污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為課件

第二章污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為吸收排出積累生物吸收、轉(zhuǎn)化、排出、積累和放大的關(guān)系污染物第一節(jié)生物對污染物的吸收第二節(jié)生物對污染物的轉(zhuǎn)化和排出第三節(jié)生物對污染物的積累第四節(jié)影響污染物在生態(tài)系統(tǒng)中行為的因素第一節(jié)生物對污染物的吸收指環(huán)境中的污染物進入生物體的過程二、動物的吸收1、水生動物鰓皮膚胃腸2、陸生動物呼吸系統(tǒng)吸收吸收對象主要針對氣體、蒸氣、氣溶膠和顆粒狀物質(zhì)等形式的污染物。0.01~10m

吸收方式多以被動擴散的方式，通過呼吸膜吸收入血。主要部位例如：肺PM：particulatematter(顆粒物）。PM100：總懸浮顆粒物PM10：把粒徑在10微米以下的顆粒物稱為，又稱為可吸入顆粒物PM2.消化管吸收：吸收對象主要為飲水和由大氣、水、土壤進入食物鏈中的污染物。吸收方式多以簡單擴散方式通過細胞膜而被吸收。主要部位如胃和小腸。皮膚吸收：如有機磷農(nóng)藥可透過完整皮膚引起中毒污染物經(jīng)皮膚吸收的兩個不同階段第一階段：穿透相，以擴散的方式通過表皮第二階段：吸收相，以擴散的方式通過真皮四、生物吸收的機制：跨膜運輸透過細胞膜的方式1、擴散：不消耗能量簡單擴散：高—低，脂溶性濾過：親水性孔道（通道蛋白），水溶性協(xié)助擴散：載體，高—低

3、胞吞（吞噬）和胞飲作用污染物透過細胞膜的方式特點方式濃度梯度有無載體是否耗能其它特點簡單擴散高濃度低濃度（順）無否脂溶性有機化合物的主要轉(zhuǎn)運方式濾過過程高濃度低濃度（順）無否通過膜上的親水性孔道協(xié)助擴散高濃度低濃度（順）有否水溶性大分子化合物的主要方式主動轉(zhuǎn)運低濃度高濃度（逆）有耗能胞飲作用內(nèi)吞物質(zhì)為液體吞噬作用內(nèi)吞物質(zhì)為固體物質(zhì)一、生物轉(zhuǎn)化（一）概念biotransformation生物轉(zhuǎn)化指外源化合物進入生物機體后在有關(guān)酶系統(tǒng)的催化作用下的代謝變化過程。（二）生物轉(zhuǎn)化的過程

排出體外外源性化合物一級代謝物結(jié)合產(chǎn)物（二級代謝物）毒害作用過程I（相I反應(yīng)）圖

生物轉(zhuǎn)化過程示意圖過程II（相II反應(yīng)）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)改變其化學結(jié)構(gòu)，形成某些活性基團（－OH、－SH、－COOH、－NH2）或進一步使這些活性基團暴露。相II過程（反應(yīng)）相I過程產(chǎn)生的一級代謝物在另外的酶系統(tǒng)催化下通過上述活性基團與細胞內(nèi)的某些化合物結(jié)合，生成結(jié)合產(chǎn)物（二級代謝物）或帶有某些活性基團的外源性化合物與細胞內(nèi)物質(zhì)結(jié)合反應(yīng)。

