《環(huán)境生物學(xué)》課件

環(huán)境生物學(xué)環(huán)境生物學(xué)1緒論

本章主要討論以下三方面的內(nèi)容：環(huán)境與環(huán)境問題環(huán)境科學(xué)概述環(huán)境生物學(xué)概述緒論本章主要討論以下三方面的內(nèi)容：21環(huán)境與環(huán)境問題環(huán)境（Environment）的概念：請(qǐng)思考以下三個(gè)問題：“這里環(huán)境真優(yōu)美！”中的“環(huán)境”指的是什么？作為環(huán)境科學(xué)術(shù)語的“環(huán)境”指的是什么？生態(tài)學(xué)中“環(huán)境”的概念又是什么？1環(huán)境與環(huán)境問題環(huán)境（Environment）的概念：3一般工具書中定義的“環(huán)境”概念是指人以外的客觀事物，將環(huán)境作為一種人以外的客觀存在來加以定義，如新華字典中定義為：周圍的一切事物。作為環(huán)境科學(xué)術(shù)語的“環(huán)境”概念環(huán)境科學(xué)所研究的中心事物是“人”，則環(huán)境是以人類為主體的外部世界，是“人類生存的環(huán)境”，在此基礎(chǔ)上定義：

影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總和。

生態(tài)學(xué)中“環(huán)境”的概念生態(tài)學(xué)研究的中心事物是“生物”，則環(huán)境是以整個(gè)生物界的生命為主體，是“生物生存的環(huán)境”，可定義： 直接或間接影響生物生存和發(fā)展的各種因素的總和。

小結(jié)：“環(huán)境”具有相對(duì)性，在不同的學(xué)科中含義不同，主體的改變往往導(dǎo)致環(huán)境概念含義的不同。人類是環(huán)境發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，環(huán)境是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，環(huán)境在影響人類生產(chǎn)、生活的同時(shí)，人類也在不斷地利用和改造自然環(huán)境。故人類和環(huán)境密切聯(lián)系，相互作用。

一般工具書中定義的“環(huán)境”概念4環(huán)境問題環(huán)境問題的概念指由于人類活動(dòng)作用于人們周圍的環(huán)境所引起的環(huán)境質(zhì)量變化，以及這種變化反過來對(duì)人類生產(chǎn)、生活和健康的影響問題。其產(chǎn)生是人類社會(huì)發(fā)展到一定階段人類與環(huán)境矛盾激化的產(chǎn)物。其實(shí)質(zhì)是由于人類活動(dòng)超出了環(huán)境的承受能力，對(duì)其所賴以生存的自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了破壞作用，導(dǎo)致人與其生存環(huán)境的不協(xié)調(diào)。環(huán)境問題的分類環(huán)境污染生態(tài)破壞重大的環(huán)境問題溫室效應(yīng)和氣候變暖臭氧層的破壞酸雨有毒物質(zhì)污染環(huán)境問題環(huán)境問題的概念520世紀(jì)著名的八大公害事件公害事件名稱地點(diǎn)時(shí)間危害情況1.馬斯河谷煙霧事件比利時(shí)1930.12幾千人發(fā)病，60人死亡2.多諾拉煙霧事件美國1948.10 6000人患病，17人死亡3.倫敦?zé)熿F事件英國1952.125天內(nèi)4000人死亡4.洛杉磯光化學(xué)煙霧美國40年代引起眼病，喉頭炎,頭痛5.水俁事件日本1953始癡呆，神經(jīng)失常，死亡6.富山事件日本1931始關(guān)節(jié)痛,骨骼軟化萎縮,痛死？？7.四日事件日本1970年哮喘，肺氣腫，10多人死亡8.米糠油事件 日本1968年患者5千多人，死亡16人表緒－120世紀(jì)著名的八大公害事件20世紀(jì)著名的八大公害事件公害事件名稱地點(diǎn)時(shí)間危害情6溫室效應(yīng)與全球變暖溫室效應(yīng)大氣對(duì)地表熱輻射能遮擋保溫的屬性類似溫室中玻璃具有的作用，故被稱為溫室效應(yīng)。溫室氣體大氣中能強(qiáng)烈吸收地面輻射產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體。包括：二氧化碳、水汽、甲烷、氧化亞氮、臭氧等。全球變暖問題主要指人為活動(dòng)造成的溫室氣體增加，溫室效應(yīng)增強(qiáng)帶來的氣候變化。人類活動(dòng)對(duì)氣候變暖的影響主要表現(xiàn)為由于工業(yè)生產(chǎn)需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化發(fā)展等引起人為排放的二氧化碳等溫室氣體不斷增加；熱帶森林和溫帶植被破壞嚴(yán)重，光合作用吸收二氧化碳的能力減弱。溫室效應(yīng)與全球變暖溫室效應(yīng)7資料表明1860年以來，全球地表年平均氣溫升高了0.3-0.6℃；根據(jù)跨政府氣候變化委員會(huì)預(yù)測，從1990到2100年，全球陸面氣溫將增加2℃；氣候變暖的直接結(jié)果是世界各地冰川的溶化（后退），引起海平面的上升。海平面升高的后果是嚴(yán)重的，將直接威脅世界沿海城市及30多個(gè)島嶼的生存和發(fā)展。美國環(huán)保專家預(yù)測，再過50－70年，東京、大阪、曼谷、威尼斯、圣彼得堡、阿姆斯特丹以及中國等一些沿海城市會(huì)被完全和局部淹沒。氣候變暖的間接結(jié)果是災(zāi)害性氣候：厄爾尼諾現(xiàn)象。厄爾尼諾可以引起全球大范圍的干旱，也可使某些地區(qū)暴雨成災(zāi)。例如，1997年3月開始的第14次厄爾尼諾：中國：長江、松花江、嫩江全流域大洪水，直接損失幾千億元。98年1月10日張北地區(qū)6．2級(jí)地震。11月19日云南寧蒗又生生6．2級(jí)地震。資料表明8臭氧層破壞臭氧——O3臭氧大部分集中在10~30km的平流層。平流層中臭氧的存在對(duì)于地球生命物質(zhì)至關(guān)重要，通過吸收太陽輻射維護(hù)地球的能量平衡和生態(tài)平衡。因?yàn)?，它阻擋了UV-B段紫外輻射到達(dá)地面。研究表明UV—B能破壞生物蛋白質(zhì)和基因物質(zhì)，造成細(xì)胞死亡；使八類皮膚癌發(fā)病率增高；傷害眼睛導(dǎo)致白內(nèi)障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜類、蔬菜等的生長；并穿透10m深的水層，殺死浮游植物和微生物，從而危及水中生物的食物鏈和自由氧的來源，影響生態(tài)平衡和水體的自凈能力。因此，臭氧層實(shí)際上已成為地球生命系統(tǒng)的保護(hù)層。南極臭氧層空洞——OzoneHole80年代觀測發(fā)現(xiàn)，自每年9月份下旬開始，南極洲上空的臭氧總量迅速減少一半左右，極地上空臭氧層的中心地帶，近90％臭氧被破壞，若從地面向上觀測，高空臭氧層已極其稀薄，與周圍相比象是形成了一個(gè)直徑上千公里的洞，稱為“臭氧洞”。臭氧層破壞臭氧——O39酸雨一般將pH小于5.6的降雨稱為酸雨。酸雨的成因？酸雨的危害？酸雨一般將pH小于5.6的降雨稱為酸雨。10被嚴(yán)重腐蝕的建筑物被嚴(yán)重腐蝕的建筑物11有毒物質(zhì)污染有毒物質(zhì)污染是指對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有毒害作用的物質(zhì)排放到環(huán)境中而引起的危害。這些物質(zhì)都是生產(chǎn)和生活過程中的產(chǎn)物，如廢水、廢氣和固體廢棄物、農(nóng)藥、化肥和放射性物質(zhì)等。有毒物質(zhì)污染有毒物質(zhì)污染是指對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有毒害作用的12生態(tài)環(huán)境破壞生態(tài)環(huán)境破壞是由于對(duì)自然資源的不合理開發(fā)和利用而引起的。例如：中國科學(xué)院發(fā)布的一份國情報(bào)告： 中國在90年代的沙漠化速度是每年2100km2，相當(dāng)于兩個(gè)半香港，或30個(gè)北京城。而2000年已達(dá)2460km2，2003年已超過3000km2。遙感普查數(shù)字表明： 中國水土流失面積已達(dá)367萬km2，約占國土面積的38％，總量達(dá)每年50億噸，相當(dāng)于全國的耕地每年被剝?nèi)?cm的肥土層，損失N.P.K肥4000多萬噸，相當(dāng)于全國1年生產(chǎn)化肥的總和。地球土層的平均厚度18cm，在溫帶地區(qū)的自然條件下,每形成1cm的表土需100－400年，即使管理極好，也需20年。此外，黃河斷流，塔里木河斷流，羅布泊消失，長江危機(jī)，長江每年表土流失24億噸，5億噸流入東海。還有，濫用化肥和農(nóng)藥，造成土壤退化，我國中低產(chǎn)田已由原來的60％上升到80％。生態(tài)環(huán)境破壞13

小結(jié)解決環(huán)境問題的根本途徑是調(diào)節(jié)人類社會(huì)活動(dòng)與環(huán)境的關(guān)系。要真正實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)必須具備下列條件：掌握自然生態(tài)規(guī)律。通曉環(huán)境變化過程，能預(yù)測人類活動(dòng)引起的環(huán)境影響，運(yùn)用規(guī)律去利用自然資源、改造自然。《環(huán)境生物學(xué)》課件142環(huán)境科學(xué)概述

2.1環(huán)境科學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)環(huán)境科學(xué)的研究對(duì)象環(huán)境科學(xué)是是以“人類－環(huán)境”系統(tǒng)為其特定的研究對(duì)象，它是研究“人類－環(huán)境”系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展、調(diào)節(jié)和控制以及改造和利用的科學(xué)。環(huán)境科學(xué)的任務(wù)環(huán)境科學(xué)的任務(wù)是揭示人類－環(huán)境矛盾的實(shí)質(zhì)，研究兩者之間的辨證關(guān)系，掌握其發(fā)展規(guī)律，調(diào)控人類－環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換過程，尋求解決矛盾的途徑和方法，以改善環(huán)境，促進(jìn)人類社會(huì)的向前發(fā)展。2環(huán)境科學(xué)概述

