選修2 生物科學(xué)與環(huán)境emma2013-9-27)

1、生物科學(xué)與環(huán)境生物科學(xué)與環(huán)境(1)污染是指對人或其他生物產(chǎn)生有害影響的污染是指對人或其他生物產(chǎn)生有害影響的一種一種環(huán)境變化環(huán)境變化。(2)污染的類型污染的類型根據(jù)污染對象根據(jù)污染對象大氣污染大氣污染水污染水污染土壤污染土壤污染根據(jù)污染物種類根據(jù)污染物種類物理性污染物理性污染化學(xué)性污染化學(xué)性污染生物性污染生物性污染病原體污染病原體污染變應(yīng)原污染變應(yīng)原污染生物入侵生物入侵一、病原體污染一、病原體污染病原生物在環(huán)境中不斷繁殖和散播所造成的污病原生物在環(huán)境中不斷繁殖和散播所造成的污染就稱為染就稱為病原體污染病原體污染。對病原生物的認(rèn)識過程對病原生物的認(rèn)識過程1.我國古代著名醫(yī)生我國古代著名醫(yī)生張仲景的

2、張仲景的傷寒論傷寒論，將，將疫病稱為傷寒疫病稱為傷寒，是我國，是我國第一部傳染病學(xué)專第一部傳染病學(xué)專著著。還沒有清楚的認(rèn)識到致病微生物與還沒有清楚的認(rèn)識到致病微生物與疫病的關(guān)系。（摸索階段）疫病的關(guān)系。（摸索階段）2.法國巴斯德第一次用試驗證明了微生物與疫法國巴斯德第一次用試驗證明了微生物與疫病的關(guān)系，建立了病的關(guān)系，建立了“微生物致病學(xué)說微生物致病學(xué)說”炭疽桿菌、結(jié)核桿菌和霍亂桿菌生物性污染生物性污染 3.科赫原則科赫原則（德國細(xì)菌學(xué)家）（德國細(xì)菌學(xué)家）確定傳染確定傳染病病原微生物病病原微生物的四條標(biāo)準(zhǔn)的四條標(biāo)準(zhǔn) （1）在所有的患者身上都能找到這種病原）在所有的患者身上都能找到這種病原體，而

3、健康人沒有體，而健康人沒有 （2）從患者身上分離出的這種病原體能夠）從患者身上分離出的這種病原體能夠在實驗室中進(jìn)行培養(yǎng)和繁殖在實驗室中進(jìn)行培養(yǎng)和繁殖 （3）把從實驗室中分離出來的病原體再注）把從實驗室中分離出來的病原體再注射到實驗動物體內(nèi)，可以使該動物得與人同射到實驗動物體內(nèi)，可以使該動物得與人同樣癥狀的疾病樣癥狀的疾病 （4）從患病實驗動物體內(nèi)分離出這種病原）從患病實驗動物體內(nèi)分離出這種病原體，證明這種病原體還能夠在實驗室中繼續(xù)體，證明這種病原體還能夠在實驗室中繼續(xù)培養(yǎng)。培養(yǎng)。P105圖4-2一、病原體污染一、病原體污染（二）流行病學(xué)的研究（二）流行病學(xué)的研究 以患病個體為研究對象以患病個體

4、為研究對象 以研究人群中發(fā)生某種疾病病例數(shù)上升的以研究人群中發(fā)生某種疾病病例數(shù)上升的情況及其原因和如何控制的流行病學(xué)情況及其原因和如何控制的流行病學(xué)（了解病原體在人體內(nèi)的感（了解病原體在人體內(nèi)的感染過程及致病機理，找到個染過程及致病機理，找到個體水平的治療措施）體水平的治療措施）（了解傳染病在人群中發(fā)生、（了解傳染病在人群中發(fā)生、蔓延的過程和規(guī)律）蔓延的過程和規(guī)律）1988年上海甲肝流行案例年上海甲肝流行案例 患者的排泄物污染了海水，造成生長在海患者的排泄物污染了海水，造成生長在海涂上的毛蚶帶有甲肝病毒涂上的毛蚶帶有甲肝病毒P1051061、傳染源：體內(nèi)有病原體生長、繁殖并能排出病、傳染源：體

