第三章污染物對生物的影響

1第三章污染物對生物的影響2當(dāng)污染物進入生態(tài)系統(tǒng)，參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，對生態(tài)系統(tǒng)的組分、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生某些影響，稱為污染生態(tài)效應(yīng)。1）生物個體污染效應(yīng)指環(huán)境污染對生物的影響表現(xiàn)在生物個體層次上的反應(yīng)。2）生物群落污染效應(yīng)指環(huán)境污染在生物種群以上層次上的反應(yīng)。3）生態(tài)系統(tǒng)污染效應(yīng)指環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響。第一節(jié)污染物對生物的影響機制3污染物種類不同，生態(tài)系統(tǒng)與生物個體千差萬別，使得污染物對生物的影響機制多種多樣。物理機制污染物質(zhì)可以在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生滲濾、蒸發(fā)、凝聚、吸附、解吸、擴散、沉降、放射性蛻變等多種物理過程，伴隨這些物理過程，生態(tài)系統(tǒng)的某些因子的物理性質(zhì)會發(fā)生改變，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，導(dǎo)致各種生態(tài)效應(yīng)發(fā)生。比如：熱污染。42.化學(xué)機制

主要指化學(xué)污染物質(zhì)與生態(tài)系統(tǒng)中的無機環(huán)境各要素之間發(fā)生的化學(xué)作用，導(dǎo)致污染物的存在形式不斷發(fā)生變化，從而使其對生物的毒性及產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)隨之改變。如：重金屬的不同氧化態(tài)（亞砷酸鹽毒性高于砷酸鹽）；氧化還原電位和pH的不同（水稻對鎘的吸收隨pE的增加和pH的降低而增加），一些污染物的光化學(xué)過程，會造成不同的生態(tài)效應(yīng)。53.生物學(xué)機制——指污染物進入生物體以后，對生物體的生長、新陳代謝、生理生化過程所產(chǎn)生的各種影響。如對植物的細胞生育、組織分化以及植物體的吸收機能、光合作用、呼吸作用、蒸騰作用、反應(yīng)酶的活性、次生物質(zhì)代謝等過程的影響。生物體的累積、富集機制生物吸收、代謝、降解與轉(zhuǎn)化機制64.綜合機制

污染物進入生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，往往綜合了多種物理、化學(xué)和生物學(xué)的過程，并且往往是多種污染物共同作用，形成復(fù)合污染效應(yīng)。7(1)協(xié)同效應(yīng)——一種或多種污染物的毒性效應(yīng)因另一種污染物的存在而增加的現(xiàn)象。例如．混合功能氧化酶被胡椒基丁醚抑制，增加擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯的毒性，其毒性增加為60倍和200倍，這是因為胡椒基丁醚抑制了擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯的解毒系統(tǒng)，從而增加其毒性。又如，農(nóng)藥馬拉硫磷和苯硫磷，苯硫磷能抑制肝臟中降解馬拉硫磷的酯酶，使馬拉硫磷的降解受阻，毒性增強。8(2)加和效應(yīng)——多種污染物混合所產(chǎn)生的生物學(xué)作用強度等于其中各化學(xué)污染分別產(chǎn)生的作用強度的總和。在這種類型中，各化學(xué)物質(zhì)之間均可按比例取代另一種化學(xué)物質(zhì)。因此，當(dāng)化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)相近，性質(zhì)相似，靶器官相同或毒性作用機理相同時，其生物學(xué)效應(yīng)往往呈相加作用。例如，一定劑量的化學(xué)物質(zhì)A和B同時作用于機體，若A引起10％的動物死亡，B引起40％動物死亡，那么，根據(jù)相加作用，在100只動物中將死亡50只，只存活50只如甲拌磷與乙酰甲胺磷；谷硫磷與苯硫磷（敵百蟲），丙烯腈和氰氫酸9(3)獨立作用效應(yīng)——多種化學(xué)污染物各自對機體產(chǎn)生毒性作用的機理不同，互不影響。由于各種化學(xué)物質(zhì)對機體的侵入途徑、方式、作用的部位各不相同，因而所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)也彼此無關(guān)聯(lián)，各種化學(xué)物質(zhì)自然不能按比例相互取代，故獨立作用產(chǎn)生的總效往往低于相加作用，但不低于其中活性最強者。例如，化學(xué)物質(zhì)A和B分別引起10％和40％的死亡率，那么100只活的動物中，經(jīng)A作用，尚存活90只，經(jīng)B作用后，死亡動物應(yīng)為90*40％，即36只，故此時存活動物為54只。可見，獨立作用與相加作用不同。如乙醇與氯乙烯：前者引起肝細胞的線粒體脂質(zhì)過氧化；而后者引起的是微粒體脂質(zhì)過氧化10(4)拮抗效應(yīng)——生態(tài)系統(tǒng)中的污染物對生態(tài)系統(tǒng)的毒性效應(yīng)因另一種污染物的存在而降低?；騼煞N化學(xué)污染物相互干擾，使混合物的生物作用或毒性作用的強度低于兩種化學(xué)污染物任何一種單獨輸入機體的強度。例如，在酸性條件下，鋁離子(A13+)對植物苗根具很高毒性，并能誘導(dǎo)過氧化物歧化酶(SOD)，當(dāng)加入一定量的鈣離子(Ca2+)后，大大降低了鋁離子的毒性，SOD活性顯著降低。因此，常常在酸雨地區(qū)的土壤中加入鈣，防治酸雨的危害。兩種化合物中一個可以激活另一化合物的代謝酶，使其毒性降低。如小鼠先給予苯巴比妥后，再經(jīng)口給以久效磷，使后者的LD50增加一倍以上，即久效磷的毒性降低。第二節(jié)

環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)的影響

1.概述：環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)的主要影響一是污染直接影響了物種的生存和發(fā)展，從根本上影響了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)；二是污染大大降低了初級生產(chǎn)，從而使依托強大初級生產(chǎn)量才能建立起的各級消費種群失去了足夠的物質(zhì)和能量支持，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能趨于簡單化，自我調(diào)節(jié)能力下降。