2.1環(huán)境科學(xué)的研究對(duì)象和任務(wù)152.2環(huán)境科學(xué)的發(fā)展史相關(guān)學(xué)科的探索：19世紀(jì)末期，地學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)和一些工程技術(shù)學(xué)科的學(xué)者分別從本學(xué)科的角度開始對(duì)環(huán)境問題進(jìn)行探索和研究。環(huán)境科學(xué)的孕育：20世紀(jì)50年代，在地學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)和一些工程技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)上，逐漸形成了一些新的邊緣學(xué)科，如環(huán)境生物學(xué)、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境物理學(xué)、環(huán)境醫(yī)學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境管理學(xué)等等，在這些分支學(xué)科的基礎(chǔ)上，孕育著環(huán)境科學(xué)。環(huán)境科學(xué)的形成：1972年，英國經(jīng)濟(jì)學(xué)家B.沃德、美國微生物學(xué)家R.杜德斯主編出版了《只有一個(gè)地球》一書，該書被認(rèn)為是環(huán)境科學(xué)的一部緒論性質(zhì)的著作，從此形成了環(huán)境科學(xué)相對(duì)獨(dú)立的研究體系。環(huán)境科學(xué)的新境界：1992年，在里約熱內(nèi)盧會(huì)議上提出了“可持續(xù)發(fā)展”的新概念。在這一新發(fā)展觀的指導(dǎo)下，環(huán)境科學(xué)又進(jìn)入了一個(gè)更高的境界，將從此發(fā)展成為一門嶄新的、獨(dú)立的科學(xué)。2.2環(huán)境科學(xué)的發(fā)展史162.3環(huán)境科學(xué)的內(nèi)容添加環(huán)保概論上的圖2.3環(huán)境科學(xué)的內(nèi)容添加環(huán)保概論上的圖173環(huán)境生物學(xué)概述

3.1環(huán)境生物學(xué)的定義、研究對(duì)象和目的什么是環(huán)境生物學(xué)？環(huán)境生物學(xué)是研究生物與受人類干擾的環(huán)境之間相互作用規(guī)律及其機(jī)理的科學(xué)。環(huán)境生物學(xué)的研究對(duì)象環(huán)境生物學(xué)的研究對(duì)象是生物與受人類干擾的環(huán)境之間相互關(guān)系環(huán)境生物學(xué)的研究目的環(huán)境生物學(xué)的研究目的：在于為人類維護(hù)生態(tài)健康，保護(hù)和改善環(huán)境，為合理利用自然和自然資源提供科學(xué)基礎(chǔ)，促進(jìn)環(huán)境和生物的相互關(guān)系以有利于人類的生存和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。環(huán)境生物學(xué)的形成和發(fā)展3環(huán)境生物學(xué)概述

3.1環(huán)境生物學(xué)的定義、研究對(duì)象和目的什183.2環(huán)境生物學(xué)的任務(wù)與研究內(nèi)容任務(wù)闡明環(huán)境污染的生物學(xué)或生態(tài)學(xué)效應(yīng)探索生物對(duì)環(huán)境污染的凈化原理探討自然保護(hù)生物學(xué)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)、保護(hù)生態(tài)學(xué)的原理與方法研究內(nèi)容環(huán)境污染的生物效應(yīng)環(huán)境污染的生物凈化保護(hù)生態(tài)學(xué)3.2環(huán)境生物學(xué)的任務(wù)與研究內(nèi)容任務(wù)闡明環(huán)境污染的生物學(xué)或193.4環(huán)境生物學(xué)的研究方法野外調(diào)查和試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)M研究3.4環(huán)境生物學(xué)的研究方法203.5環(huán)境生物學(xué)的發(fā)展趨勢目前發(fā)展的趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：生態(tài)毒理學(xué)研究生態(tài)毒理學(xué)（Ecotoxicology）是研究環(huán)境壓力對(duì)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的種群和群落的生態(tài)學(xué)和毒理學(xué)效應(yīng)，以及物質(zhì)或因素的遷移途徑和與環(huán)境相互主要規(guī)律。環(huán)境生物學(xué)正向宏觀和微觀兩極方向深入發(fā)展：宏觀領(lǐng)域內(nèi)，研究對(duì)象已由個(gè)體、種群、群落轉(zhuǎn)移到生態(tài)系統(tǒng)和景觀生態(tài)，向在生態(tài)系統(tǒng)水平上評(píng)價(jià)生態(tài)效應(yīng)的方法和模型發(fā)展；在微觀領(lǐng)域，采用分子生物學(xué)、遺傳學(xué)等生物學(xué)方法和技術(shù)，研究污染物及其代謝物與生物大分子及細(xì)胞的相互作用等。環(huán)境污染的生物凈化研究開發(fā)對(duì)高濃度有機(jī)廢水、生物難降解物質(zhì)、氮磷營養(yǎng)物質(zhì)等能有效去除的新工藝和新方法。環(huán)境生物技術(shù)環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測與評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展污染凈化和受損環(huán)境修復(fù)的生物技術(shù)保護(hù)生態(tài)學(xué)自然保護(hù)生態(tài)學(xué)恢復(fù)生態(tài)學(xué)3.5環(huán)境生物學(xué)的發(fā)展趨勢目前發(fā)展的趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)213.6環(huán)境生物學(xué)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系與生態(tài)學(xué)學(xué)科的關(guān)系生態(tài)學(xué)的研究重點(diǎn)在生態(tài)系統(tǒng)和生物圈各組成成分之間的相互關(guān)系。環(huán)境生物學(xué)是以生態(tài)學(xué)的基本原理作為其理論基礎(chǔ)的，但其研究的環(huán)境是以人類為主體的環(huán)境，從研究的切入點(diǎn)和研究層次上兩者是不同的。與毒理學(xué)學(xué)科的關(guān)系毒理學(xué)是研究外來化合物對(duì)生物體毒性作用的一門學(xué)科。環(huán)境生物學(xué)在毒理學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步應(yīng)用生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)及生物物理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科對(duì)環(huán)境污染物的毒作用機(jī)理、影響其毒性作用的各種因素和控制規(guī)律等眾多內(nèi)容進(jìn)行深入研究。3.6環(huán)境生物學(xué)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系與生態(tài)學(xué)學(xué)科的關(guān)系22本課程的重點(diǎn)內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求環(huán)境污染的生物效應(yīng)要求：理解污染物在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和積累的生物學(xué)規(guī)律以及在各個(gè)水平上對(duì)生物的影響和危害，在此基礎(chǔ)上，掌握環(huán)境污染的生物監(jiān)測與生物評(píng)價(jià)的基本理論和方法。環(huán)境污染的生物凈化：要求：理解環(huán)境污染生物凈化的基本原理和方法，理解生物降解的規(guī)律、原理和途徑，了解現(xiàn)代生物技術(shù)在污染物生物凈化中的應(yīng)用。本課程的重點(diǎn)內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求環(huán)境污染的生物效應(yīng)23在學(xué)習(xí)了本章內(nèi)容之后，請(qǐng)思考以下問題：環(huán)境生物學(xué)在環(huán)境科學(xué)研究中有哪些作用？應(yīng)如何開展環(huán)境生物學(xué)的研究？在學(xué)習(xí)了本章內(nèi)容之后，請(qǐng)思考以下問題：環(huán)境生物學(xué)在環(huán)境科學(xué)研24第一篇環(huán)境污染的生物效應(yīng)

第一篇環(huán)境污染的生物效應(yīng)

25第一章環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為本章將討論以下內(nèi)容：環(huán)境污染概述污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化污染物在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)和生物轉(zhuǎn)化污染物在生物體內(nèi)的濃縮、積累和放大生物對(duì)污染物在環(huán)境中行為的影響第一章環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為本章將討論以下內(nèi)容：26

1環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為

1.1環(huán)境污染概述什么是環(huán)境污染（EnvironmentalPollution）？通常，環(huán)境污染主要指人類活動(dòng)所引起的環(huán)境質(zhì)量下降而有害于人類及其它生物的正常生存和發(fā)展的現(xiàn)象。而自然過程引起的同類現(xiàn)象稱為自然突變或異常。環(huán)境污染的分類生物污染化學(xué)污染物理污染按污染物性質(zhì)廢氣污染廢水污染固體廢棄物污染噪聲污染輻射污染按污染物形態(tài)

1環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為

1.1環(huán)境污染概述什么27環(huán)境效應(yīng)——環(huán)境污染所導(dǎo)致的環(huán)境變化環(huán)境生物效應(yīng)：指各種環(huán)境因素變化而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變異的結(jié)果。環(huán)境化學(xué)效應(yīng)：在多種環(huán)境條件的影響下，物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)所引起的環(huán)境效果。如：酸雨、光化學(xué)煙霧等。環(huán)境物理效應(yīng)：物理作用引起的環(huán)境效果。如熱污染、噪聲污染等。環(huán)境效應(yīng)——環(huán)境污染所導(dǎo)致的環(huán)境變化28污染源（PollutionSource）工業(yè)污染源農(nóng)業(yè)污染源交通運(yùn)輸污染源生活污染源污染源（PollutionSource）工業(yè)污染源29污染物的自然來源（NaturalSource）:自然界向環(huán)境排放，如：活動(dòng)的火山或礦床；交通工業(yè)農(nóng)業(yè)污染物的人為來源（ArtificialSource）:來自人類活動(dòng)，影響范圍廣、危害大，如工業(yè)三廢圖1-1污染源示意圖污染物的自然來源（NaturalSource）:自然30污染物（Pollutant）污染物指進(jìn)入環(huán)境后使環(huán)境的正常組成結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和性質(zhì)發(fā)生變化，直接或間接有害于人類的生存和發(fā)展的物質(zhì)。生產(chǎn)性污染物和生活污染物一次污染物和二次污染物：二次污染物是指進(jìn)人大氣的一次污染物之間相互作用或一次污染物與正常大氣組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以及在太陽輻射線的參與下引起光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的新的污染物，它常比一次污染物對(duì)環(huán)境和人體的危害更為嚴(yán)重。優(yōu)先污染物（PriorityPollutant）：指在眾多的污染物中篩選出的潛在危險(xiǎn)大的作為優(yōu)先研究和控制對(duì)象的污染物，亦稱優(yōu)先控制污染物。主要針對(duì)下列污染物：有毒有機(jī)化學(xué)污染物、生物難降解性物質(zhì)、具有生物積累性、三致性的污染物污染物（Pollutant）污染物31小結(jié)環(huán)境污染的特點(diǎn)：影響范圍大作用時(shí)間長污染物濃度低、情況復(fù)雜污染容易、治理難小結(jié)環(huán)境污染的特點(diǎn)：321.2污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化