5、內(nèi)有病原體生長、繁殖并能排出病原體的人或動物原體的人或動物怎么識別傳染源？怎么識別傳染源？人感染病原體后一般要經(jīng)過人感染病原體后一般要經(jīng)過潛伏期潛伏期、臨床癥狀期臨床癥狀期、恢復(fù)期恢復(fù)期等過程，等過程，識別傳染源識別傳染源特例：艾滋病以隱性感染為主，表現(xiàn)出病癥的人特例：艾滋病以隱性感染為主，表現(xiàn)出病癥的人占少數(shù)占少數(shù)-“冰山現(xiàn)象冰山現(xiàn)象”檢驗血液中的抗體、基因診斷將隱性感染者識別出檢驗血液中的抗體、基因診斷將隱性感染者識別出1、控制傳染源、控制傳染源 ：1989年頒布了年頒布了傳染病防治傳染病防治法法，將傳染病分為甲、乙、丙三類。甲類為強，將傳染病分為甲、乙、丙三類。甲類為強制管理，乙類為嚴(yán)格

6、管理，丙類為監(jiān)測管理。制管理，乙類為嚴(yán)格管理，丙類為監(jiān)測管理。 對甲類的患者、疑似病例、病原攜帶者及乙類傳對甲類的患者、疑似病例、病原攜帶者及乙類傳染病中的艾滋病、炭疽病患者必須進(jìn)行住院隔離染病中的艾滋病、炭疽病患者必須進(jìn)行住院隔離2、切斷傳播途徑、切斷傳播途徑傳播途徑：傳播途徑：病原體從傳染源體內(nèi)排出后還未侵入病原體從傳染源體內(nèi)排出后還未侵入到新的易感者機體前，在外界環(huán)境中停留和轉(zhuǎn)到新的易感者機體前，在外界環(huán)境中停留和轉(zhuǎn)移所經(jīng)歷的全過程。移所經(jīng)歷的全過程。直接傳播（傳染源排出的病原體不經(jīng)環(huán)境媒介直接傳播（傳染源排出的病原體不經(jīng)環(huán)境媒介物直接到達(dá)易感者，如物直接到達(dá)易感者，如HIV通過血液、性

7、接觸通過血液、性接觸和母嬰途徑直接傳播）和母嬰途徑直接傳播）間接傳播（傳染源排出的病原體經(jīng)空氣、食物、間接傳播（傳染源排出的病原體經(jīng)空氣、食物、水、蚊蠅等環(huán)境媒介物傳遞到易感者）水、蚊蠅等環(huán)境媒介物傳遞到易感者）注意：某種傳染病的傳播途徑，往往與病原體在注意：某種傳染病的傳播途徑，往往與病原體在傳染源體內(nèi)的原始寄生部位有關(guān)。病原體的原始傳染源體內(nèi)的原始寄生部位有關(guān)。病原體的原始寄生部位通常預(yù)示著病原體被排出的特點和侵入寄生部位通常預(yù)示著病原體被排出的特點和侵入易感者的部位易感者的部位流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一種新傳染病突然出現(xiàn)的時候，流行非常迅速，而且病死率較高，危害較大。然而反復(fù)多次后，流行范圍和

