第二章污染物的環(huán)境生態(tài)行為

1、第二章第二章 污染物的環(huán)境污染物的環(huán)境生態(tài)行為生態(tài)行為Environmental Behavior遷移、轉(zhuǎn)化遷移、轉(zhuǎn)化自然界自然界生物體內(nèi)生物體內(nèi) 課程重點：課程重點：污染物的環(huán)境生態(tài)行為污染物的環(huán)境生態(tài)行為 定義：定義： 污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化、在污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化、在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運與轉(zhuǎn)化，以及在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運與轉(zhuǎn)化，以及在生物體內(nèi)的蓄積與放大。生物體內(nèi)的蓄積與放大。路徑、化學(xué)反應(yīng)路徑、化學(xué)反應(yīng)第一節(jié)第一節(jié) 污染物在環(huán)境中的污染物在環(huán)境中的遷移和轉(zhuǎn)化遷移和轉(zhuǎn)化1.1 1.1 污染物在環(huán)境中的遷移污染物在環(huán)境中的遷移 污染物在環(huán)境中發(fā)生污染物在環(huán)境中發(fā)生空間位置空間位置的相

2、對移動的相對移動過程，結(jié)果是使局部環(huán)境中的污染物種類、過程，結(jié)果是使局部環(huán)境中的污染物種類、數(shù)量和綜合毒性強度降低或增高，污染物所數(shù)量和綜合毒性強度降低或增高，污染物所處的局部條件重新發(fā)生或大或小的變化。處的局部條件重新發(fā)生或大或小的變化。污染物在環(huán)境中的遷移方式：污染物在環(huán)境中的遷移方式：機械遷移：水、大氣、重力機械遷移：水、大氣、重力物理化學(xué)遷移物理化學(xué)遷移 無機污染物：溶解沉淀、吸附解析、氧化無機污染物：溶解沉淀、吸附解析、氧化 還原、水解、配位等還原、水解、配位等 有機污染物：上述以及化學(xué)分解、光化學(xué)分有機污染物：上述以及化學(xué)分解、光化學(xué)分 解、生物化學(xué)分解等解、生物化學(xué)分解等生物遷移

3、生物遷移 通過生物體的吸附、吸收、代謝、死亡等過程通過生物體的吸附、吸收、代謝、死亡等過程1.2 1.2 污染物在環(huán)境中的形態(tài)和分布污染物在環(huán)境中的形態(tài)和分布v1.2.1 1.2.1 污染物在環(huán)境中的形態(tài)污染物在環(huán)境中的形態(tài) 指污染物的外部形狀、化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)在環(huán)境中的表現(xiàn)形式。 Cr6+ Cr3+ 甲基汞甲基汞無機汞無機汞 六六六（六六六（7）型殺蟲力最強型殺蟲力最強 外部形狀：外部形狀：固體、流體、射線；化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)：單質(zhì)、化合態(tài)1.2.2 1.2.2 污染物的分布污染物的分布環(huán)境介質(zhì)：環(huán)境介質(zhì)：大氣、水、土壤、生物大氣、水、土壤、生物形態(tài)、相態(tài)形態(tài)、相態(tài)1.3

4、 1.3 污染物在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化污染物在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化污染物在環(huán)境中通過污染物在環(huán)境中通過物理的物理的、化學(xué)的化學(xué)的、生物學(xué)生物學(xué)的作用改變形態(tài)，或者轉(zhuǎn)變成另的作用改變形態(tài)，或者轉(zhuǎn)變成另一種物質(zhì)的過程一種物質(zhì)的過程污染物的轉(zhuǎn)化污染物的轉(zhuǎn)化遷移、轉(zhuǎn)化同時進行遷移、轉(zhuǎn)化同時進行影響污染物轉(zhuǎn)化的因素：影響污染物轉(zhuǎn)化的因素：污染物本身污染物本身的物理化學(xué)性質(zhì)；的物理化學(xué)性質(zhì)； 環(huán)境條件環(huán)境條件污染物轉(zhuǎn)化形式：污染物轉(zhuǎn)化形式：物理轉(zhuǎn)化物理轉(zhuǎn)化（只有形態(tài)的改變）（只有形態(tài)的改變）化學(xué)轉(zhuǎn)化化學(xué)轉(zhuǎn)化（通過化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)）（通過化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)） 大氣：大氣：CHCH、NONOX X、SOSO2 2光化學(xué)

