緒論
生命元素
一、地球環境對生命體係的影響
生物圈是各種生物棲息的地帶，除了生物體固有的成分外，其周圍環境的所有成分基本上都是無機的。因此，生物經常與各種有機物和無機物接觸，並利用它們或受其影響。圖1—1示出生物環境中金屬離子與其它成分之間的交換。
存在於生物體（植物和動物）內的元素大致有四類：第一類為必需元素（Essentialelement），按其在體內的含量不同，又分為常量元素（Majorelement，Macrocomponent，Con－stituent）和微量元素（Traceelement，Minorcomponent，Micro-nutrientelement）；第二類為可能有益或輔助營養元素；第三類為沾染元素；第四類為有毒元素。
人體中每一元素呈現不同的生物效應，而效應的強、弱依賴於特定器官或體液中該元素的濃度及其存在的形態。對於必需和有益元素來說，各有一段最佳健康濃度，有的具有較大的體內恒定值，如鋅、錳；有的在最佳濃度和中毒濃度之間隻有一個狹窄的安全限度，如硒、鎳等。除了25種必需元素外，還有20～30種普遍存在於組織中的元素，這些元素的濃度是變化的，它們的生物效應和作用遠未被人們認識，也可能來自外環境的沾染。上述的元素劃分界限不是固定不變的，隨著診斷方法和檢測手段的完善化，它們將得以修正或作新的歸屬。
二、必需性的含義
生命元素或生物元素是指在活的有機體中，維持其正常的生物功能所不可缺少的那些元素，諸如在有機化合物中所含的氫、氧、氮、碳、磷、硫以及鈣、鐵、鋅、碘等均屬於這類元素。
對生物來說，為確定生命元素的必需性，Arnon曾提出如下標準：
（1）若沒有它，則生物既不能生長，也不能完成生命循環；
（2）該元素在生物體內的作用不能被另一種元素完全代替；
（3）該元素對生物功能有直接影響，並參與代謝過程。
美國科學家Schroeder的提法則具有化學的含義：
（1）在生命的起源地——海水中的含量豐富；
（2）性質活潑，能與其它元素結合或鍵合；
（3）能形成正常組織結構中的組成部分；
（4）如為金屬，它的某些化合物應能溶於水，能和氧反應，且能與含碳、氫、氧、氮、硫、磷的有機化合物鍵合。
自然界中一切生命都是曆史演化的結果，它既產生於自然又適應於自然。大、小生物雖然種類繁多，但均由有限的化學元素和基本有機分子（如各種氨基酸、核苷酸、脂肪酸、單糖）組成。所謂“必需”元素，我們認為可以指：
（1）生命過程中的某一環節（一個或一組反應）需要該元素的參與；
（2）生物體具有主動攝入並調節其體內分布和水平的機構；
（3）在體內存在有發揮正常生物功能的、含該元素的生物活性化合物；
（4）缺乏時引起生化生理變化，補充後可以恢複。
在實際研究中，確定某元素是否必需元素，或者區分必需與毒害的界限，常常很不容易。除與它在體內的濃度有關外，還與它的存在狀態和生物活性密切相關。漫長的生物演化過程則使它具有一定的變異性。
三、必需微量元素的發現
人們對微量元素的認識有較長的過程。鐵是最早發現的必需微量元素，接著是碘，到60年代時，人們已認識了9種對動物和人是必需的微量元素。同時，對微量元素在生命過程中的意義、生理功能、代謝過程、缺乏症和中毒症等，有了較為詳細的了解。
自70年代以後，由於對微量元素的重視和檢測方法的進步，錫、釩、氟、矽和鎳相繼被視為必需元素（表1—1）。
表1—1高等動物必需微量元素的確證曆史
目前認為有14種微量元素是動物和人所必需的，其中錫仍有爭議，砷未獲公認；硼僅參與植物的生命過程，對動物的作用則尚未確定。存在於生物圈中的元素，粗方格內的氫、碳、氮、氧、鈉、鎂、磷、硫、氯、鉀、鈣等11種為必需常量元素；細方格內的氟、矽、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、硒、鉬、錫和碘等14種為必需微量元素。這些就是存在於人體中的25種必需元素，即屬迄今已知的生命元素。
