環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件

環(huán)境生物學第三章污染物對生物的影響

Caswell（1996）：一個水平上發(fā)生的過程的機制來自其下一級，而這個過程的結果又在它上一級水平得到體現。Jagoe（1996）：所有毒性效應都開始于與生物分子的相互作用。Newman（2003）：如果存在多種污染物，生化上的改變可以為究竟哪一種污染物產生了效應提供有價值的線索。

生化反應：結構改變，形成新化合物，不可逆。 分子作用：結合，改變功能，多數可逆。 防護性反應：免疫（過敏反應）、應激（急）反應 非防護性反應：不能自我調節(jié)；過量的情況

第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應一、對生物機體酶的影響

1、酶的誘導 許多環(huán)境污染物能誘導生物機體內一些酶活性和含量增加，在這些污染物中，大多屬于有毒、有害的有機化合物，如：多氯聯(lián)苯（PCBs）、多環(huán)芳烴（PAHs）、表面活性劑等。 酶誘導的三基因假說：結構（轉錄mRNA）、操縱（去阻遏，控制轉錄速度）、調節(jié)（形成阻遏蛋白，中止轉錄）

外源物與阻遏蛋白形成復合物，不能中止轉錄過程，使酶蛋白合成增加。第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應

b、抗氧化防御系統(tǒng)酶(1)超氧化物歧化酶（SOD）是一類高誘導酶，催化O2ˉ生成H2O2，消除活性氧?；钚匝酰簬в?～3個電子的分子氧還原產物，主要有：·OH、O2ˉ和H2O2

自由基：帶有奇數電子的原子或基團（freeradical）。 脂質過氧化：多不飽和脂肪酸與自由基反應，形成脂質自由基。

自由基的損害機制：改變膜結構，膜蛋白變性，攻擊DNA第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應

(2)谷胱甘肽過氧化酶（GPx）以H2O2為底物，催化形成H2O，消除H2O2

(3)

過氧化氫酶（Ct）只能分解H2O2

c、谷胱甘肽轉移酶（GSTs）

是污染物在體內生物轉化相Ⅱ過程中的重要酶，具有許多同工酶。生理作用是與不同的親電性化合物或一些相Ⅰ代謝產物結合產生水溶性化合物，易于排出體外，因此起到解毒作用。第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應

2、酶的抑制作用與酶的誘導作用相反，一些環(huán)境污染物可抑制酶的活性。普通的情況是：低劑量的環(huán)境污染物起誘導作用，高劑量的環(huán)境污染物起抑制作用。酶的抑制作用分為：不可逆抑制：與酶蛋白的活性中心功能基團不可逆結合。非競爭性抑制：增加底物濃度，不能使抑制作用逆轉。競爭性抑制：增加底物濃度，抑制作用減弱。

第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應

2、與蛋白質（酶）結合蛋白質中許多氨基酸帶有的活性基團與污染物結合，導致蛋白質化學損傷。此外，還可以誘導一些功能蛋白的產生，如產生應激蛋白和金屬硫蛋白。這些蛋白可以保護生物機體抵抗污染物的損害，是防護性生化反應。

金屬硫（巰）蛋白：位于胞液內的低分子蛋白，半胱氨酸（巰基）含量極高，對熱穩(wěn)定，金屬含量高?？杀籆d,Cu,Zn,Hg,Co,Ni,Bi,Ag所誘導。

第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應

2、對脫氧核糖核酸（DNA）的影響外源化合物與DNA相互作用及產生突變的過程（四個階段）：修復（改變）破壞被固定

DNA加合物DNA突變第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響一、對細胞的影響

表現為對細胞結構和功能的改變1、對細胞膜的影響：脂質過氧化（通透性、離子泵）2、對細胞器的影響a、線粒體：膜系統(tǒng)損傷，嵴減少、變小b、光面內質網和糙面內質網：破壞膜結構，核 糖體脫落

