環(huán)境生物學(xué)污染物的生物轉(zhuǎn)運(yùn)與生物轉(zhuǎn)化

詳細(xì)介紹污染物進(jìn)入生物機(jī)體途徑、在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化、濃縮、積累、放大及其機(jī)理教材：孔繁翔主編，環(huán)境生物學(xué)，2000，高等教育出版社，北京1當(dāng)前第1頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)第三節(jié)

污染物在生物體內(nèi)

的生物轉(zhuǎn)運(yùn)和生物轉(zhuǎn)化2當(dāng)前第2頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)生物轉(zhuǎn)運(yùn)（Bio-transport）——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(guò)程的總稱。這些過(guò)程具有類似機(jī)理：都需要通過(guò)細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)。生物膜（細(xì)胞膜）：包括細(xì)胞外層的細(xì)胞膜（質(zhì)膜）、細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、線粒體膜和核膜等。生物膜的組成：脂質(zhì)分子（主要是磷脂類）和蛋白分子。膜的內(nèi)外表面是親水端，膜的中心是疏水部分。許多環(huán)境污染物的毒作用與生物膜的結(jié)構(gòu)有關(guān)。3當(dāng)前第3頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)4當(dāng)前第4頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（一）污染物透過(guò)細(xì)胞膜的方式特點(diǎn)方式濃度梯度有無(wú)載體是否耗能其它特點(diǎn)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（PassiveTransport)簡(jiǎn)單擴(kuò)散高濃度低濃度（順）無(wú)否脂溶性有機(jī)化合物的主要轉(zhuǎn)運(yùn)方式濾過(guò)過(guò)程通過(guò)膜上的親水性孔道；是分子直徑小于生物膜親水性孔道直徑的水溶性化合物的主要轉(zhuǎn)運(yùn)方式。特殊轉(zhuǎn)運(yùn)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（Pinocytosis)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)5當(dāng)前第5頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（二）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(guò)體內(nèi)細(xì)胞膜進(jìn)入血液循環(huán)的過(guò)程。多數(shù)動(dòng)物吸收的主要途徑：呼吸系統(tǒng)、消化管和皮膚1）呼吸系統(tǒng)吸收吸收對(duì)象主要針對(duì)氣體、蒸汽、氣溶膠、顆粒狀物質(zhì)等形式的污染物。吸收方式多以被動(dòng)擴(kuò)散的方式，通過(guò)呼吸膜吸收入血。氣體、蒸汽的吸收速度與肺泡和血液中毒物的濃度（分壓）差呈正比；氣溶膠和顆粒狀物質(zhì)的吸收情況與顆粒大小有明顯差異，有生物學(xué)意義的顆粒大小是0.1-10μm。主要吸收部位：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。6當(dāng)前第6頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（二）污染物的吸收（AbsorptionofPollutant）多數(shù)動(dòng)物吸收的主要途徑：呼吸系統(tǒng)、消化管和皮膚2）消化管吸收吸收對(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(jiǎn)單擴(kuò)散方式通過(guò)細(xì)胞膜而被吸收。污染物在消化管吸收的多少與其濃度和性質(zhì)有關(guān)，濃度越高吸收越多，脂溶性物質(zhì)較易吸收，水溶性易離解或難溶于水的物質(zhì)則不易吸收。