生物體中的微量元素包括了d電子原子結構的類型，從d1到d10，有由+1到+6六種氧化態的各類離子。
表1—2生物全屬的電子結構和氧化態
①不穩定的離子。
②具有高能量的d軌道的離子。
表1—2列入了過渡係中微量元素的電子結構和氧化態，所有陽離子和類陽離子都具有明顯的Lewis酸性，即具有接受體軌道，並能與Lewis堿——未共享電子對的給予體相互作用。從分子軌道理論來說，這些微量金屬離子即以具有未占據的空軌道為特征。其中，Mo（Ⅵ）、Ⅴ（Ⅴ）等的未占據分子軌道處於低能量位置，而K+、Ca2+常量金屬離子中則處於很高的能量位置上，後者主要通過庫侖力與給予體電子相互作用。
除K+、Ca2+和處於d10的Zn2+外，這些金屬離子都有明顯的氧化還原性質。Mn2+、Ni2+和Cr3+離子在某些條件下可被氧化到更高的氧化態，但通常對生物體係中的氧化還原反應則比較穩定。
元素的主要來源
一、河流
人們曾對世界河流的元素作過許多研究，現將淡水的元素成分綜合於表1—3。由於河流彙集了來自其流域的可溶性物質，因而它的組成隨著氣候、地質情況和大城市的出現而變化。在溫帶區域的河流以含較多鈣離子和碳酸氫根離子為特征；在熱帶潮濕地區的河水各成分被稀釋，但卻含有較多的鋁、鐵、矽和有機質；而流過幹旱地區的河流，則以含有較大量的鈉離子、氯化物和硫酸鹽為特征。
河水的平均停留時間是以日計的，其組成並不具有恒定值。在溫帶的河流中，磷酸鹽和矽酸鹽的含量每年有規則的波動，春天那裏的矽藻消耗這些元素，春末又把它們釋放出來。當矽藻生長旺盛時，磷酸鹽的總濃度是不變的，然而可溶性磷酸鹽能在活細胞內轉變成有機磷酸鹽，這就可能分別測定無機形態和有機形態的磷酸鹽。但若一個元素的濃度接近測定極限時，則不大可能測得該元素的所有化學形態，這是微量元素分析中的一個難題。用Benes（1976）和Florence（1977）等的方法，可以得到關於存在形態的數據。表1—3中也列出了可能存在的形態。
表1—3天然水的元素成分
注：k為×1000。中值大多數是主觀估算值。存在形態的資料目前是非常缺乏的。
①曾報道過某些非洲的河流有較高的數值（Visser和Villeneuve，1975）。
②在印度發現F為14000μg/L（Paliwal，1974）。
③史前的中值可能是0.5μg/L（C.C.Patterson，1971）。
堿金屬、堿土金屬和鹵素多半是以簡單的離子形式存在於天然水中，過渡金屬多數被絡合或不同程度地被膠體物質吸附。汞較特殊，它在水中能以金屬離子、陰離子或有機絡合物形態存在。通常河水比海水含有更多的可作為配體的有機質。Jenne（1977）評述過淡水中鋁、銅、鐵、汞、錳、鉬、鎳、鉛、鉈、釩和鋅的有機絡合物，由於所涉及的水解反應和螯合物的形成作用是十分緩慢的過程，因而情形較為複雜。例如，有人認為Al（H2O）63+需要10天到1年時間進行充分的聚合作用，形成含有直徑為0.1μm顆粒的渾濁液。象這樣的反應，在河水入海前是來不及達到平衡的。
二、海洋
海水中主要的陽離子和陰離子是Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-和HCO3-。海水的總鹽度或者鹹度稍有變化，但其主要成分的濃度與Cl-濃度的比值是非常恒定的，這說明海水是混合均勻的。在表1—4中給出了有關海洋的元素成分、可能存在的形式和停留時間，所用海水的氯含量為19.35g/L。至於某些次要成分，尤其是停留時間短的成分在海水中沒有恒定的濃度，它們隨深度和位置而變化。
表1—4 海水的元素成分和停留時間
注：M=106。
三、土壤
