環(huán)境生物學第二章課件

第二章污染物對生物的影響生物系統的各級生物學水平：生物分子細胞器細胞組織器官器官系統個體種群群落生態(tài)系統

圖1.污染物在各級水平上對生物的影響本章將討論以下內容：污染物在生物化學和分子水平上的影響污染物在細胞和器官水平上的影響污染物在個體水平上的影響污染物在種群和群落水平上的影響化學污染物對生物的聯合作用污染物進入機體后導致的生物化學變化包括：

防護性生化反應和非防護性生化反應防護性生化反應：用來保護生物體抵抗污染物的傷害。其反應機理是通過降低細胞中游離污染物的濃度，從而防止或限制細胞組成部分發(fā)生可能的有害反應。如混合功能氧化酶的誘導，金屬硫蛋白的生成。非防護性生化反應：不起保護作用的生化反應。反應機理多樣，結果之一是產生對生物體有害影響。如乙酰膽堿酯酶的抑制，DNA加合物的生成。第一節(jié)污染物在生物化學和分子水平上的影響作用類型例子后果防護性混合功能氧化酶的誘導加快新陳代謝，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％以上因抑制而產生可見的毒性效應DNA加合物的生成若導致突變會發(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、操縱、調節(jié)一、污染物對生物機體酶的影響B(tài)、抗氧化防御系統酶活性氧（ActiviatedOxygen）帶有2~3個電子的分子氧還原產物，主要有：·OH、O2-、H2O2活性氧的控制和消除由體內產生的活性氧可為抗氧化防御系統控制，消除活性氧對機體的傷害作用。某些污染物如多環(huán)芳烴、多氯聯苯可在生物體內進行生物轉化時產生大量活性氧。在一定范圍內，這些活性氧可被體內的抗氧化防御系統清除，但當體內的抗氧化防御系統不能消除這些活性氧時，它們可使DNA鏈斷裂、脂質過氧化、酶蛋白失活等，從而引起機體氧化應激或氧毒性?？寡趸烙到y酶超氧化物歧化酶（SOD）是一類高誘導酶，催化O2ˉ生成H2O2，消除活性氧。谷胱甘肽過氧化酶（GPx）以H2O2為底物，催化形成H2O，消除H2O2過氧化氫酶（Ct）分解H2O22、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?！歉偁幮砸种疲何廴疚锱c酶分子的結合位置不是底物的結合位置，增加底物濃度，不能使抑制作用逆轉。—競爭抑制：增加底物濃度，抑制作用減弱。

1、與受體結合污染物及其活性代謝產物可直接與生物的膜受體或細胞質受體共價結合，如與糖蛋白、磷脂蛋白或其他特殊蛋白結合，導致化學性損傷，從而影響受體功能，引起一系列生物學反應。受體：能正確識別固有的外界信息，并用適當方式將外界信息轉換成生物信息的感受器。原義：生物體感受外界物理、化學刺激，并轉變成神經沖動的感受器。二、污染物對其它生物大分子的影響2、與蛋白質（酶）結合污染物對蛋白質的影響主要表現在以下方面：導致蛋白質化學損傷：細胞膜結構及通透性改變；影響酶的催化功能等誘導生物機體內一些功能蛋白的產生：如應激蛋白（StressProteins）和金屬硫蛋白（Metallothionein）的產生，這些蛋白質的產生可保護生物機體抵抗污染物的損害。注：金屬硫蛋白對二價金屬離子具有極高的親和力，在細胞內起貯存必需的微量金屬如Zn、Cu和結合有毒金屬如Cd、Hg的作用，它與必需金屬的結合起調節(jié)這些金屬在細胞內濃度的作用，而與有毒金屬結合則可以保護細胞免受金屬毒性影響。3、對脫氧核糖核酸（DNA）的影響外源性化合物及其代謝產物能引起DNA損傷，它們與DNA的相互作用過程有以下四個階段：形成DNA加合物（DNAAddcuts）發(fā)生DNA的二次修飾DNA結構的破壞被固定當細胞分裂時，外源性化合物造成的危害可導致DNA突變及其基因功能的改變DNA加合物的形成是產生DNA損傷最早期的作用，隨后產生的最重要影響是DNA結構的改變，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)境中化學污染物的遺傳毒性的研究日益受到重視。第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響