主要吸收部位如胃和小腸。哺乳動(dòng)物的腸道中有特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和電解質(zhì)；有些污染物（如鉈和鉛）可為正常吸收鐵和鈣的系統(tǒng)所轉(zhuǎn)運(yùn)。胃酸、胃腸道消化液和腸道微生物都可使化學(xué)物質(zhì)降解或發(fā)生其他變化，使其被吸收的情況以及毒性作用與原來(lái)化合物不同。7當(dāng)前第7頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（二）污染物的吸收（AbsorptionofPollutant）多數(shù)動(dòng)物吸收的主要途徑：呼吸系統(tǒng)、消化管和皮膚3）皮膚吸收：如有機(jī)磷農(nóng)藥可透過(guò)完整皮膚引起中毒。污染物經(jīng)皮膚吸收的兩條途徑：1）通過(guò)表皮脂質(zhì)屏障是主要的吸收途徑；2）通過(guò)汗腺、皮脂腺和毛囊等皮膚附屬器，繞過(guò)表皮屏障隨意直接進(jìn)入真皮。但這不是主要吸收途徑。污染物經(jīng)皮膚吸收的兩個(gè)不同階段：1）第一階段——穿透相，污染物透過(guò)表皮進(jìn)入真皮。主要以簡(jiǎn)單擴(kuò)散方式透過(guò)，透過(guò)速度與污染物的脂溶性有關(guān)；2）第二階段——吸收相，污染物由真皮進(jìn)入乳頭層毛細(xì)血管。毒物的擴(kuò)散速度取決于本身的水溶性。影響皮膚吸收的因素：皮膚完整與否、皮膚的部位、污染物的理化性質(zhì)、化合物與皮膚接觸的條件（接觸的面積、持續(xù)時(shí)間等）。8當(dāng)前第8頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（二）污染物的吸收（AbsorptionofPollutant）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，有兩種方式：主動(dòng)吸收（耗能）和被動(dòng)吸收（包括吸收、擴(kuò)散、質(zhì)量流動(dòng)）；2）通過(guò)植物葉片上的氣孔從周?chē)諝庵形瘴廴疚?，是植物?duì)大氣污染物（如SO2,NOx,O3）吸收的主要方式；3）有機(jī)化合物的蒸汽經(jīng)過(guò)植物地上部分表皮滲透而攝入體內(nèi)。9當(dāng)前第9頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（三）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(guò)程。一部分污染物可以和血漿蛋白質(zhì)（主要是白蛋白）結(jié)合（可逆），而不易透過(guò)生物膜；一部分呈游離狀態(tài)，可以到達(dá)一定的組織細(xì)胞，呈現(xiàn)某種生物學(xué)作用。被吸收的環(huán)境污染物，有些可在脂肪組織或骨組織中蓄積和沉積，一般對(duì)機(jī)體的毒性作用較?。焕纾?0%鉛沉積在骨骼中；DDT和六六六等有機(jī)氯化合物則大量蓄積在脂肪組織中。但在脂肪或骨組織中蓄積的污染物，在一定的條件下，可被重新釋放，進(jìn)入全身循環(huán)中，如饑餓時(shí)。10當(dāng)前第10頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（四）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(guò)程。排泄的主要途徑是通過(guò)腎臟進(jìn)入尿液和通過(guò)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。1）腎臟排泄：是污染物最重要的排泄器官，轉(zhuǎn)運(yùn)方式是腎小球?yàn)V過(guò)和腎小管主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)；2）隨同膽汁排泄：也是一種主要排泄途徑。腸胃道吸收的污染物進(jìn)入肝臟，被代謝轉(zhuǎn)化，并通過(guò)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入膽汁，隨糞便排出；3）其他排泄途徑11當(dāng)前第11頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化（一）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(guò)程。其中：1）外源化合物（Xenobiotics