土壤的平均元素組分及其含量範圍綜見於表1—5，這裏沒有采用接近礦體的土壤、嚴重汙染的土壤和蛇紋岩土壤（鉻、鎂和鎳明顯豐富而鈣貧瘠）的數據。盡管因取樣、沾汙和分析準確度等因素而有局限性，但其平均值與火成岩及沉積岩的平均值是相當一致的。
土壤中碳和氮比岩石中明顯偏多，還可能稍富含砷、溴、鎘、鉿、碘、鉛、銻、硒、錫和鋯；而硼、鈣、氯、氟、汞、鉀、鎂、鈉、鍶、鉈和鈾稍貧乏些。由於土壤類型很不相同，可以預料，土壤剖麵的研究結果有可能不一致。在淋溶土、始成土、軟土、灰土等土壤的上層，發現碳、氮、磷和硫富化，這與該處富含有機質有關。通常也會發現如銀、砷、銅、汞、鉛、銻和鋅等較重金屬富集在土壤的上層，至少鉛可認為是因近代的人工產物汙染造成的。在土壤的較下層是粘土礦物和水合氧化物的聚集處，這裏富含的元素有鋁、鐵、镓、鎂、鎳、鈧、鈦、釩和鋯。據報道，在旱成土的表麵會富含硼、氯、鋰和鈉，但在土壤的表層，由於雨水的衝洗它們卻是貧化的。
在人體內，血液等細胞外液是組成元素的運輸媒介。自然界中的岩石、海水和人體血液中除主要元素成分外，其它多數元素也都具有正相關性，說明人類的化學組成不是單一的，而與環境具有相似之處。因而可以認為，存在著一個環境元素遷移到人體內的自然過程，由於人類活動的結果而分布於整個自然界的元素，均有可能進入人體。
表1—5土壤元素組成的中值和範圍（mg/kg土壤）
注：k為×1000；μ為×10-6；org.為有機體。
①全球被汙染以前是12；在城市土壤中最高達1000。
四、大氣
大氣和海洋長期被認為是靜態體係，實際上各組分幾乎都處於動態的平衡，而且濃度是可變的。
大氣圈質量是5.3×1013kg，其中80%停留在約10km高度以下的對流層，這是生物化學家最感興趣的區域。在生物循環氣體中，氧和氮是主要組分，其餘有氫、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氮氧化物、二氧化硫和硫化氫等。城市或工廠附近的大氣中，還含有重金屬化合物、砷化合物、氟化物和石棉等煙霧飄塵。由於雨水的衝洗和沉降，對於生物來說，它們也是一個不容忽視的元素來源。
鑒於塵埃和金屬元素在大氣圈中的分布極不均勻，人們對每年從地麵排放到大氣中的某些元素隻能作出數量級的估算（參見表1—6）。
Lantzy等（1979）曾估算了來自土壤和火山塵埃的年通量，分別是5×1014g/a和1.5×1014g/a。從大氣圈輸入海洋的下列元素：銅、鎳、釩、錫、碘、鉻、鎘、汞、鉛，每年分別估算為107～108kg。
表1—6美國每年排放到大氣中的一些物質①（按kt計）
①根據物質使用量的排放係數，包括采用措施的效果。
②不包括N2O（～6×108t/a）。
③包括汽油燃燒後的鉛。
④本類中包括硫酸鹽和硝酸鹽。
生物體中的元素分布
一、分布狀況
現將人體和苜蓿的元素組成列於表1—7。碳、氧、氫和氮大量地存在於生物體內的有機物中，磷是含量最多的無機元素之一，也是構成許多生物活性化合物重要結構單元的元素。
屬於主族的鈉、鉀、鎂、氯、鈣和硫為次豐量元素。前四種元素是體液和細胞質的主要成分，鈣構成生物體的骨架物質，硫則是有機物的一種組分。鈉並不是植物的必需元素，因此植物主要向動物提供鉀而不能提供足夠的鈉，所以在動物飼料中需補充食鹽。上述11種常量元素占人體總重量的99.95%，構成人體中的主要組分。
表1—7 人體和苜蓿的元素成分
注：除非另有說明，元素的成分皆以鮮（濕）基的μg/g來表示。
資料來源：人體和苜蓿的數據主要引自B.Mason，PrinciplesofGeochemistry3rd，ed.，Wiley（1966）.人體組織中的分布狀況主要引自E.J.Underwood，TraceElementsinHuman andAnimalNutrition，3rded.，AcademicPress（1971）.