1.2.1污染物在環(huán)境中的遷移遷移的定義：遷移是指污染物在環(huán)境中發(fā)生的空間位置的移動(dòng)及其引起的富集、分散和消失的過程。污染物進(jìn)入環(huán)境的途徑包括：（1）人類活動(dòng)過程中無意排放（2）工業(yè)三廢（3）人類活動(dòng)過程中故意應(yīng)用注：進(jìn)入環(huán)境的污染物可以在各個(gè)環(huán)境要素（水、氣、土）中發(fā)生遷移并輸送到很遠(yuǎn)的距離。污染物的長距離傳送，往往由局部性污染引發(fā)區(qū)域性污染甚至全球性污染，這也是環(huán)境污染成為當(dāng)代主要環(huán)境問題的原因之一。1.2污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化

1.2.1污染物在環(huán)33污染物在環(huán)境中的遷移方式機(jī)械遷移（1）水的機(jī)械遷移作用（2）氣的機(jī)械遷移作用（3）重力的機(jī)械遷移作用物理－化學(xué)遷移★污染物在環(huán)境中遷移的最重要的形式。（1）溶解－沉淀作用、絡(luò)合－螯合作用、吸附－解吸作用、氧化－還原作用、水解作用（2）化學(xué)分解、光化學(xué)分解、生物化學(xué)分解生物遷移例：生物通過食物鏈對(duì)重金屬的放大積累作用污染物在環(huán)境中的遷移方式機(jī)械遷移34影響遷移的因素：內(nèi)部因素污染物自身的物理化學(xué)性質(zhì)：組成該物質(zhì)的元素所具有的組成化合物的能力、形成不同的電價(jià)離子能力、水解能力、形成絡(luò)合物的能力、被膠體吸附的能力原子的電負(fù)性、離子半徑、電價(jià)、離子電位和化合物的鍵性、溶解度等都是影響遷移的主要理化參數(shù)。外部因素酸堿條件氧化－還原條件膠體的種類、數(shù)量絡(luò)合配位體的數(shù)量、性質(zhì)影響遷移的因素：內(nèi)部因素351.2.2污染物的形態(tài)和分布（FormandDistributionofPollutant）污染物的形態(tài)定義：指環(huán)境中污染物的外部形狀、化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式。污染物的存在形態(tài)包括：價(jià)態(tài)，如Cr（VI）、Cr（III）化合態(tài)，如有機(jī)汞和無機(jī)汞結(jié)構(gòu)態(tài)，如同分異構(gòu)體絡(luò)合態(tài)幾種重要的形態(tài)分類離子態(tài)代換態(tài)膠體有機(jī)結(jié)合態(tài)難溶態(tài)1.2.2污染物的形態(tài)和分布（FormandDistr36污染物的分布污染物的分布定義：指污染物在環(huán)境多組分間分布，不僅指在環(huán)境空間的濃度分布，而且還指污染物不同形態(tài)、不同相態(tài)之間的分配。例：汞形態(tài)的分布污染物的分布污染物的分布371.2.3污染物在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化（TransformationofPollutant）轉(zhuǎn)化的定義指污染物在環(huán)境中通過物理、化學(xué)或生物的作用改變形態(tài)或轉(zhuǎn)變成另一種物質(zhì)的過程。轉(zhuǎn)化的形式物理轉(zhuǎn)化：化學(xué)轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化的結(jié)果：兩種可能：污染物轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)或易降解結(jié)構(gòu)污染物的毒性增強(qiáng)或轉(zhuǎn)化為難降解結(jié)構(gòu)1.2.3污染物在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化（Transformatio38大氣中的轉(zhuǎn)化：以光化學(xué)氧化、催化氧化反應(yīng)為主例一：光化學(xué)煙霧（PhotochemicalSmog）光化學(xué)煙霧是大氣中氮氧化物和碳?xì)浠衔镌谧贤饩€照射下反應(yīng)生成的多種污染物的混合物。光化學(xué)煙霧最具危害的兩種物質(zhì)是臭氧(O3)和過氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。例二：酸雨（AcidRain）大氣中的轉(zhuǎn)化大氣中的轉(zhuǎn)化：以光化學(xué)氧化、催化氧化反應(yīng)為主大氣中的轉(zhuǎn)化39圖1－2光化學(xué)煙霧實(shí)例圖1－2光化學(xué)煙霧實(shí)例40**圖1-3光化學(xué)煙霧形成過程**圖1-3光化學(xué)煙霧形成過程41自然源、電廠以及內(nèi)燃機(jī)等排放出的污染物在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生導(dǎo)致酸沉降的化學(xué)物質(zhì)。圖1－4酸沉降形成示意圖自然源、電廠以及內(nèi)燃機(jī)等排放出的污染物在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)42水體中的轉(zhuǎn)化水體中的轉(zhuǎn)化主要通過下列途徑：氧化－還原作用天然水體本身是一個(gè)氧化－還原體系，含有多種無機(jī)、有機(jī)氧化劑和還原劑，如DO、Fe3+、Mn4+、S2－、有機(jī)化合物等，對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化起重要作用。水體中的氧化還原類型、速率和平衡，在很大程度上決定了水中重要污染物的性質(zhì)。如：厭氧性湖泊水體中的許多氧化還原反應(yīng)均為微生物催化反應(yīng)。配合作用無機(jī)配位體：OH－、Cl－、CO32-、HCO3－等有機(jī)配位體：生物降解作用土壤中的轉(zhuǎn)化土壤是環(huán)境中微生物最活躍的場所，故生物降解起重要作用。水體中的轉(zhuǎn)化43氧垂曲線（OxygenSagCurve）氧垂曲線的定義在河流受到有機(jī)物污染時(shí)，由于有機(jī)物的氧化分解作用，水體的DO發(fā)生變化。從污染源到河流下游一定距離內(nèi)，可繪制一條DO逐漸變化的曲線，稱之為氧垂曲線。根據(jù)有機(jī)物在水體中分解變化和DO的變化，可把受污河流分成幾段:清潔區(qū)：未受污染分解區(qū)腐敗區(qū)恢復(fù)區(qū)氧垂曲線（OxygenSagCurve）氧垂曲線的定義441.2.4污染物的生物地球化學(xué)循環(huán)生物地球化學(xué)循環(huán)的概念指生物的合成作用和礦化作用所引起的污染物周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)過程。注：合成作用指生物（主要是綠色植物）將吸收的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樯矬w本身的有機(jī)物質(zhì)的過程。礦化作用指生物通過代謝作用（包括微生物的分解作用）將生物體的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無機(jī)物質(zhì)或簡單的有機(jī)物。循環(huán)過程循環(huán)機(jī)理1.2.4污染物的生物地球化學(xué)循環(huán)生物地球化學(xué)循環(huán)的概念451.3污染物在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)和生物轉(zhuǎn)化

1.3.1生物轉(zhuǎn)運(yùn)生物轉(zhuǎn)運(yùn)（Bio－transportorBiotransport）的概念生物轉(zhuǎn)運(yùn)：是指環(huán)境污染物經(jīng)各種途徑和方式同生物機(jī)體接觸而被吸收、分布和排泄等過程的總稱。這些過程都需要通過細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜（生物膜）有多種：細(xì)胞質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、線粒體膜、核膜等；它們基本的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)、功能有共同的特征。一般細(xì)胞膜由蛋白質(zhì)分子和脂質(zhì)分子（主要是磷脂類）組成1.3污染物在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)和生物轉(zhuǎn)化