污染對森林生態(tài)系統(tǒng)的階段影響

污染作用的時期水平效應(yīng)程度可能的后果剛開始不明顯沒有低水平相對沒有影響生態(tài)系統(tǒng)可以作為污染物的貯存庫，并能同化處理污染物明顯毒害水平如果污染持續(xù)作用，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)植物的光和作用水平降低，敏感物種對昆蟲、真菌侵襲的抵抗能力降低生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)明顯受到影響；對外來不利環(huán)境因素的抵御能力降低污染作用增加并持續(xù)發(fā)展抗性種類代替了敏感種類。由于對傳粉生物的影響，很多異花授粉植物難以完成授粉作用生態(tài)系統(tǒng)保持原系統(tǒng)最低限度的結(jié)構(gòu)，但功能已不健全。如果污染停止，可以在一個世紀內(nèi)恢復(fù)其原有功能污染高強度持續(xù)作用大型植物基本全部死亡，有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)大量積累生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變，生物地球化學(xué)循環(huán)難以進行。如果污染停止，生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)需要很長時間特別嚴重的高強度污染長期持續(xù)作用除了細菌、藻類等高抗污染的種類，極少有其它生物可以生存生態(tài)系統(tǒng)萬群解體。它的恢復(fù)需要的時間尺度要以地質(zhì)年代來計量二、結(jié)構(gòu)效應(yīng)在污染脅迫的作用下，很多生態(tài)系統(tǒng)的物種數(shù)量和分布發(fā)生顯著變化，部分物種的正常生理功能也會改變，從而對整個生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化主要包括空間結(jié)構(gòu)和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)變化?？臻g結(jié)構(gòu)變化是指生態(tài)系統(tǒng)水平和垂直上的變化，包括生物群落遷移，景觀破碎等。某些污染常常引起群落物種的大量消亡或更替，從而使原有的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生嚴重的逆向演替。比較典型的就是森林生態(tài)系統(tǒng)，例如加拿大北部針葉林在二氧化硫污染作用下，大面積退化為草甸草原；北歐大面積針闊混交林在二氧化硫污染作用下退化為灌木草叢。二、結(jié)構(gòu)效應(yīng)我國內(nèi)蒙烏拉山林區(qū)演替趨勢據(jù)史料記載，距今一百多年以前這里曾密布著以油松、側(cè)柏等針葉樹為主的原始森林，林中植被繁茂。然而長期以來由于人們的毀林開礦、超載放牧屢禁不止，特別是兩次較大的森林火災(zāi)，致使烏拉山林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)整體發(fā)展態(tài)勢呈逆向演變趨勢。從烏拉山林場1982年和2002年的森林資源統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比來看，烏拉山林區(qū)林地面積2002年比1982年減少13.7%，年均減少0.7%；疏林地面積減少0.5%；灌木林面積減少27.4%，年均減少1.3%，而且現(xiàn)有天然林分質(zhì)量極差，針葉樹種所占比重減少，闊葉樹種所占比重增加，且林區(qū)內(nèi)80%以上的現(xiàn)存林分屬成過熟林，有的已成老殘林，森林資源質(zhì)量下降，數(shù)量減少，植被逐年退化和死亡。二、結(jié)構(gòu)效應(yīng)2.營養(yǎng)結(jié)構(gòu)變化是指生態(tài)系統(tǒng)中各生物成分間通過食物鏈和食物網(wǎng)發(fā)生直接和間接的聯(lián)系，保持著結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性；如果食物網(wǎng)中某一條食物鏈發(fā)生了障礙，就會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響生態(tài)系統(tǒng)功能。重金屬的污染常常導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)中的浮游植物的種類發(fā)生變化，這種變化會影響到植食性動物群落的組成和結(jié)構(gòu)，甚至通過食物鏈導(dǎo)致更高營養(yǎng)級生物的結(jié)構(gòu)變化。二、結(jié)構(gòu)效應(yīng)3.污染物對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響除了直接毒性作用外，還可以通過影響種間關(guān)系而起作用，如捕食、寄生、共生以及競爭等。例如，研究表明殺蟲劑不但能直接改變害蟲的種群結(jié)構(gòu)，還對其捕食性天敵的群落結(jié)構(gòu)造成影響。例如吡蟲啉、抗芽威和氧化樂果三種殺蟲劑降低了麥田亞蚜蟲種群的多樣性指數(shù)和均勻度，而且蚜蟲的捕食性天敵（瓢蟲類、食蚜蠅、草蛉和蜘蛛等）的多樣性指數(shù)也相應(yīng)下降。三、功能效應(yīng)1.污染對初級生產(chǎn)量的影響(森林、農(nóng)田)表3—5UV—B輻射對不同田間春小麥生物量及其分配的影響

三、功能效應(yīng)2.污染對食物鏈的影響物種間營養(yǎng)相互關(guān)系直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動等過程的運轉(zhuǎn)

環(huán)境污染往往會引起食物網(wǎng)簡單化、食物鏈縮短或不完整，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)力降低、物質(zhì)循環(huán)速度下降或中斷、能量流動不暢或效率下降，生態(tài)系統(tǒng)的平衡能力和自我調(diào)節(jié)能力降低。

三、功能效應(yīng)浮游動物藻類二氧化碳食菌原生動物細菌溶解有機碳異源碳圖3—11浮游生物群落食物網(wǎng)簡圖（引自Havens，K.E.，1994）在牧食鏈中，藻類和多數(shù)浮游動物消失，只有少量的取食小型浮游動物和大型藻類的橈足類（Mesocyciops

edax）幸存下來在腐食食物鏈中，食菌的原生動物如鞭毛蟲和纖毛蟲消失

除藻劑硫酸銅對自然浮游生物群落食物鏈的影響。食物鏈的破壞阻斷了微生物碳源向更高營養(yǎng)劑傳遞。三、功能效應(yīng)一些化學(xué)污染物或重金屬在生態(tài)環(huán)境中的殘留會通過食物鏈和生物富集作用影響整個生態(tài)系統(tǒng)，危及人類健康。

三、功能效應(yīng)3.污染對物質(zhì)循環(huán)的影響在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中，污染物的介入會影響物質(zhì)循環(huán)的某些環(huán)節(jié)，如微生物種群結(jié)構(gòu)的變化，這必將導(dǎo)致整個生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的降低。如：重金屬對土壤微生物利用能源碳的影響。

三、功能效應(yīng)3.污染對物質(zhì)循環(huán)的影響

研究表明，多種污染物可以損害固氮菌的固氮作用。如一些除草劑在推薦濃度下會威脅固氮微生物的生存和影響固氮作用。在400mg/L（推薦濃度）的丙草胺和利谷隆作用下，大豆根瘤菌(Rhizobium