①70kg健康成年人的含量。*：已知動物和植物都必需的元素。**：動物或植物所必需的元素。
含量較低的有重要的過渡金屬元素如：釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鉬，非金屬元素氟、碘、硒、矽以及錫等微量元素。單從重量上計，這些微量元素合起來不超過體重的0.05%。其它如鋁、鍶、鋇、鉛、鎘和砷等一些元素雖然到處都有，但目前尚未被證實為人們或其它生物體所必需，人們正在進行深入的研究，有的由被忽視而變得引人注目起來。
二、哺乳動物組織
近二十多年來，人們對哺乳動物組織進行了大量的研究。Snyder把“參比人”確定為：鮮重70kg，它是由60kg軟組織和10kg骨骼組成的。有關人的組織的鮮重（FM）、幹重（DM）和灰分的參考資料列於表1—8中。家養哺乳動物的工作可查閱有關專著。
表1—8“參比人”中某些組織的鮮重、幹重和灰分重
表格是從Snyder（1975）著作中的詳細數據壓縮而來的。
注：FM為鮮重；DM為幹重。
表1—9六個人的組織的元素成分（以mg/kgDM表示，
“參比人”以mg/70kgFM表示）
注：k為×1000；n為×10-9。Hamilton等（1973）和文獻Y提供了人骨的另外一些數據：Dy＜0.36；Er＜0.28；Eu0.032；Gd＜0.4；Hf0.12；Ho＜0.08；Lu＜0.08；Nd＜0.28；Sm0.23；Ta0.03；Tb0.05；Tm＜0.08；Yb＜0.28。
Chuang和Emery（1978）提供了人發的數據：Dy＜0.005；Er＜1；Eu＜0.005；Gd＜2；Hf＜0.02；In＜0.03；Ir＜0.02；Lu＜1；Nd＜2；Pd＜2；Rn＜0.1；Sm0.005；Ta＜0.01；Yb＜0.03。
B——Bacsoetal.，（1978）；Bz——ByrneandKosta（1978）；C——ChuangandEmery（1978）；E——Erametsaetal.，（1968）；I——Iyengar等（1978）的彙編；Ms——MeehanandSmythe（1967）；R——GrossandSmith（1978）；S——Snyder（1975）的彙編；V——Valkovic（1977）的彙編；Y——Bfatteretal.，（1977）；Z——D′Hondteral.，（1977）；Za——Arunachalametal.，（1979）。
關於“參比人”和六個人組織的元素成分數據見表1—9表1—10則是人體組織內常見金屬的含量，其中前5個是必需微量元素，後麵的為毒害元素。下列元素：銀、鋁、砷、鋇、鎘、氟、铌、碲、鈾和鋯的分析數據尚不夠可靠，不同的科學工作者所得有時達數量級的差別。
現已知道的累積元素的組織見表1—11。除了這些異常情況外，我們能近似地用兩類組織——肌肉和骨骼的總和來表示“參比人”，因為所有的軟組織與肌肉有著非常相似的元素成分。我國最近首次推出“中國參考人”的參數：男性身高為1.7m，體重62kg；女性分別為
表1—10人體組織內常見金屬元素含量（mg）
表1—11元素的累積
三、脊椎動物血液
脊椎動物的血液與無脊椎動物的血液比起來，具有較低的總鹽量，一價陽離子對二價陽離子如[Na+＋K+]/[Ca2+＋Mg2+]的比率也較高，可以把血液看作是紅細胞與富含蛋白質血漿組成的懸浮液。紅細胞和血漿間Na+與K+的分布隨物種而變化。血液的組成受體內平衡的控製，進入血流的多數元素，在血液循環過程中很快地會從血液中除去。