3、壞死（necrosis)：疾病或損傷引起的細胞死亡。（個體死亡稱為身體死亡somaticdeath）

第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響

3、炎癥（inflammation）：熱、紅、腫、痛熱：與變溫動物無關。紅：只與紅色血液動物有關。受損區(qū)域的血管膨脹，增加該區(qū)域的血液流量，導致紅和熱。腫：血液中液體經血管壁流入發(fā)炎組織的結果。痛：組織腫脹的壓力所造成。白血球（中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞）可離開血管進入受損組織，這也可以指示炎癥。

第三節(jié)污染物在個體水平上的影響一、死亡

在污染物一定劑量或濃度作用下，引起動物的死亡，這樣的劑量或濃度稱為致死劑量或致死濃度。二、對行為的影響

1、回避行為2、捕食行為3、警惕行為4、其它行為

第三節(jié)污染物在個體水平上的影響三、對繁殖的影響

1、蛋殼的厚薄指數：一個評價污染物對鳥類繁殖影響的敏感指標。2、環(huán)境激素（內分泌干擾）四、對生長和發(fā)育的影響 影響攝食和生理代謝，消耗能量五、（Selye）應激：在一個生物系統(tǒng)中，由所有非特異性的、誘導出來的變化組成的綜合癥（Selye，1956）。應激是在應激源的影響下，身體試圖重新建立或保持內穩(wěn)態(tài)的一組特殊的變化（Adams,1990）。可分為3個階段：警覺反應期、適應或抵抗期、衰竭期。

第四節(jié)污染物對種群和群落的影響

物種競爭能力： K-選擇者：種群穩(wěn)定，圍繞K值波動。出生力低，壽命長，個體大。 （天敵） r-選擇者：機會種，與K-選擇者相反。（害蟲） 中間類型： r-K在自然界是一個連續(xù)系統(tǒng)，長期進化適應的結果第四節(jié)污染物對種群和群落的影響

2.結構：a.年齡（幼體死亡，繁殖率下降）b.性別比例（環(huán)境激素作用）3.遺傳結構：基因多樣性下降、遺傳缺陷4.競爭關系：種內（空間、食物） 種間（食物網關系、生態(tài)位）

生態(tài)位（niche）：一個生物單位（個體、種群或物種）生存條件的總集合體。“適應性的總和”，“生物在群落和生態(tài)系統(tǒng)中的位置和狀況”。5.對寄生影響：刺激、抑制、無作用第四節(jié)污染物對種群和群落的影響二、生物的適應機制

1.抗性：短期適應（耐性） 外部排斥：回避、拒絕吸收 內部忍耐：結合固定、代謝、蓄積 2.適應與微進化：（種內的分化－物種改變） 多樣性下降：三個水平（基因、物種、生態(tài)） 對污染的適應：形態(tài)結構、生理、遺傳 適應的代價：生態(tài)、生理、進化

第四節(jié)污染物對種群和群落的影響四、對受損系統(tǒng)的分析：

1.干擾的強度：量－效關系，環(huán)境質量評價2.影響范圍和規(guī)模：局部、小干擾的刺激作用3.

作用速度和干擾頻度 4.干擾持續(xù)的時間和干擾發(fā)生的時刻第四節(jié)污染物對種群和群落的影響五、生物與受損環(huán)境的相互關系：

1.環(huán)境因子的綜合作用：各因子之間的關系2.主導因子（人能控制的因子）3.

累積效應：量變－質變 4.放大效應：未知因素的作用 5.滯后效應：長期影響 6.適應組合：自我調節(jié)與協(xié)同變化第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用

一、研究聯(lián)合作用的主要領域 1.生態(tài)與健康風險評價 2.實驗與分析模型 3.危害早期檢測方法 4.發(fā)生機理 5.流行病學調查研究 6.綜合性指標

第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用

三、定性模型： 毒性單位的概念：TU=D

/ED

D：試驗所用劑量；ED：某一效應劑量（標準） 結果的表達：簡單比較、等效線圖

四、測