環(huán)境微生物學(xué)課件

第一篇環(huán)境污染的生物效應(yīng)第一章環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為第一節(jié)環(huán)境污染概述一、環(huán)境污染1定義：環(huán)境污染(EnvironmentalPollution)是指有害物質(zhì)或因子進(jìn)入環(huán)境,并在環(huán)境中擴(kuò)散、遷移、轉(zhuǎn)化,使環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化,對(duì)人類(lèi)以及其他生物的生存和發(fā)展產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象。

人類(lèi)活動(dòng)與自然因素引起的不同。不同國(guó)家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不同。2環(huán)境污染類(lèi)型（1）按環(huán)境要素分：大氣污染、水體污染和土壤污染等。（2）按污染物的性質(zhì)分：生物污染、化學(xué)污染和物理污染。（3）按污染物的形態(tài)分：廢氣污染、廢水污染和固體廢棄物污染，噪聲污染、輻射污染等。（4）按污染產(chǎn)生的原因分：生產(chǎn)污染和生活污染。生產(chǎn)污染又可分為工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染、交通污染等；（5）按污染涉及范圍分：全球性污染、區(qū)域性污染、局部污染等。

3環(huán)境效應(yīng)環(huán)境條件影響下，物質(zhì)之間通過(guò)物理、化學(xué)、生物作用所產(chǎn)生的環(huán)境效果。環(huán)境效應(yīng)按環(huán)境變化的性質(zhì)可分為環(huán)境生物效應(yīng)、環(huán)境化學(xué)效應(yīng)和環(huán)境物理效應(yīng)。

（1）環(huán)境生物效應(yīng)是指各種環(huán)境因素變化而導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)變異的效果。

如大型水利工程；森林砍伐，水土流失；致癌物引起癌癥患者增多等。急性環(huán)境生物效應(yīng)，慢性環(huán)境生物效應(yīng)。（2）環(huán)境化學(xué)效應(yīng)是在多種環(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,如環(huán)境的酸化、土壤的鹽堿化、地下水硬度的升高、光化學(xué)煙霧的發(fā)生等。（3）環(huán)境物理效應(yīng)是物理作用引起的環(huán)境效果,如熱島效應(yīng)、溫室效應(yīng)、噪聲、

地面沉降等。

二、污染源1定義造成環(huán)境污染的污染物發(fā)生源稱之為污染源。它通常指向環(huán)境排放有害物質(zhì)或?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生有害物質(zhì)的場(chǎng)所、設(shè)備和裝置。按污染物的來(lái)源，可分為天然污染源和人為污染源。

2人為污染源的分類(lèi)按污染物種類(lèi)：有機(jī)、無(wú)機(jī)、噪聲污染源等。大多數(shù)為混合污染源。按污染的主要對(duì)象：大氣、水體、土壤污染源等。按排放的污染物的空間分布方式：點(diǎn)污染源、非點(diǎn)污染源。按人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)功能分：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、生活污染源等。（一）工業(yè)污染源工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生，多數(shù)為點(diǎn)污染源。（二）農(nóng)業(yè)污染源化肥、農(nóng)藥等污染。（三）交通運(yùn)輸污染源對(duì)周?chē)h(huán)境造成污染的交通運(yùn)輸設(shè)施和設(shè)備。（四）生活污染源人類(lèi)消費(fèi)活動(dòng)產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣等。在重視工業(yè)污染源同時(shí)，必須高度重視農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染。三、污染物污染物（Pollutant)是進(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(lèi)生存和發(fā)展的物質(zhì),是造成環(huán)境污染的重要物質(zhì)組成,這類(lèi)物質(zhì)有的是自然界釋放的,有的是人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的。環(huán)境科學(xué)研究的主要是人類(lèi)生產(chǎn)和生活排放的污染物。（一）生產(chǎn)性污染物生產(chǎn)活動(dòng)造成。如廢水、廢氣、廢渣、噪聲等。（二）生活污染物數(shù)量增多，種類(lèi)復(fù)雜。污染物產(chǎn)生途徑多樣性。如農(nóng)藥在生產(chǎn)、使用過(guò)程均可產(chǎn)生。污染物由有用物質(zhì)到污染物的量的概念。污染物分類(lèi)方法多樣。

四、優(yōu)先污染物在眾多污染物中篩選出潛在危險(xiǎn)大的作為優(yōu)先研究和控制對(duì)象,稱之為優(yōu)先污染物(PriorityPollutant)或稱為優(yōu)先控制污染物。

我國(guó)水中優(yōu)先控制污染物黑名單。P27。第二節(jié)污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化

一、污染物在環(huán)境中的遷移

污染物主要通過(guò)三條途徑進(jìn)入環(huán)境

:①人類(lèi)活動(dòng)過(guò)程中無(wú)意釋放,如交通事故和火災(zāi);②廢物的排放,如工業(yè)廢水、廢氣和固體廢物排放;③人類(lèi)活動(dòng)過(guò)程中故意的應(yīng)用,如殺蟲(chóng)劑的應(yīng)用。污染物還可以在各環(huán)境要素間發(fā)生遷移

所謂污染物的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、分散和消失過(guò)程。由于污染物的遷移作用,使得污染物可以傳送到很遠(yuǎn)的距離,由局部性污染引起區(qū)域性污染、甚至造成全球性的污染。

（一）遷移方式1機(jī)械遷移：水、氣、重力的機(jī)械遷移（擴(kuò)散、搬運(yùn)等）2物理－化學(xué)遷移：溶解－沉淀、氧化－還原作用、水解作用、絡(luò)合和螯合作用、吸附一解吸作用等。是污染物在環(huán)境中遷移的最重要的形式。3生物遷移：污染物通過(guò)生物的吸收、代謝、生長(zhǎng)、死亡等過(guò)程所實(shí)現(xiàn)的遷移，是復(fù)雜的遷移形式。

（二）影響遷移的因素制約污染物遷移因素：一方面是污染物自身的物理化學(xué)性質(zhì),另一方面是外界環(huán)境理化條件和區(qū)域自然地理?xiàng)l件。1內(nèi)部因素原子的電負(fù)性、離子半徑、電價(jià)、離子電位和化合物的鍵性和溶解度等是影響污染物遷移的主要理化參數(shù)。由共價(jià)鍵結(jié)合的污染物易進(jìn)行氣遷移,由離子鍵結(jié)合的污染物易進(jìn)行水遷移…….

2外部因素A外界環(huán)境理化條件影響污染物遷移的外部因素主要是環(huán)境的酸堿條件、氧化一還原條件、膠體的種類(lèi)和數(shù)量、絡(luò)合配位體的數(shù)量和性質(zhì)等。

（1）大多數(shù)重金屬在強(qiáng)酸性環(huán)境中形成易溶性化合物,有較高的遷移能力,而在堿性環(huán)境申則形成難溶性化合物,難以遷移。（2）有些污染物在氧化環(huán)境中有較強(qiáng)的遷移能力,如鉻、釩、硫,有些污染物在還原環(huán)境中有較強(qiáng)的遷移能力,如鐵、銨。（3）當(dāng)環(huán)境中存在大量有機(jī)或無(wú)機(jī)配位體,特別是大量

Cl-和SO42-前,可大大促進(jìn)汞、鎘、鋅、鉛的遷移。（4）當(dāng)環(huán)境中有大量膠體,特別是有大量蒙脫石和難溶性胡敏酸時(shí)可大大阻止汞、鉛、鎘的遷移。