japonicum)的存活率分別下降了27.4%和57.8%；百草枯、苯胺靈和阿特拉津在正常使用劑量下也會抑制這類微生物的生長。重金屬污染也會抑制固氮菌的作用，砷對土壤的固氮強度有抑制作用，當(dāng)投加到土壤中砷的含量多于30mg/kg時，固氮強度下降約50%。四、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系一種認為生態(tài)系統(tǒng)的功能受到物種多樣性的影響或控制。MacArthur(1955)提出的多樣性-穩(wěn)定性假說(diversity-stabilityhypothesis)。該假說認為物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性密切相關(guān)，直線并非表示穩(wěn)定性與多樣性之間呈嚴格的線性關(guān)系，它只表示穩(wěn)定性隨物種豐富度的上升而增加（圖3—14a.1）Ehrlich(1981)提出了鉚釘假說(rivethypothesis)。該假說認為系統(tǒng)中所有物種對系統(tǒng)功能維持都具有雖然小但重要的作用，就像一架飛機上的一個個鉚釘。污染脅迫使個體和物種消失，其作用可以比擬為飛機失去鉚釘，每失去一個鉚釘，將相應(yīng)的削弱一份整體功能。隨著物種滅絕數(shù)量的增加，生態(tài)系統(tǒng)受損程度將逐漸加速地上升（圖3—14a.2）。圖3—14a的曲線3為冗余假說。該假說認為對于一個生態(tài)系統(tǒng)，存在一個物種多樣性下限，這個下限是維持生態(tài)系統(tǒng)正常功能所必需的。當(dāng)系統(tǒng)的多樣性高于此下限時，物種數(shù)的增加或減少對系統(tǒng)功能沒有多少影響。當(dāng)污染使某些物種消失時，其他物種可以完成該消失物種的功能，因此，雖然生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性下降，但生態(tài)系統(tǒng)功能不受影響。圖3-14物種多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系a.1.多樣性-穩(wěn)定性假說;2.鉚釘假說;3.冗余假說;b.不確定假說四、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系另一種認為生態(tài)系統(tǒng)功能更多地是受到物種組成(物種的生物學(xué)特征)等因素的控制，在物種多樣性與系統(tǒng)功能之間可能不存在必然聯(lián)系或存在不確定關(guān)系。不確定假說(hypothesis)是Lawton(1994)提出的(圖3—14b)。該假說認為是物種的屬性，而非物種豐富度，對系統(tǒng)功能起著關(guān)鍵的作用。所以當(dāng)系統(tǒng)中物種豐富度減小時，生態(tài)系統(tǒng)功能可能會發(fā)生不可預(yù)料的變化，即物種豐富度與系統(tǒng)功能之間不存在簡單的單調(diào)關(guān)系，或者說存在不確定的關(guān)系。以滇池為例，20世紀70年代中期以后，隨著人為活動的加劇，滇池湖水日益富營養(yǎng)化，湖泊水質(zhì)惡化，導(dǎo)致水生植物群落結(jié)構(gòu)簡化和退化，原來的優(yōu)勢物種如海菜花、輪藻等已絕跡，范草、馬來眼子菜、苦草等已到瀕臨消失的邊緣，耐污種如鳳眼蓮、喜旱蓮子草和龍須眼子菜等大發(fā)展形成單優(yōu)勢群落。水生植物物種多樣性也大幅度下降，由原來的100余種減少到20余種，而藍藻“水華”也時有發(fā)生。第三節(jié)污染物在種群和群落水平的影響一、對生物種群的影響1.種群密度變化污染物可導(dǎo)致個體數(shù)量的減少，種群密度下降。如有毒污染物引起生物個體死亡率增加、繁殖率下降，最終導(dǎo)致種群密度下降。但污染物也能導(dǎo)致個體數(shù)量的增加和種群密度上升。典型例證：例如，農(nóng)藥的濫用造成天敵減少，容易引起害蟲大爆發(fā)湖泊中氮、磷元素大量增加，引起藻類暴長，發(fā)生“水華”。除草劑西瑪津，使土壤中無脊椎動物數(shù)目降低33~50%，在使用西瑪津3~4個月后，同未施藥的土壤比較，蚯蚓、雙翅目、鞘翅目幼蟲和螨等在數(shù)目上有顯著減少。一、對生物種群的影響2。污染物能影響種群的性別比例和年齡結(jié)構(gòu)例如，研究表明，31種類固醇激素(16種雄性激素和15種雌激素)可誘導(dǎo)9科34種雌雄異體魚類和6科13種雌雄同體魚類的性逆轉(zhuǎn)。又如英國的15個污水處理廠出水可使雄鯉魚中形成卵黃蛋白原，出現(xiàn)雌性化特征。大量研究表明魚類的早期生命階段(卵一幼魚)比成魚對污染物更敏感，種群年齡結(jié)構(gòu)趨于老化。3.遺傳結(jié)構(gòu)的變化化學(xué)污染物通過引起遺傳突變和非遺傳性的毒性作用使種群的數(shù)量減少。如：樺尺鑊19世紀時，環(huán)境沒有受到污染前樺尺蠖是淺色的，淺色型樺尺蠖與環(huán)境色彩一致，不易被鳥類所捕食，而黑色個體型在淺色環(huán)境中容易被鳥類所發(fā)現(xiàn)而被淘汰。當(dāng)環(huán)境發(fā)生了變化時，黑色個體型在污染成黑色的樹皮上不易暴露而生存，導(dǎo)致該基因頻率升高。這說明環(huán)境的變化導(dǎo)致了遺傳結(jié)構(gòu)的改變，使種群的基因頻率發(fā)生了定向的變異。

一、對生物種群的影響二、對生物群落的影響

群落是指在一定時間內(nèi)，居住在一定區(qū)域或生境內(nèi)的各種生物種群相互關(guān)聯(lián)、相互影響的有規(guī)律的一種結(jié)構(gòu)單元。污染物可導(dǎo)致群落組成和結(jié)構(gòu)的改變，包括優(yōu)勢種變化、生物量、豐度、種的多樣性等等

1.優(yōu)勢種在群落中優(yōu)勢度大的即為群落優(yōu)勢種，它在群落功能中占重要的位置。群落中物種優(yōu)勢度通過物種的密度、蓋度、頻度和生產(chǎn)量來反映。

圖3—10蓋草能污染農(nóng)田土壤動物優(yōu)勢類群的垂直變化(線蟲和彈尾)注：01,02,03是指樣地號(施藥前一天、施藥后一天和施藥后十天).A是指土壤0-10cm層；B10-20cm；C20-30cm；D30-40cm.2.耐污種是指只在某一污染條件下生存的物種。如顫蚓、蜂蠅幼蟲等僅在有機物豐富的水體中生活，繁衍。這類生物具有獨特的結(jié)構(gòu)與機能，適于在低氧條件下生活。顫蚓頭部鉆在污泥中攝食，尾部露在污水中不停擺動進行呼吸；蜂蠅幼蟲具有長的尾巴露在水表面，通過尾部的氣管進行呼吸活動。

