環(huán)境生物學-緒論課件

環(huán)境生物學環(huán)境生物學環(huán)境生物學環(huán)境生物學選用教材：《環(huán)境生物學》孔繁翔主編高教出版社2000參考書目：《環(huán)境生物學》朱半民主編黃河水利出版社2003《環(huán)境生物學》蔣志學、鄧士謹主編中國環(huán)境科學出版社1989《環(huán)境生物學》林昌善中國環(huán)境科學出版社1986《環(huán)境微生物工程》馬文漪、楊柳燕南京大學出版社1998教學時數(shù)：45；學分：3考試形式：閉卷選用教材：教學時數(shù)：45；學分：3緒論

本章主要討論以下三方面的內(nèi)容：環(huán)境與環(huán)境問題環(huán)境科學概述環(huán)境生物學概述緒論本章主要討論以下三方面的內(nèi)容：1環(huán)境與環(huán)境問題環(huán)境（Environment）的概念：請思考以下三個問題：“這里環(huán)境真優(yōu)美！”中的“環(huán)境”指的是什么？作為環(huán)境科學術(shù)語的“環(huán)境”指的是什么？生態(tài)學中“環(huán)境”的概念又是什么？1環(huán)境與環(huán)境問題環(huán)境（Environment）的概念：1一般工具書中定義的“環(huán)境”概念是指人以外的客觀事物，將環(huán)境作為一種人以外的客觀存在來加以定義，如新華字典中定義為：周圍的一切事物。2作為環(huán)境科學術(shù)語的“環(huán)境”概念環(huán)境科學所研究的中心事物是“人”，則環(huán)境是以人類為主體的外部世界，是“人類生存的環(huán)境”，在此基礎上定義： 影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總和。3生態(tài)學中“環(huán)境”的概念生態(tài)學研究的中心事物是“生物”，環(huán)境是以整個生物界的生命為主體，是“生物生存的環(huán)境”，可定義：直接或間接影響生物生存和發(fā)展的各種因素的總和。1一般工具書中定義的“環(huán)境”概念2作為環(huán)境科學術(shù)小結(jié)：“環(huán)境”具有相對性，在不同的學科中含義不同，主體的改變往往導致環(huán)境概念含義的不同。人類是環(huán)境發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，環(huán)境是人類生存的物質(zhì)基礎，環(huán)境在影響人類生產(chǎn)、生活的同時，人類也在不斷地利用和改造自然環(huán)境。故人類和環(huán)境密切聯(lián)系，相互作用。

小結(jié)：環(huán)境問題環(huán)境問題的概念指由于人類活動作用于人們周圍的環(huán)境所引起的環(huán)境質(zhì)量變化，以及這種變化反過來對人類生產(chǎn)、生活和健康的影響問題。其產(chǎn)生是人類社會發(fā)展到一定階段人類與環(huán)境矛盾激化的產(chǎn)物。其實質(zhì)是由于人類活動超出了環(huán)境的承受能力，對其所賴以生存的自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了破壞作用，導致人與其生存環(huán)境的不協(xié)調(diào)。環(huán)境問題環(huán)境問題的概念環(huán)境問題的分類環(huán)境污染生態(tài)破壞重大的環(huán)境問題溫室效應和氣候變暖臭氧層的破壞酸雨有毒物質(zhì)污染環(huán)境問題的分類重大的環(huán)境問題------環(huán)境污染實例例1：北美大氣中60%的硫為人為排放→美、挪威、瑞典、丹麥、蘇格蘭、加拿大等國湖泊酸化，其中，加拿大有4500個湖→死湖