5、氧化光化學(xué)氧化 水體：水體：氧化氧化還原、水解、配位反應(yīng)等還原、水解、配位反應(yīng)等 土壤：土壤：吸附催化、自由基、吸附催化、自由基、pHpH生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化（吸收和代謝）（吸收和代謝） 微生物、植物、動物微生物、植物、動物第二節(jié)第二節(jié) 外源化學(xué)物在生物體內(nèi)外源化學(xué)物在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運和轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)運和轉(zhuǎn)化 生物轉(zhuǎn)運：生物轉(zhuǎn)運：化學(xué)污染物通過生物膜的過程化學(xué)污染物通過生物膜的過程 生物轉(zhuǎn)化：生物轉(zhuǎn)化：化學(xué)物在組織細(xì)胞中發(fā)生的結(jié)化學(xué)物在組織細(xì)胞中發(fā)生的結(jié) 構(gòu)和性質(zhì)的變化過程構(gòu)和性質(zhì)的變化過程2.1 2.1 生物膜的基本結(jié)構(gòu)生物膜的基本結(jié)構(gòu)糖脂糖脂1 1、側(cè)向擴散；、側(cè)向擴散； 2 2、旋轉(zhuǎn)運動；、旋轉(zhuǎn)運動

6、； 3 3、擺動運動；、擺動運動；4 4、伸縮運動；、伸縮運動； 5 5、翻轉(zhuǎn)運動；、翻轉(zhuǎn)運動； 6 6、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)、旋轉(zhuǎn)異構(gòu)2.2 2.2 物質(zhì)的跨膜運輸物質(zhì)的跨膜運輸 被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運 ( (passive transport) ) 特殊轉(zhuǎn)運特殊轉(zhuǎn)運 ( (specialized transport) ) 膜動轉(zhuǎn)運膜動轉(zhuǎn)運 ( (cytosis) ) 特點：特點：在轉(zhuǎn)運過程中生物膜不具有主動性，是在轉(zhuǎn)運過程中生物膜不具有主動性，是一種純物理化學(xué)過程；一種純物理化學(xué)過程； 不需要消耗代謝能；不需要消耗代謝能； 被轉(zhuǎn)運的物質(zhì)只能由高濃度向低濃度運輸被轉(zhuǎn)運的物質(zhì)只能由高濃度向低濃度運輸（1 1）被

7、動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運分子量大小分子量大小化學(xué)物濃度梯度由高到低（主化學(xué)物濃度梯度由高到低（主 要因素）要因素）脂脂/ /水分配系數(shù)水分配系數(shù)外源化學(xué)物的離解或電離狀態(tài)外源化學(xué)物的離解或電離狀態(tài)簡單擴散簡單擴散濾過濾過生物膜的生物膜的孔狀結(jié)構(gòu)孔狀結(jié)構(gòu)主動轉(zhuǎn)運：主動轉(zhuǎn)運：在在載體或運載系統(tǒng)載體或運載系統(tǒng)的參與下，由低濃的參與下，由低濃度處向高濃度處轉(zhuǎn)運度處向高濃度處轉(zhuǎn)運 特點：特點： 需要有載體參加生物膜上的蛋白質(zhì)；需要有載體參加生物膜上的蛋白質(zhì)； 逆濃度轉(zhuǎn)運逆濃度轉(zhuǎn)運需要消耗一定的能量；需要消耗一定的能量； 載體對轉(zhuǎn)運的化學(xué)物具有選擇性；載體對轉(zhuǎn)運的化學(xué)物具有選擇性； 載體有容量限制；載體有容量限制；