B區(qū)域自然地理?xiàng)l件

在自然環(huán)境中,所有影響污染物遷移的理化條件均受區(qū)域自然地理?xiàng)l件(氣候、地形、水文、土壤等)的制約,其中氣候條件對(duì)污染物遷移的影響最為明顯,主要表現(xiàn)為兩個(gè)最重要的氣候因子一熱量和水分之間的配合狀況。污染物在環(huán)境中遷移直接影響環(huán)境質(zhì)量,有些情況下起有利作用,有些情況下起不利作用。

二、污染物的形態(tài)和分布

(一)污染物的形態(tài)

環(huán)境中污染物的形態(tài)是環(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。不同形態(tài)的污染物在環(huán)境中有不同的化學(xué)行為,并表現(xiàn)出不同的污染效應(yīng)。例如,六價(jià)鉻有強(qiáng)烈毒性,而三價(jià)鉻毒性較弱。

按污染物的化學(xué)組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為單質(zhì)和化合態(tài)兩類(lèi)。

污染物形態(tài)若按其物理性狀和結(jié)構(gòu)來(lái)分可分為固體、流體(氣體和液體)、射線等形態(tài)。按污染物的形態(tài)和功能特點(diǎn),還可分為離子態(tài)、代換態(tài)、膠體、有機(jī)結(jié)合態(tài)和難溶態(tài)等。①許多種污染物可溶于水形成離子態(tài)（如Hg2+)

。②代換態(tài)是水體或土壤溶液中存在的離子或分子態(tài)的物質(zhì),在物理化學(xué)的作用下產(chǎn)生各種同離子代換的表現(xiàn)形式。③膠體是一種常見(jiàn)的復(fù)雜分散體系,可分為氣溶膠、水溶膠和固溶膠等。

氣溶膠有飄塵、煙氣和霧等形態(tài)。

④有機(jī)結(jié)合態(tài)是由生物吸收積累起來(lái)的污染物,如農(nóng)產(chǎn)品中的殘留農(nóng)藥。⑤難溶態(tài)是以硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物、氧化物等形態(tài)存在的難溶物質(zhì),廣泛地分布于巖石、土壤、河湖底泥和各種固體廢棄物品(特別是廢渣)中。(二）污染物的分布污染物的分布，不只是指在環(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。如汞。(P32)三、污染物在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化

污染物在環(huán)境中通過(guò)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(guò)程稱為污染物的轉(zhuǎn)化(TransformationofPollutant)。（一）轉(zhuǎn)化形式

污染物的轉(zhuǎn)化形式可分為物理轉(zhuǎn)化、化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物轉(zhuǎn)化三種類(lèi)型。

污染物在環(huán)境中轉(zhuǎn)化的結(jié)果，一方面使污染物的生物毒性降低，另一方面毒性增強(qiáng)。

（二）大氣中的轉(zhuǎn)化污染物以光化學(xué)氧化、催化氧化反應(yīng)為主。大氣中的碳?xì)浠衔锖偷趸铮ㄒ淮挝廴疚铮┰陉?yáng)光（紫外線）作用下發(fā)生光化學(xué)氧化反應(yīng)產(chǎn)生臭氧、過(guò)氧乙酰硝酸酯（PAN)等(二次污染物）。如光化學(xué)煙霧。（三）水體中的轉(zhuǎn)化1氧化還原作用如湖泊，水體凈化過(guò)程等。2.配合作用

天然水體中存在許多無(wú)機(jī)配位體,如

OH－、Cl－等和有機(jī)配位體如氨基酸,腐殖酸,以及生活廢水中洗滌劑、清潔劑、農(nóng)藥和大分子環(huán)狀化合物等。水體中各種配位體可以與水中各種污染物特別是重金屬污染物進(jìn)行配合反應(yīng)，改變其性質(zhì)和存在狀態(tài),影響污染物在水體中的發(fā)生、遷移、反應(yīng)和生物效應(yīng)等。

3.生物降解作用

水體中的微生物

,特別是底泥中的厭氧微生物可使一些污染物發(fā)生轉(zhuǎn)化，如無(wú)機(jī)汞轉(zhuǎn)化為一甲基汞或二甲基汞。

（四）土壤中的轉(zhuǎn)化土壤由固、液、氣三相構(gòu)成。污染物在土壤中的轉(zhuǎn)化及其行為取決于污染物和土壤的理化性質(zhì)。生物降解在這里起重要的作用。

四、污染物的生物地球化學(xué)循環(huán)

污染物的生物地球化學(xué)循環(huán)就是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(guò)程。(一)循環(huán)過(guò)程

(二)循環(huán)機(jī)理

在被污染的環(huán)境中,污染物質(zhì)隨著營(yíng)養(yǎng)物被生物吸入體內(nèi),污染物在環(huán)境(水、土、氣)與生物群落之間交換引起污染物的生物地球化學(xué)循環(huán)。

在這個(gè)循環(huán)過(guò)程中同時(shí)伴隨有污染物的遷移、轉(zhuǎn)化、分散、富集的過(guò)程,從而使得污染物的形態(tài)、化學(xué)組成和性質(zhì)也發(fā)生變化。如酚第三節(jié)污染物在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)和生物轉(zhuǎn)化

一生物轉(zhuǎn)運(yùn)

生物轉(zhuǎn)運(yùn)

(Bio-transportorBiotransport)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(guò)程的總稱。

生物膜Biologicalmembrane各類(lèi)細(xì)胞器的膜（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、內(nèi)囊體膜等）、質(zhì)膜和核膜在分子結(jié)構(gòu)上基本相同，它們統(tǒng)稱為生物膜。膜的結(jié)構(gòu)1895年Overton膜是由脂組成的1917年Langmuir磷脂單分子層1925年Gorter&Grendel

磷脂雙分子層1932年Davson&Danielli

“三明治”模型

……流動(dòng)鑲嵌模型生物膜的“流動(dòng)鑲嵌模型”主要特點(diǎn)Fluidmosaicmodel有序性流動(dòng)性不對(duì)稱性生物膜的結(jié)構(gòu)是與其功能相一致的。（一）污染物透過(guò)細(xì)胞膜的方式主要分為被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)、特殊轉(zhuǎn)運(yùn)和胞飲作用三種形式。1被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（passivetransport）被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)是生物膜不起主動(dòng)作用;不消耗細(xì)胞的代謝能量。這種轉(zhuǎn)運(yùn)形式包括簡(jiǎn)單擴(kuò)散和濾過(guò)兩種方式。簡(jiǎn)單擴(kuò)散是脂溶性有機(jī)化合物的主要轉(zhuǎn)運(yùn)方式。濾過(guò)過(guò)程是環(huán)境污染物通過(guò)生物膜上的親水性孔道的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。濾過(guò)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。

簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simplediffusion）概念：脂溶性物質(zhì)從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)影響因素：*動(dòng)力：濃度差*阻力：通透性（permeability）

通透性：物質(zhì)通過(guò)膜的難易程度

2特殊轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)：具有特定結(jié)構(gòu)的環(huán)境污染物和生物膜中的蛋白質(zhì)構(gòu)成的載體形成可逆性復(fù)合物進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，生物膜有主動(dòng)選擇性,包括主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和易化擴(kuò)散。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

是環(huán)境污染物由生物膜低濃度一側(cè)逆濃度梯度向高濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)。這種轉(zhuǎn)運(yùn)需要消耗細(xì)胞代謝能量，是水溶性大分子化合物的主要轉(zhuǎn)運(yùn)形式。易化擴(kuò)散facilitateddiffusion載體蛋白carrierprotein能與被載物結(jié)合，有特異性易化擴(kuò)散（facilitateddiffusion）