例2：地中海沿岸的歷史名城雅典的埃雷赫修廟前的6座大理石女神像→失去了秀麗的面容

例3:北京故宮、天壇的大理石欄桿、蘆溝橋的石獅以及印度的泰姬陵等均遭嚴重腐蝕------環(huán)境污染實例例2：地中海沿岸的歷史名城雅典20世紀著名的八大公害事件公害事件名稱地點時間危害情況1.馬斯河谷煙霧事件比利時1930.12幾千人發(fā)病，60人死亡2.多諾拉煙霧事件美國1948.10 6000人患病，17人死亡3.倫敦煙霧事件英國1952.125天內(nèi)4000人死亡4.洛杉磯光化學煙霧美國40年代引起眼病，喉頭炎,頭痛5.水俁事件日本1953始癡呆，神經(jīng)失常，死亡6.富山事件日本1931始關節(jié)痛,骨骼軟化萎縮,痛死7.四日事件日本1970年哮喘，肺氣腫，10多人死亡8.米糠油事件 日本1968年患者5千多人，死亡16人20世紀著名的八大公害事件公害事件名稱地點時間危害情------生態(tài)破壞例1濫伐樹木→森林面積的銳減→水土流失→風塵暴、沙漠化例2生物多樣性受破壞例3臭氧層破壞（3）與環(huán)境有關的紀念日3月22日世界水日6月5日世界環(huán)境日3月23日世界氣象日6月17日世界防治荒漠化和干旱日4月22日世界地球日6月25日中國土地日5月31日世界無煙日6月26國際禁毒日 7月11日世界人口日9月16國際保護臭氧層日10月16日世界糧食日12月29日國際生物多樣性日------生態(tài)破壞（3）與環(huán)境有關的紀念日溫室效應與全球變暖溫室效應大氣對地表熱輻射能遮擋保溫的屬性類似溫室中玻璃具有的作用，故被稱為溫室效應。溫室氣體大氣中能強烈吸收地面輻射產(chǎn)生溫室效應的氣體。包括：二氧化碳、水汽、甲烷、氧化亞氮、臭氧等。全球變暖問題主要指人為活動造成的溫室氣體增加，溫室效應增強帶來的氣候變化。人類活動對氣候變暖的影響主要表現(xiàn)為由于工業(yè)生產(chǎn)需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化發(fā)展等引起人為排放的二氧化碳等溫室氣體不斷增加；熱帶森林和溫帶植被破壞嚴重，光合作用吸收二氧化碳的能力減弱。溫室效應與全球變暖溫室效應資料表明1860年以來，全球地表年平均氣溫升高了0.3-0.6℃；根據(jù)跨政府氣候變化委員會預測，從1990到2100年，全球陸面氣溫將增加2℃；氣候變暖的直接結(jié)果是世界各地冰川的溶化（后退），引起海平面的上升。海平面升高的后果是嚴重的，將直接威脅世界沿海城市及30多個島嶼的生存和發(fā)展。美國環(huán)保專家預測，再過50－70年，東京、大阪、曼谷、威尼斯、圣彼得堡、阿姆斯特丹以及中國等一些沿海城市會被完全和局部淹沒。氣候變暖的間接結(jié)果是災害性氣候：厄爾尼諾現(xiàn)象。厄爾尼諾可以引起全球大范圍的干旱，也可使某些地區(qū)暴雨成災。例如，1997年3月開始的第14次厄爾尼諾：中國：長江、松花江、嫩江全流域大洪水，直接損失幾千億元。98年1月10日張北地區(qū)6．2級地震。11月19日云南寧蒗又生生6．2級地震。資料表明臭氧層破壞臭氧——O3臭氧大部分集中在10~30km的平流層。平流層中臭氧的存在對于地球生命物質(zhì)至關重要，通過吸收太陽輻射維護地球的能量平衡和生態(tài)平衡。因為，它阻擋了UV-B段紫外輻射到達地面。研究表明UV—B能破壞生物蛋白質(zhì)和基因物質(zhì)，造成細胞死亡；使八類皮膚癌發(fā)病率增高；傷害眼睛導致白內(nèi)障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜類、蔬菜等的生長；并穿透10m深的水層，殺死浮游植物和微生物，從而危及水中生物的食物鏈和自由氧的來源，影響生態(tài)平衡和水體的自凈能力。因此，臭氧層實際上已成為地球生命系統(tǒng)的保護層。南極臭氧層空洞——OzoneHole80年代觀測發(fā)現(xiàn)，自每年9月份下旬開始，南極洲上空的臭氧總量迅速減少一半左右，極地上空臭氧層的中心地帶，近90％臭氧被破壞，若從地面向上觀測，高空臭氧層已極其稀薄，與周圍相比象是形成了一個直徑上千公里的洞，稱為“臭氧洞”。臭氧層破壞臭氧——O3酸雨一般將pH小于5.6的降雨稱為酸雨。酸雨的成因？酸雨的危害？酸雨一般將pH小于5.6的降雨稱為酸雨。被嚴重腐蝕的建筑物被嚴重腐蝕的建筑物有毒物質(zhì)污染有毒物質(zhì)污染是指對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有毒害作用的物質(zhì)排放到環(huán)境中而引起的危害。這些物質(zhì)都是生產(chǎn)和生活過程中的產(chǎn)物，如廢水、廢氣和固體廢棄物、農(nóng)藥、化肥和放射性物質(zhì)等。有毒物質(zhì)污染有毒物質(zhì)污染是指對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有毒害作用的生態(tài)環(huán)境破壞生態(tài)環(huán)境破壞是由于對自然資源的不合理開發(fā)和利用而引起的。例如：中國科學院發(fā)布的一份國情報告： 中國在90年代的沙漠化速度是每年2100km2，相當于兩個半香港，或30個北京城。而2000年已達2460km2，2003年已超過3000km2。遙感普查數(shù)字表明： 中國水土流失面積已達367萬km2，約占國土面積的38％，總量達每年50億噸，相當于全國的耕地每年被剝?nèi)?cm的肥土層，損失N.P.K肥4000多萬噸，相當于全國1年生產(chǎn)化肥的總和。地球土層的平均厚度18cm，在溫帶地區(qū)的自然條件下,每形成1cm的表土需100－400年，即使管理極好，也需20年。此外，黃河斷流，塔里木河斷流，羅布泊消失，長江危機，長江每年表土流失24億噸，5億噸流入東海。還有，濫用化肥和農(nóng)藥，造成土壤退化，我國中低產(chǎn)田已由原來的60％上升到80％。生態(tài)環(huán)境破壞

小結(jié)解決環(huán)境問題的根本途徑是調(diào)節(jié)人類社會活動與環(huán)境的關系。要真正實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)必須具備下列條件：掌握自然生態(tài)規(guī)律。通曉環(huán)境變化過程，能預測人類活動引起的環(huán)境影響，運用規(guī)律去利用自然資源、改造自然。環(huán)境生物學-緒論課件2環(huán)境科學概述