3.敏感種指對環(huán)境條件變化反應(yīng)敏感的物種。這類生物對環(huán)境因素的適應(yīng)范圍比較狹窄，環(huán)境條件稍有變化即不能忍受而死亡。如大型水生無脊椎動物中石蠅椎蟲、石蠶蛾幼蟲和蜉蝣稚蟲等都喜在清潔的水體中生恬，一旦水體受污染、溶解氧不足時就不能生存。圖1乙草胺對不同營養(yǎng)類型線蟲密度的影響Fig.1TheEffectoftheAcetochlor

ontheNumberofDifferentTrophicGroupsNematode隨著時間的推移食細菌線蟲的密度變化不大，對環(huán)境抗干擾和恢復(fù)能力較強，線蟲群落總數(shù)的減少主要是由于植食性線蟲、食真菌線蟲、捕食/雜食性線蟲密度的減少引起的，食真菌線蟲、捕食/雜食性線蟲兩類線蟲對乙草胺污染較為敏感。農(nóng)藥和重金屬對土壤自由線蟲營養(yǎng)類群和群落指數(shù)的影響4.對群落組成和結(jié)構(gòu)改變一般是耐污種在污染環(huán)境中增多而敏感種逐漸消失，狹污性種群被廣污性種群所代替，群落組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變例如，在嚴重污染的第二松花江的哈達灣江段，1982年研究結(jié)果表明，喜污性的普通等片藻代替了喜清水性的顆粒直鏈藻，并出現(xiàn)了耐污種泥污顫藻，耐污性的綠眼蟲代替了清水性的浮游動物，還出現(xiàn)了耐污性的萼花臂尾輪蟲和壺狀臂尾輪蟲，同時魚類區(qū)系也發(fā)生了變化。4.對群落組成和結(jié)構(gòu)改變污染物可導(dǎo)致群落的優(yōu)勢種變化，從而影響群落的組成和結(jié)構(gòu)。增溫前增溫后浮游植物硅藻門的直鏈藻、金藻門的錐節(jié)藻藍、綠藻夏季為銅綠微囊藻和水花束絲尊；浮游動物象鼻蚤和劍水蚤底棲動物搖蚊幼蟲、大型螺蚌數(shù)量多，寡毛類數(shù)量很少大型蚌類減少，而小型螺數(shù)量增加，蜉蝣目幼蟲消失魚類以鯉鯽魚為優(yōu)勢種。鯽魚數(shù)量銳減，被小型的雜魚所代替5.對群落物種多樣性的影響春甘藍化防田與自控田節(jié)肢動物群落特征指數(shù)比較

6.對群落演替的影響如武漢東湖由于受富營養(yǎng)化的影響，湖中的植物由草型轉(zhuǎn)變?yōu)樵逍?湖底退化為次生裸地。再如農(nóng)田連續(xù)使用農(nóng)藥，改變了農(nóng)田的群落結(jié)構(gòu)。吳競侖（2006）研究表明，連續(xù)4年施用7種不同的除草劑，影響了雜草群落的演替過程，雜草優(yōu)勢種群發(fā)生了明顯變化。連續(xù)施用異丙草胺、乙草胺和苯噻酰草胺等三種單劑處理，稗草的優(yōu)勢度值下降，主要闊葉類雜草、一年生莎草科雜草和多年生水莎草優(yōu)勢度值均高于對照區(qū)，而施用磺酰脲類的芐嘧磺隆處理的結(jié)果則與它們相反。第四節(jié)污染物在個體水平上的影響污染物對生物個體水平的影響對動物的影響：死亡、行為改變、繁殖下降、生長和發(fā)育抑制、疾病敏感性增加和代謝速率變化對植物的影響：生長減慢、發(fā)育受阻、失綠黃化、早衰等一、死亡

在一定的劑量或濃度作用下，污染物能引起動物死亡，這樣的劑量或濃度被稱為致死劑量或致死濃度。銅引起50％水生生物死亡的濃度范圍：枝角類為5～300ug/l軟體動物為40～9000ug/l。汞引起這兩類生物50%死亡的濃度范圍：枝角類為0.02～40ug/l軟體動物為90～2000ug/l。

一、死亡主要的影響因素有：污染物的種類及其物理化學(xué)性質(zhì)生物種類污染物作用的時間例子：鎳在96小時引起剛孵化出的鯉魚苗死亡的濃度為6.10mg/l，而對體長4～5cm的幼魚為35.0mg/L溫度增高會增加污染物的致死效應(yīng)；氮在堿性條件形成非離子氨(NH3)對生物致死效應(yīng)明顯，而在酸性條件下形成銨離子，對水生生物則無明顯毒害。

水質(zhì)條件（水溫、pH、硬度和溶解氧）多種污染物的綜合作用二、對行為的影響(一)對水生生物行為的影響當(dāng)一種污染物或其他因素(如溫度、光照、輻射)使得動物一種行為改變超過正常變化的范圍時，就產(chǎn)生了行為毒性(BehavioralToxicity)。水環(huán)境污染可影響的水生生物行為主要有：對污染物的回避行為、捕食行為、學(xué)習(xí)行為、警惕行為和社會行為。研究較多的是回避行為、捕食行為和警惕行為。(一)對水生生物行為的影響回避行為是指水生動物，特別是游泳能力強的水生動物，能主動避開受污染的水區(qū)，游向未受污染的清潔水區(qū)的行為。目前已知能對污染物產(chǎn)生回避反應(yīng)的水生動物主要是各種魚、蝦、蟹，此外，水生昆蟲也有一定的回避能力。(一)對水生生物行為的影響不同的水生動物對同一種污染物的回避能力差異很大。如雜色鱒對DDT有較強的回避能力，閾值為0.005mg/L；食蚊魚次之，閾值為0.1mg/L；草蝦完全不回避。水生生物的活動類型、生理狀態(tài)和水溫變化都能影響回避反應(yīng)的強度，如細鱗大麻哈魚在海水中對原油的回避閾值11.5℃時僅為1.6mg/L，7.5℃時達16mg/L一般來說，水生生物對污染物的回避閾值低于污染物對水生生物的致死濃度。如鯽魚對殺螟松(農(nóng)藥)的回避閾值是10ug/L，比致死濃度低兩個多數(shù)量級。(一)對水生生物行為的影響但有的污染物超過致死濃度，生物也不回避，如異狄氏劑濃度超過致死濃度時，食蚊魚和草蝦也不回避。水生生物的回避能力在實驗室和野外也存在差異性，如在受銅、鋅污染的一條加拿大河流中，野外現(xiàn)場觀測的閾值為實驗室閾值的18倍。(二)對鳥類行為的影響

對鳥類行為影響最典型的污染物是有機磷農(nóng)藥/乙酰膽堿酯酶(Ache)的活性例如受有機磷農(nóng)藥污染的歐驚鳥，當(dāng)腦組織中Ache活性被抑制50％時，一些行為發(fā)生改變，表現(xiàn)為姿態(tài)效應(yīng)改變。這里的姿態(tài)是指歐驚鳥體息時一足站立。受污染的歐驚鳥在休息時一足站立時間明顯改變(姿態(tài)效應(yīng))，這是由于有機磷農(nóng)藥影響了歐驚鳥的神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致了鳥的平衡和協(xié)調(diào)性的損害。