8、危害程度明顯減小。病原體侵染過的人獲得針對該病的特異性免疫力。病原體侵染過的人獲得針對該病的特異性免疫力。在長時間反復(fù)流行過程中，具有免疫力的人數(shù)占在長時間反復(fù)流行過程中，具有免疫力的人數(shù)占群體總數(shù)的比例不斷上升，群體總數(shù)的比例不斷上升，當(dāng)這一比例上升到一當(dāng)這一比例上升到一定值時就能構(gòu)成定值時就能構(gòu)成免疫屏障免疫屏障，阻止該種傳染病的繼，阻止該種傳染病的繼續(xù)流行續(xù)流行免疫屏障的形成需要多次傳染病流行的累積免疫屏障的形成需要多次傳染病流行的累積3、保護(hù)易感人群、保護(hù)易感人群接種疫苗構(gòu)成免疫屏障接種疫苗構(gòu)成免疫屏障（三）控制病原體污染（三）控制病原體污染 傳染病流行是病原體污染的一種主要形式，傳染

9、病流行是病原體污染的一種主要形式，其實病原體污染還有其他類型：寄生蟲，分其實病原體污染還有其他類型：寄生蟲，分泌的毒素引起中毒、腹瀉，誘發(fā)癌癥泌的毒素引起中毒、腹瀉，誘發(fā)癌癥 措施：措施：“預(yù)防勝過醫(yī)治預(yù)防勝過醫(yī)治”已成為許多國家的已成為許多國家的公共衛(wèi)生政策公共衛(wèi)生政策 建立完善的公共衛(wèi)生體系建立完善的公共衛(wèi)生體系 加強有關(guān)傳染病知識的宣傳以及理解和關(guān)愛加強有關(guān)傳染病知識的宣傳以及理解和關(guān)愛患者患者 提高公民的公共衛(wèi)生意識和養(yǎng)成良好的生活提高公民的公共衛(wèi)生意識和養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣習(xí)慣二、生物入侵二、生物入侵外來物種：人類有意無意地將外來物種：人類有意無意地將某一地區(qū)某一地區(qū)的物種引入的物種引

10、入另另一地區(qū)一地區(qū)，使它們成為外來物種，使它們成為外來物種胡蘿卜、菠蘿、大蒜等原產(chǎn)于中亞，黃瓜、絲瓜、姜胡蘿卜、菠蘿、大蒜等原產(chǎn)于中亞，黃瓜、絲瓜、姜原產(chǎn)于印度原產(chǎn)于印度入侵種：能造成危害的外來物種入侵種：能造成危害的外來物種究竟什么樣的外來物種更容易成為入侵種？從入侵種究竟什么樣的外來物種更容易成為入侵種？從入侵種和被入侵的生態(tài)系統(tǒng)這兩個方面來研究和被入侵的生態(tài)系統(tǒng)這兩個方面來研究生物入侵：生物由原生存地經(jīng)自然或人為途徑傳播到生物入侵：生物由原生存地經(jīng)自然或人為途徑傳播到另外地方，損害入侵地的生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性，以另外地方，損害入侵地的生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性，以及人類健康，并影響當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)、林

11、、牧與漁業(yè)生產(chǎn)造及人類健康，并影響當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)、林、牧與漁業(yè)生產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)災(zāi)難，這個過程稱為生物入侵。成經(jīng)濟(jì)損失和生態(tài)災(zāi)難，這個過程稱為生物入侵。外來物種不一定都是入侵種外來物種不一定都是入侵種，有些外來物種對，有些外來物種對生態(tài)系統(tǒng)是有益的生態(tài)系統(tǒng)是有益的生物性污染生物性污染入侵種的入侵性與其生活史及生態(tài)學(xué)特征有密切關(guān)系，入侵種的入侵性與其生活史及生態(tài)學(xué)特征有密切關(guān)系，入侵性強的物種都具有一些相應(yīng)的特征，如繁殖能力入侵性強的物種都具有一些相應(yīng)的特征，如繁殖能力強。另外，生物學(xué)家相信，一個入侵種的成功入侵，強。另外，生物學(xué)家相信，一個入侵種的成功入侵，不僅依賴于其自身的生活史特征，還與被侵