2.1環(huán)境科學的研究對象和任務環(huán)境科學的研究對象環(huán)境科學是是以“人類－環(huán)境”系統(tǒng)為其特定的研究對象，它是研究“人類－環(huán)境”系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)展、調(diào)節(jié)和控制以及改造和利用的科學。2環(huán)境科學概述

2.1環(huán)境科學的研究對象和任務環(huán)境科學的任務環(huán)境科學的任務是揭示人類－環(huán)境矛盾的實質(zhì)，研究兩者之間的辨證關系，掌握其發(fā)展規(guī)律，調(diào)控人類－環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換過程，尋求解決矛盾的途徑和方法，以改善環(huán)境，促進人類社會的向前發(fā)展。環(huán)境科學的任務2.2環(huán)境科學的發(fā)展史相關學科的探索：19世紀末期，地學、生物學、化學、物理學、醫(yī)學和一些工程技術(shù)學科的學者分別從本學科的角度開始對環(huán)境問題進行探索和研究。環(huán)境科學的孕育：20世紀50年代，在地學、生物學、化學、物理學、醫(yī)學和一些工程技術(shù)學科的基礎上，逐漸形成了一些新的邊緣學科，如環(huán)境生物學、環(huán)境化學、環(huán)境物理學、環(huán)境醫(yī)學、環(huán)境工程學、環(huán)境經(jīng)濟學、環(huán)境管理學等等，在這些分支學科的基礎上，孕育著環(huán)境科學。2.2環(huán)境科學的發(fā)展史環(huán)境科學的孕育：環(huán)境科學的形成：1972年，英國經(jīng)濟學家B.沃德、美國微生物學家R.杜德斯主編出版了《只有一個地球》一書，該書被認為是環(huán)境科學的一部緒論性質(zhì)的著作，從此形成了環(huán)境科學相對獨立的研究體系。環(huán)境科學的新境界：1992年，在里約熱內(nèi)盧會議上提出了“可持續(xù)發(fā)展”的新概念。在這一新發(fā)展觀的指導下，環(huán)境科學又進入了一個更高的境界，將從此發(fā)展成為一門嶄新的、獨立的科學。2.3環(huán)境科學的內(nèi)容（略）環(huán)境科學的形成：環(huán)境科學的新境界：2.3環(huán)境科學的內(nèi)容（略3環(huán)境生物學概述

3.1環(huán)境生物學的定義、研究對象和目的什么是環(huán)境生物學？環(huán)境生物學是研究生物與受人類干擾的環(huán)境之間相互作用規(guī)律及其機理的科學。環(huán)境生物學的研究對象環(huán)境生物學的研究對象是生物與受人類干擾的環(huán)境之間相互關系3環(huán)境生物學概述

3.1環(huán)境生物學的定義、研究對象和目的什環(huán)境生物學的研究目的環(huán)境生物學的研究目的：在于為人類維護生態(tài)健康，保護和改善環(huán)境，為合理利用自然和自然資源提供科學基礎，促進環(huán)境和生物的相互關系以有利于人類的生存和社會的可持續(xù)發(fā)展。

環(huán)境生物學的形成和發(fā)展環(huán)境生物學的研究目的環(huán)境生物學的形成和發(fā)展3.2環(huán)境生物學的任務與研究內(nèi)容任務闡明環(huán)境污染的生物學或生態(tài)學效應探索生物對環(huán)境污染的凈化原理探討自然保護生物學和恢復生態(tài)學、保護生態(tài)學的原理與方法研究內(nèi)容環(huán)境污染的生物效應環(huán)境污染的生物凈化保護生態(tài)學3.2環(huán)境生物學的任務與研究內(nèi)容任務闡明環(huán)境污染的生物學或3.4環(huán)境生物學的研究方法野外調(diào)查和試驗實驗室試驗模擬研究3.4環(huán)境生物學的研究方法3.5環(huán)境生物學的發(fā)展趨勢目前發(fā)展的趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：生態(tài)毒理學研究生態(tài)毒理學（Ecotoxicology）是研究環(huán)境壓力對生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的種群和群落的生態(tài)學和毒理學效應，以及物質(zhì)或因素的遷移途徑和與環(huán)境相互主要規(guī)律。3.5環(huán)境生物學的發(fā)展趨勢目前發(fā)展的趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個環(huán)境生物學正向宏觀和微觀兩極方向深入發(fā)展：宏觀領域內(nèi)，研究對象已由個體、種群、群落轉(zhuǎn)移到生態(tài)系統(tǒng)和景觀生態(tài)，向在生態(tài)系統(tǒng)水平上評價生態(tài)效應的方法和模型發(fā)展；在微觀領域，采用分子生物學、遺傳學等生物學方法和技術(shù)，研究污染物及其代謝物與生物大分子及細胞的相互作用等。環(huán)境生物學-緒論課件環(huán)境污染的生物凈化研究開發(fā)對高濃度有機廢水、生物難降解物質(zhì)、氮磷營養(yǎng)物質(zhì)等能有效去除的新工藝和新方法。環(huán)境生物技術(shù)環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測與評價技術(shù)的發(fā)展污染凈化和受損環(huán)境修復的生物技術(shù)保護生態(tài)學自然保護生態(tài)學恢復生態(tài)學環(huán)境污染的生物凈化環(huán)境生物技術(shù)保護生態(tài)學3.6環(huán)境生物學與相關學科的關系與生態(tài)學學科的關系生態(tài)學的研究重點在生態(tài)系統(tǒng)和生物圈各組成成分之間的相互關系。環(huán)境生物學是以生態(tài)學的基本原理作為其理論基礎的，但其研究的環(huán)境是以人類為主體的環(huán)境，從研究的切入點和研究層次上兩者是不同的。3.6環(huán)境生物學與相關學科的關系與生態(tài)學學科的關系與毒理學學科的關系毒理學是研究外來化合物對生物體毒性作用的一門學科。環(huán)境生物學在毒理學的基礎上，進一步應用生態(tài)學、分子生物學、生物化學及生物物理學等基礎學科對環(huán)境污染物的毒作用機理、影響其毒性作用的各種因素和控制規(guī)律等眾多內(nèi)容進行深入研究。與毒理學學科的關系本課程的重點內(nèi)容和學習要求環(huán)境污染的生物效應要求：理解污染物在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和積累的生物學規(guī)律以及在各個水平上對生物的影響和危害，在此基礎上，掌握環(huán)境污染的生物監(jiān)測與生物評價的基本理論和方法。環(huán)境污染的生物凈化：要求：理解環(huán)境污染生物凈化的基本原理和方法，理解生物降解的規(guī)律、原理和途徑，了解現(xiàn)代生物技術(shù)在污染物生物凈化中的應用。本課程的重點內(nèi)容和學習要求環(huán)境污染的生物效應環(huán)境污染的生物凈思考題：環(huán)境生物學在環(huán)境科學研究中有哪些作用？應如何開展環(huán)境生物學的研究？思考題：環(huán)境生物學在環(huán)境科學研究中有哪些作用？環(huán)境生物學環(huán)境生物學主講：南旭陽電話0577—88379930E—mail:nxy@.cn環(huán)境生物學環(huán)境生物學主講：南旭陽第一篇環(huán)境污染的生物效應