人體血液中的紅細胞和血漿的元素成分見表1—12。這裏假設血液含42.8%（V/V）紅細胞和57.2%（V/V）血漿。每個細胞中元素X的原子數目，可由下式計算：4.75×107[X]/M，其中，M是元素X的原子量。此表中的數據表明，僅放射性元素鐳（可能還有錒、鏷、釙和鈈）以每個紅細胞內少於一個原子的量存在。其它元素或是必需存在、可能有益的量，或是一些沾染物。
表1-12人的血液、紅細胞、血漿和血清的元素成分
來自Iyengar等（1978）概括的數據。文獻中對於全部血液中As、Au、Co、Cr、Mn和Th的數值範圍較大，目前確定最好的平均值還有困難。不一致的或者未證實的數據用（？）標出。
生物元素的功能
一、元素的自然選擇
人類是經過漫長的進化過程而逐漸形成的，有充分的科學根據認為：生物的初期進化是在海洋中進行的。如將海水中的元素按濃度分類，則可看出它們與人體必需元素含量的關係。
（1）＞106nmol/L：氫，氧，鈉，氯，鎂，硫，鉀，鈣，碳，氮等；
（2）102～106nmol/L：溴，硼，矽，鍶，氟，鋰，磷，銣，碘，鋇等；
（3）5～102nmol/L：鋁，鐵，鋅，鋁，銅，鈦，錫，釩，錳，鎳，鈷，硒，鉻等；
（4）＜5nmol/L：其它元素。
顯然，第（1）類組成人體常量必需元素；而第（2）類和第（3）類的若幹元素構成人或生物體所必需的微量元素。這說明了生物不斷地從環境中選擇某元素去完成所需的功能。
在生物演化過程中，它們遵循下列規則選擇元素：
1.豐度和生物利用度生物體選擇自然界中存在較豐富的元素，因而人體內的常量元素都是海水中最豐富的元素。在酶所依賴的金屬中，最常見的是鐵、鉬、銅和鋅，它們在海水中都有一定的濃度並可被利用。大多數生物選擇鈣的碳酸鹽或磷酸鹽作為構成內、外骨骼的材料，正是利用了這兩種鹽的難溶性以及較高的鈣豐度。
2.基本適宜性一種無機元素（通常為金屬元素）若被選擇，它就具有某一特定的功能。例如，自然界選擇金屬組成氧化還原酶時，即利用了金屬離子對氧化還原反應的催化作用，這與金屬離子的價電子數、最佳配位數、配體和氧化還原係統的電位都有關係。這一規則主要是從熱力學上闡明某元素的簡單化合物可否被選擇來完成某種功能。
3.有效性和特異性的進化規則生物體選擇較有效的化合物加以利用。例如，在鐵氧還蛋白中的功能單位是鐵硫原子簇；黃素氧還蛋白則是以黃素單核苷酸作為輔酶。這兩種蛋白都有傳遞電子的功能，由於後者不如前者有效，它隻是在缺鐵介質中被利用，而鐵含量豐富的細胞就不含黃素氧還蛋白。
被選用的元素需在與生物大分子結合成某種特殊形式的情況下去完成功能，離開這一特定的大分子就不能發揮作用。例如，血紅蛋白的生物功能是在血液裏結合氧分子和釋放氧，它依靠了血紅素分子中的Fe2+離子。如果沒有特殊蛋白質與其結合，Fe2+遇到氧分子時隻會被氧化，不能可逆地結合和釋放氧。選擇鐵作為人體的氧載體——血紅蛋白的活性金屬，與此蛋白的演化有關，這一特定結構保證了活性或有效性。另一些生物沒有選擇鐵而是選擇釩或銅，那是由於該生物大分子在演化過程中產生了不同的蛋白質之故。
二、生物元素功能和分類
現將生物元素及其功能歸納於表1—13中。在生命物質中，除碳、氫、氧和氮參與各種有機化合物外，其它生物元素各具有一定的化學形態和功能，這些形態包括它們的遊離水合離子、與生物大分子或小分子配體形成的絡合物以及構成硬組織的難溶化合物等。
表1—13生物元素及其功能
注：標有*號的為微量元素，其餘為常量元素。