(二)對鳥類行為的影響鳥類行為改變還表現(xiàn)在對領(lǐng)地的失控和不能照顧它們的后代。例如，Bushy等研究有機磷殺蟲劑對加拿大新不倫瑞克地區(qū)云杉中的白喉麻雀的影響。對13對噴灑農(nóng)藥區(qū)的鳥和7對附近未噴灑農(nóng)藥對照區(qū)的鳥進行跟蹤，結(jié)果表明，噴灑區(qū)的成年白喉麻雀減少三分之一，主要是在噴灑區(qū)白喉麻雀放棄了它們領(lǐng)地或死亡。同時發(fā)現(xiàn)處在繁殖期鳥的育雛方式受到破壞和舍棄孵蛋，結(jié)果是幼鳥的數(shù)量只有對照區(qū)的四分之一。

三、對繁殖的影響對動物而言，一般表現(xiàn)為產(chǎn)卵(仔)數(shù)、孵化率和幼體存活率下降以及繁殖行為變化等。生物機體繁殖損害最終導(dǎo)致種群數(shù)量下降，甚至導(dǎo)致物種滅絕。又如有機磷殺蟲劑可影響家燕的精子數(shù)量，在連續(xù)4個1.5小時喂食含有機磷殺蟲劑的食物后，家燕精子數(shù)下降了30％。在鳥類中，污染物影響鳥類繁殖一個典型的效應(yīng)是鳥蛋殼變薄。有機氯殺蟲劑、多氯聯(lián)苯、汞、鋁等污染物也能產(chǎn)生鳥蛋殼變薄的效應(yīng)，有機氯殺蟲劑導(dǎo)致鳥蛋殼變薄的機理也已清楚，主要是阻礙了鈣(ca)向殼腺細胞的運輸。目前，蛋殼變薄巳作為一個敏感指標評價污染物對鳥類繁殖的影響，稱之為蛋殼的厚薄指數(shù)DDTs/二惡英對水鳥的影響

蛋殼變薄孵化率降低小鳥生存率降低三、對繁殖的影響（影響繁殖的物質(zhì)種類）1．天然雌激素和合成雌激素天然雌激素是從動物和人尿中排出的一些性激素，如雌二醇、孕酮、睪酮。合成激素包括與雌二醇結(jié)構(gòu)相似的類固醇衍生物，如二甲基已烯酚(DES)、己烷雌酚、乙炔基雌二醇、炔雌醚等，也包括結(jié)構(gòu)簡單的同型物，即非甾體激素。這些物質(zhì)主要來自口服避孕藥和促家畜生長的同化激素。早在70年代環(huán)境學(xué)家就開始研究水環(huán)境中天然雌激素和合成激素對飲用水的污染問題。例如，英國曾對9條河流和8種飲用水樣進行檢測，在二條河水中檢出了炔雌酮，濃度為17ng/L，在一條河水樣品和飲用水樣中檢出了孕酮，濃度為6ng/L。

三、對繁殖的影響（影響繁殖的物質(zhì)種類）2．植物雌激素這類物質(zhì)是某些植物產(chǎn)生，并具弱激素恬性的化合物，以非甾體結(jié)構(gòu)為主。這些化合物主要有異酮類、木質(zhì)素和擬雌內(nèi)醇。產(chǎn)生這些化合物的植物有豆科植物、茶和人參等。研究報道認為，中國和日本等是食用豆制品較多的國家，而乳腺痛、冠心病和前列腺癌等激素依賴性疾病的發(fā)病率較歐美國家低，這可能是植物激素所誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)起作用的結(jié)果。然而植物激素過多也能引起生殖系統(tǒng)傷害和疾病。

三、對繁殖的影響（影響繁殖的物質(zhì)種類）3．具有雌激素活性的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)許多人工合成的化學(xué)物質(zhì)具有激素活性，廣泛存在于環(huán)境之中，這些物質(zhì)具有弱雌激素活性，也是常見污染物。這類物質(zhì)主要包括：①殺蟲劑，如DDT、氧丹、硫丹、毒殺酚、狄氏劑、開蓬等。DDT最早被證明具有雌激素活性。②多氯聯(lián)苯(PCBs)和多環(huán)芳烴(PAHs)。PCBs是一類非常復(fù)雜的混合物，共有209個異構(gòu)體，多數(shù)PCBs混合物表現(xiàn)激素作用。具有雌激素活性，某些PCB也具有甲狀腺激素的活性。③非離子表面活性劑中烷基苯酚化合物，如4—壬基酚、4—辛基酚、4—壬基—苯、氧基—雙氧乙烯醚和4—壬基—苯氧基乙酸等。這類非離子表面活性劑大量用于洗滌劑、油漆該、殺蟲劑和化妝品。④塑料添加劑，如鄰苯二甲酸酯。⑤食品添加劑(抗氧化劑)，如丁苯、丁化羥基回香醚、4—硝苯甲苯、2，4—二氯苯酚等。⑥工業(yè)廢水和生活污水，如漂白紙漿廢水、石油化工廢水和城市污水等，這些廢水含有上述具激素活性的化合物，因此具雌激素活性。三、對繁殖的影響（影響繁殖的物質(zhì)種類）

環(huán)境激素可使野生動物性發(fā)育和雄性生殖器異常，導(dǎo)致繁殖成功率下降。例如，PCBs可抑制魚類卵巢發(fā)育、降低魚類血液中雌激素和卵黃蛋自厚的含量，導(dǎo)致胚胎和幼體發(fā)育障礙；DDT誘導(dǎo)雄鷗胚胎的雌性化，即畸形卵巢組織和輸卵管的發(fā)育，鷹不營巢和不哺育幼鳥。英國環(huán)境署對英國31條河流的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污水處理廠排放口下游的雄性虹鱒魚發(fā)生雌性化，喪失雄性生殖力。除對野生動物的影響外，環(huán)境激贏對人體有嚴重的危害。危害之一是引起多種形式的雄性生殖系統(tǒng)發(fā)育障礙，如性腺發(fā)育不良、阜丸萎縮和睪丸癌發(fā)生率有明顯增加。環(huán)境激素與人類許多重大疾病發(fā)生有關(guān)，如高血壓、腫瘤等。對環(huán)境雌激素且其危害的研究已成為當(dāng)前生態(tài)毒理學(xué)、分子生物學(xué)、環(huán)境醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉的一個十分活躍的前沿領(lǐng)域，井已受到各國政府和世界組織的高度重視。

螺的雄性化現(xiàn)象正常的雄性個體雄性化的雌性個體1ng/L的TBT就導(dǎo)致軟體動物的雄性化精巢卵巢雄性生殖器雄性生殖器瀕危北極露脊鯨中出現(xiàn)嚴重的雄性雌性化現(xiàn)象美國大湖水貂、北極地區(qū)的北極熊、荷蘭瓦登海海豹等種群數(shù)量下降。哺乳類雄性雌性化