第一篇環(huán)境污染的生物效應

第一章環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為本章將討論以下內(nèi)容：環(huán)境污染概述污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化污染物在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運和生物轉(zhuǎn)化污染物在生物體內(nèi)的濃縮、積累和放大生物對污染物在環(huán)境中行為的影響第一章環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為本章將討論以下內(nèi)容：

1環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為

1.1環(huán)境污染概述什么是環(huán)境污染（EnvironmentalPollution）？通常，環(huán)境污染主要指人類活動所引起的環(huán)境質(zhì)量下降而有害于人類及其它生物的正常生存和發(fā)展的現(xiàn)象。而自然過程引起的同類現(xiàn)象稱為自然突變或異常。環(huán)境污染的分類生物污染化學污染物理污染按污染物性質(zhì)廢氣污染廢水污染固體廢棄物污染噪聲污染輻射污染按污染物形態(tài)

1環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為

1.1環(huán)境污染概述什么環(huán)境效應——環(huán)境污染所導致的環(huán)境變化環(huán)境生物效應：指各種環(huán)境因素變化而導致生態(tài)系統(tǒng)變異的結(jié)果。環(huán)境化學效應：在多種環(huán)境條件的影響下，物質(zhì)之間的化學反應所引起的環(huán)境效果。如：酸雨、光化學煙霧等。環(huán)境物理效應：物理作用引起的環(huán)境效果。如熱污染、噪聲污染等。環(huán)境效應——環(huán)境污染所導致的環(huán)境變化污染源（PollutionSource）工業(yè)污染源農(nóng)業(yè)污染源交通運輸污染源生活污染源污染源（PollutionSource）工業(yè)污染源污染物的自然來源（NaturalSource）:自然界向環(huán)境排放，如：活動的火山或礦床；交通工業(yè)農(nóng)業(yè)污染物的人為來源（ArtificialSource）:來自人類活動，影響范圍廣、危害大，如工業(yè)三廢圖1-1污染源示意圖污染物的自然來源（NaturalSource）:自然污染物（Pollutant）污染物指進入環(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的生存和發(fā)展的物質(zhì)。生產(chǎn)性污染物和生活污染物一次污染物和二次污染物：二次污染物是指進人大氣的一次污染物之間相互作用或一次污染物與正常大氣組分發(fā)生化學反應，以及在太陽輻射線的參與下引起光化學反應而產(chǎn)生的新的污染物，它常比一次污染物對環(huán)境和人體的危害更為嚴重。污染物（Pollutant）污染物優(yōu)先污染物（PriorityPollutant）：指在眾多的污染物中篩選出的潛在危險大的作為優(yōu)先研究和控制對象的污染物，亦稱優(yōu)先控制污染物。主要針對下列污染物：有毒有機化學污染物、生物難降解性物質(zhì)、具有生物積累性、三致性的污染物環(huán)境生物學-緒論課件小結(jié)環(huán)境污染的特點：影響范圍大作用時間長污染物濃度低、情況復雜污染容易、治理難小結(jié)環(huán)境污染的特點：1.2污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化

1.2.1污染物在環(huán)境中的遷移遷移的定義：遷移是指污染物在環(huán)境中發(fā)生的空間位置的移動及其引起的富集、分散和消失的過程。污染物進入環(huán)境的途徑包括：（1）人類活動過程中無意排放（2）工業(yè)三廢（3）人類活動過程中故意應用1.2污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化