）指除了營(yíng)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(lái)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(jiǎn)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。12當(dāng)前第12頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)（一）生物轉(zhuǎn)化（Biotransformation）的概念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)。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。4）生物轉(zhuǎn)化的主要場(chǎng)所是肝臟，其它有肺、胃、腸、皮膚等。13當(dāng)前第13頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)二、污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化（二）生物轉(zhuǎn)化的過(guò)程相I過(guò)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(guò)程（反應(yīng)）——相I過(guò)程產(chǎn)生的一級(jí)代謝物在另外的酶系統(tǒng)催化下通過(guò)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)。14當(dāng)前第14頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)二、污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化（二）生物轉(zhuǎn)化的過(guò)程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）毒害作用過(guò)程I（相I反應(yīng)）圖1－5生物轉(zhuǎn)化過(guò)程示意圖過(guò)程II（相II反應(yīng)）15當(dāng)前第15頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)二、污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化（二）生物轉(zhuǎn)化的過(guò)程1.相I反應(yīng)（1）氧化反應(yīng)：在混合功能氧化酶系的催化下進(jìn)行的反應(yīng)。

在氧化反應(yīng)中，O2起了“混合”作用，即一個(gè)氧原子還原為水，另一個(gè)氧原子進(jìn)入底物中。因此，這些酶稱為混合功能氧化酶（MixedFunctionOxidase,MFO）。NADPH2：還原型輔酶IINADP：氧化型輔酶IIRH（污染物）MFOROH（氧化產(chǎn)物）O2NADPH2NADPH2O微粒體（Microsome）非微粒體16當(dāng)前第16頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)二、污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化（二）生物轉(zhuǎn)化的過(guò)程1.相I反應(yīng)（1）氧化反應(yīng)微粒體MFO參與的反應(yīng)脂肪族羥化芳香族羥化：羥化為酚類N-羥化：毒性與羥化部位有關(guān)環(huán)氧化：烯烴類轉(zhuǎn)化為環(huán)氧化物N-氧化/P-氧化/S-氧化氧化性脫烷基/脫氨/脫鹵非微粒體單胺和二胺氧化醇、醛氧化17當(dāng)前第17頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)二、污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化（二）生物轉(zhuǎn)化的過(guò)程1.相I反應(yīng)（2）還原反應(yīng)微粒體還原（腸道的細(xì)菌體內(nèi)）硝基還原偶氮還原還原性脫鹵非微粒體還原（醇、醛、酮、硫氧化物、氮氧化物等）（3）水解作用：污染物含有可被水解的酯鍵酯酶酰胺酶糖苷酶18當(dāng)前第18頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)2.相II反應(yīng)：亦稱結(jié)合反應(yīng)（ConjugationReaction)解毒表現(xiàn)1）使有毒化合物某些功能基團(tuán)失活；2）大多數(shù)化合物通過(guò)結(jié)合反應(yīng)，水溶性增加，很快由腎臟排出。反應(yīng)階段1）首先是形成一個(gè)活化的中間體（需要ATP）2）繼而由多種轉(zhuǎn)移酶將活化的中間體的一個(gè)化學(xué)基團(tuán)，作為供體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)化學(xué)物（受體），形成結(jié)合物。受體——外源性化合物及其代謝產(chǎn)物供體——細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)，是細(xì)胞代謝的正常產(chǎn)物，如：各種核苷酸衍生物，某些氨基酸（如甘氨酸、谷氨酰胺）及其衍生物（如谷胱甘肽）。19當(dāng)前第19頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)2.相II反應(yīng)：亦稱結(jié)合反應(yīng)（ConjugationReaction)結(jié)合反應(yīng)的主要類型結(jié)合反應(yīng)類型結(jié)合物異物或某一級(jí)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20當(dāng)前第20頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)（人工合成的難降解污染物）的轉(zhuǎn)化作用種類：穩(wěn)定劑、表面活性劑、人工合成的聚合物（如塑料）、殺蟲(chóng)劑、除草劑以及各種工藝流程中的廢品等。例子：

21當(dāng)前第21頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)1）氯苯類用途：穩(wěn)定劑（潤(rùn)滑油、絕緣油、增塑劑、油漆、熱載體、油墨等都含有）危害：急性中毒；是一種致癌因子。降解菌：產(chǎn)堿桿菌、不動(dòng)桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌以及沙雷氏菌的突變體。降解機(jī)理：如，對(duì)二氯苯的微生物轉(zhuǎn)化，酶的催化脫氯是關(guān)鍵步驟22當(dāng)前第22頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)2）洗滌劑可分為陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型、兩性電解質(zhì)四類。我國(guó)目前生產(chǎn)的洗滌劑屬于陰離子型烷基苯磺酸鈉。較早開(kāi)發(fā)的是非線性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸鹽（ABS）：ABS甲基分支干擾生物降解，鏈末端與4個(gè)碳原子相連的季碳原子抗攻擊的能力更強(qiáng)。23當(dāng)前第23頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)A．降解洗滌劑的微生物細(xì)菌——假單胞菌、鄰單胞菌、黃單胞菌、產(chǎn)堿單胞菌、產(chǎn)堿桿菌、微球菌、大多數(shù)固氮菌放線菌——諾卡氏菌B.降解途徑24當(dāng)前第24頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)3）典型含氮有機(jī)物種類：氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈類化合物及硝基化合物

水中來(lái)源：化工腈綸廢水、國(guó)防工業(yè)廢水、電鍍廢水等。危害：生物毒害、環(huán)境積累降解微生物：細(xì)菌——紫色桿菌、假單胞菌放線菌——諾卡氏菌真菌——氧化性酵母菌和霉菌中的赤霉菌(茄科病鐮刀霉)、木霉及擔(dān)子菌等25當(dāng)前第25頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)B．降解途徑a.氰化物5HCN+5.5O25CO2+H2O+5NH3b.有機(jī)腈26當(dāng)前第26頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)（人工合成的難降解污染物）的轉(zhuǎn)化作用微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用：脫鹵（主要是脫氯）反應(yīng)：如DDT的脫氯；還原反應(yīng)：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(wú)毒的含氮有機(jī)化合物…共代謝

(cometabolism)：是指微生物在生長(zhǎng)基存在的情況下對(duì)非生長(zhǎng)基的降解,降解的中間產(chǎn)物又會(huì)被另外一種微生物所代謝,最后污染物完全礦化。