概念：在膜蛋白的幫助下物質(zhì)從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

特點(diǎn)：從高濃度到低濃度特異性

3胞吞和胞吐作用

endocytosisandexocytosis

——生物大分子或顆粒物質(zhì)的運(yùn)輸(二）污染物的吸收吸收就是污染物在多種因素影響下，自接觸部位透過(guò)體內(nèi)生物膜進(jìn)入血液循環(huán)的過(guò)程。對(duì)多數(shù)動(dòng)物而言，主要是通過(guò)消化管、呼吸系統(tǒng)、皮膚三條途徑吸收。1.呼吸系統(tǒng)吸收

（1）

氣體和蒸氣：以氣體和蒸氣存在的化合物,到達(dá)肺泡后主要經(jīng)過(guò)被動(dòng)擴(kuò)散，通過(guò)呼吸膜吸收入血。其吸收速度與肺泡和血液中毒物的濃度(分壓)差呈正比。

（2）氣溶膠和顆粒狀物質(zhì)以被動(dòng)擴(kuò)散方式通過(guò)細(xì)胞膜吸收，吸收情況與顆粒大小有明顯差異。以被動(dòng)擴(kuò)散方式通過(guò)細(xì)胞膜吸收情況與顆粒大小有明顯差異〉在生物學(xué)上有意義的顆粒大小是0.1μm－10μm。2消化管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。

經(jīng)胃腸道吸收的外源化合物主要通過(guò)下列轉(zhuǎn)運(yùn)方式：（1）簡(jiǎn)單擴(kuò)散

是外源化學(xué)物在胃腸道吸收的主要方式。分子量小的(200D以下)，脂溶性大的(油水分配系數(shù)大)，極性低的(解離度小)化學(xué)物較易通過(guò)生物膜被吸收。（2）濾過(guò)

小腸粘膜細(xì)胞膜上有直徑0.4nm左右的親水性孔道，分子量100左右，直徑小于親水性孔道的小分子，可隨同水分子一起濾過(guò)而被吸收，例如，經(jīng)口攝入的鉛鹽10%,錳鹽4%,鎘鹽1.5%和鉻鹽1%可被胃腸道吸收。（3）主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)體需要的某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如糖類(lèi)、氨基酸、核酸、無(wú)機(jī)鹽可由腸道通過(guò)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)逆濃度梯度被吸收，少數(shù)外源化學(xué)物，由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)或性質(zhì)與體內(nèi)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)非常相似，也能通過(guò)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入機(jī)體。例如鉛可利用鈣的運(yùn)載系統(tǒng)，鉈、鈷和錳可利用鐵的運(yùn)載系統(tǒng)；抗癌藥５-氟尿嘧啶（5-FU）和５-溴尿嘧啶可利用小腸上皮細(xì)胞上的嘧啶運(yùn)載系統(tǒng)。（4）胞吞作用

偶氮色素及某些微生物毒素可通過(guò)胞吞作用進(jìn)入腸粘膜上皮細(xì)胞。（5）淋巴管吸收

脂肪經(jīng)腸道吸收后，與磷脂和蛋白質(zhì)一起形成乳糜微粒，經(jīng)胞吐作用進(jìn)入細(xì)胞外空間，通過(guò)淋巴管直接進(jìn)入全身靜脈血流。某些脂溶性外源化學(xué)物也可沿這一途徑被淋巴管吸收。例如苯并(a)芘［benzo(a)pyrene］、３-甲基膽蒽(3-methylcholan-threne)和順二甲氨基芴(cis-dimethylaminostilbene)以及DDT都式通過(guò)這種方式吸收的。3皮膚吸收1、吸收特點(diǎn)皮膚的通透性不高，但污染物也可透過(guò)皮膚而被吸收，例如氯仿可透過(guò)完整健康的皮膚引起肝損害，有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑和汞的化學(xué)物可經(jīng)皮膚吸收，引起中毒以至死亡。1吸收途徑與階段污染物經(jīng)皮膚簡(jiǎn)單擴(kuò)散方式的吸收，主要通過(guò)表皮或皮膚附件如汗腺管，皮脂腺和毛囊吸收，分為兩個(gè)階段.第一階段:為穿透角質(zhì)層的屏障作用，但速度較慢。第二階段:為吸收階段，須經(jīng)過(guò)顆粒層、棘細(xì)胞層、生發(fā)層和真皮，各層細(xì)胞都富有孔狀結(jié)構(gòu)，不具屏障功能，外源化學(xué)物極易透過(guò)，然后通過(guò)真皮中大量毛細(xì)血管和毛細(xì)淋巴管而進(jìn)入全身循環(huán)。2、影響因素(1)污染物的理化性質(zhì)

脂/水分配系數(shù)在1左右者，更容易被吸收。非脂溶性的極性外來(lái)化學(xué)物的吸收與其分子量大小有關(guān)，分子量較小者也較易穿透角質(zhì)層被吸收。(2)皮膚的完整性

人體不同部位皮膚對(duì)外源化學(xué)物的吸收能力存在差異，角質(zhì)層較厚的部位如手掌、足底，吸收較慢，腹部皮膚較薄，污染物易被吸收。(3)其它因素化合物與皮膚接觸的條件。血流速度和細(xì)胞間液流動(dòng)加快，吸收也快；皮膚大量排出汗液，外源化學(xué)物容易在皮膚表面汗液中溶解、粘附，延長(zhǎng)外源化學(xué)物與皮膚接觸時(shí)間，也易于吸收。4.植物對(duì)污染物的吸收（1）根部：蒸騰流而輸送到植物各部分。根部吸收污染物主要有兩種方式:主動(dòng)吸收過(guò)程和被動(dòng)吸收過(guò)程。（2）葉片上的氣孔。（3）表皮：滲透。

（三）污染物的體內(nèi)分布血液是大多數(shù)外源化學(xué)物在吸收后或排泄前最為重要的運(yùn)輸系統(tǒng)，主要有以下幾種運(yùn)輸形式1、與血漿蛋白結(jié)合

污染物與血漿蛋白的結(jié)合一般是非共價(jià)結(jié)合，常以氫鍵連接。血漿蛋白的結(jié)合有競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象，結(jié)合率高的外源化學(xué)物可將結(jié)合率低的外源化學(xué)物從血漿蛋白的結(jié)合位點(diǎn)上置換出來(lái)，而增加后者的血漿游離濃度。2、溶解狀態(tài)

外源化學(xué)物在血液溶解后，游離形式存在的多少對(duì)于運(yùn)輸量有影響。如水溶性化學(xué)物，主要溶解于血漿的水性介質(zhì)中；脂溶性化學(xué)物，可溶解在乳糜微?；蛑行灾舅嶂?。

3、與血紅蛋白結(jié)合血紅蛋白有較強(qiáng)的親合力，這些化合物多與血紅蛋白結(jié)合，隨血循環(huán)運(yùn)送到全身各處。4、吸附或結(jié)合于紅細(xì)胞表面如有機(jī)磷化合物吸附于紅細(xì)胞表面并與膜上膽堿酯酶結(jié)合，容易運(yùn)輸。5被吸收的污染物可能在脂肪組織或骨組織中蓄積和沉積。鉛有90%沉積在骨髓中;DDT和六六六等著機(jī)氯化合物則大量蓄積在脂肪組織中。6某些組織器官具有阻止或減緩?fù)庠椿瘜W(xué)物進(jìn)入組織器官的生理功能，即屏障作用。在毒理學(xué)中較為重要的屏障有皮膚屏障、血腦屏障和胎盤(pán)屏障。（四）污染物的排泄污染物的排泄是指進(jìn)入機(jī)體的環(huán)境污染物及其代謝轉(zhuǎn)化產(chǎn)物被機(jī)體清除的過(guò)程。1腎臟是環(huán)境污染物最重要的排泄器官,其轉(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

這也是一種主要排泄途徑。

3.其他排泄途徑

二、污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化(一)生物轉(zhuǎn)化的概念污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化(Biotransformation)是指外源化合物進(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。