8、 競爭性抑制，如鋁利用鈣的載體；鈷和錳利用鐵競爭性抑制，如鋁利用鈣的載體；鈷和錳利用鐵 的載運系統(tǒng)的載運系統(tǒng)易化擴散：易化擴散：不易溶于脂質(zhì)的化學(xué)物，利用載體由不易溶于脂質(zhì)的化學(xué)物，利用載體由高濃度處向低濃度處移動的過程，又稱幫助擴散或高濃度處向低濃度處移動的過程，又稱幫助擴散或載體擴散。不需要細(xì)胞供給能量。載體擴散。不需要細(xì)胞供給能量。（2 2）特殊轉(zhuǎn)運）特殊轉(zhuǎn)運/ /載體轉(zhuǎn)運載體轉(zhuǎn)運（3 3）膜動轉(zhuǎn)運）膜動轉(zhuǎn)運 細(xì)胞與環(huán)境進行的一些細(xì)胞與環(huán)境進行的一些大分子物質(zhì)大分子物質(zhì)(顆粒物顆粒物)的交的交換過程，主要特點是在轉(zhuǎn)運過程中生物膜的結(jié)構(gòu)換過程，主要特點是在轉(zhuǎn)運過程中生物膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。具

9、有特異性，并要消耗一定的能量。發(fā)生變化。具有特異性，并要消耗一定的能量。 胞吞作用：胞吞作用：吞噬作用吞噬作用（固體）（固體） 胞飲作用胞飲作用（液體）（液體） 胞吐作用：胞吐作用：由內(nèi)到外的過程由內(nèi)到外的過程2.3 2.3 環(huán)境化學(xué)物的吸收與分布環(huán)境化學(xué)物的吸收與分布體液體液環(huán)境化學(xué)物通過各種途徑透過生物機體的生環(huán)境化學(xué)物通過各種途徑透過生物機體的生物膜進入物膜進入體液體液的過程稱為吸收的過程稱為吸收細(xì)胞內(nèi)液細(xì)胞內(nèi)液(2/3)(2/3)細(xì)胞外液細(xì)胞外液(1/3):(1/3):血漿、組織液、淋巴液血漿、組織液、淋巴液(1) (1) 陸生動物的吸收陸生動物的吸收1 1）消化道：）消化道：最主要的

10、吸收途徑，主要通過簡單擴散最主要的吸收途徑，主要通過簡單擴散 少數(shù)通過主動轉(zhuǎn)運；胃、小腸少數(shù)通過主動轉(zhuǎn)運；胃、小腸 pH pH2 2）呼吸道：）呼吸道：肺（表面積大、細(xì)胞膜薄肺（表面積大、細(xì)胞膜薄1.51.5m m） 主要通過簡單擴散主要通過簡單擴散 影響因素：肺泡和血漿中的濃度差；氣體影響因素：肺泡和血漿中的濃度差；氣體 的溶解度；肺的通氣量和血流量的溶解度；肺的通氣量和血流量 通氣通氣/ /血流比；顆粒物大小血流比；顆粒物大小3) 3) 皮膚接觸：皮膚接觸：簡單擴散簡單擴散 影響因素：環(huán)境化學(xué)物本身的分子結(jié)構(gòu)；物種影響因素：環(huán)境化學(xué)物本身的分子結(jié)構(gòu)；物種 表皮屏障的完整性；環(huán)境條件表皮屏障

11、的完整性；環(huán)境條件(2)(2)環(huán)境化學(xué)物在動物體內(nèi)的運輸與分布環(huán)境化學(xué)物在動物體內(nèi)的運輸與分布 運輸途徑：循環(huán)系統(tǒng)（血管運輸途徑：循環(huán)系統(tǒng)（血管+ +淋巴管）淋巴管） 器官的差異性：消化管、呼吸道、口腔、皮膚器官的差異性：消化管、呼吸道、口腔、皮膚左心室左心室（此時為動脈血）主動脈各級動脈（此時為動脈血）主動脈各級動脈毛細(xì)血管（物質(zhì)交換）（物質(zhì)交換后變成靜脈毛細(xì)血管（物質(zhì)交換）（物質(zhì)交換后變成靜脈血各級靜脈上下腔靜脈系血各級靜脈上下腔靜脈系右心房右心房右心室右心室肺動脈肺部毛細(xì)血管（物質(zhì)交換）（物質(zhì)肺動脈肺部毛細(xì)血管（物質(zhì)交換）（物質(zhì)交換后變成動脈血）肺靜脈左心房交換后變成動脈血）肺靜脈左心房