——是去除難降解有機(jī)污染物的主要方式。27當(dāng)前第27頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)影響生物轉(zhuǎn)化的因素生物因素——種族、個(gè)體差異（由各自的遺傳因素決定，主要體現(xiàn)在生物體內(nèi)酶的種類和活力有區(qū)別）生理因素年齡性別激素和晝夜規(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)營(yíng)養(yǎng)因素——蛋白質(zhì)、無(wú)機(jī)鹽、維生素等營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)會(huì)以不同方式影響到生物體對(duì)外源性化合物的轉(zhuǎn)化作用。28當(dāng)前第28頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)任何一種外源性化合物的生物轉(zhuǎn)化方式不是簡(jiǎn)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)化過(guò)程極其復(fù)雜，同一種外源性化合物可以進(jìn)行不同形式轉(zhuǎn)化反應(yīng)，形成各種不同的代謝產(chǎn)物，導(dǎo)致不同的生物學(xué)效應(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?9當(dāng)前第29頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)第四節(jié)

環(huán)境污染物在生物體內(nèi)

的濃縮、積累與放大30當(dāng)前第30頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)一、生物濃縮生物濃縮（Bioconcentration）——指生物機(jī)體或處于同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的許多生物種群，從周?chē)h(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(guò)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。指標(biāo)：生物濃縮系數(shù)/富集因子（BioconcentrationFactor，BCF）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31當(dāng)前第31頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)一、生物濃縮影響生物濃縮程度的因素物質(zhì)本身的性質(zhì)：同一種生物對(duì)不同物質(zhì)的濃縮程度會(huì)有很大差別，如褐藻對(duì)鉬的濃縮系數(shù)是11，對(duì)鉛的濃縮系數(shù)卻高達(dá)70000；生物因素：不同種生物對(duì)同一種物質(zhì)的濃縮程度會(huì)有很大差別；環(huán)境因素：同一種物質(zhì)，由于環(huán)境條件不同，濃縮程度也可能不同。32當(dāng)前第32頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)二、生物累積生物累積（Bioaccumulation）——指生物在其整個(gè)代謝活躍期間通過(guò)吸收、吸附、吞食等各種過(guò)程，從周?chē)h(huán)境中蓄積某些元素或難分解化合物，以致隨著生長(zhǎng)發(fā)育，濃縮系數(shù)不斷增大的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)積累。指標(biāo)：濃縮系數(shù)發(fā)生生物累積的條件：機(jī)體內(nèi)某種元素或難分解化合物的濃縮水平取決于攝取和消除這兩個(gè)相反過(guò)程的速率，當(dāng)攝取量〉消除量→生物累積33當(dāng)前第33頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)二、生物累積影響生物累積程度的因素：生物因素：不同種生物、同種生物的不同器官和組織、生物體的個(gè)體大小、不同生長(zhǎng)發(fā)育階段；例如：1）體重不同的黃鱔對(duì)PCB的累積程度不同；2）水生態(tài)系統(tǒng)中，單細(xì)胞浮游植物對(duì)重金屬和有機(jī)鹵代化合物的攝取主要是通過(guò)吸附作用，因此攝取量是表面積的函數(shù)，不是生物量的函數(shù)。34當(dāng)前第34頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)三、生物放大生物放大（Biomagnification）——指在生態(tài)系統(tǒng)中，由于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物以低營(yíng)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(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而逐步增大的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)放大。

結(jié)果：使食物鏈上高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物機(jī)體中物質(zhì)的濃度顯著地超過(guò)環(huán)境濃度。指標(biāo)：濃縮系數(shù)35當(dāng)前第35頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)水生食物鏈中污染物的遷移和歸趨路徑（據(jù)葉常明）36當(dāng)前第36頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)三、生物放大例子：美國(guó)圖爾湖和克拉馬斯南部保護(hù)區(qū)有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑DDT對(duì)生物群落的污染（如圖1-6）