外源化合物(Xenobitic)系指除了營(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),又稱為外來(lái)化合物或外源性生物活性物質(zhì),包括藥物、日用化學(xué)品、工業(yè)化學(xué)品、食品添加劑,環(huán)境污染物等。

（二）生物轉(zhuǎn)化過(guò)程外源化學(xué)物的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程分兩項(xiàng)反應(yīng)。第一相反應(yīng)(PhaseⅠreaction)主要包括氧化(oxydation)、還原(reduction)和水解(hydrolysis)；

形成某些活性基因(如一

OH、-SH、一

COOH、-NH2等)或進(jìn)一步使這些活性基因暴露。第二相反應(yīng)(phaseⅡreaction)主要為結(jié)合反應(yīng)(conjugation),結(jié)合反應(yīng)指化合物經(jīng)第一相反應(yīng)形成的中間代謝產(chǎn)物在酶系統(tǒng)催化下與細(xì)胞內(nèi)的某些化合物相互結(jié)合的反應(yīng)過(guò)程。肝臟是機(jī)體內(nèi)最重要的代謝器官，外源化合物的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程主要在肝臟進(jìn)行。其它組織器官，例如肺、腎、腸道、腦、皮膚等也具有一定的生物轉(zhuǎn)化能力。1相Ⅰ反應(yīng)（1）氧化反應(yīng)是在混合功能氧化酶系的催化下進(jìn)行的。這些氧化酶位于細(xì)胞微粒體上。有些外源性化合物也可被位于線粒體部分的非微粒體氧化還原酶所催化。<1>微粒體混合功能氧化酶參與的主要反應(yīng)①脂肪族羥化反應(yīng)常見(jiàn)于丁烷、戊烷和已烷等直鏈脂肪族化合物烷烴類(lèi)，其羥化產(chǎn)物為醇類(lèi)。②芳香族羥化反應(yīng)

芳香環(huán)上的氫被氧化，形成酚類(lèi)。例如苯可形成苯酚，苯胺可形成對(duì)氨基酚或鄰氨基酚。常用的氨基甲酸酯類(lèi)農(nóng)藥殘殺威經(jīng)機(jī)體內(nèi)氧化亦可形成羥化產(chǎn)物。

③N-羥化反應(yīng)

是外源化學(xué)物的氨基（H2N-）上的一個(gè)氫與氧結(jié)合的反應(yīng)。苯胺可代表一種類(lèi)型。苯胺經(jīng)羥化后形成羥胺，羥胺的毒性較苯胺本身為高，可使血紅蛋白氧化成為高鐵血紅蛋白。具有毒理學(xué)意義的是有些芳香胺類(lèi)本身并不致癌，經(jīng)N-羥化后才具有致癌作用。④環(huán)氧化反應(yīng)在微粒體混合功能氧化酶催化下，一個(gè)氧原子在外源化學(xué)物的兩個(gè)相鄰碳原子之間構(gòu)成一橋式結(jié)構(gòu)（P45)，形成環(huán)氧化物。有些環(huán)氧化物可以致癌，例如氯乙烯的環(huán)氧化產(chǎn)物環(huán)氧氯乙烯即為致癌物。有些外源化學(xué)物的環(huán)氧化物性質(zhì)極為穩(wěn)定，可長(zhǎng)期在環(huán)境和機(jī)體脂肪組織中存留，例如有機(jī)氯殺蟲(chóng)劑艾氏劑的環(huán)氧化物鍬氏劑已造成嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題。還有些化學(xué)物的環(huán)氧化物性質(zhì)極不穩(wěn)定，將繼續(xù)發(fā)生羥化，形成二氫二醇化合物。⑤N－氧化反應(yīng)如三甲胺生成三甲胺氧化物。⑥P-氧化反應(yīng)如二苯甲磷，通過(guò)氧化反應(yīng)可生成二苯甲磷氧化物。⑦S-氧化反應(yīng)這一反應(yīng)多發(fā)生在硫醚類(lèi)化合物，其代謝產(chǎn)物為亞砜，有一部分可繼續(xù)氧化為砜類(lèi)。可進(jìn)行硫氧化反應(yīng)的外源化學(xué)物還有某些有機(jī)磷化合物，例如殺蟲(chóng)劑內(nèi)吸磷和甲拌磷等；氨基甲酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑中的滅蟲(chóng)威及常用藥物氯丙嗪。⑧氧化性脫鹵典型的氧化脫鹵反應(yīng)可以滴滴涕（DDT）為代表。DDT經(jīng)脫鹵反應(yīng)可形成滴滴伊（DDE）和滴滴埃（DDI）。DDE具有較重要的毒理學(xué)意義，脂溶性極高，反應(yīng)活性較低，可在脂肪組織中大量蓄積，DDT代謝物的60%、DDI主要由尿中排出。

⑨氧化性脫氨反應(yīng)胺類(lèi)物質(zhì)在氧化同時(shí)脫去一個(gè)氨基，如苯丙胺生成苯丙酮。⑩氧化性脫烷基反應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物為分別含有氨基、羥基、或巰基的化合物并有醛或酮生成。由于反應(yīng)中有一個(gè)O原子插入外源化學(xué)物的-C-H鍵，所以稱為氧化脫烷基反應(yīng)，可分N-脫烷基反應(yīng)(如煙堿，二甲基亞硝胺致癌)、O-脫烷基反應(yīng)(如農(nóng)藥甲基對(duì)硫磷生成一甲基對(duì)硫磷解毒)和S-脫烷基反應(yīng)（四乙基鉛脫烷基后生成三乙基鉛毒性增強(qiáng)）。

(2)非微粒體氧化體內(nèi)具有催化醇、醛和酮功能基團(tuán)的化合物的氧化反應(yīng)的酶類(lèi),主要在線粒體和肝組織的胞液中存在，在肺和腎中亦有出現(xiàn)。包括醇脫氫酶、醛脫氫酶和胺氧化酶類(lèi)，例如單胺氧化酶、雙胺氧化酶等。①醇與醛類(lèi)脫氫反應(yīng)分別由醇脫氫酶與醛脫氫酶催化。醇脫氫酶催化醇類(lèi)氧化形成醛或酮，醛類(lèi)氧化反應(yīng)主要由肝組織中的醛脫氫酶催化。因攝入乙醇經(jīng)脫氫酶催化而形成的乙醛將繼續(xù)氧化成為乙酸。乙醇的毒性主要來(lái)自乙醛。有人由于遺傳缺陷造成醛脫氫酶活力較低，乙醛在體內(nèi)不易經(jīng)氧化分解而解毒，飲灑后容易出現(xiàn)乙醛聚積，灑精中毒及酒醉與此有關(guān)。

②胺氧化反應(yīng)胺氧化酶主要存在于線粒體，可催化單胺類(lèi)和二胺類(lèi)氧化反應(yīng)，形成醛類(lèi)。根據(jù)底物不同，可分為單胺氧化酶（MAO）和二胺氧化酶（DAO）。MAO可將伯胺、仲胺、叔胺等脂肪族胺類(lèi)氧化脫去胺基，形成相應(yīng)的醛類(lèi)并釋放出NH3。DAO主要催化二胺類(lèi)的氧化反應(yīng)，例如腐胺、尸胺等。（2）還原反應(yīng)

（1）微粒體還原主要包括硝基還原、偶氮還原、還原性脫鹵。①硝基還原反應(yīng)典型的硝基還原反應(yīng)可以硝基苯為例。在反應(yīng)過(guò)程中先形成亞硝基苯和苯羥胺，終產(chǎn)物為苯胺。