根據它們的形態、功能和分子大小，可作如下分類：
（1）無機結構物質：鈣、氟、磷、矽和少量的鎂，以難溶無機化合物形態存在於硬組織中，如SiO2、CaCO3、Ca10（PO4）6（OH）2等。
（2）具有電化學和信使功能的離子：鈉、鎂、鉀、鈣和氯等，分別以遊離水合陽離子和陰離子形式存在於細胞的內、外液中，兩者之間維持一定的濃度梯度，這種梯度的建造依靠膜以及與膜結合的金屬泵，也依靠在一側存在的配體結合金屬離子。例如，K+和Na+離子在細胞內、外大都是遊離的，但依靠K和Na泵造成兩側差異，而Mg2+和Ca2+離子除相應泵的工作外，也因在細胞裏部分地被大分子配體、膜組分結合而遠低於細胞外濃度。
（3）生物大分子：係指蛋白質、肽、核酸及類似物等需要金屬結合的大分子，包括具有催化性質和貯存、轉換功能的各種酶。
金屬蛋白質指有金屬X以化學計量方式牢固地結合的蛋白質；其中，具有催化性質的金屬蛋白絡合物稱金屬酶。在金屬酶中的X一般是必需的，至少當X缺乏或被其它元素取代時，酶的活性就會大大降低。與金屬激活酶不同，當純化時，X不容易被除去，[X]/酶活性比應接近於常數值。在以非金屬元素如X=Se或I為必需元素的酶中，這些元素是蛋白質多肽鏈的一個組成部分；作為蛋白質或其輔基，也可成為另外金屬離子的配位原子。在這些金屬酶中，金屬元素可以成為活性中心，也可以起改變或穩定蛋白質三級結構的作用。
金屬激活酶所表現的催化活性必須依靠特定金屬離子X的存在，雖然結合著金屬離子，但酶本身是指未結合金屬的蛋白質。由於X的結合是不穩定的，在純製時隨酶蛋白純度的提高，X含量越來越低，而且常可被類似元素取代。相當多的金屬激活酶可被簡單的主族金屬離子如Mg2+、K+活化，它們沒有傳遞電子或傳遞配體等作用，推想金屬離子的重要功能可能是結構（構象）固定作用等。
（4）小分子：包括形成大分子的單體，如硒代蛋氨酸等；與大分子建立平衡的低分子量配體絡合物，如血漿中的氨基酸絡合物；離子載體，如Cu2+與血漿中存在的Gly·His·Lys三肽，Fe3+的檸檬酸、天然羥肟酸絡合物、大環配體；膜磷酯結合金屬；電子傳遞化合物（葉綠素）等等。
現代生物科學從分子和亞分子水平研究生命過程，進而探索用生物科學解決生產、生活實際問題的途徑。由此觀點看，生命活動是許多具有生物活性的物質參與各種化學反應的總結果。這些反應在規定部位、按規定程序和程度進行，它們之間是相互關聯和製約的。在這些生物活性物質中，有不少就是含無機元素（特別是金屬元素）的絡合物，即作為構成金屬蛋白、核酸絡合物、輔酶中的一部分等，它們在固碳、固氮、載氧、生物礦化、細胞調節、神經傳導、免疫應答等生物過程中起著關鍵作用（圖1—4）。
這些活性絡合物起著開關、調節、控製、傳遞、放大等作用，因此它們參加的反應具有高選擇性、高效率和高收率的特點。
金屬離子（或其水合離子）本身常不具有某種生物活性，或者活性不夠，隻有與具有特定結構的配體結合成配位化合物後，才表現出特定的活性。例如，Fe2+不能與氧配位結合，隻有當它與原卟啉Ⅸ和具有特定結構的蛋白鏈結合成血紅蛋白後才能氧合。因此，雖然我們研究金屬，實際上主要研究的是與特定生物配體結合的金屬。在考察生物分子的結構-性質-活性的關係時，也必須研究配體的影響。生物配體包括蛋白質、肽、核酸、糖以及糖蛋白、脂蛋白等大分子配體，也包括一些有機、無機離子（如氨基酸、核苷酸、有機酸酸根、Cl-、HCO3-、HPO42-等）、某些維生素和激素等小分子配體。廣義地說，O2分子、CO分子等也是生物配體。不同配體所含的各種配位基團決定了對金屬的配位能力和配位方式，從而決定了生物功能。例如，在蛋白質中有著不同可配位的基團（表1—14）。