湖水（0.006mg/L）→大型水生植物（0.0-2.1mg/L,3500）→無(wú)脊椎動(dòng)物（0.0-610mg/L,10000）→魚(yú)類（痕量-1.6mg/L）→水鳥(niǎo)（63-75.5mg/L,105000-125873）,水鳥(niǎo)脂肪體（459.5mg/L,765833）37當(dāng)前第37頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)三、生物放大各種生物對(duì)不同物質(zhì)的生物放大作用有差別。生物放大的原理：生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的物質(zhì)流動(dòng)。假定：污染物在食物鏈轉(zhuǎn)移過(guò)程中沒(méi)有代謝和排泄損失例子…….A物質(zhì)100g（0.1mgDDT,1mg/kg）B物種A物質(zhì)10g（0.1mgDDT,10mg/kg）C物種A物質(zhì)1g（0.1mgDDT,100mg/kg）38當(dāng)前第38頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)美國(guó)長(zhǎng)島河口地區(qū)生物對(duì)DDT富集的研究：大氣顆粒物中DDT含量：3×10-6mg/kg水體小魚(yú)體內(nèi)的DDT含量：0.5mg/kg浮游動(dòng)物體內(nèi)DDT含量：0.04mg/kg大魚(yú)體內(nèi)的DDT含量：2mg/kg富集系數(shù)約為6×105倍DDT排出量DDT攝取量＞生物富集39當(dāng)前第39頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)山東省東營(yíng)市廣利河水生態(tài)環(huán)境中PCBs的生物富集：40當(dāng)前第40頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)DDT殘毒的生物放大的例子（據(jù)葉常明）41當(dāng)前第41頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)受污染的水體食物鏈的生物放大作用人類健康生態(tài)破壞研究表明，親脂性化合物的生物放大是化合物在較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)得以積累的主要貢獻(xiàn)。但是對(duì)于其它大多數(shù)化學(xué)物，相對(duì)于生物濃縮，生物放大對(duì)化學(xué)物的積累是一個(gè)不大重要的因素。42當(dāng)前第42頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)四、生物濃縮系數(shù)（BCF）例子：土壤和植物之間的BCF=植物體內(nèi)某物質(zhì)的濃度/土壤溶液中該物質(zhì)的濃度通常BCF用來(lái)表示某種物質(zhì)在水中的濃度同在水生生物體內(nèi)的濃度之間的關(guān)系。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(cè)定方法43當(dāng)前第43頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)四、生物濃縮系數(shù)（BCF）測(cè)定方法測(cè)定方法優(yōu)缺點(diǎn)平衡法實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)法條件易于控制，但求得的數(shù)值不夠準(zhǔn)確，與自然條件下的實(shí)際數(shù)值有差距（小些）野外調(diào)查法能夠求得標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)值，但技術(shù)難度大（如分析技術(shù)的限制），試驗(yàn)的時(shí)間周期可能較長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方法（KBCF=攝取速率常數(shù)K1/釋放速率常數(shù)K2）節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，更適合大個(gè)體生物其他間接測(cè)定方法利用lgKBCF與lgKOW或Sw（溶解度）的相關(guān)關(guān)系來(lái)推算對(duì)有機(jī)毒物44當(dāng)前第44頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)四、生物濃縮系數(shù)（BCF）影響B(tài)CF的因素生理因素：如生物的生長(zhǎng)、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、光照條件及季物質(zhì)本身的性質(zhì)：如化學(xué)性質(zhì)、物理狀態(tài)45當(dāng)前第45頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)辛醇/水分配系數(shù)定義：有機(jī)化學(xué)物的辛醇/水分配系數(shù)Kow指在一個(gè)由辛醇和水組成的兩相平衡體系中，化學(xué)物在辛醇相的摩爾濃度Co與其在水相中的摩爾濃度Cw之比，即Kow=Co/CwKow反映了有機(jī)化學(xué)物在有機(jī)相和水相間分配的一種傾向，或者說(shuō)反映了該化學(xué)物的疏水與親水的一種性質(zhì)，Kow越大的化學(xué)物，其疏水性就越大。Kow的大小主要取決于化學(xué)物與辛醇和水兩種容積間相互作用力的大小及性質(zhì)。分子間作用力與辛醇相似的化學(xué)物的Kow較大，如壬醇；分子間作用力與水相似的化學(xué)物的Kow一般較小，如甲醇。46當(dāng)前第46頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)辛醇/水分配系數(shù)必須注意的一點(diǎn)：一個(gè)化學(xué)物的Kow不同于該化學(xué)物在辛醇和水中溶解度的比值，因?yàn)槎xKow時(shí)，辛醇/水二元體系中所指的辛醇相和水相都不是純的辛醇和水。環(huán)境意義：研究顯示，與化學(xué)物的水溶度、沉積物或土壤對(duì)化學(xué)物的吸附系數(shù)、化學(xué)物的生物濃縮因子等都有密切的聯(lián)系，因此，研究的測(cè)定和計(jì)算方法，對(duì)于研究有機(jī)污染物在多介質(zhì)環(huán)境中的行為和生態(tài)效應(yīng)具有非常重要的意義。47當(dāng)前第47頁(yè)\共有53頁(yè)\編于星期五\10點(diǎn)五、生物濃縮機(jī)理和濃縮模型（一）生物濃縮機(jī)理qvCB1VBcBVTcTK2cTqvcBo血液組織圖1－7生物體某一組織生物濃縮的機(jī)理模型其中，qv——血液通過(guò)該組織的流量；cB1和cB0——進(jìn)出該組織的血中化合物的濃度；VB