②偶氮還原反應(yīng)脂溶性偶氮化合物在腸道易被吸收，還原作用主要在肝微粒體以及腸道中進(jìn)行；而水溶性偶氮化合物雖然可被肝臟胞液以及微粒體中還原酶還原，但由于其水溶性較強(qiáng)，在腸道不易被吸收，所以主要被腸道菌叢所還原，肝微粒體參與較少。偶氮化合物中還有一些色素，例如蘇丹Ⅳ，經(jīng)還原后形成鄰氨基偶氮甲苯。③還原性脫鹵如CHCl3脫鹵加氫，生成CH3Cl2（2）非微粒體還原如醛類(lèi)和酮類(lèi)還原反應(yīng)，可分別生成伯醇和仲醇。乙醇在氧化還原反應(yīng)中可經(jīng)醇脫氫酶催化氧化為乙醛，同時(shí)醇脫氫酶也可催化乙醛還原為乙醇，這是可逆反應(yīng)中相反方向的反應(yīng)。

（3）水解作用①酯酶水解作用。有機(jī)磷農(nóng)藥在哺乳動(dòng)物體內(nèi)代謝主要方式。②酰胺酶水解作用。水解過(guò)程比酯酶慢。農(nóng)藥樂(lè)果的水解反應(yīng)。③糖苷酶水解作用。如硫代葡萄糖毒苷的水解反應(yīng)。2結(jié)合反應(yīng)(相

Ⅱ反應(yīng)）

絕大多數(shù)外源化學(xué)物在第一相反應(yīng)中無(wú)論發(fā)生氧化、還原或水解反應(yīng)，最后必須進(jìn)行結(jié)合反應(yīng)排出體外。結(jié)合物一般將隨同尿液或膽汁由體內(nèi)排泄。（1）、葡萄糖醛酸化葡萄糖醛酸結(jié)合反應(yīng)在結(jié)合反應(yīng)中占有重要的地位，在許多外源化學(xué)物都可進(jìn)行，如醇類(lèi)、酚類(lèi)、羧酸類(lèi)、硫醇類(lèi)和胺類(lèi)等。葡萄糖醛酸為葡萄糖的中間代謝產(chǎn)物，先活化成尿苷二磷酸α-葡萄糖醛酸（UDPGA），然后經(jīng)各種轉(zhuǎn)移酶催化，將葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移到外源化學(xué)物分子。根據(jù)進(jìn)行結(jié)合反應(yīng)的外源化學(xué)物結(jié)構(gòu)及結(jié)合方式或部位不同，可分為O-葡萄糖醛酸結(jié)合(醇類(lèi)，酚類(lèi)，羧酸胺類(lèi))、N-葡萄糖醛酸結(jié)合(氨基甲酯類(lèi)，芳香胺類(lèi)，磺胺類(lèi))和S-葡萄糖醛酸結(jié)合，統(tǒng)稱葡萄糖醛酸化。

（2）硫酸化系外源化學(xué)物與硫酸根結(jié)合反應(yīng)，硫酸的來(lái)源主要是含硫氨基酸的代謝物。在大多數(shù)外源化學(xué)物的結(jié)合反應(yīng)中，硫酸結(jié)合往往與葡萄糖醛酸結(jié)合反應(yīng)同時(shí)存在，如機(jī)體接觸的外源物較少，則首先進(jìn)行硫酸結(jié)合，隨著劑量增多，硫酸結(jié)合減少，而與葡萄糖醛酸的結(jié)合增多。（3）乙酰化系外源化學(xué)物與乙?；Y(jié)合的反應(yīng)，多發(fā)生在芳香族伯胺類(lèi)、磺胺類(lèi)、肼類(lèi)化合物的氨基（-NH2）或羥氨基。

（4）氨基酸化是帶有羧酸基的外源化學(xué)物與一種α-氨基酸結(jié)合的反應(yīng)，多發(fā)生在芳香羧酸，例如芳基乙酸。參與結(jié)合反應(yīng)的氨基酸主要有甘氨酸、谷氨酰胺以及牛磺酸，較少見(jiàn)的還有天冬酰胺、精氨酸、絲氨酸以及N-甘氨酰甘氨酸等。（5）谷胱甘肽化是外源化學(xué)物在一系列酶催化下與還原型谷胱甘肽結(jié)合形成硫醚氨酸的反應(yīng)。應(yīng)具備以下條件：一定程度的疏水性；含有一個(gè)親電子碳原子；可與谷胱甘肽進(jìn)行一定程度的非酶促反應(yīng)。這樣的化學(xué)物主要有鹵化物，例如烷基鹵化物、硝基鹵化物、芳基鹵化物，各種酯類(lèi)化合物如磷酸酯類(lèi)殺蟲(chóng)劑，苯、萘、苯胺等芳烴類(lèi)及芳胺類(lèi)化合物和環(huán)氧化物等。另外，值得注意的是有些外源化學(xué)物與谷胱甘肽形成的結(jié)合物可與生物大分子結(jié)合，誘發(fā)突變以及癌變，例如氯甲烷和二溴乙烷。

（6）、甲基化在甲基轉(zhuǎn)移酶催化下，將內(nèi)源性來(lái)源的甲基結(jié)合于外源化學(xué)物分子結(jié)構(gòu)內(nèi)的反應(yīng)。與其它結(jié)合反應(yīng)相比，甲基結(jié)合后，外源化學(xué)物的功能基團(tuán)未被遮蓋，水溶性沒(méi)有明顯的增強(qiáng)，有的反而下降；生物學(xué)作用并未減弱，有的反而增強(qiáng)，甲基化反應(yīng)有解毒作用。內(nèi)源性甲基供體是S-腺苷甲硫氨酸(SAM)。能進(jìn)行甲基結(jié)合反應(yīng)的外源化學(xué)物主要有含羥基、巰基或氨基的酚類(lèi)、硫醇類(lèi)和各種胺類(lèi)，還有吡啶、喹啉等含氮雜環(huán)化合物。

第四節(jié)環(huán)境污染物在生物體內(nèi)的濃縮、積累與放大一、生物濃縮是指生物機(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的化合物，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。生物濃縮的程度用濃縮系數(shù)或富集因子〈

BioconcentrationFactor，BCF〉來(lái)表示,亦指生物機(jī)體內(nèi)某種物質(zhì)的濃度和環(huán)鏡中該物質(zhì)濃度的比值。

二、生物積累生物積累(Bioaccumulation)是指生物在其整個(gè)代謝活躍期通過(guò)吸收、吸附、吞食籌各種過(guò)程,從周?chē)h(huán)境中蓄積某些元素或難分解的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。

生物積累過(guò)程中,不同種生物,同一種生物的不同器官和組織,對(duì)同一種元素或物質(zhì)的平衡濃縮系數(shù)的數(shù)值,以及達(dá)到平衡所需要的時(shí)間,可能有很大差別。生物個(gè)體大小同積累量的關(guān)系三、生物放大生物放大(Biomagnification)是指在生態(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,某種元素或難分解化合物在生物機(jī)體中的濃度隨著營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而逐步增大的現(xiàn)象,又稱為生物學(xué)放大。DDT的生物放大。四、生物濃縮系數(shù)生物濃縮系數(shù)(BCF）生物體內(nèi)某種元素或難分解的化合物的濃度同它所生存的環(huán)境中該物質(zhì)的濃度比值，用以表示生物濃縮程度。求得水生生物中某種物質(zhì)的濃縮系數(shù)有兩種方法

:實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)法和野外調(diào)查法,兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。由于生物對(duì)污染物的吸收和積累隨著生物機(jī)體的生理因素和外界環(huán)境條件而發(fā)生變化,因此,生物濃縮系數(shù)隨之而變。

