结果将为食用蔬菜的砷毒性评价提供一些新的信息。本研究表明，随着两种砷浓度的增加，胡芦巴色素含量降低^{+ 3}当^{+ 5}治疗方法。本研究还得出结论，高浓度的土壤砷含量并不一定意味着较高的植物体内积累速率，这可能取决于植物的生理特性。结果还表明，生长在砷污染地区的胡芦巴作为蔬菜食用可能对成人和儿童的健康构成潜在风险。研究结果表明，胡芦巴可作为砷污染地区的指示植物，便于进行健康风险评价。

鸣谢

作者要感谢金奈的Sri Ramachandra高等教育与研究所(DU)公共卫生学院环境健康工程系允许进行这项研究。

资金来源

作者衷心感谢“室利罗摩犍陀罗高等教育与研究所(DU) 2019年校长暑期奖学金”对这项研究的资助。

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