12、左心室左心室血液循環(huán)路線：血液循環(huán)路線： 呼吸道：呼吸道：肺循環(huán)，即靜脈血肺循環(huán)，即靜脈血右心房右心室右心房右心室肺動脈肺部毛細(xì)血管（肺動脈肺部毛細(xì)血管（物質(zhì)交換物質(zhì)交換）（物質(zhì)交換）（物質(zhì)交換后變成動脈血）肺靜脈左心房左心室后變成動脈血）肺靜脈左心房左心室 消化道：消化道：食物消化小腸絨毛上皮細(xì)胞毛細(xì)食物消化小腸絨毛上皮細(xì)胞毛細(xì)血管小靜脈腸系膜靜脈血管小靜脈腸系膜靜脈肝門靜脈肝臟肝門靜脈肝臟（吸收或解毒）右心房右心室肺循環(huán)左（吸收或解毒）右心房右心室肺循環(huán)左心房左心室大動脈輸送至全身心房左心室大動脈輸送至全身 皮膚：皮膚：體液毛細(xì)血管體液毛細(xì)血管 （物質(zhì)交換后變成靜脈（物質(zhì)交換后變成靜脈血）

13、各級靜脈右心房右心室肺循環(huán)左心血）各級靜脈右心房右心室肺循環(huán)左心房左心室房左心室影響環(huán)境化學(xué)物分布的因素：影響環(huán)境化學(xué)物分布的因素：血流量：血流量：肝臟、腎臟肝臟、腎臟親和力：親和力： 鉛染毒，鉛染毒， 2h 502h 50分布在肝臟；分布在肝臟；1 1個月后，個月后，9090分布在骨中分布在骨中 TCDD 5min 15TCDD 5min 15肺，肺，1 1 脂肪；脂肪；24h24h，2020分分布在脂肪組織布在脂肪組織體內(nèi)屏障：體內(nèi)屏障：血腦屏障、胎盤屏障、血眼屏障血腦屏障、胎盤屏障、血眼屏障貯存貯存 貯存：貯存：進入血液的環(huán)境化學(xué)物大部分與血進入血液的環(huán)境化學(xué)物大部分與血漿蛋白或體內(nèi)不同

14、組織成分結(jié)合，積聚在漿蛋白或體內(nèi)不同組織成分結(jié)合，積聚在特定部位特定部位 貯存庫：貯存庫：積聚有高濃度的外源化學(xué)物，但積聚有高濃度的外源化學(xué)物，但并不顯示毒性。并不顯示毒性。 動物體內(nèi)的貯存庫主要有：動物體內(nèi)的貯存庫主要有：血漿蛋白；肝血漿蛋白；肝和腎；脂肪組織；骨骼組織和腎；脂肪組織；骨骼組織(2) (2) 植物的吸收植物的吸收1 1）根部吸收）根部吸收影響植物根部對環(huán)境化學(xué)物吸收的因素影響植物根部對環(huán)境化學(xué)物吸收的因素 植物本身的生活習(xí)性植物本身的生活習(xí)性 環(huán)境因素：溫度；根際環(huán)境的通氣狀況；環(huán)境因素：溫度；根際環(huán)境的通氣狀況；土壤溶液中的離子濃度；土壤溶液中的離子濃度；pHpH值；離子之

15、間值；離子之間的相互作用的相互作用2 2）地上部分的吸收）地上部分的吸收從葉子進入通道：從葉子進入通道： 氣孔；氣孔；角質(zhì)層角質(zhì)層(裂縫裂縫 細(xì)胞壁細(xì)胞壁外連絲外連絲細(xì)胞膜細(xì)胞膜)影響葉片吸收的因素：影響葉片吸收的因素： 表面張力；表面張力； 溫度；溫度； 呼吸抑制劑；呼吸抑制劑； 與溶液的接觸時間；與溶液的接觸時間； 植物的內(nèi)在因素植物的內(nèi)在因素 利用指示植物來監(jiān)控環(huán)境的大氣污染狀況利用指示植物來監(jiān)控環(huán)境的大氣污染狀況3)3)環(huán)境化學(xué)物在植物體內(nèi)的運輸與分布環(huán)境化學(xué)物在植物體內(nèi)的運輸與分布 運輸途徑：維管系統(tǒng)運輸途徑：維管系統(tǒng) 木質(zhì)部導(dǎo)管：向上，根部吸收木質(zhì)部導(dǎo)管：向上，根部吸收 韌皮部篩管