五、生物濃縮機(jī)理和濃縮摸型

(一)生物濃縮機(jī)理

生物的各種器官和組織對(duì)某污染物的濃縮程度,取決于該物質(zhì)在血液中的濃度,生物組織與血液對(duì)該物質(zhì)親合性的差異以及生物組織對(duì)該物質(zhì)的代謝。

(二)生物濃縮的模型

目前采用生物濃縮的模型很多,如單一組合模型、食物鏈組合模型等。

第五節(jié)生物對(duì)污染物在環(huán)境中行為的影響一、生物引起的環(huán)境污染生物污染(BiologicalPollution)：是指對(duì)人和生物有害的微生物、寄生蟲(chóng)等病原體和變應(yīng)原等污染水、氣、土壤和食品,影響生物產(chǎn)量和質(zhì)量,危害人類(lèi)健康,這種污染稱為生物污染。

（一）環(huán)境中的病原微生物

1空氣中的微生物污染2水體中的微生物污染(1)沙門(mén)氏菌(Salmonella)

(2)志賀氏菌屬(Shigella)

(3)霍亂弧菌(Vibriocholerae)

(4)腸道病毒屬(Enterovirus)

(5)甲型肝炎病毒、呼腸鍋病毒等

3.土壤的微生物污染造成土壤微生物污染主要方式有:(1)用未經(jīng)徹底元害處理的人、畜糞便施肥。(2)用未經(jīng)處理的生活污水、醫(yī)院污水和含有病原體的工業(yè)廢水進(jìn)行農(nóng)田灌溉和利用其污泥施肥。(3)病畜尸體處理不當(dāng)。(二)水體的富營(yíng)養(yǎng)化

水體的富營(yíng)養(yǎng)化(Eutrophication)作用是指大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素物質(zhì)進(jìn)入水體,使水中藻類(lèi)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。（三）微生物代謝產(chǎn)物與環(huán)境污染1.硫化氫

2.酸性礦水

3.硝酸和亞硝酸

4.微生物毒素

（1）霉菌毒素

①黃曲霉毒素(Aflaoxin)②島狀毒素和

leuteoskyrin毒素

③鐮刀霉配質(zhì)糖苷和枝孢菌酸

(2)細(xì)菌毒素

①肉毒毒素

②葡萄球菌腸毒素

③放線菌毒素

④藻類(lèi)毒素

二、金屬的生物轉(zhuǎn)化

（一）汞的氧化、還原和甲基化

環(huán)境中的無(wú)機(jī)汞三種形式存在：:Hg2+2

、Hg2+

和

Hg0

1汞的氧化和還原無(wú)機(jī)或有機(jī)汞化物中的二價(jià)汞離子還原為元素汞。

2.汞的甲基化汞的甲基化過(guò)程也可在還原環(huán)境中自發(fā)進(jìn)行。

在自然界,形成甲基汞的同時(shí)進(jìn)行著脫甲基作用。

（二）砷的氧化、還原和甲基化

元素砷不溶于水和強(qiáng)酸,所以幾乎無(wú)毒。砷的有機(jī)、無(wú)機(jī)化合物有毒,As3+

毒性大于As5+o俗稱砒霜的是三價(jià)砷化物AS203。1.砷的氧化和還原

假單胞菌、黃單胞菌、節(jié)桿菌、產(chǎn)堿菌等細(xì)菌氧化亞砷酸鹽為砷酸鹽,使之毒性減弱。微生物的這種活性是湖泊中亞砷酸鹽氧化為砷酸鹽的主要原因。

2.砷的甲基化

三甲基砷一一一種揮發(fā)性的、有大蒜氣昧的劇毒物質(zhì)。(三)硒的氧化、還原和甲基化

硒是細(xì)菌、溫血?jiǎng)游锛叭说谋匦柙?但它又是劇毒元素。紫色硫細(xì)菌把元素硒氧化為硒酸鹽,毒性增強(qiáng)。

(四)其他重金屬的生物轉(zhuǎn)化

1鉛可以由三甲基醋酸鉛生成四甲基鉛

2.錫

錫與有機(jī)基團(tuán)結(jié)合時(shí),毒性明顯增強(qiáng)。錫能被生物甲基化。

某些細(xì)菌和真菌在有

Cd2+

的情況下生長(zhǎng)時(shí),能積累大量鎘。

微生物也能使鎘甲基化。從銻礦中分離到一種能氧化銻并以此作為能源的專(zhuān)性好氧細(xì)菌。(五)重金屬生物轉(zhuǎn)化的環(huán)境效應(yīng)

微生物通過(guò)分泌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,微生物可以把化合態(tài)金屬還原成單質(zhì)。如汞。微粒體(microsomes)

微粒體是細(xì)胞被勻漿破碎時(shí),內(nèi)膜系統(tǒng)的膜結(jié)構(gòu)破裂后自己重新封閉起來(lái)的小囊泡(主要是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體),這些小囊泡的直徑大約100nm左右,是異質(zhì)性的集合體,將它們稱為微粒體。

多數(shù)情況下,微粒體是指在細(xì)胞勻漿和差速離心過(guò)程中獲得的由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)自我融合形成的近似球形的膜囊泡狀結(jié)構(gòu),它包含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和核糖體兩種基本成分。在體外實(shí)驗(yàn)中,具有蛋白質(zhì)合成、蛋白質(zhì)糖基化和脂類(lèi)合成等內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的基本功能。

第二章污染物對(duì)生物的影響

第一節(jié)污染物在生物化學(xué)和分子水平上的影響污染物進(jìn)入機(jī)體后,首先將導(dǎo)致機(jī)體一系列的生物化學(xué)變化。這些變化廣義上說(shuō)可分為兩種:一種是用來(lái)保護(hù)生物體抵抗污染物的傷害,稱之為防護(hù)性生化反應(yīng);另一種不起保護(hù)作用,稱之為非防護(hù)性生化反應(yīng)。一、對(duì)生物機(jī)體酶的影響(一)酶活性的誘導(dǎo)

至今發(fā)現(xiàn)有許多不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的化合物,能誘導(dǎo)混合功能氧化酶和其他酶。這些化合物包括藥物、殺蟲(chóng)劑、多環(huán)芳烴和許多其他化合物,其中大量是存在環(huán)境中的污染化合物。這些能誘導(dǎo)酶的化合物大都屬有機(jī)親脂性化合物,并且在較長(zhǎng)的生物半衰期。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。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，有人認(rèn)為,外源性化合物誘導(dǎo)酶蛋白合成,主要是操縱基因去阻遏作用(Depression)。外源性化合物與阻遏物形成復(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。

混合功能氧化酶(MFO)

（1）混合功能氧化酶是污染物在體內(nèi)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化相

I過(guò)程中的關(guān)鍵酶系。它們對(duì)人工合成化學(xué)品解毒發(fā)揮了重要的作用。

（2）存在于大多數(shù)組織的細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。（3）混合功能氧化酶引起的生物轉(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,即具多種催化功能。

（4）具有明顯的物種差異性和多樣性。（5）許多外源性化合物進(jìn)入體內(nèi),經(jīng)混合功能氧化酶作用后發(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。然而有些則變成高毒甚至變成致癌物。