12、生態(tài)系統(tǒng)不僅依賴于其自身的生活史特征，還與被侵生態(tài)系統(tǒng)的特征和群落對入侵種的易感性有關(guān)。的特征和群落對入侵種的易感性有關(guān)。1、“多樣性阻抗假說多樣性阻抗假說”：結(jié)構(gòu)簡單的群落更容易被入：結(jié)構(gòu)簡單的群落更容易被入侵，因為它的生態(tài)平衡更容易被打破侵，因為它的生態(tài)平衡更容易被打破2、“生物因子失控假說生物因子失控假說”：外來入侵種在新區(qū)域得以：外來入侵種在新區(qū)域得以生存和繁殖，不是因為入侵種本身具有的特性，而是由生存和繁殖，不是因為入侵種本身具有的特性，而是由于它們偶然到達(dá)了沒有天敵或其他生物限制的新環(huán)境，于它們偶然到達(dá)了沒有天敵或其他生物限制的新環(huán)境，因而快速擴散形成災(zāi)害因而快速擴散形成災(zāi)害入侵過

13、程及控制入侵過程及控制B區(qū)區(qū)域域外來種外來種第一階段：外來物種引入階段第一階段：外來物種引入階段建群建群第二階段：初期定居與成功地第二階段：初期定居與成功地建立種群階段建立種群階段由于由于個體數(shù)量少、缺個體數(shù)量少、缺乏遺傳多樣性，可能乏遺傳多樣性，可能形成近親繁殖導(dǎo)致物形成近親繁殖導(dǎo)致物種退化種退化，所以是種群，所以是種群發(fā)展的發(fā)展的瓶頸期瓶頸期入侵過程及控制入侵過程及控制B區(qū)區(qū)域域外來種外來種第一階段：外來物種引入階段第一階段：外來物種引入階段建群建群第二階段：初期定居與成功地第二階段：初期定居與成功地建立種群階段建立種群階段遲滯階段遲滯階段第三個階段：遲滯階段第三個階段：遲滯階段由于由于入

14、侵時間短，個入侵時間短，個體基數(shù)小，所以種群體基數(shù)小，所以種群增長緩慢增長緩慢，但每一代，但每一代對新環(huán)境的適應(yīng)能力對新環(huán)境的適應(yīng)能力都有所增強都有所增強入侵過程及控制入侵過程及控制B區(qū)區(qū)域域外來種外來種第一階段：外來物種引入階段第一階段：外來物種引入階段建群建群第二階段：初期定居與成功地第二階段：初期定居與成功地建立種群階段建立種群階段遲滯階段遲滯階段入侵種入侵種第三個階段：遲滯階段第三個階段：遲滯階段第四階段：擴散和暴發(fā)第四階段：擴散和暴發(fā)階段階段 入侵生物已基本適應(yīng)新的生態(tài)系統(tǒng)，種群已發(fā)展到一入侵生物已基本適應(yīng)新的生態(tài)系統(tǒng)，種群已發(fā)展到一定數(shù)量，具有合理的年齡結(jié)構(gòu)和性別比例，并具有快速定

15、數(shù)量，具有合理的年齡結(jié)構(gòu)和性別比例，并具有快速增長和擴散能力增長和擴散能力入侵過程及控制入侵過程及控制B區(qū)區(qū)域域外來種外來種建群建群遲滯階段遲滯階段入侵種入侵種第一次轉(zhuǎn)移：從進(jìn)第一次轉(zhuǎn)移：從進(jìn)口到引入，稱為逃口到引入，稱為逃逸逸第二次轉(zhuǎn)移：從引第二次轉(zhuǎn)移：從引入到建立種群，稱入到建立種群，稱為建群為建群第三次轉(zhuǎn)移：從建第三次轉(zhuǎn)移：從建群到變成經(jīng)濟(jì)上有群到變成經(jīng)濟(jì)上有負(fù)作用的生物，即負(fù)作用的生物，即入侵種入侵種經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益每次轉(zhuǎn)移的概率大約是每次轉(zhuǎn)移的概率大約是10%，稱為，稱為“十分之一法則十分之一法則”。所。所以，某一外來物種變成有害的入侵種是一個概率極小的以，某一外