兩棲類的雌雄同體現(xiàn)象的普遍性由于阿特拉津的污染，美國有10-92%雄性野生蛙表現(xiàn)出精巢發(fā)育延遲或雌雄同體Nature,2003

美國白鱘/中華鱘等許多珍稀瀕危物種中出現(xiàn)雌雄同體，雄性比例下降,物種瀕臨滅絕瀕危珍稀魚類00.511.5270-80s90s雄性在種群中的比例00.511.5200.511.52中華鱘白鱘/雌雄同體經(jīng)濟魚類雌雄同體的高頻出現(xiàn)ovum石斑魚、劍尾魚、比目魚、鯔魚等多種重要經(jīng)濟魚類的野生種群中發(fā)現(xiàn)雌雄同體高頻發(fā)生，致使這些種群的繁殖力下降，種群數(shù)量銳減LiaodongBayBohaiBay天津北京河北雌雄同體發(fā)生率31%10%23%50%59%LaizhouBayDalianBeidaihe四、對生長發(fā)育的影響污染物對生長和發(fā)育的影響通?？赏ㄟ^生長指示器(scopeforGrowth，SFG)來測定。SFG是反映生物機體能量獲取利用和代謝的綜合指標，可以用下列公式表示：SFG=A-(R+U)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四、對生長發(fā)育的影響三丁基錫在2ng/L以上，貝類(Mytilusedulis)隨暴露濃度升高SFG減少，表明生長發(fā)育受阻；重金屬Zn0.9mg/L能明顯抑制淡水端足目鉤蝦的SFG，導(dǎo)致后代體重下降，長期暴露導(dǎo)致鉤蝦的種群數(shù)量和生存。

四、對生長發(fā)育的影響盡管有些污染物不會危害生物機體攝食率和生理代謝，但由于機體對污染物的解毒，消耗了大量的能量，仍然能導(dǎo)致生長發(fā)育障礙。Bengtson等研究了跳蟲的金屬解毒作用，分別用生長在含0.30,90,300ug/g銅、鉛的營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基上的真菌來喂養(yǎng)這種跳蟲，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高濃度的重金屬使跳蟲積蓄金屬的腸細胞不斷脫落，生長率下降，但死亡率有所降低。有機體以解毒機制來減少死亡率，然而不利于生長發(fā)育，仍將會導(dǎo)致種群水平上明顯危害。第五節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響一、對細胞的影響研究污染物與細胞結(jié)構(gòu)和功能損傷的關(guān)系，不僅可以闡明污染物毒作用的本質(zhì)，而且可以評價污染物有害性及在早期警報污染物對生態(tài)系統(tǒng)的影響污染物對細胞的損傷，可表現(xiàn)為細胞結(jié)構(gòu)和功能的改變

(一)對細胞膜的影響細胞膜由脂質(zhì)雙分子層和鑲嵌蛋白構(gòu)成其主要功能有：參與細胞內(nèi)外的物質(zhì)交換；細胞膜上會有多種受體，如某些激素受體、神經(jīng)遞質(zhì)受體；細胞膜攜帶有某種抗原，如組織相容性抗原及紅細胞膜上血型抗原等。

(一)對細胞膜的影響首先，污染物引起的膜脂過氧化作用導(dǎo)致細胞膜的損傷。例如，大氣污染物SO2經(jīng)氣孔進入葉組織SO32—，和HSO3—被氧化為SO42—氧化過程產(chǎn)生了自由氧基，引起了膜脂的過氧化，從而傷害了膜系統(tǒng)。

(一)對細胞膜的影響其次，污染物可影響細胞膜的離子通透性例如，神經(jīng)信息傳導(dǎo)依賴于神經(jīng)細胞膜的Na+或K+通透，擬除蟲菊酯殺蟲劑和DDT均可作用于細胞膜的Na+通道，干擾Na+通過細胞膜，影響神經(jīng)傳導(dǎo)。再者，污染物與細胞膜上的受體結(jié)合，干擾了受體正常的生理功能。(二)對細胞器的影響

1．線粒體在真核細胞中，線粒體是氧化磷酸化部位，是細胞能量提供的場所。污染物不僅可以引起細胞線粒體膜和嵴的形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變，而且可以影響線粒體的氧化磷酸化和電子傳遞功能。例如，大鼠子宮內(nèi)給甲基汞，肝線粒體密度降低，線粒體膜結(jié)構(gòu)蛋白下降；呼吸功能和膜標志酶活性抑制。又如，殺蟲雙是一種含氮類樂蟲劑，是沙蠶毒素的衍生物，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，然而，殺蟲雙對家蠶具有極高的毒性，在低劑量和長期暴露后，可導(dǎo)致家蠶絹絲腺細胞線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)改變，電鏡觀察發(fā)現(xiàn)線粒體嵴減少、線粒體變小。(二)對細胞器的影響2．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)的重要功能之一是激素和外源性化合物的代謝。某些污染物經(jīng)代謝活化產(chǎn)生自由基，可導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和微粒體膜的一些重要組分如混合功能氧化酶的破壞。糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成的部位。多核糖體可附著于網(wǎng)上或游離于胞漿中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過附著或解離核糖體，控制蛋白質(zhì)合成。多種結(jié)構(gòu)的化學(xué)致癌物，如黃曲霉毒索、芳香胺和PAH等，能引起核糖體脫落，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成控制的改變。(二)對細胞器的影響3.其他除影響線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外，污染物還可影響微管、微絲、高爾基體、溶酶體等其他細胞器。例如，污染物導(dǎo)致溶酶體解體，有損害性的水解酶異常釋放，產(chǎn)生細胞損害。二、對組織器官的影響

(一)靶器官靶器官(TargetOrgan)：例如，放射性碘積累在哺乳動物的甲狀腺中，可能引起甲狀腺痛；鎘積累在哺乳動物肝和腎中，破壞腎細胞，引起蛋白尿(蛋白質(zhì)從尿排出)；甲基汞作用于哺乳動物的腦，引起神經(jīng)性疾病(水俁病)。

(一)靶器官靶器官不一定是效應(yīng)器官。污染物作用于靶器官后，其毒作用直接由靶器官表現(xiàn)出來，則此靶器官是效應(yīng)器官。例如，有機磷農(nóng)藥作用于神經(jīng)系統(tǒng)（靶器官），會抑制膽堿酯酶活性，造成膽堿能神經(jīng)突觸處乙酰膽堿積累，結(jié)果表現(xiàn)為瞳孔縮小、流涎、肌束顫動等（效應(yīng)器官）。