1.3.1生物46細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)圖細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)圖47污染物透過細(xì)胞膜的方式特點(diǎn)方式濃度梯度有無載體是否耗能其它特點(diǎn)簡單擴(kuò)散高濃度低濃度（順）無否脂溶性有機(jī)化合物的主要轉(zhuǎn)運(yùn)方式濾過過程通過膜上的親水性孔道主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)低濃度高濃度（逆）有耗能水溶性大分子化合物的主要方式易化擴(kuò)散高濃度低濃度（順）有否胞飲作用內(nèi)吞物質(zhì)為液體吞噬作用內(nèi)吞物質(zhì)為固體物質(zhì)表1－1污染物透過細(xì)胞膜的方式污染物透過細(xì)胞膜的方式特點(diǎn)方式濃度48污染物的吸收（AbsorptionofPollutant）：指污染物在多種因素影響下，自接觸部位透過體內(nèi)細(xì)胞膜進(jìn)入血液循環(huán)的過程。動(dòng)物吸收的主要途徑有：呼吸系統(tǒng)、消化管和皮膚（1）呼吸系統(tǒng)吸收特點(diǎn):吸收對(duì)象主要針對(duì)氣體、蒸汽、氣溶膠等形式的污染物。吸收方式多以被動(dòng)擴(kuò)散的方式，通過呼吸膜吸收入血。主要部位例如：肺，肺泡數(shù)量多，表面積大，遍布毛細(xì)血管，便于污染物經(jīng)肺迅速吸收進(jìn)入血管。（2）消化管吸收特點(diǎn)：吸收對(duì)象主要為飲水和由大氣、水、土壤進(jìn)入食物鏈中的污染物。吸收方式多以簡單擴(kuò)散方式通過細(xì)胞膜而被吸收。主要部位如胃和小腸。（3）皮膚吸收：如有機(jī)磷農(nóng)藥可透過完整皮膚引起中毒。污染物的吸收（AbsorptionofPollutant49植物吸收的主要途徑：（1）根部吸收以及隨后隨蒸騰流而輸送到植物各部分；（2）通過植物葉片上的氣孔從周圍空氣中吸收污染物，是植物對(duì)大氣污染物吸收的主要方式；（3）有機(jī)化合物的蒸汽經(jīng)過植物地上部分表皮滲透而攝入體內(nèi)污染物的體內(nèi)分布指環(huán)境污染物隨血液或其它體液的流動(dòng)，分散到全身各組織細(xì)胞的過程。污染物的排泄指進(jìn)入機(jī)體的環(huán)境污染物及其代謝產(chǎn)物被機(jī)體清除的過程。排泄的主要途徑是通過腎臟進(jìn)入尿液和通過肝臟的膽汁進(jìn)入糞便，有的環(huán)境污染物還可隨同呼出的氣體、汁液等排出體外。植物吸收的主要途徑：503.2污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化（Biotransformation）的概念生物轉(zhuǎn)化指外源化合物進(jìn)入生物機(jī)體后在有關(guān)酶系統(tǒng)的催化作用下的代謝變化過程。注1：外源化合物（Xenobioticcompounds）指除了營養(yǎng)元素及維持正常生理功能和生命所必需的物質(zhì)以外，存在于環(huán)境之中，可與機(jī)體接觸并進(jìn)入機(jī)體引起機(jī)體發(fā)生生物學(xué)變化的物質(zhì)。又叫外來化合物或外源性生物活性物質(zhì)。例如：藥物、日用化學(xué)品、食品添加劑、環(huán)境污染物等。生物外源性物質(zhì)是指那些人工合成的，具有不被現(xiàn)有降解酶系所識(shí)別和作用的分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵序列的化合物，簡而言之，就是不能被生物降解的化合物。如DDT、六六六、多氯聯(lián)苯、染料、塑料、合成橡膠等。注2：內(nèi)源性化合物指生物機(jī)體正常的生理活動(dòng)產(chǎn)生的物質(zhì)。注3：酶（Enzyme）是由活細(xì)胞產(chǎn)生的，能在體內(nèi)和體外起同樣催化作用的一類具有活性中心和特殊構(gòu)象的生物大分子，包括蛋白質(zhì)和核酸。注4：生物轉(zhuǎn)化的主要場所是肝臟，其它有肺、胃、腸、皮膚等。3.2污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化（Biotransfo51生物轉(zhuǎn)化的過程相I過程（反應(yīng)）外源性化合物在有關(guān)酶系統(tǒng)的催化下經(jīng)由氧化、還原或水解反應(yīng)改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，形成某些活性基團(tuán)（－OH、－SH、－COOH、－NH2）或進(jìn)一步使這些活性基團(tuán)暴露。相II過程（反應(yīng)）相I過程產(chǎn)生的一級(jí)代謝物在另外的酶系統(tǒng)催化下通過上述活性基團(tuán)與細(xì)胞內(nèi)的某些化合物結(jié)合，生成結(jié)合產(chǎn)物（二級(jí)代謝物）或帶有某些基團(tuán)的外源性化合物與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)結(jié)合反應(yīng)。生物轉(zhuǎn)化的過程相I過程（反應(yīng)）52排出體外外源性化合物一級(jí)代謝物結(jié)合產(chǎn)物（二級(jí)代謝物）毒害作用過程I（相I反應(yīng)）圖1－5生物轉(zhuǎn)化過程示意圖過程II（相II反應(yīng)）排出體外外源性化合物一級(jí)代謝物結(jié)合產(chǎn)物毒害作用過程53《環(huán)境生物學(xué)》課件54相I反應(yīng)的主要類型：氧化反應(yīng)：微粒體混合功能氧化酶參與的反應(yīng)，例如脂肪族羥化非微粒體反應(yīng)還原反應(yīng)：微粒體還原非微粒體還原水解反應(yīng)相II反應(yīng)的主要類型：相I反應(yīng)的主要類型：55微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化主要有以下幾種形式：脫鹵（主要是脫氯），如DDT的脫氯還原，將生物外源性物質(zhì)上的取代基，特別是硝基，進(jìn)行還原；水合反應(yīng)，如對(duì)有機(jī)氰的水合反應(yīng)，形成無毒的含氮有機(jī)化合物圖DDT的微生物轉(zhuǎn)化TNT的微生物轉(zhuǎn)化微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化56影響生物轉(zhuǎn)化的因素物種差異和個(gè)體差異由各自的遺傳因素決定，主要表現(xiàn)在體內(nèi)酶的種類和活力不同上。飲食營養(yǎng)狀況蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽、維生素等營養(yǎng)缺乏時(shí)會(huì)不同方式地影響生物轉(zhuǎn)化作用。生理因素年齡因素性別因素激素和晝夜規(guī)律：機(jī)體在每日不同時(shí)間的生物轉(zhuǎn)化能力有高低差異，與內(nèi)分泌功能的晝夜規(guī)律有關(guān)。代謝酶的抑制和誘導(dǎo)影響生物轉(zhuǎn)化的因素物種差異和個(gè)體差異57小結(jié)任何一種外源性化合物的生物轉(zhuǎn)化方式不是簡單的，它們可同時(shí)進(jìn)行不同的氧化還原或水解反應(yīng)，此后又可繼續(xù)進(jìn)行不同類型的結(jié)合反應(yīng)。生物轉(zhuǎn)化的結(jié)果有兩方面：解毒作用（失活）：使外源性化合物毒性降低，易于排出，或使其轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诒黄渌⑸锼到獾幕衔?。增毒作用（活化）：使其毒性增加小結(jié)任何一種外源性化合物的生物轉(zhuǎn)化方式不是簡單的，它們可同時(shí)581.4環(huán)境污染物在生物體內(nèi)的濃縮、積累和放大基本概念：生物濃縮（Bioconcentration）指生物機(jī)體或處于同一營養(yǎng)級(jí)上的許多生物種群，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)濃縮、生物學(xué)富集。生物濃縮系數(shù)KBCF（BioconcentrationFactor）KBCF＝物質(zhì)在生物體內(nèi)的濃度/物質(zhì)在環(huán)境介質(zhì)中的濃度生物積累（Bioaccumulation）指生物在其整個(gè)代謝活躍期間通過吸收、吸附、吞食等各種過程，從周圍環(huán)境中蓄積某些元素或難分解化合物，以致隨著生長發(fā)育，濃縮系數(shù)不斷增大的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)積累。1.4環(huán)境污染物在生物體內(nèi)的濃縮、積累和放大基本概念：59生物放大（Biomagnification）指在生態(tài)系統(tǒng)中，由于高營養(yǎng)級(jí)生物以低營養(yǎng)級(jí)生物為食物，某元素或難分解化合物在生物機(jī)體中濃度隨營養(yǎng)級(jí)的提高而逐步增大的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)放大。思考：許多生物外源性物質(zhì)在環(huán)境中的含量很低，通常在ppb級(jí)，為什么這么低的濃度還會(huì)引起嚴(yán)重的問題？這正是由于生物放大作用造成的，這樣的生物外源性物質(zhì)必須滿足以下兩個(gè)條件：一、難以生物降解；二、具有親脂性。思考：三個(gè)概念的有何區(qū)別？有何意義？生物濃縮：C體內(nèi)>C環(huán)境生物積累：t（生長期），KBCF生物放大：營養(yǎng)級(jí)，KBCF生物放大（Biomagnification）60生物濃縮系數(shù)的測定平衡濃縮系數(shù)：物質(zhì)交換達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的濃縮系數(shù)。測定方法：優(yōu)缺點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)法：條件易于控制，但數(shù)值不夠準(zhǔn)確野外調(diào)查法：數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)，但技術(shù)難度大，可能時(shí)間周期長動(dòng)力學(xué)方法：節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，更適合大個(gè)體生物影響因素生理因素：如生物的生長、發(fā)育、大小、年齡環(huán)境因素：如污染物的濃度、化學(xué)形態(tài)、環(huán)境溫度、pH值、光照條件及季節(jié)生物濃縮系數(shù)的測定平衡濃縮系數(shù)：物質(zhì)交換達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的濃縮61表1－2汞在水生物中的富集生物類型汞濃度（ppm）濃縮系數(shù)食肉娃魚1-210000-20000小魚0.1-0.31000-3000低等動(dòng)物0.02-0.05200-500植物0.01-0.02100-200海水0.0001表1－2汞在水生物中的富集生物類型汞濃度（ppm）濃縮系數(shù)食62生物濃縮機(jī)理和濃縮模型生物濃縮機(jī)理和濃縮模型63qvCBiVBCBVTCTK2CTqvCBo血液組織圖1－6生物體某一組織生物濃縮的機(jī)理模型由此可知：生物組織中化合物的濃度不僅與該化合物在該組織中的代謝速率有關(guān)，還與進(jìn)出組織的血液中的化合物濃度差成正比。qvCBiVBCBVTCTK2CTqvCBo血液64影響生物濃縮的因素生物種的生物學(xué)特征不同組織器官的影響不同生育期與性別的關(guān)系污染物的性質(zhì)污染物濃度和作用時(shí)間環(huán)境條件影響生物濃縮的因素生物種的生物學(xué)特征651.5生物對(duì)污染物在環(huán)境中行為的影響

1.5.1生物污染（BiologicalPollution）

環(huán)境中的病原微生物（PathogenicMicroorganism）例如：沙門氏菌、霍亂弧菌、腸道病毒等水體的富營養(yǎng)化（Eutrophication）概念：指大量的氮磷等營養(yǎng)元素物質(zhì)進(jìn)入水體，使水中藻類等浮游生物旺盛增殖，從而破壞水體的生態(tài)平衡的現(xiàn)象。不良后果：微生物代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的污染硫化氫酸性礦水硝酸和亞硝酸微生物毒素指微生物在其生長、代謝過程中所產(chǎn)生的毒素，可污染食品和環(huán)境，危害人類健康。如黃曲霉毒素、葡萄球菌腸毒素、藻類毒素等。1.5生物對(duì)污染物在環(huán)境中行為的影響

1.5.1生物污染（66酸性礦水反應(yīng)式？？成因由黃鐵礦（FeS2）氧化所產(chǎn)生的硫酸引起，微生物與形成酸性礦水的整個(gè)過程密切相關(guān)。當(dāng)pH<3.5時(shí)，鐵細(xì)菌即氧化亞鐵硫桿菌可催化鐵的氧化，其它如氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵鐵桿菌都與酸性礦水的形成密切相關(guān)。危害酸性礦水中最有破壞性的組分是硫酸，有直接的毒性及其他不良影響。防治利用碳酸鈣礦石中和過量酸性礦水，但Fe(III)往往同時(shí)存在，反應(yīng)后，pH上升，F(xiàn)e(OH)3立即覆蓋在碳酸鈣礦石的表面成為不透水層，這種保護(hù)效應(yīng)阻止了碳酸鈣對(duì)酸的進(jìn)一步中和。酸性礦水反應(yīng)式？？成因671.5.2金屬的生物轉(zhuǎn)化金屬的毒性影響因素：金屬的濃度、金屬的存在狀態(tài)例如，六價(jià)鉻比三價(jià)鉻毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；有機(jī)錫比無機(jī)錫毒，有機(jī)錫中的烷基錫比芳香基錫毒，烷基錫中三烷基又比其他烷基錫毒。金屬的微生物轉(zhuǎn)化微生物對(duì)金屬的毒性轉(zhuǎn)化，主要是氧化還原和甲基化作用。1.5.2金屬的生物轉(zhuǎn)化金屬的毒性68汞的轉(zhuǎn)化汞的存在形式無機(jī)汞：零價(jià)的金屬汞與一價(jià)汞鹽幾乎不溶;二價(jià)汞鹽除了硫化汞、碘化汞外幾乎均可溶解有機(jī)汞：汞易和有機(jī)基團(tuán)形成化合物，通常是以共價(jià)鍵連接在碳原子上形成有機(jī)汞。汞化合物的毒性難溶的汞——生物吸收困難，毒性很小易溶的汞——容易吸收，毒性很強(qiáng)（其中甲基汞的毒性最強(qiáng)）毒性體現(xiàn)：生物的神經(jīng)系統(tǒng)受到傷害，神經(jīng)麻痹以致引起死亡。實(shí)例：日本的水俁灣甲基汞中毒事件就是典型的汞污染事件。這類汞中毒一般都不是通過直接飲用水被汞污染造成，而是由于甲基汞在食物鏈積累并由水中的魚類向上傳遞給人而引起的。汞的轉(zhuǎn)化汞的存在形式69汞的甲基化汞的甲基化是由微生物形成的。魚類體表粘液中有許多含有甲基化輔酶的微生物，他們將無機(jī)汞轉(zhuǎn)化為甲基汞，動(dòng)物和人體腸道腸道中的細(xì)菌大部分也具有這種功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。汞甲基化微生物：細(xì)菌——甲烷菌、匙形梭菌、熒光假單胞菌、大腸埃希氏菌、產(chǎn)氣腸桿菌、巨大芽孢桿菌真菌——粗糙鏈孢霉、黑曲霉、釀酒酵母等。過程如下：