16、：向下，葉片吸收韌皮部篩管：向下，葉片吸收 分布：分布：與運輸距離的遠(yuǎn)近有關(guān)與運輸距離的遠(yuǎn)近有關(guān) 與物質(zhì)是否參與循環(huán)利用有關(guān)與物質(zhì)是否參與循環(huán)利用有關(guān) 凱氏帶：某些重金屬凱氏帶：某些重金屬課程重點課程重點了解生物轉(zhuǎn)化了解生物轉(zhuǎn)化重點掌握排泄的主要途徑重點掌握排泄的主要途徑(腎、肝腎、肝)理解生物蓄積、生物富集、生物理解生物蓄積、生物富集、生物放大放大3個概念的區(qū)別個概念的區(qū)別2.4 2.4 生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化（biotransformationbiotransformation） 外源化學(xué)物通過不同途徑進入生物機體，外源化學(xué)物通過不同途徑進入生物機體，在體內(nèi)在體內(nèi)酶系統(tǒng)酶系統(tǒng)的作用下，發(fā)生各種的

17、作用下，發(fā)生各種化學(xué)化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)，代謝轉(zhuǎn)變成，代謝轉(zhuǎn)變成水溶性高水溶性高而易于排出而易于排出體外的化合物的過程稱為生物轉(zhuǎn)化或代體外的化合物的過程稱為生物轉(zhuǎn)化或代謝轉(zhuǎn)化。謝轉(zhuǎn)化。外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化的階段：外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化的階段： 第一相反應(yīng)第一相反應(yīng)（phasereaction）：氧化、氧化、還原、水解還原、水解；形成一些極性基團 第二相反應(yīng)第二相反應(yīng)（ phasereaction ）：結(jié)結(jié)合反應(yīng)合反應(yīng)：第一相反應(yīng)的代謝中間產(chǎn)物與某些內(nèi)源化學(xué)物的中間代謝產(chǎn)物相互反應(yīng)，生成極性較強的親水化合物生物轉(zhuǎn)化的特點生物轉(zhuǎn)化的特點: 同一外源化學(xué)物可能存在多種轉(zhuǎn)化途徑同一外源化學(xué)物可能存在多種轉(zhuǎn)化途徑 不

18、同的反應(yīng)可先后進行，可在同一組織器不同的反應(yīng)可先后進行，可在同一組織器官，也可在不同組織器官官，也可在不同組織器官 一般經(jīng)過代謝后毒性降低（生物失活或解一般經(jīng)過代謝后毒性降低（生物失活或解毒作用），但也有例外（生物活化）毒作用），但也有例外（生物活化） 外源化學(xué)物的生物轉(zhuǎn)化過程均為酶促反應(yīng)外源化學(xué)物的生物轉(zhuǎn)化過程均為酶促反應(yīng) 轉(zhuǎn)化過程主要在肝臟中進行轉(zhuǎn)化過程主要在肝臟中進行2.4.1 2.4.1 生物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型生物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型 氧化反應(yīng)：氧化反應(yīng)：( (非非) )微粒體混合功能氧化酶系微粒體混合功能氧化酶系 還原反應(yīng)：還原反應(yīng)：次要的，主要在腸道進行次要的，主要在腸道進行 水解反應(yīng)：水解反應(yīng)：水解酶，農(nóng)藥水解酶，農(nóng)藥 結(jié)合反應(yīng)：結(jié)合反應(yīng)：GSHGSH，肝、腎，肝、腎核糖核蛋白體核糖核蛋白體2.4.2 2.4.2 外源化學(xué)物對生物轉(zhuǎn)化酶外源化學(xué)物對生物轉(zhuǎn)化酶的誘導(dǎo)和抑制的誘導(dǎo)和抑制 酶的誘導(dǎo)酶的誘導(dǎo) 外源化學(xué)物使某些代謝酶系的外源化學(xué)物使某些代謝酶系的活力增強活力增強或酶的或酶的含量增加含量增加，并因此，并因此促進促進外源化學(xué)外源化學(xué)物的轉(zhuǎn)化過程，這種現(xiàn)象稱為酶的誘導(dǎo)物的轉(zhuǎn)化過程，這種現(xiàn)象稱為酶的誘導(dǎo)效應(yīng)效應(yīng)苯巴比妥、苯巴比妥、D