(一)靶器官靶器官也不同于蓄積器官，蓄積器官是污染物毒物在體內(nèi)的蓄積部位。污染物在蓄積器官內(nèi)的濃度高于其他器官，但對蓄積器官并不一定顯示毒作用。如DDT等有機氧農(nóng)藥的靶器官雖是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和肝臟，但這類農(nóng)藥主要蓄積在脂肪組織中。靶器官可以是接觸、吸收毒物的器官，也可以是遠離接觸、吸收部位的器官。如大氣污染物中的二氧化硫可直接刺激上呼吸道及氣管、支氣管，而大氣污染物中的鉛經(jīng)肺吸收后，卻主要作用于神經(jīng)系統(tǒng)和造血器官。(二)對組織器官的影響植物吸收大氣污染物后，導(dǎo)致葉組織的壞死，表現(xiàn)為葉面出現(xiàn)點、片傷害斑，造成葉、蕾、花、果實等器官脫落，如SO2、O3、氟化氫、乙烯等。氟化氫污染時，植物吸收的F隨蒸騰流轉(zhuǎn)移到葉尖和葉緣，在那里積累至一定濃度后就會使組織壞死，出現(xiàn)葉片脫落。乙烯使洋玉蘭的花瓣和花萼脫水枯萎。(二)對組織器官的影響污染物對植物組織和器官產(chǎn)生產(chǎn)生影響主要有：葉發(fā)生葉覆、穿孔、焦枯、黃化、失綠、褪綠、卷葉、厚葉、溶葉等；果實脫落、畸形等；花發(fā)生花瓣焦枯、落花等；根發(fā)生粗短肥大，缺少根毛表面高厚發(fā)脆等。Cu對大麥的毒害Mn

對果實的毒害(二)對組織器官的影響污染物對動物組織器官的影響相當(dāng)復(fù)雜。常用于研究的器官有肝、腎、神經(jīng)、繁殖器官、血液、呼吸器官、消化器官、內(nèi)分泌器官。鉛(Pb)可損害動物造血器官(骨髓)和神經(jīng)系統(tǒng)。引起貧血或出現(xiàn)運動和感覺障礙。鎘(Cd)主要影響動物肝臟和腎臟，引起骨痛病。汞(Hg)主要影響動物的神經(jīng)系統(tǒng)．引起水俁病。

地下水砷污染情況新疆、西藏、內(nèi)蒙古、貴州等地暴露人口1400萬，病人60萬觀賞魚類的眼畸形（北京通縣）Absentrighteye,whichalsofoundinexperimentalfrogs(EST,2004,6290)DuetoFecesofHerons?暴露到城市污水處理廠后的眼畸變Normalexophthalmos2005年12月13日，在佳木斯市環(huán)境監(jiān)測站實驗室內(nèi)，國家環(huán)?？偩只瘜W(xué)品生態(tài)效應(yīng)與風(fēng)險評估重點實驗室的劉征清博士（右）正在做松花江水污染對水中魚類環(huán)境影響的實驗。二氧（雜）芑是一種工業(yè)副產(chǎn)品，是已知毒性最強的環(huán)境污染物之一和一種致癌或致畸雜環(huán)族碳氫化合物，對生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)有毒性。世界衛(wèi)生組織認定，這種物質(zhì)一旦攝入體內(nèi)就很難排出。

2005年尤先科中毒政治事件(烏克蘭)

第六節(jié)污染物在分子水平和生物化學(xué)上的影響污染物進入機體后導(dǎo)致的生物化學(xué)變化包括：

防護性生化反應(yīng)和非防護性生化反應(yīng)作用類型例子后果防護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金屬的束縛速度，從而降低金屬的生物利用率非防護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)致突變會發(fā)生損害作用表2－1對污染物的防護性和非防護性生化反應(yīng)污染物對生物分子水平的影響主要表現(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)干擾細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)正常情況下細胞內(nèi)的鈣濃度較低（10－7～10－8mol/L），細胞外濃度較高（103mol/L

）。各種細胞毒物，如硝基酚、過氧化物、汞、鉛等重金屬離子均能干擾細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，引起細胞損傷和死亡。干擾細胞能量的合成一些環(huán)境污染物可干擾糖類的氧化，使細胞不能合成能被生物利用的ATP，ATP使細胞生命活動得不到充足的能量供給脂質(zhì)過氧化(lipied

peroxidation)與自由基脂質(zhì)過氧化是細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）所對抗，對生物危害不大。當(dāng)大量污染物（自由基）進入機體，造成機體抗氧化作用失衡，即可發(fā)生脂質(zhì)過氧化，對生物體造成危害。與生物大分子共價結(jié)合共價結(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)致變性和細胞死亡。一、對生物大分子的影響

一、對生物大分子的影響最典型的方式是污染物及其活性代謝產(chǎn)物作為生物合成的“原料”，生物大分子結(jié)合，導(dǎo)致生物大分子組成的功能性異常。如D-半乳糖胺通常以乙?；锎嬖谟诮Y(jié)構(gòu)多糖中，給動物大劑量的D-半乳糖胺，D—半乳糖胺代謝物摻人糖蛋白及糖脂，產(chǎn)生細胞膜損害，最終發(fā)生動物肝損害。除與生物大分子結(jié)合外，污染物及其活性代謝產(chǎn)物還可以抑制生物大分子的合成，例如，蛋白質(zhì)合成抑制、RNA合成抑制和DNA合成抑制。一、對生物大分子的影響1．對蛋白質(zhì)影響蛋白質(zhì)中許多氨基酸帶有活性基團，如一OH基、胍基、一NH2、巰基等，這些氨基酸活性基團在維持蛋白質(zhì)的構(gòu)型和酶的催化活性中起重要作用這些基團易與污染物及其活性代謝產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)化學(xué)損傷，對細胞膜和亞細胞的損傷作用，最終可導(dǎo)致細胞死亡和組織壞死。一、對生物大分子的影響1．對蛋白質(zhì)影響如應(yīng)激蛋白(StressProteins)和金屬硫蛋白(Metallothionein)。這些蛋白質(zhì)可以保護生物機體抵抗污染物的損害，是防護性生化反應(yīng)。例如，魚類暴露于Zn、Cu、Cd等重金屬均能誘導(dǎo)體內(nèi)的金屬硫蛋白；魚暴露于Cd后，肝中金屬硫蛋白與水體Cd濃度呈正相關(guān)；對貝類研究發(fā)現(xiàn)，Cd積累與金屬硫蛋白有關(guān)，金屬硫蛋白在細胞內(nèi)Cd解毒中起重要作用等等因此，金屬硫蛋白的誘導(dǎo)是一種保護性生化反應(yīng)。一、對生物大分子的影響2．對脫氧核糖核酸(DNA)影響DNA可以受到不同途徑的損傷，如正常細胞活動過程中的扭傷，紫外線和放射性物質(zhì)的直接損傷，外源性化合物及其活性代謝產(chǎn)物與DNA結(jié)合等等DNA發(fā)生損傷的生物學(xué)后果是嚴重的，但細胞本身具有修復(fù)能力，一旦損傷發(fā)生，修復(fù)能力迅速被誘導(dǎo)如果損傷的DNA不能被修復(fù)，則產(chǎn)生DNA結(jié)構(gòu)和功能影響，導(dǎo)致細胞死亡或細胞突變，產(chǎn)生遺傳疾病。