（6）可以利用混合功能氧化酶誘導(dǎo)反應(yīng)作為分子水平上敏感性的生物指標(biāo)，來(lái)監(jiān)測(cè)污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的早期影響。2抗氧化防御系統(tǒng)酶在長(zhǎng)期進(jìn)化中,需氧生物發(fā)展防御過(guò)氧化損害的系統(tǒng)(AntioxidantDefense)其組成包括:水溶性組分如谷胱甘肽(GSH)、維生素C；脂溶性組分,如維生素E、胡蘿卜素。但當(dāng)體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)不能消除活性氧時(shí),它們可使DNA鏈斷裂、脂質(zhì)過(guò)氧化、酶蛋白失活等,從而引起機(jī)體氧化應(yīng)激(OxidativeStress)或氧毒性。(1）超氧化物歧化酶(SOD):在抗氧化防御系統(tǒng)中起重要的作用。超氧化物歧化酶存在于多種需氧生物中,有三種典型的同工酶,并具不同的金屬中心。（2）谷胱甘肽過(guò)氧化酶：是以H2O2為底物，催化形成H20，消除H2O2。它也能催化有機(jī)過(guò)氧化氫物還原成相應(yīng)的醇。根據(jù)植物體谷脫甘肽過(guò)氧化酶活性的變化可繪制大氣污染圖譜。

(3)過(guò)氧化氫酶（Ct）過(guò)氧化氫酶僅能分解H2O2。魚(yú)類(lèi)暴露于漂白紙漿廢水后，過(guò)氧化氫酶升高2－7倍。水生生物暴露于受多環(huán)芳烴(PAH)污染的底泥后，過(guò)氧化氫酶也升高。3.谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GSTs)

谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GlutathioneTransferases，GST)是污染物在體內(nèi)生物轉(zhuǎn)化相Ⅱ過(guò)程中的重要酶,具有許多同工酶。該酶的生理作用是與不同的親電性化合物或一些相Ⅰ代謝產(chǎn)物結(jié)合,產(chǎn)生水溶性化合物,易于排出體外,因此起到脫毒作用。肝是脊椎動(dòng)物中

GSTs的主要場(chǎng)所。

(二)酶的抑制作用

酶活性的抑制可分為不可逆性抑制、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制和競(jìng)爭(zhēng)性抑制。A不可逆性抑制是由于污染物與酶蛋白的活性中心功能基因不可逆性結(jié)合而引起的。如鉛、汞等重金屬與酶活性中心上的半胱氨酸殘基的巰基結(jié)合，抑制酶的活性。B非競(jìng)爭(zhēng)性抑制是一種可逆性抑制,污染物與酶分子的結(jié)合位置不是底物的結(jié)合位置,因此增加底物濃度,不能使抑制作用逆轉(zhuǎn)。非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑能與游離的酶結(jié)合,也可能與酶一底物復(fù)合物結(jié)合。最常見(jiàn)的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制是某些污染物與酶分子中半胱氨酸殘基的巰基可逆性結(jié)合,引起酶構(gòu)型改變,使酶活性受到可逆性但非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。

C競(jìng)爭(zhēng)性抑制特點(diǎn)是當(dāng)?shù)孜餄舛仍黾訒r(shí),抑制作用減弱。競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用的強(qiáng)弱取決于抑制劑的濃度與底物濃度的相對(duì)比例。這是因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)性抑制劑與酶的正常底物在化學(xué)結(jié)構(gòu)上相似、與酶活性中心結(jié)合部位相同,但競(jìng)爭(zhēng)性抑制不被酶代謝。如5－氟尿嘧啶。D除上述抑制以外,有些污染物是通過(guò)生成中間代謝產(chǎn)物抑制酶活性,造成生物化學(xué)損害。例如,有機(jī)氟代烷的毒性。E還有些污染物可消耗輔酶或抑制輔酶的合成,導(dǎo)致酶活性抑制,如鉛可使體內(nèi)煙酸量下降。F此外有些金屬離子是酶的輔基或激活劑,污染物與這些金屬離子結(jié)合,抑制相應(yīng)的酶。

舉例說(shuō)明污染物對(duì)酶的抑制作用：1腺三磷酶（ATPase）是生物體重要酶，存在于所有的細(xì)胞中。在細(xì)胞供能活動(dòng)、離子平衡等過(guò)程中起重要作用。ATPase抑制已作為–項(xiàng)評(píng)價(jià)污染應(yīng)為的指標(biāo)。

2乙酰膽堿酯酶（AchE）乙酰膽堿酯酶（AchE）在神經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)傳導(dǎo)中起重要作用。有機(jī)磷農(nóng)藥和氨基甲酸酯農(nóng)藥對(duì)高等和低等動(dòng)物的AchE具有明顯的抑制作用。3.δ一氨基己酰丙酸脫氫酶(ALAD)存在于許多組織的細(xì)胞質(zhì)中,其生理作用在合成血紅蛋白中起重要作用。目前把

ALAD作為一個(gè)敏感的指標(biāo),應(yīng)用于監(jiān)測(cè)和理評(píng)價(jià)鉛污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。4.蛋白磷酸酶

蛋白磷酸酶（ProteinPhosphatase）廣泛存在于細(xì)胞中，對(duì)任何一種蛋白質(zhì)進(jìn)行脫磷酸化作用。人們研究發(fā)現(xiàn)微囊藻毒素對(duì)蛋白磷酸酶的抑制作用很強(qiáng)，是迄今最強(qiáng)的蛋白磷酸酶抑制劑。

二、對(duì)生物大分子的影響

污染物及其活性代謝產(chǎn)物可直接與生物大分子反應(yīng)，共價(jià)結(jié)合，如蛋白質(zhì)、核酸、脂肪酸等，導(dǎo)致生物大分子的化學(xué)性損傷，從而影響生物大分子的功能，引起一系列生物學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生毒性效應(yīng)。在污染物及其活性代謝產(chǎn)物與生物大分子結(jié)合中，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，摻入生物大分子，導(dǎo)致生物大分子組成的功能性異常。如給動(dòng)物大劑量的D-半乳糖胺，D-半乳糖胺代謝物摻入糖蛋白及糖脂，產(chǎn)生細(xì)胞膜損害，最終發(fā)生動(dòng)物肝損害。污染物及其活性代謝物還可抑制生物大分子的合成。例如蛋白質(zhì)合成抑制、DNA合成抑制。1對(duì)蛋白質(zhì)影響（1）蛋白質(zhì)中的許多活性基團(tuán)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(duì)細(xì)胞膜和亞細(xì)胞的損傷作用，最終可導(dǎo)致細(xì)胞死亡和組織壞死。（2）污染物還可誘導(dǎo)生物機(jī)體內(nèi)一些功能蛋白產(chǎn)生，如應(yīng)激蛋白和金屬硫蛋白。是防護(hù)性生化反應(yīng)。如金屬硫蛋白對(duì)二價(jià)金屬離子具有極高的親和力，與微量金屬Zn等結(jié)合調(diào)節(jié)其細(xì)胞內(nèi)濃度，而與有毒金屬如Cd、Hg的作用，可以保護(hù)細(xì)胞免受金屬毒性影響。并可被重金屬誘導(dǎo)。2對(duì)DNA影響

DNA受損各種修復(fù)酶增加并被活化。如不能被修復(fù)，則產(chǎn)生DNA結(jié)構(gòu)和功能影響，細(xì)胞突變。外源性化合物及其活性代謝產(chǎn)物與DNA作用產(chǎn)生突變的順序。1形成DNA加合物。DNA的二次修飾。如鏈斷裂。DNA結(jié)構(gòu)的破壞被固定。細(xì)胞功能改變，姊妹染色體交換。細(xì)胞分裂時(shí)，外源性化合物造成的危害可導(dǎo)致DNA突變及其基因功能改變。DNA中堿基最易受到攻擊。親電性化合物主要攻擊鳥(niǎo)嘌呤的N7和C8等。親核化合物主要攻擊胞嘧啶等。自由基等主要攻擊腺嘌呤等。DNA的修復(fù)途徑：（1）光復(fù)活修復(fù)：最簡(jiǎn)單、最特異性的酶催化修復(fù)過(guò)程。可見(jiàn)光提供能量，光復(fù)活酶與嘧啶二聚體結(jié)合，催化解聚，使DNA恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，酶釋放。（2）切除修復(fù)：切除DNA的損傷部位，再重新合成，恢復(fù)DNA順序。<1>內(nèi)切，5‘端切開(kāi)DNA鏈。<2>外切。外切核酸酶切除損傷的核苷酸及鄰近的核酸。<3>修補(bǔ)DNA聚合酶催化，以互補(bǔ)鏈為模板。<4>3’-OH和5’磷酸連接成二酯鍵，DNA恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。DNA連接酶催化。（3）復(fù)制后修復(fù)<1>復(fù)制后重組修復(fù)先復(fù)制，在損傷處留下缺口，重組時(shí)，缺口與未損傷姐妹鏈相對(duì)，以姐妹鏈為模板并修復(fù)連接。