Hg2+

Hg+-CH3Hg(CH3)2

甲基化輔酶甲基化輔酶

-CH3

-CH3汞的甲基化汞的甲基化是由微生物形成的。Hg2+Hg+-70甲基汞的降解事實(shí)上通常情況甲基汞在天然水體中的濃度十分低，這是由于不僅存在汞的甲基化，同時(shí)還存在甲基汞的降解，甲基汞可被生物還原為金屬汞。甲基汞降解微生物：檸檬酸桿菌、假單胞菌、節(jié)桿菌、隱球菌等。小結(jié)生物意義：汞的甲基化與脫甲基化通常保持著一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，從而使環(huán)境中的甲基汞濃度維持在低水平。但是，在有機(jī)污染嚴(yán)重、pH較低的環(huán)境中，容易形成和釋放甲基汞，對(duì)生物的危害較大。一方面甲基汞溶于水被魚、貝吸收濃縮，另一方面甲基汞還會(huì)逸出水體，進(jìn)入大氣，使污染擴(kuò)大。甲基汞的降解事實(shí)上通常情況甲基汞在天然水體中的濃度十分低，這71其它重金屬的轉(zhuǎn)化與汞相似，重金屬普遍可被微生物甲基化;甲基化的重金屬普遍毒性提高，這些金屬包括砷、硒、鉛、錫、鎘、銻等。重金屬生物轉(zhuǎn)化的環(huán)境效應(yīng):微生物通過分泌作用或呼吸作用排出形成的有機(jī)金屬化合物，是微生物具有的一種對(duì)有毒金屬解毒方式；但被排出的金屬化合物，可能比其原形態(tài)對(duì)高等生物具更大的危害性。另一方面，微生物可將化合態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化還原為單質(zhì)形式，這種轉(zhuǎn)移方式可暫時(shí)或永久地將金屬從生物接觸的環(huán)境中清除出去。其它重金屬的轉(zhuǎn)化與汞相似，重金屬普遍可被微生物甲基化;72思考題污染物在環(huán)境中的遷移方式和轉(zhuǎn)化途徑有哪些？什么是生物轉(zhuǎn)運(yùn)和生物轉(zhuǎn)化？污染物透過細(xì)胞膜的方式有哪些？有何特點(diǎn)？什么是生物濃縮、生物積累、生物放大和濃縮系數(shù)？思考題污染物在環(huán)境中的遷移方式和轉(zhuǎn)化途徑有哪些？73第二章污染物對(duì)生物的影響本章將討論以下內(nèi)容：污染物在生物化學(xué)和分子水平上的影響污染物在細(xì)胞和器官水平上的影響污染物在個(gè)體水平上的影響污染物在種群和群落水平上的影響化學(xué)污染物對(duì)生物的聯(lián)合作用第二章污染物對(duì)生物的影響本章將討論以下內(nèi)容：742.1污染物在生物化學(xué)和分子水平上的影響生物系統(tǒng)的各級(jí)生物學(xué)水平：生物分子細(xì)胞器細(xì)胞組織器官器官系統(tǒng)個(gè)體種群群落生態(tài)系統(tǒng)2.1污染物在生物化學(xué)和分子水平上的影響生物系統(tǒng)的各級(jí)生物75污染物進(jìn)入機(jī)體后導(dǎo)致的生物化學(xué)變化包括：防護(hù)性生化反應(yīng)和非防護(hù)性生化反應(yīng)作用類型例子后果防護(hù)性混合功能氧化酶的誘導(dǎo)加快新陳代謝，生成水溶性代謝物，從而加速排泄金屬硫蛋白的生成增加對(duì)金屬的束縛速度，從而降低金屬的生物利用率非防護(hù)性乙酰膽堿酯酶的抑制作用50％以上因抑制而產(chǎn)生可見的毒性效應(yīng)DNA加合物的生成若導(dǎo)致突變會(huì)發(fā)生損害作用表2－1對(duì)污染物的防護(hù)性和非防護(hù)性生化反應(yīng)污染物進(jìn)入機(jī)體后導(dǎo)致的生物化學(xué)變化包括：防護(hù)性生化反應(yīng)和非防762.1.1污染物對(duì)生物機(jī)體酶的影響什么是酶（enzyme）？酶是一種特殊的蛋白質(zhì)，在生物體內(nèi)對(duì)代謝活動(dòng)起催化作用，本身不發(fā)生變化。受酶作用的物質(zhì)稱為基質(zhì)（底物），在酶作用下的反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)。酶和污染物的相互作用污染物進(jìn)入機(jī)體后，一方面在酶的催化下，進(jìn)行代謝轉(zhuǎn)化，另一方面也導(dǎo)致體內(nèi)酶活性改變，影響酶的數(shù)量和活性。另外有些環(huán)境污染物對(duì)酶有誘導(dǎo)作用。目前已發(fā)現(xiàn)多種環(huán)境污染物能誘導(dǎo)生物體內(nèi)一些酶的活性增加，例如：有機(jī)氯農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、表面活性劑、增塑劑和染料中間體等，均可對(duì)酶產(chǎn)生誘導(dǎo)作用。2.1.1污染物對(duì)生物機(jī)體酶的影響什么是酶（enzyme771污染物對(duì)酶輔助因子的影響一些污染物能與酶的輔助因子——金屬離子作用，從而使輔助因子失活，影響到酶的活性。例如：氰化物等能與細(xì)胞色素酶中的鐵離子結(jié)合，形成穩(wěn)定絡(luò)合物，而抑制細(xì)胞色素的酶活性，使其不能傳遞電子，則細(xì)胞內(nèi)的氧化代謝過程中斷，使機(jī)體不能利用氧，出現(xiàn)內(nèi)窒息性缺氧。2對(duì)酶活性中心的影響污染物還能和酶的其它活性基團(tuán)結(jié)合，如汞和砷與某些酶的活性基團(tuán)結(jié)合就很牢固，從而使酶失去活性。3破壞酶的結(jié)構(gòu)有些污染物能夠取代酶分子中的某些成分，從而使酶失去活性。如鈹?shù)亩咀饔脵C(jī)理就是能取代某些酶分子中的鎂和錳，破壞了酶的正常結(jié)構(gòu)，使酶失去活性。污染物對(duì)生物體內(nèi)酶的影響1污染物對(duì)酶輔助因子的影響污染物對(duì)生物體內(nèi)酶的影響784與酶激活劑作用有些酶需要激活劑才能表現(xiàn)活性。酶激活劑往往是金屬離子，凡是能與激活劑作用的污染物都能抑制酶的活性。5污染物與基質(zhì)競爭同種酶而抑制酶的作用污染物與底物有相似的結(jié)構(gòu)，也能酶形成復(fù)合物，從而競相和酶發(fā)生作用。酶的抑制不可逆性抑制非競爭性抑制競爭性抑制4與酶激活劑作用79混合功能氧化酶（MFO）混合功能氧化酶（MFO）MFO是污染物在體內(nèi)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化相I過程中的關(guān)鍵酶系，它們對(duì)人工化學(xué)品解毒發(fā)揮了重要作用。MFO引起的生物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)特征相同，但底物、產(chǎn)物的化學(xué)特性差別很大，即具有多種催化功能?；旌瞎δ苎趸福∕FO）的作用MFO存在于所有的脊椎動(dòng)物和大部分的無脊椎動(dòng)物中，其作用是代謝非極性的親脂性有機(jī)化合物，包括內(nèi)源性化合物和外源性化合物。從解毒作用來看，許多外源性化合物進(jìn)入體內(nèi)，經(jīng)MFO作用后發(fā)生各種變化，大多數(shù)被轉(zhuǎn)化成低毒易溶的代謝產(chǎn)物排出體外。但有的則變成高毒甚至致癌物?；旌瞎δ苎趸福∕FO）混合功能氧化酶（MFO）80抗氧化防御系統(tǒng)酶活性氧（ActiviatedOxygen）帶有2~3個(gè)電子的分子氧還原產(chǎn)物，主要有：·OH、O2、H2O2活性氧的控制和消除由體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧可為抗氧化防御系統(tǒng)控制，消除活性氧對(duì)機(jī)體的傷害作用。某些污染物如多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯可在生物體內(nèi)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生大量活性氧。在一定范圍內(nèi)，這些活性氧可被體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)清除，但當(dāng)體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)不能消除這些活性氧時(shí)，它們可使DNA鏈斷裂、脂質(zhì)過氧化、酶蛋白失活等，從而引起機(jī)體氧化應(yīng)激或氧毒性。抗氧化防御系統(tǒng)酶超氧化物歧化酶（SOD）谷胱甘肽氧化酶（GPx）過氧化氫酶（Ct）抗氧化防御系統(tǒng)酶活性氧（ActiviatedOxygen）812.1.2污染物對(duì)生物大分子的影響污染物對(duì)生物大分子的影響主要表現(xiàn)在以下方面：干擾正常的受體——配體的相互作用受體（receptor）是許多組織細(xì)胞膜上的大分子成分，配體（ligand）是生物體內(nèi)的一些具有生物活性的化學(xué)物。正常情況下，受體與配體結(jié)合形成受體－配體復(fù)合物，產(chǎn)生一定的生物學(xué)效應(yīng)。生物膜損傷不少環(huán)境化學(xué)物通過改變膜脂流動(dòng)性，影響膜的通透性和鑲嵌蛋白質(zhì)的活性，改變其結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生生物效應(yīng)干擾細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)正常情況下細(xì)胞內(nèi)的鈣濃度較低（10－7～10－8mol/L），細(xì)胞外濃度較高（103mol/L