1.2.1污染物在環(huán)注：進入環(huán)境的污染物可以在各個環(huán)境要素（水、氣、土）中發(fā)生遷移并輸送到很遠的距離。污染物的長距離傳送，往往由局部性污染引發(fā)區(qū)域性污染甚至全球性污染，這也是環(huán)境污染成為當代主要環(huán)境問題的原因之一。注：污染物在環(huán)境中的遷移方式機械遷移（1）水的機械遷移作用（2）氣的機械遷移作用（3）重力的機械遷移作用生物遷移例：生物通過食物鏈對重金屬的放大積累作用污染物在環(huán)境中的遷移方式機械遷移生物遷移物理－化學遷移★污染物在環(huán)境中遷移的最重要的形式。（1）溶解－沉淀作用、絡合－螯合作用、吸附－解吸作用、氧化－還原作用、水解作用（2）化學分解、光化學分解、生物化學分解物理－化學遷移影響遷移的因素：內(nèi)部因素污染物自身的物理化學性質(zhì)：組成該物質(zhì)的元素所具有的組成化合物的能力、形成不同的電價離子能力、水解能力、形成絡合物的能力、被膠體吸附的能力原子的電負性、離子半徑、電價、離子電位和化合物的鍵性、溶解度等都是影響遷移的主要理化參數(shù)。影響遷移的因素：內(nèi)部因素外部因素酸堿條件氧化－還原條件膠體的種類、數(shù)量絡合配位體的數(shù)量、性質(zhì)外部因素1.2.2污染物的形態(tài)和分布（FormandDistributionofPollutant）污染物的形態(tài)定義：指環(huán)境中污染物的外部形狀、化學組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式。污染物的存在形態(tài)包括：價態(tài)，如Cr（VI）、Cr（III）化合態(tài)，如有機汞和無機汞結(jié)構(gòu)態(tài)，如同分異構(gòu)體絡合態(tài)1.2.2污染物的形態(tài)和分布（FormandDistr幾種重要的形態(tài)分類離子態(tài)代換態(tài)膠體有機結(jié)合態(tài)難溶態(tài)幾種重要的形態(tài)分類污染物的分布污染物的分布定義：指污染物在環(huán)境多組分間分布，不僅指在環(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。例：汞形態(tài)的分布污染物的分布污染物的分布1.2.3污染物在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化（TransformationofPollutant）轉(zhuǎn)化的定義指污染物在環(huán)境中通過物理、化學或生物的作用改變形態(tài)或轉(zhuǎn)變成另一種物質(zhì)的過程。轉(zhuǎn)化的結(jié)果：兩種可能：污染物轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)或易降解結(jié)構(gòu)污染物的毒性增強或轉(zhuǎn)化為難降解結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的形式物理轉(zhuǎn)化化學轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化1.2.3污染物在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化（Transformatio大氣中的轉(zhuǎn)化：以光化學氧化、催化氧化反應為主大氣中的轉(zhuǎn)化例一：光化學煙霧（PhotochemicalSmog）光化學煙霧是大氣中氮氧化物和碳氫化合物在紫外線照射下反應生成的多種污染物的混合物。光化學煙霧最具危害的兩種物質(zhì)是臭氧(O3)和過氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。例二：酸雨（AcidRain）大氣中的轉(zhuǎn)化：以光化學氧化、催化氧化反應為主大氣中的轉(zhuǎn)化圖1－2光化學煙霧實例圖1－2光化學煙霧實例**圖1-3光化學煙霧形成過程**圖1-3光化學煙霧形成過程自然源、電廠以及內(nèi)燃機等排放出的污染物在大氣中發(fā)生化學反應產(chǎn)生導致酸沉降的化學物質(zhì)。圖1－4酸沉降形成示意圖自然源、電廠以及內(nèi)燃機等排放出的污染物在大氣中發(fā)生化學反應產(chǎn)氧化－還原作用天然水體本身是一個氧化－還原體系，含有多種無機、有機氧化劑和還原劑，如DO、Fe3+、Mn4+、S2－、有機化合物等，對污染物的轉(zhuǎn)化起重要作用。水體中的氧化還原類型、速率和平衡，在很大程度上決定了水中重要污染物的性質(zhì)。如：厭氧性湖泊水體中的許多氧化還原反應均為微生物催化反應。水體中的轉(zhuǎn)化氧化－還原作用水體中的轉(zhuǎn)化配合作用無機配位體：OH－、Cl－、CO32-、HCO3－等有機配位體：土壤中的轉(zhuǎn)化土壤是環(huán)境中微生物最活躍的場所，故生物降解起重要作用。生物降解作用配合作用土壤中的轉(zhuǎn)化生物降解作用氧垂曲線（OxygenSagCurve）氧垂曲線的定義在河流受到有機物污染時，由于有機物的氧化分解作用，水體的DO發(fā)生變化。從污染源到河流下游一定距離內(nèi)，可繪制一條DO逐漸變化的曲線，稱之為氧垂曲線。氧垂曲線（OxygenSagCurve）氧垂曲線的定義根據(jù)有機物在水體中分解變化和DO的變化，可把受污河流分成幾段:

清潔區(qū)分解區(qū)腐敗區(qū)恢復區(qū)清潔區(qū)根據(jù)有機物在水體中分解變化和DO的變化，可把受污河流分成幾段1.2.4污染物的生物地球化學循環(huán)生物地球化學循環(huán)的概念指生物的合成作用和礦化作用所引起的污染物周而復始的循環(huán)運動過程。注：合成作用指生物（主要是綠色植物）將吸收的環(huán)境化學物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樯矬w本身的有機物質(zhì)的過程。

礦化作用指生物通過代謝作用（包括微生物的分解作用）將生物體的有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無機物質(zhì)或簡單的有機物。循環(huán)過程循環(huán)機理1.2.4污染物的生物地球化學循環(huán)生物地球化學循環(huán)的概念注1.3污染物在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運和生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)運（Bio－transportorBiotransport）的概念生物轉(zhuǎn)運：是指環(huán)境污染物經(jīng)各種途徑和方式同生物機體接觸而被吸收、分布和排泄等過程的總稱。這些過程都需要通過細胞的膜結(jié)構(gòu)。1.3.1生物轉(zhuǎn)運1.3污染物在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運和生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)運（Bio細胞膜（生物膜）有多種：細胞質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、線粒體膜、核膜等；它們基本的化學組成、分子結(jié)構(gòu)、功能有共同的特征。一般細胞膜由蛋白質(zhì)分子和脂質(zhì)分子（主要是磷脂類）組成環(huán)境生物學-緒論課件細胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)圖細胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)圖紅細胞膜結(jié)構(gòu)紅細胞膜結(jié)構(gòu)污染物透過細胞膜（生物膜）的方式1被動轉(zhuǎn)運(PassiveTransport)（1）簡單擴散：環(huán)境污染物由生物膜的高濃度一側(cè)，透過生物膜向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運，這是脂溶性有機化合物的主要轉(zhuǎn)運方式。

2易化擴散：環(huán)境污染物與生物膜的載體結(jié)合，由生物膜高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運。（2）濾過：是環(huán)境污染物通過生物膜上的親水性孔道的轉(zhuǎn)運過程污染物透過細胞膜（生物膜）的方式2易化擴散：環(huán)境污染物與生4胞飲作用(Pinocytosis)和吞噬作用細胞可通過細胞膜的變形移動和收縮（生物膜具有可塑性和流動性）把顆粒狀物質(zhì)和液粒包圍起來最后攝入細胞內(nèi)。3主動轉(zhuǎn)運(ActiveTransport)

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。這種轉(zhuǎn)運需要消耗細胞代謝能量，是水溶性大分子化合物的主要轉(zhuǎn)運形式。

如白細胞吞噬作用(Phagocytosis)及肝、脾網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)清除血液中的毒物，都具有重要意義。

污染物以何種方式通過細胞膜，主要取決于污染物本身的化學結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及各種組織細胞膜的結(jié)構(gòu)特征。4胞飲作用(Pinocytosis)和吞噬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)運方式濾過過程通過膜上的親水性孔道主動轉(zhuǎn)運低濃度高濃度（逆）有耗能水溶性大分子化合物的主要方式易化擴散高濃度低濃度（順）有否胞飲作用內(nèi)吞物質(zhì)為液體吞噬作用內(nèi)吞物質(zhì)為固體物質(zhì)污染物透過細胞膜的方式特點方式濃度污染物的吸收（AbsorptionofPollutant）：指污染物在多種因素影響下，自接觸部位透過體內(nèi)細胞膜進入血液循環(huán)的過程。動物吸收的主要途徑有：呼吸系統(tǒng)、消化管和皮膚（1）呼吸系統(tǒng)吸收特點:吸收對象主要針對氣體、蒸汽、氣溶膠等形式的污染物。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，肺泡數(shù)量多，表面積大，遍布毛細血管，便于污染物經(jīng)肺迅速吸收進入血管。污染物的吸收（AbsorptionofPollutant（2）消化管吸收特點：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。（3）皮膚吸收：如有機磷農(nóng)藥可透過完整皮膚引起中毒。（2）消化管吸收特點：（3）皮膚吸收：如有機磷農(nóng)藥可透過完整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；（2）通過植物葉片上的氣孔從周圍空氣中吸收污染物，是植物對大氣污染物吸收的主要方式；（3）有機化合物的蒸汽經(jīng)過植物地上部分表皮滲透而攝入體內(nèi)植物吸收的主要途徑：污染物的體內(nèi)分布指污染物質(zhì)被吸收后或其代謝轉(zhuǎn)化物質(zhì)形成后，由血液轉(zhuǎn)送至機體各組織；與組織成分結(jié)合；從組織返回血液；以及再反復等過程。1、脂溶性污染物質(zhì)易于通過生物膜；2、污染物質(zhì)常與血液中的血漿蛋白結(jié)合；3、有些污染物質(zhì)可與血液的紅細胞或血管外組織蛋白向結(jié)合；污染物的體內(nèi)分布1、脂溶性污染物質(zhì)易于通過生物膜；污染物的排泄指進入機體的環(huán)境污染物及其代謝產(chǎn)物被機體清除的過程。排泄的主要途徑是通過腎臟進入尿液和通過肝臟的膽汁進入糞便，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、腎排泄2、肝膽系統(tǒng)的膽汁排泄3、腸道排泄污染物的排泄1、腎排泄1.3.2污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化（Biotransformation）的概念生物轉(zhuǎn)化指外源化合物進入生物機體后在有關酶系統(tǒng)的催化作用下的代謝變化過程。注1：外源化合物（Xenobioticcompounds）：指除了營養(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，可與機體接觸并進入機體引起機體發(fā)生生物學變化的物質(zhì)。又叫外來化合物或外源性生物活性物質(zhì)。例如：藥物、日用化學品、食品添加劑、環(huán)境污染物等。1.3.2污染物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化（Biotrans注2：內(nèi)源性化合物指生物機體正常的生理活動產(chǎn)生的物質(zhì)。注3：酶（Enzyme）是由活細胞產(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。注4：生物轉(zhuǎn)化的主要場所是肝臟，其它有肺、胃、腸、皮膚等。生物外源性物質(zhì)是指那些人工合成的，具有不被現(xiàn)有降解酶系所識別和作用的分子結(jié)構(gòu)和化學鍵序列的化合物，簡而言之，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。注2：內(nèi)源性化合物指生物機體正常的生理活動產(chǎn)生的物質(zhì)。生物外生物轉(zhuǎn)化的過程相I過程（反應）外源性化合物在有關酶系統(tǒng)的催化下經(jīng)由氧化、還原或水解反應改變其化學結(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）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）或帶有某些基團的外源性化合物與細胞內(nèi)物質(zhì)結(jié)合反應。生物轉(zhuǎn)化的過程相I過程（反應）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）圖1－5生物轉(zhuǎn)化過程示意圖過程II（相II反應）排出體外外源性化合物一級代謝物結(jié)合產(chǎn)物毒害作用過程相I反應的主要類型：氧化反應：微粒體混合功能氧化酶參與的反應，例如脂肪族羥化非微粒體反應還原反應：微粒體還原非微粒體還原水解反應相II反應的主要類型：（P49--51）相I反應的主要類型：相II反應的主要類型：（P49--51一、生物轉(zhuǎn)化中的酶酶是一類由細胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。酶催化作用的特點：