一、對細胞膜的影響對細胞膜的影響主要表現在以下方面：污染物引起的脂質過氧化作用導致的損傷污染物可影響膜的離子通透性污染物與膜上的受體結合，干擾正常的生理功能二、對細胞器的影響線粒體線粒體是細胞供能的場所。污染物可引起其結構改變，從而影響線粒體的氧化磷酸化和電子傳遞功能光面內質網和糙面內質網光面內質網是進行激素和外源性化合物的代謝場所。糙面內質網：通過附著或解離核糖體控制蛋白質的合成例：多種化學致癌物如黃曲霉毒素能引起核糖體脫落，導致蛋白質合成控制的改變。三、污染物對組織器官的影響三個概念：靶器官、效應器官和蓄積器官注1：靶器官不同于效應器官，污染物的毒作用可以通過靶器官表現處來，也可由另外的效應器官表現出來。注2：靶器官不同于蓄積器官，污染物在蓄積器官內的濃度高于其他器官，但對蓄積器官并不一定顯示毒作用。對組織器官的影響對植物，表現為葉面出現點、片傷害斑，造成葉、蕾、花、果實等的脫落對動物，以重金屬污染為例：鉛可損害造血器官和神經系統，鎘可損害肝臟、腎臟，導致骨痛病。第三節(jié)污染物在個體水平上的影響污染物對植物在個體水平上的影響：主要表現為生長減慢、發(fā)育受阻、失綠黃化、早衰等SO2對植物的傷害污染物對動物在個體水平上的影響：主要表現為死亡、行為改變、繁殖下降、生長和發(fā)育抑制、疾病敏感性增加、代謝率變化一、死亡衡量死亡的指標死亡率：死亡比例的大小，為評價污染物毒性大小的生物學指標致死劑量（LethalDose）或致死濃度（LethalConcentration）：能引起動物死亡的污染物的劑量或濃度。半數致死劑量（LD50）或半數致死濃度（LC50）：能引起50％的動物死亡的污染物的劑量或濃度。影響致死效應的主要因素：污染物的種類及其物理化學性質生物的種類作用時間、水質條件，如溫度、pH、溶解氧等多種污染物的綜合作用二、對行為的影響行為毒性（BehavioralToxicity）的概念指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。水環(huán)境污染可影響的生物行為：回避行為捕食行為學習行為警惕行為社會行為1、對水生生物的影響

某種農用化學劑96小時暴露處理對虹鱒行為的影響化學劑（mg/L）游泳能力（cm/s）食入蚤類（%）被捕食存活率（%）西維因

024.7a100a85a0.0125.4a70a35c0.123.6a60a50b1.019.9b30b25c2、對鳥類行為的影響有機磷農藥可影響鳥的神經系統，導致鳥的平衡和協調性的損害。受污染的鳥類還可表現出對領地的失控和不能照顧后代。三、對繁殖的影響污染物的繁殖的影響主要表現為：產卵(仔)數、孵化率、幼體存活率下降以及繁殖行為下降等蛋殼厚薄指數：一個評價污染物對鳥類繁殖影響的敏感指標。

表.水環(huán)境污染物對魚類繁殖的影響概念：環(huán)境激素（EnvironmentalEndocrineDisrupters）——內分泌干擾指具有動物和人體激素的活性，能干擾和破壞野生動物繁殖障礙、誘發(fā)人類重大疾病的天然物質或人工合成物質。也叫做外源性雌激素或環(huán)境內分泌干擾物。環(huán)境激素的種類包括：天然雌激素、合成雌激素、植物雌激素、具有雌激素活性的環(huán)境化學物質注：具有雌激素活性的環(huán)境化學物質：如殺蟲劑、多氯聯苯、多環(huán)芳烴、洗滌劑、塑料添加劑、食品添加劑等，工業(yè)廢水和生活污水往往含有上述物質。四、對生長和發(fā)育的影響污染物對生長和發(fā)育的影響可通過生長指示器來測定生長指示器（ScopeforGrowth）是反映生物機體能量獲取利用和代謝的綜合指標。P=A-(R+U)注：P——SFG；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第四節(jié)污染物在種群和群落水平上的影響概念：種群（Population）種群是指在一定時空中同種個體的組合。具數量特征、空間特征、遺傳特征污染物對種群的影響表現為：種群數量（密度）改變結構和性別比例的變化遺傳結構的改變競爭關系的改變對寄生影響：刺激、抑制、無作用一、對生物種群的影響

1.種群密度(數量)Populationdensity：種群密度指單位面積或單位空間內個體數量a.敏感物種(抗性差)，數量下降。b.耐性物種(抗性強)，有波動，但能保持。c.機會物種(往往是不需要的)，數量上升。

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，長期進化適應的結果

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）

5.對寄生影響：刺激、抑制、無作用

二、對生物群落的影響基本概念群落（Community）優(yōu)勢種（DominantSpecies）優(yōu)勢度？？耐污種敏感種污染物對群落的影響表現在：群落組成和結構改變對物種多樣性（SpeciesDiversity）的影響注：物種多樣性指群落中物種的數目（豐富度）和各個物種的相對密度（群落的異質性）。第五節(jié)化學污染物對生物的聯合作用聯合作用(CombinedEffect)的概念指兩種或兩種以上化學污染物共同作用所產生的綜合生物學效應。