）。各種細(xì)胞毒物，如硝基酚、過氧化物、汞、鉛等重金屬離子均能干擾細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，引起細(xì)胞損傷和死亡。2.1.2污染物對(duì)生物大分子的影響污染物對(duì)生物大分子的影響82干擾細(xì)胞能量的合成一些環(huán)境污染物可干擾糖類的氧化，使細(xì)胞不能合成能被生物利用的ATP，ATP使細(xì)胞生命活動(dòng)得不到充足的能量供給脂質(zhì)過氧化(lipiedperoxidation)與自由基脂質(zhì)過氧化是細(xì)胞損傷的一種特殊方式,是由于產(chǎn)生了自由基而引起的,正常情況下,生物體內(nèi)氧化、還原和酶促反應(yīng)過程中，均可產(chǎn)生少量自由基，一般可被體內(nèi)存在的抗氧化物質(zhì)（如維生素C、維生素E）所對(duì)抗，對(duì)生物危害不大。當(dāng)大量污染物（自由基）進(jìn)入機(jī)體，造成機(jī)體抗氧化作用失衡，即可發(fā)生脂質(zhì)過氧化，對(duì)生物體造成危害。與生物大分子共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合可改變生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，引起一系列生物學(xué)改變，特別是與酶蛋白、脂肪、核酸等重要生物大分子共價(jià)結(jié)合，能改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，影響其生理功能，甚至導(dǎo)致變性和細(xì)胞死亡。干擾細(xì)胞能量的合成83例：污染物對(duì)蛋白質(zhì)的影響污染物對(duì)蛋白質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在以下方面：導(dǎo)致蛋白質(zhì)化學(xué)損傷：細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)及通透性改變；影響酶的催化功能等誘導(dǎo)生物機(jī)體內(nèi)一些功能蛋白的產(chǎn)生：如應(yīng)激蛋白（StressProteins）和金屬硫蛋白（Metallothionein）的產(chǎn)生，這些蛋白質(zhì)的產(chǎn)生可保護(hù)生物機(jī)體抵抗污染物的損害。注：金屬硫蛋白對(duì)二價(jià)金屬離子具有極高的親和力，在細(xì)胞內(nèi)起貯存必需的微量金屬如Zn、Cu和結(jié)合有毒金屬如Cd、Hg的作用，它與必需金屬的結(jié)合起調(diào)節(jié)這些金屬在細(xì)胞內(nèi)濃度的作用，而與有毒金屬結(jié)合則可以保護(hù)細(xì)胞免受金屬毒性影響。例：污染物對(duì)蛋白質(zhì)的影響污染物對(duì)蛋白質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在以下方84污染物對(duì)DNA的影響外源性化合物及其代謝產(chǎn)物能引起DNA損傷，它們與DNA的相互作用過程有以下四個(gè)階段：形成DNA加合物（DNAAddcuts）發(fā)生DNA的二次修飾DNA結(jié)構(gòu)的破壞被固定當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，外源性化合物造成的危害可導(dǎo)致DNA突變及其基因功能的改變DNA加合物的形成是產(chǎn)生DNA損傷最早期的作用，隨后產(chǎn)生的最重要影響是DNA結(jié)構(gòu)的改變，如堿基置換、堿基丟失、鏈斷裂等。DNA加合物作為一項(xiàng)生物指標(biāo)來評(píng)價(jià)環(huán)境中化學(xué)污染物的遺傳毒性的研究日益受到重視。污染物對(duì)DNA的影響外源性化合物及其代謝產(chǎn)物能引起DNA損傷852.2污染物在細(xì)胞和器官水平上的影響

2.2.1對(duì)細(xì)胞膜的影響對(duì)細(xì)胞膜的影響主要表現(xiàn)在以下方面：污染物引起的脂質(zhì)過氧化作用導(dǎo)致的損傷污染物可影響膜的離子通透性污染物與膜上的受體結(jié)合，干擾正常的生理功能2.2污染物在細(xì)胞和器官水平上的影響

2.2.1對(duì)細(xì)胞862.2.2對(duì)細(xì)胞器的影響線粒體線粒體是細(xì)胞供能的場所。污染物可引起其結(jié)構(gòu)改變，從而影響線粒體的氧化磷酸化和電子傳遞功能光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是進(jìn)行激素和外源性化合物的代謝場所。糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：通過附著或解離核糖體控制蛋白質(zhì)的合成例：多種化學(xué)致癌物如黃曲霉毒素能引起核糖體脫落，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成控制的改變。2.2.2對(duì)細(xì)胞器的影響線粒體872.2.3污染物對(duì)組織器官的影響三個(gè)概念：靶器官、效應(yīng)器官和蓄積器官注1：靶器官不同于效應(yīng)器官，污染物的毒作用可以通過靶器官表現(xiàn)處來，也可由另外的效應(yīng)器官表現(xiàn)出來。注2：靶器官不同于蓄積器官，污染物在蓄積器官內(nèi)的濃度高于其他器官，但對(duì)蓄積器官并不一定顯示毒作用。對(duì)組織器官的影響對(duì)植物，表現(xiàn)為葉面出現(xiàn)點(diǎn)、片傷害斑，造成葉、蕾、花、果實(shí)等的脫落對(duì)動(dòng)物，以重金屬污染為例：鉛可損害造血器官和神經(jīng)系統(tǒng)，鎘可損害肝臟、腎臟，導(dǎo)致骨痛病。2.2.3污染物對(duì)組織器官的影響三個(gè)概念：靶器官、效應(yīng)器官882.3污染物在個(gè)體水平上的影響污染物對(duì)植物在個(gè)體水平上的影響：主要表現(xiàn)為生長減慢、發(fā)育受阻、失綠黃化、早衰等污染物對(duì)動(dòng)物在個(gè)體水平上的影響：主要表現(xiàn)為死亡、行為改變、繁殖下降、生長和發(fā)育抑制、疾病敏感性增加、代謝率變化2.3污染物在個(gè)體水平上的影響污染物對(duì)植物在個(gè)體水平上的影892.3.1死亡衡量死亡的指標(biāo)死亡率：死亡比例的大小，為評(píng)價(jià)污染物毒性大小的生物學(xué)指標(biāo)致死劑量（LethalDose）或致死濃度（LethalConcentration）：能引起動(dòng)物死亡的污染物的劑量或濃度。半數(shù)致死劑量（LD50）或半數(shù)致死濃度（LC50）：能引起50％的動(dòng)物死亡的污染物的劑量或濃度。影響致死效應(yīng)的主要因素：污染物的種類及其物理化學(xué)性質(zhì)生物的種類作用時(shí)間、水質(zhì)條件，如溫度、硬度、溶解氧等多種污染物的綜合作用2.3.1死亡902.3.2對(duì)行為的影響行為毒性（BehavioralToxicity）的概念指一種污染物或其他因素（如溫度、光照、輻射）使得動(dòng)物一種行為超過正常變化的范圍。水環(huán)境污染可影響的生物行為：回避行為捕食行為學(xué)習(xí)行為警惕行為社會(huì)行為對(duì)鳥類行為的影響有機(jī)磷農(nóng)藥可影響鳥的神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致鳥的平衡和協(xié)調(diào)性的損害。受污染的鳥類還可表現(xiàn)出對(duì)領(lǐng)地的失控和不能照顧后代。2.3.2對(duì)行為的影響行為毒性（BehavioralTo912.3.3對(duì)繁殖的影響污染物的繁殖的影響主要表現(xiàn)為：產(chǎn)卵數(shù)、孵化率、幼體存活率下降以及繁殖行為下降等概念：環(huán)境激素（EnvironmentalEndocrineDisrupters）指具有動(dòng)物和人體激素的活性，能干擾和破壞野生動(dòng)物繁殖障礙、誘發(fā)人類重大疾病的天然物質(zhì)或人工合成物質(zhì)。也叫做外源性雌激素或環(huán)境內(nèi)分泌干擾物。環(huán)境激素的種類包括：天然雌激素、合成雌激素、植物雌激素、具有雌激素活性的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)注：具有雌激素活性的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)：如殺蟲劑、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、洗滌劑、塑料添加劑、食品添加劑等，工業(yè)廢水和生活污水往往含有上述物質(zhì)。2.3.3對(duì)繁殖的影響污染物的繁殖的影響922.3.4對(duì)生長和發(fā)育的影響污染物對(duì)生長和發(fā)育的影響可通過生長指示器來測定生長指示器（ScopeforGrowth）是反映生物機(jī)體能量獲取利用和代謝的綜合指標(biāo)。P=A-(R+U)注：P——SFG；A——從食物獲得的能量；R——呼吸作用的能量損失；U——排泄作用的能量損失2.3.4對(duì)生長和發(fā)育的影響污染物對(duì)生長和發(fā)育的影響可通過932.4污染物在種群和群落水平上的影響

2.4.1對(duì)生物種群的影響概念：種群（Population）是指在一定時(shí)空中同種個(gè)體的組合。污染物對(duì)種群的影響表現(xiàn)為：種群數(shù)量的密度改變結(jié)構(gòu)和性別比例的變化：年齡結(jié)構(gòu)、種群大小、性逆轉(zhuǎn)遺傳結(jié)構(gòu)的改變：在進(jìn)化過程中通過改變基因頻率以適應(yīng)環(huán)境的改變競爭關(guān)系的改變2.4污染物在種群和群落水平上的影響

2.4.1對(duì)生物942.4.2對(duì)生物群落的影響基本概念群落（Community）優(yōu)勢種（DominantSpecies）優(yōu)勢度？？耐污種敏感種污染物對(duì)群落的影響表現(xiàn)在：群落組成和結(jié)構(gòu)改變對(duì)物種多樣性（SpeciesDiversity）的影響注：物種多樣性指群落中物種的數(shù)目（豐富度）和各個(gè)物種的相對(duì)密度（群落的異質(zhì)性）。2.4.2對(duì)生物群落的影響基本概念952.5化學(xué)污染物對(duì)生物的聯(lián)合作用聯(lián)合作用(CombinedEffect)的概念指兩種或兩種以上化學(xué)污染物共同作用所產(chǎn)生的綜合生物學(xué)效應(yīng)。聯(lián)合作用的類型：相加作用（AdditiveEffect）：污染物的總作用強(qiáng)度等于其各個(gè)成分單獨(dú)作用強(qiáng)度的總和。協(xié)同作用（SynergisticEffect）：污染物的總作用強(qiáng)度大于其各個(gè)成分單獨(dú)作用強(qiáng)度的總和。獨(dú)立作用（IndependentEffect）各污染物對(duì)機(jī)體的侵入途徑、方式、作用部位、產(chǎn)生毒作用的機(jī)理各不相同，因此產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)彼此無關(guān)。拮抗作用（AntagonisticEffect）：污染物的總作用強(qiáng)度小于其中任何一種成分的單獨(dú)作用強(qiáng)度。2.5化學(xué)污染物對(duì)生物的聯(lián)合作用聯(lián)合作用(Combine96《環(huán)境生物學(xué)》課件97第三章污染物的生物效應(yīng)檢測