1、催化專一性高

2、酶催化效率高

3、酶催化需要溫和的外界條件一、生物轉(zhuǎn)化中的酶酶是一類由細胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要二、若干重要輔酶的功能1、FMN和FAD2、NAD+和NADP+3、輔酶Q4、細胞色素酶系的輔酶5、輔酶A二、若干重要輔酶的功能1、FMN和FAD環(huán)境生物學-緒論課件環(huán)境生物學-緒論課件環(huán)境生物學-緒論課件其作用是在酶促反應中擔任遞氫任務,其作用見下圖其作用是在酶促反應中擔任遞氫任務,細胞色素酶系的輔酶主要有細胞色素b、c1、c、a和a3等幾種在反應中擔當傳遞電子作用，見下圖細胞色素酶系的輔酶主要有細胞色素b、c1、c、a和a3等幾種輔酶A是一種轉(zhuǎn)移酶的輔酶，在酶促反應中起著傳遞?；淖饔幂o酶A是一種轉(zhuǎn)移酶的輔酶，在酶促反應中起著傳遞?；淖饔萌⑸镅趸械臍鋫鬟f過程生物氧化是指有機物質(zhì)在機體細胞內(nèi)的氧化，并伴隨有能量的釋放。放出的能量主要通過二磷酸腺苷與正磷酸合成三磷酸腺苷而被暫時存放。反應見下圖三、生物氧化中的氫傳遞過程生物氧化是指有機物質(zhì)在機體細胞內(nèi)的腺苷部分的結(jié)構(gòu)間下圖腺苷部分的結(jié)構(gòu)間下圖氫傳遞過程的幾種分類1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程；2、有氧氧化中以分子氧為間接受氫體的遞氫過程；3、無氧氧化中有機底物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物作受氫體的遞氫過程；4、無氧氧化中某些無機含氧化合物作受氫體的遞氫過程氫傳遞過程的幾種分類1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程1、有氧氧化中以分子氧為直接受氫體的遞氫過程2、有氧氧化中以分子氧為間接受氫體的遞氫過程2、有氧氧化中以分子氧為間接受氫體的遞氫過程3、無氧氧化中有機底物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物作受氫體的遞氫過程3、無氧氧化中有機底物轉(zhuǎn)化中間產(chǎn)物作受氫體的遞氫過程4、無氧氧化中某些無機含氧化合物作受氫體的遞氫過程4、無氧氧化中某些無機含氧化合物作受氫體的遞氫過程四、耗氧有機污染物質(zhì)的微生物降解耗氧有機污染物質(zhì)是生物殘體、排放廢水和廢棄物中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等較易生物降解的有機物質(zhì)。1、糖類的微生物降解降解途徑：

1）多糖水解成單糖

2）單糖酵解成丙酮酸

3）丙酮酸的轉(zhuǎn)化四、耗氧有機污染物質(zhì)的微生物降解耗氧有機污染物質(zhì)是生物殘體、2、脂肪的微生物降解降解途徑：

1）脂肪水解成脂肪酸和甘油；

2）甘油的轉(zhuǎn)化；

3）脂肪酸的轉(zhuǎn)化；2、脂肪的微生物降解1）脂肪水解成脂肪酸和甘油1）脂肪水解成脂肪酸和甘油2）甘油的轉(zhuǎn)化2）甘油的轉(zhuǎn)化3）脂肪酸的轉(zhuǎn)化3）脂肪酸的轉(zhuǎn)化3、蛋白質(zhì)的微生物降解基本途徑