表1—14蛋白質中參與金屬配位的可解離基團
微量元素與食物營養
一、植物的營養
不同的植物種類對元素的敏感度是有差別的，現將植物培育營養液中若幹元素的不足、適宜和中毒的濃度列於表1—15。
表1—15在營養液中影響種子植物生長的濃度（mg/L）
①0·2mgPb/L降低離析的葉綠體對CO2的固定作用。
對種子植物最毒的元素看來是砷（Ⅲ），諸如鋁、硼、鎘、鈷、鉻（Ⅵ）、銅、碘、鉬、鎳、硒（Ⅳ）、鉈等在低濃度下也有毒性，其中有的是生物必需微量元素。砷（Ⅴ）、鉍、溴、氟、鐵、鋰、錳、鉛、碲、釩、鎢和鋅具有中等毒性；而鋇、鈣、氯、鉀、鎂、氮、鈉、銣、硫和鍶等僅在很高的濃度時才有毒性。
植物對Al3+和Mn2+離子的容許限度極易變化。在天然環境中，這兩種離子僅在酸性湖泊和pH＜5的沼澤地帶才能達到一定濃度。表1—15中提供的數據尚不完善，至於生長在土壤中的植物了解得更是不夠，為了預測土壤中某些元素的潛在不足和毒性，還需進行艱苦的工作。此外，這裏的資料尚未包括營養物之間可能產生的相互作用。
二、平衡膳食組成
人類在長期進化過程中，不斷地尋找和選擇食物以改善膳食，因此在人體的營養生理需要和膳食之間建立了平衡關係。如果這種關係失調，即膳食不能適應人體的營養需要，就會產生不利於人體健康的影響，甚而導致某種營養性疾病。
由於新陳代謝，每天都有一定數量的無機鹽從各種途徑排出體外，因此有必要通過膳食予以補充。無機鹽在食物中分布很廣，一般都能滿足機體需要；從實用營養的觀點看，比較容易缺乏的無機元素有鈣、鐵和碘。特別是對正在發育的兒童，青、少年，孕婦和乳母，常量元素鈣和微量元素鐵或碘的缺乏較為常見。
平衡膳食（Balanceddiet）係由多種食物構成。它不但要提供足夠數量的熱量和各種營養素，以滿足人體正常生理需要，而且要保持各種營養之間的數量平衡，以利於它們的吸收和利用，達到合理營養的目的。隨著對必需營養素及其相互關係知識的豐富和深入，對有效地利用食物資源、科學加工食品、合理調配膳食和充分發揮營養效能，提供了科學基礎。
我國曆史悠久，在營養和飲食方麵極其注意與人們健康的關係，並在發掘食物資源、釀酒、發酵食品、豆製品和烹調技術造詣上享譽世界。許多國家都製訂了膳食供給量的標準，作為評價平衡膳食的基本依據。經中國營養學會修訂提出的我國部分標準見表1—16，其中對常量元素鈣和微量元素鐵、鋅、硒等的供給量作出了明確的建議，其它必需微量元素包含在各種蛋白質和多樣食物之中。此外，尚需一定量的維生素A、D、E、核黃素、煙酸、硫胺素和抗壞血酸等。
表1-16? 我國人民每日膳食中某些營養素的推薦量①
①中國營養學會1988年10月修訂，摘自營養學報，（1989），11（1），93。
動物能從它們的食物和環境中富集有毒物質，植物在代謝過程中能蓄積和合成特殊的有毒物質。生長在植物和動物食品中的細菌和黴菌能產生毒素。食品中有的化學物是有意加入的，有的是通過人們的各種生產活動而進入的；還有一些化學物卻是在食品中自然存在的。我們對自然存在的化學物比人為加入的化學物了解較少，然而，人們通常並沒有同樣關心自然物質的可能危害。這是由於在長期接觸這些物質的經驗中，並無危險的征象，至少按正常方式食用時是沒有危險的；另一方麵，絕大多數為了一定目的加入的化學物都是先經過嚴格的試驗確定了它們的毒性，並根據安全界限製訂了食品中的允許加入量和殘留量，隻要按規定使用，不會產生有害作用。