<2>分支移動(dòng)修復(fù)當(dāng)DNA復(fù)制到損傷處時(shí)，新合成的子鏈移動(dòng)，原已解螺旋的親鏈重新纏繞，以正常子鏈為模板合成，再解螺旋，子鏈移回，繼續(xù)半保留復(fù)制。3脂質(zhì)的過(guò)氧化細(xì)胞和亞細(xì)胞膜系統(tǒng)磷脂富含多烯脂肪酸側(cè)鏈，很容易因污染物在細(xì)胞內(nèi)形成的自由基作用下脂質(zhì)過(guò)氧化。導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性變化等。如O3、NO2、Cd等。第二節(jié)污染物在細(xì)胞和器官水平上的影響一、對(duì)細(xì)胞的影響

(一)對(duì)細(xì)胞膜的影響

1污染物引起的膜脂過(guò)氧化作用導(dǎo)致細(xì)胞膜的損傷。例如,大氣污染物S02

經(jīng)氣孔進(jìn)入葉組織后溶于浸潤(rùn)細(xì)胞壁的水分中,產(chǎn)生SO32-或HSO3-,后被細(xì)胞氧化成SO42-,這一過(guò)程產(chǎn)生了自由基，引起脂膜的過(guò)氧化，傷害了膜系統(tǒng)。2

污染物可影響細(xì)胞膜的離子通透性。如擬除蟲(chóng)菊酯殺蟲(chóng)劑和DDT均可作用于細(xì)胞膜的Na+通道，干擾Na+通過(guò)細(xì)胞膜，影響神經(jīng)傳導(dǎo)。3污染物與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，干擾了受體正常的生理功能。

（二）對(duì)細(xì)胞器的影響1線粒體污染物不僅可以引起細(xì)胞線粒體膜和嵴的形態(tài)結(jié)構(gòu)地改變,而且可以影響線粒體的氧化磷酸化和電子傳遞功能。

2光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)某些污染物經(jīng)代謝活化產(chǎn)生自由基,可導(dǎo)致光面內(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。多種化學(xué)致癌物如黃曲霉毒素等,能引起糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上附著核糖體脫落,導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成控制的改變。

3污染物還可影響微管、微絲、高爾基體、溶酶體等其他細(xì)胞器。

二、對(duì)組織器官的影響（一）靶器官1概念：污染物進(jìn)入機(jī)體后,對(duì)各器官并不產(chǎn)生同樣的毒作用，而只對(duì)部分器官產(chǎn)生直接毒作用，這些器官稱為靶器官(TargetOrgan)。

例如,放射性碘積累在哺乳動(dòng)物的甲狀腺中,可能引起甲狀腺癌。2靶器官不一定是效應(yīng)器官污染物的毒作用不直接由靶器官表現(xiàn)出來(lái)，而由另一個(gè)效應(yīng)器官表現(xiàn)出來(lái)。如有機(jī)磷農(nóng)藥的靶器官是神經(jīng)系統(tǒng),而效應(yīng)器官則是瞳孔、唾液腺和橫紋肌等。3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(duì)蓄積器官并不一定顯示毒作用。如DDT等有機(jī)氯農(nóng)藥的靶器宮雖是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和肝臟,但這類(lèi)農(nóng)藥主要蓄積在脂肪組織中。

4靶器官可以是接觸、吸收毒物的器官，也可以是遠(yuǎn)離接觸、吸收部位的器官。如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(duì)組織器官的影響1氟化氫污染時(shí)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(huì)使組織壞死,出現(xiàn)葉片脫落。2對(duì)動(dòng)物組織器官影響復(fù)雜。以重金屬污染為例鉛(Pb)可損害動(dòng)物造血器官骨髓和神經(jīng)系統(tǒng)。對(duì)造血器官的損害是通過(guò)干擾血紅素合成,引也貧血。對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)制損害是引起末梢神經(jīng)炎,出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)障礙。

第三節(jié)污染物在個(gè)體水平上的影晌

一、死亡

1不同污染物可引起同一種動(dòng)物死亡率各不相同，同一種污染物也可導(dǎo)致不同動(dòng)物不同得死亡率。2許多因素能影響污染物對(duì)動(dòng)物的致死效應(yīng)。污染物的種類(lèi)及其物理化學(xué)性質(zhì)、生物種類(lèi)、污染物作用的時(shí)間、水質(zhì)條件和多種污染物的綜合作用。3不同生物種類(lèi)及其生理狀態(tài)、年齡、發(fā)育階段等也影響污染物的致病作用。二、對(duì)行為的影響（一）對(duì)水生生物行為的影響回避行為

目前已知能對(duì)污染物產(chǎn)生回避反應(yīng)的水生動(dòng)物主要是各種魚(yú)、蝦、蟹,此外,水生昆蟲(chóng)也有一定的回避能力。

不同的水生動(dòng)物對(duì)同種污染物的回避能力差異很大。如雜色鱒對(duì)DDT有較強(qiáng)的回避能力,閥值為0.005mg/L;食蚊魚(yú)次之,閥值為0.1mg/L;草蝦完全不回避。

一般來(lái)說(shuō),水生生物對(duì)污染物的回避閥值低于污染物對(duì)水生生物的致死濃度，但有例外。水生生物的回避能力在實(shí)驗(yàn)室和野外也存在差異性

。如在受銅、鋅污染的-條加拿大河流中,野外現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的閥值為實(shí)驗(yàn)室閥值的18倍。2捕食行為污染物可影響水生動(dòng)物的胃口,最終導(dǎo)致捕食的停止。例如拒食可能是由于缺乏味覺(jué)而不能證實(shí)這一被捕獵物是否可食。

3.警惕行為

警惕行為的破壞,就導(dǎo)致容易被捕食,這樣就增加了死亡率,使種群數(shù)量下降。例如,電離輻射和汞可以增加食蚊魚(yú)被鱸魚(yú)捕食的危險(xiǎn)性。(二)對(duì)鳥(niǎo)類(lèi)行為的影響

有機(jī)磷農(nóng)藥可以抑制鳥(niǎo)類(lèi)的乙酷膽堿靡酶(AchE)的活性,引起神經(jīng)系統(tǒng)中毒。

導(dǎo)致了鳥(niǎo)的平衡和協(xié)調(diào)性的損害。

鳥(niǎo)類(lèi)行為改變還表現(xiàn)在對(duì)領(lǐng)地的失控和不能照顧它們的后代。

三、對(duì)繁殖的影響1污染物影響鳥(niǎo)類(lèi)繁殖一個(gè)典型的效應(yīng)是鳥(niǎo)蛋殼變薄。有機(jī)氯碳?xì)浠衔锶?/p>

DDT能引起某些鳥(niǎo)類(lèi)的蛋殼變薄,使得蛋易碎和易破,導(dǎo)致鳥(niǎo)類(lèi)繁殖損害。機(jī)理主要是阻礙了鈣