本章將討論以下內(nèi)容生物測試及方式一般毒性試驗(yàn)生物的分子和細(xì)胞水平檢測生物致突變、致畸和致癌效應(yīng)檢測微宇宙法第三章污染物的生物效應(yīng)檢測

本章將討論以下內(nèi)容983.1生物測試及方式生物測試（Bioassay）的概念：指系統(tǒng)地利用生物的反應(yīng)測定一種或多種污染物或環(huán)境因素單獨(dú)或聯(lián)合存在時(shí)所導(dǎo)致的影響或危害。注釋1：所利用的生物反應(yīng)包括分子、細(xì)胞、組織、器官、個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)各級(jí)水平上的反應(yīng)。注釋2：生物測試不同于常規(guī)的物理、化學(xué)檢測。前者能夠測定污染物對(duì)生物機(jī)體的影響，而后者只能測定污染物的濃度。例如：通過水污染的生物測試可獲得以下數(shù)據(jù)：各種環(huán)境因素如DO、pH、溫度、混濁度等對(duì)生命的有利以及不利的濃度或強(qiáng)度；污染物對(duì)受測生物的毒性；各種水生生物對(duì)污染物的相對(duì)敏感性；廢水所應(yīng)處理的程度；允許的污染物排放濃度等。3.1生物測試及方式生物測試（Bioassay）的概念：99生物測試的方式短期生物測試（ShortTermBioassays）主要用于測定LC50、IC50、EC50，用來快速估計(jì)污染物的毒性，評(píng)定幾種不同毒物或廢物對(duì)某種生物的相對(duì)毒性或評(píng)定不同生物對(duì)不同條件如溫度、pH的相對(duì)敏感性等。多數(shù)采用靜止式。中期生物測試（IntermediateTermBioassays）時(shí)間為8d到90d，多數(shù)情況下為流動(dòng)式。長期生物測試（LongTermBioassays）包括全部生活史的生物測試（CompleteLife－cycleBioassays）和部分生活史的生物測試（PartialLife－cycleBioassays）目的是要測定出在持續(xù)情況下不造成有害效應(yīng)的毒物最大濃度或最大允許毒物濃度（MATC）只能采用流動(dòng)式，要保證試驗(yàn)的環(huán)境條件和自然界的季節(jié)變化相符合。生物測試的方式短期生物測試（ShortTermBioas100受試生物的選擇影響生物測試結(jié)果的因素受試生物試驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)室差異生物測試的標(biāo)準(zhǔn)化受試生物的選擇1013.2一般毒性試驗(yàn)基本概念毒物（Toxicant）的概念毒物與非毒物之間不存在絕對(duì)的界限，通常一種物質(zhì)只有達(dá)到中毒劑量時(shí)才是毒物。中毒（Intoxication）中毒是各種毒性作用的綜合表現(xiàn)，包括急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒。毒性（Toxicity）指一種物質(zhì)引起機(jī)體損傷的能力。毒性作用或毒效應(yīng)（ToxicEffect）3.2一般毒性試驗(yàn)基本概念102

效應(yīng)（Effect）也稱為作用，指接觸一定劑量化學(xué)物后，使機(jī)體產(chǎn)生的生物學(xué)改變。效應(yīng)是對(duì)個(gè)體而言的，這種改變可用一定的計(jì)量單位表示。反應(yīng)（Response）指接觸一定劑量化學(xué)物后，產(chǎn)生某種效應(yīng)并達(dá)到一定強(qiáng)度的個(gè)體在群體中所占的比例。反應(yīng)是對(duì)群體而言的，用百分率或比值來表示，如發(fā)病率、死亡率等。劑量－效應(yīng)關(guān)系和劑量－反應(yīng)關(guān)系以劑量為橫坐標(biāo)，以表示效應(yīng)強(qiáng)度的計(jì)算單位或表示反應(yīng)的百分率或比值為縱坐標(biāo)繪制散點(diǎn)圖所得到的曲線，即為劑量－效應(yīng)關(guān)系和劑量－反應(yīng)關(guān)系曲線。不同的化學(xué)物或同一化學(xué)物在不同條件下，其劑量與效應(yīng)或反應(yīng)的相關(guān)關(guān)系不同，可呈現(xiàn)不同類型的曲線。（見圖3－1，3－2，3－3，3－4）效應(yīng)（Effect）103劑量－效應(yīng)關(guān)系和劑量－反應(yīng)關(guān)系曲線圖劑量10050反應(yīng)強(qiáng)度（％）圖3－1劑量－反應(yīng)曲線（直線型）劑量10050死亡率（％）圖3－2劑量－反應(yīng)曲線（拋物線型）對(duì)數(shù)劑量10050死亡率（％）圖3－3劑量－反應(yīng)曲線（S形線型）死亡率（概率單位）對(duì)數(shù)劑量10050圖3－4劑量－反應(yīng)曲線劑量－效應(yīng)關(guān)系和劑量－反應(yīng)關(guān)系曲線圖劑量10050反應(yīng)強(qiáng)度（104毒性試驗(yàn)常用參數(shù)致死劑量或致死濃度（LethalDose，LethalConcentration）絕對(duì)致死劑量或致死濃度（LD100、LC100）半數(shù)致死劑量或濃度（LD50、LC50）最小致死劑量或濃度（MLD、MLC）最大耐受劑量或濃度（LD0、LC0）最大無作用劑量（MaximumNo－effectLevel）每日容許攝入量（AcceptableDailyIntake）最高容許濃度（MaximumAllowableConcentration）毒作用帶急性毒作用帶（Acute－toxicEffectZone）慢性毒作用帶（Chronic－toxicEffectZone）半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）和半數(shù)抑制濃度（IC50）毒性試驗(yàn)常用參數(shù)致死劑量或致死濃度（LethalDose，105急性毒性試驗(yàn)（AcuteToxicityTest）急性毒性試驗(yàn)（AcuteToxicityTest）研究化學(xué)物質(zhì)大劑量一次染毒或24小時(shí)內(nèi)多次染毒動(dòng)物所引起的毒性的試驗(yàn)。其目的是短期內(nèi)了解該物質(zhì)的毒性大小和特點(diǎn)，并為進(jìn)一步開展其他毒性試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。急性毒性試驗(yàn)類型哺乳動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)水生生物急性毒性試驗(yàn)蚯蚓急性毒性試驗(yàn)急性毒性試驗(yàn)（AcuteToxicityTest）急性毒106動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)（1）動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)方法如下：按試驗(yàn)要求選擇受試生物常用成年大鼠或小鼠，雌雄動(dòng)物同時(shí)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)動(dòng)物預(yù)先觀察幾天后標(biāo)記編號(hào)并隨機(jī)分組。預(yù)備試驗(yàn)和確定劑量組選用少量動(dòng)物進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)，找出引起動(dòng)物90％（或全部）死亡的劑量（即最高劑量組劑量）和引起動(dòng)物10％死亡（或不死亡）的劑量（即最低劑量組劑量）。在最高劑量組劑量和最低劑量組劑量的范圍內(nèi)，按等比級(jí)數(shù)插入若干個(gè)中間劑量（一般4～6組），從而確定正式試驗(yàn)的劑量組。染毒方式和受試物的配制一般用灌胃法和人工熏氣法。受試物的配制：配制試驗(yàn)所需的最高劑量濃度溶液，然后依次稀釋到所需濃度。動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)（1）動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)方法如下：107動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)（2）觀察指標(biāo)中毒癥狀：一般觀察24～48小時(shí)，最好觀察到絕大多數(shù)動(dòng)物出現(xiàn)典型中毒癥狀。動(dòng)物死亡數(shù)目和死亡時(shí)間病理檢查：對(duì)于試驗(yàn)時(shí)立即死亡的動(dòng)物，可解剖，分析死亡原因，看是技術(shù)事故還是中毒引起的死亡。確定半數(shù)致死量（LD50）試驗(yàn)結(jié)果LD50值越小，毒性越大。急性毒性試驗(yàn)結(jié)果只能粗略地表示某化學(xué)物質(zhì)的毒性，而不能全面反映其毒性。由于動(dòng)物種屬、性別、染毒方式的不同，所表現(xiàn)的毒性也不一致，故表示LD50應(yīng)注釋明動(dòng)物種類和染毒方式。動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)（2）觀察指標(biāo)108亞慢性毒性試驗(yàn)和慢性毒性試驗(yàn)亞慢性毒性試驗(yàn)和慢性毒性試驗(yàn)蓄積毒性試驗(yàn)蓄積系數(shù)法（CumulativeCoefficientMethod）：用來評(píng)價(jià)環(huán)境污染物蓄積作用的方法。蓄積系數(shù)K＝生物半減期T＝亞慢性毒性試驗(yàn)和慢性毒性試驗(yàn)亞慢性毒性試驗(yàn)和慢性毒性試驗(yàn)1093.3生物的分子和細(xì)胞水平檢測加合物的測定DNA－加合物的測定蛋白加合物的測定一般代謝酶的活性測定乙酰膽堿酯酶腺三磷酶解毒系統(tǒng)酶類誘導(dǎo)作用的檢測混合功能氧化酶的誘導(dǎo)作用谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶抗氧化防御系統(tǒng)檢測過氧化氫酶谷胱甘肽過氧化酶3.3生物的分子和細(xì)胞水平檢測加合物的測定1103.4生物致突變、致畸和致癌效應(yīng)檢測

3.4.1致突變?cè)囼?yàn)基本概念突變（Mutation）基因突變（GeneMutation）和染色體畸變（ChromosomeMutation）致突變作用（Mutagenesis）和致突變物（Mutagen）致突變?cè)囼?yàn)的目的致突變?cè)囼?yàn)的目的是為了檢查受試物對(duì)機(jī)體遺傳過程有無影響的方法。致突變?cè)囼?yàn)方法基因突變?cè)囼?yàn)，例如Ames試驗(yàn)，下文以鼠傷寒沙門氏菌/哺乳動(dòng)物微粒體酶試驗(yàn)法為例介紹。染色體畸變?cè)囼?yàn)DNA損傷試驗(yàn)3.4生物致突變、致畸和致癌效應(yīng)檢測