1、氧化反應(yīng)：混合功能氧化酶MFO混合功能氧化酶MixedFunctionOxidase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)物的化學特性差別很大，即具有多種催化功能?；旌瞎δ苎趸傅淖饔肕FO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。2、還原反應(yīng)硝基還原：硝基苯-亞硝基苯-苯羥胺-苯胺偶氮還原a.硝基還原3、水解作用酯酶：對硫磷酰胺酶：樂果相Ⅱ反應(yīng)（結(jié)合反應(yīng)）相I過程產(chǎn)生的一級代謝物在另外的酶系統(tǒng)催化下通過上述活性基團與細胞內(nèi)的某些化合物結(jié)合，生成結(jié)合產(chǎn)物（二級代謝物）或帶有某些活性基團的外源性化合物與細胞內(nèi)物質(zhì)結(jié)合反應(yīng)?？墒褂卸净衔锬承┕δ芑鶊F失活。大多數(shù)化合物通過結(jié)合反應(yīng)，水溶性增加，很快由腎臟排出，是一種解毒反應(yīng)。結(jié)合反應(yīng)的主要類型結(jié)合反應(yīng)類型結(jié)合物異物或一級代謝物葡萄糖醛酸化UDPGA酚、醇、羧酸、胺、磺胺、硫醇硫酸化PAPS酚、芳香胺、醇甲基化SAM多元酚、硫醇、胺、N-雜環(huán)化合物乙?；阴］o酶A胺、芳香胺、氨基化合物甘氨酸結(jié)合甘氨酸羧酸（以?；o酶A形式）谷胱甘肽結(jié)合谷胱甘肽鹵化物、硝基化合物、環(huán)氧化物葡萄糖醛酸化UDPGA：尿苷二磷酸葡萄糖醛酸硫酸化 PAPS3-磷酸腺苷酸硫酸甲基化 SAM：腺苷蛋氨酸乙?；?乙酰輔酶A甘氨酸結(jié)合谷胱甘肽結(jié)合小結(jié)任何一種外源性化合物的生物轉(zhuǎn)化方式不是簡單的，它們可同時進行不同的氧化還原或水解反應(yīng)，此后又可繼續(xù)進行不同類型的結(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）：使其毒性增加二、污染物的排出進入機體的環(huán)境污染物及其化謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)物被機體清除的過程。1、動物腎臟排泄隨同膽汁排泄呼吸道排泄其他排泄途徑2、植物淋散作用、蒸發(fā)、落葉、根的分泌、植食動物的啃食第三節(jié)生物對污染物的積累一、幾個概念1.生物濃縮Bioconcentration指生物機體或處于同一營養(yǎng)級上的許多生物種群，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，又稱生物學濃縮、生物學富集。表汞在水生生物中的富集生物類型汞濃度（ppm）濃縮系數(shù)食肉魚1-210000-20000小魚0.1-0.31000-3000低等動物0.02-0.05200-500植物0.01-0.02100-200海水0.0001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2.生物積累（Bioaccumulation）指生物在其整個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，又稱生物學積累。牡蠣在50μg／L氯化汞中，7d、14d、19d、42d的濃縮系數(shù)500、700、800、1200表汞在水生生物中的富集生物類型汞濃度（ppm）濃縮系數(shù)食肉魚1-210000-20000小魚0.1-0.31000-3000低等動物0.02-0.05200-500植物0.01-0.02100-200海水0.00013.生物放大（Biomagnification）指在生態(tài)系統(tǒng)中，由于高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食物，某元素或難分解化合物在生物機體中濃度隨營養(yǎng)級的提高而逐步增大的現(xiàn)象，又稱生物學放大。原因：生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的物質(zhì)流動的原理魚類（石斑魚）痕量~1.6mg/L(2667)無脊椎動物0.0~6.1mg/Lmg/L(10000)大型水生植物0.0~2.1mg/L(3500)水鳥(尸體）63~75.5mg/L(10500~125873）湖水0.0006mg/L藻類0.1~0.3mg/L(167~500)沉積物痕量~3.8mg/L(6333)圖爾湖和克拉馬斯南部保護區(qū)DDT對生物群落的影響思考1：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，為什么這么低的濃度還會引起嚴重的問題？思考2：三個概念的有何區(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，KBCF意義闡明污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律評價和預測污染物對生態(tài)系統(tǒng)的危害利用生物對環(huán)境進行監(jiān)測和凈化二、結(jié)合污染物的生物大分子（生物濃縮機制）生物體內(nèi)存在能與污染物結(jié)合的物質(zhì)：生物濃縮主要決定于生物本身的特性，特別是生物體內(nèi)存在的、能與污染物相結(jié)合的活性物質(zhì)的活性強弱和數(shù)量多寡。糖類：往往具有還原性脂類：極性酯鍵核酸：極性化合物蛋白質(zhì)和氨基酸：金屬硫蛋白及類金屬硫蛋白低相對分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)6000-10000高達30%半胱氨酸鎘硫蛋白在于250nm處吸收最強熱穩(wěn)定性蛋白質(zhì)三、體內(nèi)運輸動物吸收的污染物，經(jīng)過跨膜運輸進入血液循環(huán)系統(tǒng)后，同血細胞和血漿蛋白結(jié)合，隨血液循環(huán)被運送到全身組織和器官，發(fā)生新的分配和定位污染物在植物體內(nèi)的運輸主要是在蒸騰拉力和生長中心雙重動力作用下，驅(qū)動污染物隨水分和營養(yǎng)物質(zhì)的分配而完成再分配。四、生物體內(nèi)的分布鉛：骨骼DDT、六六六：肝臟和腎臟汞：神經(jīng)系統(tǒng)氟：牙齒和骨骼五、超量積累植物能超出一般植物的平均水平而大量吸收和積累重金屬的植物被稱為超量積累植物。體內(nèi)某一元素濃度大于一定的臨界值植物吸收的重金屬大部分分布在地上部重金屬污染的土壤上這類植物能良好地生長，一般不會發(fā)生重金屬的毒害現(xiàn)象。應(yīng)用前景蜈蚣草：砷第四節(jié)影響污染物在生態(tài)系統(tǒng)中行為的因素一、生物因素1、種類差異性：生活方式不同、代謝機能不同，在同樣條件下，對同一種物質(zhì)的濃縮系數(shù)不同。七鰓鰻>鯰魚、花鰍、青魚、黃魚>鯉魚、銀鯽、犬首>銀鲴在靜態(tài)暴露染毒條件下BCF汞鉛鎘近江牡蠣2435.611.376.5菲律賓蛤仔53.718.519.5翡翠貽貝121.81.115.22、組織和器官的差異性：生物的不同器官對污染物的富集量有很大差異。因為各類器官的結(jié)構(gòu)和功能不同，與污染物接觸時間的長短、接觸面積的大小等也都存在很大差異。正常人體組織中的含F(xiàn)量3、不同發(fā)育期和年齡水稻根對鉛的富集：拔節(jié)期>分蘗期>苗期>抽穗期>結(jié)實期