一、對生物大分子的影響外源性化合物及其活性代謝產(chǎn)物與DNA相互作用及產(chǎn)生突變有一定的順序，可分為四個階段：1形成DNA加合物(DNAAddcuts)；2可能會發(fā)生DNA的二次修飾，如鏈斷裂或DNA修復(fù)率提高；3DNA結(jié)構(gòu)的破壞被固定。在此階段，受影響的細胞常表現(xiàn)出功能的改變，最常見的染色體異常是姊妹染色體交換；4當(dāng)細胞分裂時，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。一、對生物大分子的影響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加合物作為一項生物指標來評價環(huán)境中化學(xué)污染物的遺傳毒性的研究日益受到重視。許多研究發(fā)現(xiàn)，污染嚴重的水體沉積物導(dǎo)致底棲魚類中DNA加合物形成，井表明DNA加合物形成與魚類腫瘤形成有很好的相關(guān)性。

一、對生物大分子的影響環(huán)境污染水平與DNA加合物形成的程度以及最終效應(yīng)(遺傳疾病)之間的關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜。例如，盡管吸煙程度和DNA--BaP如合物數(shù)量之間關(guān)系明確，但DNA-BaP加合物與肺癌發(fā)生率之間的關(guān)系仍不很確定。以DNA加合物作為生物指標來評價環(huán)境中化學(xué)污染物的遺傳毒性，越來越受到人們的廣泛重視。

二、對生物機體酶的影響污染物對生物機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)對代謝活動起催化作用，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入機體后，一方面在酶的催化下，進行代謝轉(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，均可對酶產(chǎn)生誘導(dǎo)作用。(一)酶活性的誘導(dǎo)由于環(huán)境中污染物眾多，有時含量極低，用化學(xué)法往往無法檢出，因而，污染水平與生物效應(yīng)之間的關(guān)系也很不清楚。然而，應(yīng)用酶活性的誘導(dǎo)作用，不僅能闡明污染物的作用機制、污染物的生物可利用性、污染物間的相互作用和生物機體的防御反應(yīng)等等，而且可以利用它作為分子水平上敏感性的生物指標，來監(jiān)測污染物對生態(tài)系統(tǒng)的早期影響。

30年前，外源化合物（偶氮染料）—代謝速度增加—微粒體酶含量增加有機親脂性化合物+較長生物半衰期表象：其誘導(dǎo)作用是增加酶的合成速度，或可能降低酶蛋白的分解。

(一)酶活性的誘導(dǎo)(一)酶活性的誘導(dǎo)在誘導(dǎo)過程中，細胞光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)明顯增生，微粒體蛋白含量增加及RNA與磷脂含量增加。當(dāng)加入蛋白質(zhì)合成抑制劑后(如放射菌素D，嘌呤霉素)，誘導(dǎo)作用消失。當(dāng)用放射性同位素標記的氨基酸進行研究時，發(fā)現(xiàn)在酶誘導(dǎo)活性增加時微粒體蛋白合成的速度增加。應(yīng)用RNA和DNA代謝抑制劑，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)作用發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，并不需要新的DNA合成。(一)酶活性的誘導(dǎo)酶蛋白的合成受結(jié)構(gòu)基因、操縱基因和調(diào)節(jié)基因三種基因的控制。結(jié)構(gòu)基因含有酶蛋白合成信息，通過轉(zhuǎn)錄和翻譯過程指導(dǎo)酶蛋白的合成。結(jié)構(gòu)基因DNA轉(zhuǎn)錄成mRNA的速度由操縱基因控制。調(diào)節(jié)基因形成內(nèi)源基因阻遏(調(diào)節(jié))蛋白，作用于操縱基因使之失活，中止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄過程，進而使酶蛋白合成停止。外源性化合物與調(diào)節(jié)基因形成復(fù)合物．使阻遏作用失效，故操縱基因不受阻遏，結(jié)構(gòu)基因指導(dǎo)酶蛋白合成增加。(一)酶活性的誘導(dǎo)許多環(huán)境污染物能誘導(dǎo)生物機體體內(nèi)一些酶活性增加:有機氯殺蟲劑、多氯聯(lián)苯(PCBs)、多環(huán)芳烴(PAHs)、表面活性劑、增塑劑和染料中間體等(一)酶活性的誘導(dǎo)目前研究較多的被誘導(dǎo)酶有：污染物在生物體內(nèi)進行生物轉(zhuǎn)化過程中的相I和相Ⅱ酶：如混合功能氧化酶系(MFO)、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)和尿二磷酸葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶(UDPGT)等等；抗氧化防衡系統(tǒng)的酶系：如過氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶等，以及動物血清中的酶類。(一)酶活性的誘導(dǎo)混合功能氧化酶（MFO）MFO是污染物在體內(nèi)進行生物轉(zhuǎn)化相I過程中的關(guān)鍵酶系，它們對人工化學(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。細胞色素P450、NADPH細胞色素P450還原酶和磷脂?；旌瞎δ苎趸福∕FO）的作用MFO存在于所有的脊椎動物和大部分的無脊椎動物中，其作用是代謝非極性的親脂性有機化合物，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。(一)酶活性的誘導(dǎo)例如，許多研究表明魚體內(nèi)的混合功能氧化酶的誘導(dǎo)反應(yīng)極為敏感，在污染水體中魚的EROD和AHH芳烴羥化酶活性都有明顯升高，并且魚體內(nèi)混合功能氧化酶的誘導(dǎo)有很好的劑量—效應(yīng)關(guān)系。早在20世紀70年代中期，就建立了以誘導(dǎo)魚體內(nèi)混合功能氧化酶活性來監(jiān)測海洋石油污染的方法?；旌瞎δ苎趸傅恼T導(dǎo)不僅受大量的天然化合物、人造化合物的誘導(dǎo)，也受到其他因素的影響，如溫度、食物等，因此，利用混合功能氧化酶的誘導(dǎo)監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量的變化和污染物對生態(tài)系統(tǒng)的危害，目前在野外現(xiàn)實環(huán)境中未廣泛開展，還在不斷地研究之中。(一)酶活性的誘導(dǎo)抗氧化防御系統(tǒng)酶（GSH，Vc；VE；胡蘿卜素）活性氧（ActiviatedOxygen）帶有2~3個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，消除活性氧對機體的傷害作用。某些污染物如多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯可在生物體內(nèi)進行生物轉(zhuǎn)化時產(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，它們可使DNA鏈斷裂、脂質(zhì)過氧化、酶蛋白失活等，從而引起機體氧化應(yīng)激或氧毒性?？寡趸烙到y(tǒng)酶（P73）超氧化物歧化酶（SOD）谷胱甘肽氧化酶（GPx）過氧化氫酶（Ct）(一)酶活性的誘導(dǎo)抗氧化防御系統(tǒng)酶許多研究表明，當(dāng)植物暴露于大氣污染物O3、SO2和NO2以及SO2和N02混合物時，植物體內(nèi)谷胱甘肽過氧化酶活性顯著地增加，已