3.4.1致突變?cè)囼?yàn)111Ames試驗(yàn)Ames試驗(yàn)原理同一種微生物的營養(yǎng)缺陷型突變型菌株與受試物接觸，若此化學(xué)物質(zhì)具有致突變性，可使突變型微生物再發(fā)生一次突變，重新成為野生型微生物。這種突變叫做回復(fù)突變。注釋1：營養(yǎng)缺陷型突變型菌株注釋2：野生型微生物鼠傷寒沙門氏菌/哺乳動(dòng)物微粒體酶試驗(yàn)法方法原理：在動(dòng)物體外將待測物經(jīng)肝微粒體酶系活化后，檢測其所誘發(fā)的沙門氏菌回變菌落數(shù)，即由不能自行合成組氨酸的營養(yǎng)缺陷型突變菌株（his－），回復(fù)為能自行合成組氨酸的（his＋）菌落數(shù)。突變率＝誘發(fā)回復(fù)突變菌落數(shù)/自發(fā)回復(fù)突變的菌落數(shù)（對(duì)照）當(dāng)突變率大于2.0時(shí)，為陽性結(jié)果。Ames試驗(yàn)Ames試驗(yàn)原理112微核試驗(yàn)微核試驗(yàn)1133.4.2致畸效應(yīng)概念畸形（Malformation）、畸胎（Terate）致畸作用（Teratogenesis）、致畸物（Teratogen）致畸作用的毒理學(xué)特點(diǎn)胚胎與致畸物接觸時(shí)因胚胎處于不同的發(fā)育階段而呈現(xiàn)不同的敏感性。種屬差異較為明顯?；瘜W(xué)致畸作用機(jī)理突變引起胚胎發(fā)育異常；對(duì)細(xì)胞的生長分化較為重要的酶類受到抑制；母體正常代謝過程被破壞；細(xì)胞分裂過程的障礙3.4.2致畸效應(yīng)概念114致畸試驗(yàn)致畸試驗(yàn)的目的檢測環(huán)境污染物能否通過妊娠母體引起胚胎畸形。一般試驗(yàn)動(dòng)物要求其對(duì)化學(xué)物質(zhì)的代謝過程與人相似，胎盤結(jié)構(gòu)也相似，還要求孕期短，產(chǎn)仔多，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，如家兔、大鼠、小鼠等。致畸作用的評(píng)價(jià)注意與自然變異區(qū)分；注意種屬差異；注意試驗(yàn)的閾劑量與人類實(shí)際可能攝入量之間的差別。致畸試驗(yàn)1153.4.3致癌效應(yīng)概念化學(xué)致癌作用（ChemicalCarcinogenesis）化學(xué)致癌物（ChemicalCarcinogen）細(xì)胞癌變學(xué)說癌變過程引發(fā)階段促進(jìn)階段浸潤和轉(zhuǎn)移階段致癌試驗(yàn)致癌試驗(yàn)是檢驗(yàn)受試物及其代謝產(chǎn)物是否具有致癌效應(yīng)或誘發(fā)腫瘤作用的慢性毒性試驗(yàn)法。短期篩檢方法長期動(dòng)物誘癌試驗(yàn)3.4.3致癌效應(yīng)概念1163.5微宇宙法微宇宙（Microcosm）是研究污染物在生物種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈水平上的生物效應(yīng)的一種方法，又稱模型生態(tài)系統(tǒng)法（ModelEcosystem）可分為自然微宇宙和人工微宇宙或分為水生微宇宙和陸生微宇宙。標(biāo)準(zhǔn)化水生微宇宙（StandardizedAquaticMicrocosm，SAM）用于在實(shí)驗(yàn)室測定有毒物質(zhì)在多物種水平對(duì)淡水生態(tài)系統(tǒng)的影響。試驗(yàn)時(shí)間64天，容器為4L的玻璃廣口瓶，試驗(yàn)生物包括10種藻、4種無脊椎動(dòng)物、1種細(xì)菌。對(duì)溫度、光照強(qiáng)度、pH值等理化參數(shù)均有具體要求。3.5微宇宙法微宇宙（Microcosm）117燒杯水生微宇宙（MixedFlaskCulture，MFC）又稱燒杯混合培養(yǎng)，試驗(yàn)時(shí)間12～14周，容器為1L的玻璃廣口瓶，試驗(yàn)生物包括4種藻、2種無脊椎動(dòng)物、一些細(xì)菌和原生動(dòng)物。對(duì)溫度、光照強(qiáng)度、pH值等理化參數(shù)均有具體要求。與SAM不同的是通過加入來自生態(tài)系統(tǒng)浸出液提供給微宇宙中生物群落所需的基質(zhì)。室外水生微宇宙（OutdoorAquaticMicrocosm）又稱中宇宙（Mesocosm），試驗(yàn)單元6m3，試驗(yàn)生物包括浮游植物、浮游動(dòng)物、魚類、大型水生植物和無脊椎動(dòng)物。土壤核心微宇宙（SoilCoreMicrocosm，SCM）該法采用野外環(huán)境的土壤核心，將其設(shè)置在環(huán)境條件控制的實(shí)驗(yàn)室中，試驗(yàn)生物因土壤核心采集場所不同而不同，可研究化學(xué)物質(zhì)和營養(yǎng)元素對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響及其環(huán)境歸趨。模擬農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)該系統(tǒng)模擬農(nóng)田條件，無陸生動(dòng)物，為同時(shí)測定農(nóng)藥在土壤、植物、水溶液和空氣中的殘留而設(shè)計(jì)，采用0.75m3的矩形玻璃室，可打入足夠數(shù)量的空氣，通過玻璃室模擬微風(fēng)并能收集揮發(fā)的農(nóng)藥。燒杯水生微宇宙（MixedFlaskCulture，MF118生物測試與常規(guī)的物理、化學(xué)檢測有何不同？表示毒性的常用參數(shù)有哪些？能否解釋其含義？何謂Ames試驗(yàn)？它的原理是什么？在學(xué)習(xí)了本章內(nèi)容之后，請(qǐng)思考以下問題：生物測試與常規(guī)的物理、化學(xué)檢測有何不同？在學(xué)習(xí)了本章內(nèi)容之后119第四章

環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測與生物評(píng)價(jià)本章將討論以下內(nèi)容：生物監(jiān)測和環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)概念生物監(jiān)測與評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)化學(xué)品生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有害物理因素的生物學(xué)效應(yīng)的評(píng)價(jià)第四章

環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測與生物評(píng)價(jià)本章將討論以下內(nèi)容：1204.1生物監(jiān)測和環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)概念環(huán)境質(zhì)量（EnvironmentalQuality）：指環(huán)境素質(zhì)的優(yōu)劣程度。環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)（EnvironmentalQualityCriteria）指環(huán)境因素在一定條件下作用育特定對(duì)象（人或生物）而不產(chǎn)生不良或有害效應(yīng)的最大閾值。它是由污染物同特定對(duì)象之間的劑量－反應(yīng)關(guān)系確定的，不考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等人為因素，具有客觀性。環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（EnvironmentalQualityStandard）是國家權(quán)力機(jī)構(gòu)以前者為依據(jù)，考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等因素，經(jīng)過綜合分析后，對(duì)環(huán)境中的有害因素在限定的時(shí)空范圍內(nèi)容許閾值所作的強(qiáng)制性法規(guī)，體現(xiàn)國家環(huán)境保護(hù)政策和要求，具有一定的主觀性。4.1生物監(jiān)測和環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)概念環(huán)境質(zhì)量（Environ121環(huán)境質(zhì)量調(diào)查環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測指對(duì)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行定期的或連續(xù)的監(jiān)測、觀察和分析其變化。環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指按照一定的標(biāo)準(zhǔn)，采用相應(yīng)的方法對(duì)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定、比較及預(yù)測。環(huán)境質(zhì)量調(diào)控環(huán)境質(zhì)量預(yù)測環(huán)境質(zhì)量調(diào)查122生物監(jiān)測（Biomonitoring）生物監(jiān)測生物監(jiān)測是利用生物個(gè)體、種群或群落對(duì)環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)闡明環(huán)境污染狀況，從生物學(xué)角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評(píng)價(jià)提供依據(jù)。思考：與理化監(jiān)測相比，生物監(jiān)測有何優(yōu)缺點(diǎn)？能直接反映環(huán)境質(zhì)量對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響不需購置昂貴的儀器及進(jìn)行儀器保養(yǎng)和維修可大面積或長距離內(nèi)密集布點(diǎn)不足之處：反應(yīng)不夠快速，無法精確監(jiān)測某些污染物的含量，精度不高，易受環(huán)境因素的影響如季節(jié)和地理環(huán)境等生物監(jiān)測（Biomonitoring）生物監(jiān)測1234.2生物監(jiān)測與評(píng)價(jià)

4.2.1大氣污染的生物監(jiān)測與評(píng)價(jià)

植物監(jiān)測大氣污染的植物監(jiān)測有以下幾種方法：指示植物法現(xiàn)場調(diào)查法植物群落調(diào)查法現(xiàn)場盆栽定點(diǎn)監(jiān)測法地衣、苔蘚監(jiān)測法：微核技術(shù)的應(yīng)用污染量指數(shù)法大氣污染的綜合生態(tài)指標(biāo)法4.2生物監(jiān)測與評(píng)價(jià)

4.2.1大氣污染的生物監(jiān)測與評(píng)價(jià)124指示生物指示生物的概念：指對(duì)環(huán)境中某些物質(zhì)（包括污染物）能產(chǎn)生各種反應(yīng)或信息而被用來監(jiān)測和評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀和變化的生物。指示生物的種類包括大氣污染指示生物和水體污染指示生物。例如：指示節(jié)氣棗花發(fā)，種棉花；杏花開，快種麥指示天氣燕子低飛預(yù)示雨將來臨，蜻蜓高飛預(yù)示天晴指示水質(zhì)美國威斯康星地區(qū)湖泊中的軟水指示植物為Gratiola，硬水指示植物為Ranunculusaquatilis。指示資源安徽的海州香薷指示銅礦，湖南念同的野韭指示金礦注：指示生物只在一定的時(shí)空范圍內(nèi)起作用：安徽的海州香薷只在安徽指示銅礦，在北方則無此作用。指示生物指示生物的概念：125指示植物監(jiān)測法指示植物利用某些植物對(duì)某些有害氣體的特殊敏感性，可以監(jiān)測大氣中該氣體的濃度，這種植物就稱為該大氣污染物的指示植物。常見大氣污染指示植物二氧化硫污染指示植物：如地衣、苔蘚、芝麻、向日葵、落葉松、加拿大白楊等氟化物污染指示