16、來物種變成有害的入侵種是一個概率極小的事件。事件。(3)生物入侵的控制生物入侵的控制外來物種的入侵途徑一般有三種：外來物種的入侵途徑一般有三種：a.人為有意引入；人為有意引入；b.人為無意帶入；人為無意帶入；c.自然入侵。自然入侵。應(yīng)對生物入侵的措施：以防為主，進(jìn)一步完善法律和應(yīng)對生物入侵的措施：以防為主，進(jìn)一步完善法律和法規(guī)，確保與所有相關(guān)的國際公約和項目保持一致。法規(guī)，確保與所有相關(guān)的國際公約和項目保持一致。第二節(jié)第二節(jié) 生物凈化生物凈化我國環(huán)境污染最突出的問題是水污染，解決我國環(huán)境污染最突出的問題是水污染，解決環(huán)境問題首先要環(huán)境問題首先要“防防”，其次是，其次是“治治”一、生物凈化的原理

17、一、生物凈化的原理生態(tài)系統(tǒng)中的許多生物均有一定的凈化環(huán)境污生態(tài)系統(tǒng)中的許多生物均有一定的凈化環(huán)境污染的能力，不同生態(tài)系統(tǒng)均具有一定的抵御環(huán)染的能力，不同生態(tài)系統(tǒng)均具有一定的抵御環(huán)境污染的境污染的自我凈化功能自我凈化功能水體中的好氧微生物水體中的好氧微生物水體中的厭氧微生物水體中的厭氧微生物徹底分解有機物成為無機物徹底分解有機物成為無機物 分解有機物生成分解有機物生成硫化氫、甲硫化氫、甲烷等，水質(zhì)變壞并腐化發(fā)臭味烷等，水質(zhì)變壞并腐化發(fā)臭味溶解氧溶解氧水體水體污水污水有機物是有機物是營養(yǎng)來源營養(yǎng)來源好氧微好氧微生物大生物大量繁殖量繁殖耗氧耗氧分解分解有機污染物有機污染物空氣和植物空氣和植物光合光合

18、復(fù)氧復(fù)氧開始：耗氧開始：耗氧速率超過復(fù)速率超過復(fù)氧速率氧速率耗氧耗氧=復(fù)氧，復(fù)氧，溶氧量達(dá)到最溶氧量達(dá)到最低點即臨界點低點即臨界點 有機污染物大為減少，耗氧復(fù)氧，溶氧量開始增加有機污染物大為減少，耗氧復(fù)氧，溶氧量開始增加正常情況下的溶氧量氧垂曲線最大缺氧點水體復(fù)氧曲線有機物分解的耗氧曲線時間溶解氧Cp0溶氧量變化狀況反映了水體有機污染物的凈化過溶氧量變化狀況反映了水體有機污染物的凈化過程。把溶氧量作為水體自凈狀況的標(biāo)志。程。把溶氧量作為水體自凈狀況的標(biāo)志。 水體污染過程溶氧量的變化可用氧垂曲線表示水體污染過程溶氧量的變化可用氧垂曲線表示(1)有機物的變化：在污水注入點有機物量達(dá)到最高，然后有機

19、物的變化：在污水注入點有機物量達(dá)到最高，然后在細(xì)菌的作用下，逐漸減少。在細(xì)菌的作用下，逐漸減少。(2)好氧型細(xì)菌的變化：隨著污水的注入，好氧型細(xì)菌的數(shù)好氧型細(xì)菌的變化：隨著污水的注入，好氧型細(xì)菌的數(shù)量迅速增加達(dá)到最高值，隨著有機物的減少也隨著下降。量迅速增加達(dá)到最高值，隨著有機物的減少也隨著下降。(3)溶解氧的變化：隨著好氧型細(xì)菌的大量繁殖，水中溶氧溶解氧的變化：隨著好氧型細(xì)菌的大量繁殖，水中溶氧量逐漸減少，隨著藻類的增加而逐漸增多。量逐漸減少，隨著藻類的增加而逐漸增多。(4)藻類變化：隨著有機物被分解成無機物，藻類數(shù)量逐漸藻類變化：隨著有機物被分解成無機物，藻類數(shù)量逐漸增加，隨著無機物的減少