貝類體內(nèi)重金屬含量也有季節(jié)變化4、性別：因為同生殖、分泌等一系列生理、行為反應(yīng)有關(guān)。如雌性可通過產(chǎn)蛋、產(chǎn)奶和生產(chǎn)幼兒等到方式將體內(nèi)的污染物排出體外，減少在體內(nèi)的積累。魚類及哺乳動物體內(nèi)，有機氯化合物和重金屬含量存在明顯的季節(jié)性波動，這與動物性別及繁殖活動有密切關(guān)系。二、污染物因素（一）種類和理化性質(zhì)1、化學穩(wěn)定性和高脂溶性是生物富集的重要條件氯化碳氫化合物：DDT、有機氯農(nóng)藥有機磷農(nóng)藥和氨基甲酸酯類農(nóng)藥酚類多氯聯(lián)苯（PCB）甲基汞（二）污染物的存在狀態(tài)氣溶膠中的金屬和類金屬的生物有效性不僅同其化學形式有關(guān)，也受顆粒大小和顆粒內(nèi)的其它元素的影響（三）污染物的濃度和作用時間1、生物體內(nèi)的積累量與環(huán)境中污染物的濃度成正相關(guān)，但濃縮系數(shù)與環(huán)境中污染物的濃度沒有顯著的正相關(guān)性，相反有隨污染物濃度增高而逐漸下降的趨勢。2、與作用時間密切相關(guān)。污染物的濃度越高，作用時間越長，則生物學體內(nèi)污染物積累量越多。（四）污染物的聯(lián)合作用一、概念：兩種或兩種以上化學污染物共同作用所產(chǎn)生的綜合生物學效應(yīng)。二、類型：1、協(xié)同作用：多種化學污染物對機體產(chǎn)生的生物學作用強度遠遠超過它們分別單獨與機體接觸時所產(chǎn)生的生物學作用的總和。MM1+M22、相加作用：多種化學污染物混合所產(chǎn)生的生物學作用強度等于其中各化學污染物分別產(chǎn)生的作用強度的總和。M=M1+M2

3、獨立作用：多種化學污染物各自對機體產(chǎn)生毒性作用的機理不同，互不影響。M=M1+M2（1–M1）4、拮抗作用：混合物的生物作用或毒性作用的強度低于兩種化學污染物任何一種單獨輸入機體的強度。MM1+M2研究元素的拮抗和協(xié)同關(guān)系的意義研究元素之間拮抗作用和協(xié)同關(guān)系有重要的理論意義和實用價值，在環(huán)境評價工作中更有重要意義。對一地區(qū)的評價，不能單憑某元素含量的多少，還應(yīng)考慮其他有關(guān)元素的存在的數(shù)量。只有這樣才能真正了解各元素真實的作用。F-CaAlBCd-CaSe三、環(huán)境因素1、溫度、濕度和光照2、環(huán)境介質(zhì)水的硬度