20、其數(shù)量下降。增加，隨著無機物的減少其數(shù)量下降。(5)無機物的變化：隨著有機物的分解逐漸增加，隨著藻類無機物的變化：隨著有機物的分解逐漸增加，隨著藻類的大量繁殖而減少。的大量繁殖而減少。二、生物凈化技術(shù)二、生物凈化技術(shù)生物凈化技術(shù)的基本原理：通過一定的技術(shù)手段，生物凈化技術(shù)的基本原理：通過一定的技術(shù)手段，人人為地放大和強化生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力為地放大和強化生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，從而達(dá)到有效，從而達(dá)到有效治理環(huán)境污染的目的。治理環(huán)境污染的目的。應(yīng)用應(yīng)用最廣泛的生物凈化技術(shù)是污水生物處理技術(shù)最廣泛的生物凈化技術(shù)是污水生物處理技術(shù)，其，其原理是原理是利用處理系統(tǒng)中的各種微生物的代謝作用除去利用處理系統(tǒng)中的

21、各種微生物的代謝作用除去污水中的污染物污水中的污染物，其工藝可分為，其工藝可分為活性污泥法活性污泥法、懸浮細(xì)懸浮細(xì)胞法胞法、生物膜法生物膜法等多種類型。等多種類型。（一）活性污泥法（一）活性污泥法 原理：人為提高水體的復(fù)氧速率以保持水體具有較高原理：人為提高水體的復(fù)氧速率以保持水體具有較高的溶氧量，同時控制適宜的水體溫度。的溶氧量，同時控制適宜的水體溫度。pH等有利于耗氧等有利于耗氧微生物生長的條件，就可以大大增強好氧微生物對有機污微生物生長的條件，就可以大大增強好氧微生物對有機污染物的分解能力染物的分解能力二、生物凈化技術(shù)二、生物凈化技術(shù)（一）活性污泥法（一）活性污泥法活性污泥法污水處理技術(shù)

22、：活性污泥法污水處理技術(shù)：活性污泥是由活性污泥是由各種微生物各種微生物、有機物有機物和和無機物膠體無機物膠體、懸浮物懸浮物構(gòu)成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的肉眼可構(gòu)成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的肉眼可見的絨絮微生物共生體。見的絨絮微生物共生體。這樣的共生體有很強的這樣的共生體有很強的吸附能力和降解能力吸附能力和降解能力，可以吸附，可以吸附和降解很多的污染物，以達(dá)到處理和凈化污水的目的和降解很多的污染物，以達(dá)到處理和凈化污水的目的一次沉一次沉淀池淀池進(jìn)水進(jìn)水曝氣池曝氣池污泥池污泥池出水出水二次沉淀池二次沉淀池活性污泥法：污水經(jīng)初步沉淀活性污泥法：污水經(jīng)初步沉淀送到曝氣池送到曝氣池有機污染物有機污染物被活性污泥吸附并被好氧微生物分解被活性污泥吸附并被好氧微生物分解二次沉淀池內(nèi)活性二次沉淀池內(nèi)活性污泥與已凈化的水分離污泥與已凈化的水分離凈水排出、污泥回流、多余污泥凈水排出、污泥回流、多余污泥排出經(jīng)處理移作他用。排出經(jīng)處理移作他用。(二二)懸浮細(xì)胞法懸浮細(xì)胞法：把待處理的污水集中在大池中，利用污：把待處理的污水集中在大池中，利用污水中懸