1）蛋白質(zhì)水解成氨基酸

2）氨基酸脫氨成脂肪酸4、甲烷發(fā)酵

3、蛋白質(zhì)的微生物降解五、有毒有機污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化類型有毒有機物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化的主要反映類型如下：1、耗氧反應類型

1）混合功能氧化酶加氧氧化

2）脫氫酶脫氫氧化

3）氧化酶氧化五、有毒有機污染物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化類型有毒有機物質(zhì)生物轉(zhuǎn)化的主要反1）混合功能氧化酶加氧氧化1）混合功能氧化酶加氧氧化2）脫氫酶脫氫氧化醇氧化成醛醇氧化成酮醛氧化成羧基2）脫氫酶脫氫氧化醇氧化成醛3）氧化酶氧化氧化酶是伴隨有氫原子或電子轉(zhuǎn)移，以分子氧為直接受氫體的酶類。例如：3）氧化酶氧化氧化酶是伴隨有氫原子或電子轉(zhuǎn)移，以分子氧為直接2、還原反應類型

1）可逆脫氫酶加氫還原；

2）消極還原酶還原；

3）偶氮還原酶還原；

2、還原反應類型4）還原脫氯酶還原4）還原脫氯酶還原3、水解反應類型

1）羧酸酯酶使脂肪簇脂水解

2）芳香酯酶使芳香簇脂水解

3）磷脂酶使磷酸酯水解3、水解反應類型4）酰胺酶使酰胺水解4）酰胺酶使酰胺水解4、若干重要結(jié)合反應類型

1）葡萄糖醛酸結(jié)合

2）硫酸結(jié)合

3）谷胱甘肽結(jié)合4、若干重要結(jié)合反應類型六、有毒有機污染物質(zhì)的微生物降解下面介紹幾種有機毒物微生物降解的途徑1、烴類

1）正烷烴的講解

2）烯烴的微生物降解途徑主要是烯的飽和末端氧化，再經(jīng)與正烷烴相同的途徑成為不飽和脂肪酸

3）苯的微生物降解途徑

4）苯系化合物的講解六、有毒有機污染物質(zhì)的微生物降解下面介紹幾種有機毒物微生物降2、農(nóng)藥的降解

1）苯氧乙酸的降解

2）有機磷殺蟲劑對硫磷的可能降解途徑

3）DDT降解2、農(nóng)藥的降解1）苯氧乙酸的降解1）苯氧乙酸的降解2）有機磷殺蟲劑對硫磷的可能降解途徑2）有機磷殺蟲劑對硫磷的可能降解途徑3）DDT降解3）DDT降解DDT的主要降解途徑是：在微生物還原脫氯酶作用下，脫氯和脫氯化氫DDT的主要降解途徑是：在微生物還原脫氯酶七、氨及硫的微生物轉(zhuǎn)化

1、氮的微生物轉(zhuǎn)化1）氮的主要形態(tài)：（1）分子氮（2）生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等有機氮化物，以及生物殘體變成的各種有機氮化合物（3）氮形態(tài)的生物轉(zhuǎn)化：同化、氨化、消化、反硝化和固氮。2）反硝化（1）硝酸鹽還原成亞硝酸（2）硝酸鹽還原成氮氣（3）硝酸鹽還原成亞硝酸鹽和氨七、氨及硫的微生物轉(zhuǎn)化

1、氮的微生物轉(zhuǎn)化1）氮的主要形態(tài)：2、硫的微生物轉(zhuǎn)化1）硫化氫、單質(zhì)硫等在微生物作用下氧化生成硫酸（硫化）2）硫酸鹽、亞硫酸鹽在微生物作用下還原生成硫化氫（反硫化）3）海水中硫酸鹽還原生成硫化氫2、硫的微生物轉(zhuǎn)化1）硫化氫、單質(zhì)硫等在微生物作用下氧化生成八、重金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化1、汞汞的生物甲基化生物作用還原轉(zhuǎn)化汞2、砷砷的微生物甲基化微生物使砷去甲基化八、重金屬元素的微生物轉(zhuǎn)化1、汞九、污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化速率1、酶促反應的速率

1）米氏方程：

2）影響酶促反應速率的因數(shù)（1）pH的影響（2）溫度的影響（3）抑制劑的影響九、污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化速率1、酶促反應的速率2、微生物反應的速率

1）微生物反應速率方程：L=L0e-kt2）影響微生物反應速率的因素

鏈長規(guī)律鏈分子規(guī)律取代規(guī)律

環(huán)境條件：pH、溫度、營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧、共存物質(zhì)2、微生物反應的速率影響生物轉(zhuǎn)化的因素物種差異和個體差異由各自的遺傳因素決定，主要表現(xiàn)在體內(nèi)酶的種類和活力不同上。飲食營養(yǎng)狀況蛋白質(zhì)、無機鹽、維生素等營養(yǎng)缺乏時會不同方式地影響生物轉(zhuǎn)化作用。生理因素年齡因素性別因素激素和晝夜規(guī)律：機體在每日不同時間的生物轉(zhuǎn)化能力有高低差異，與內(nèi)分泌功能的晝夜規(guī)律有關。代謝酶的抑制和誘導影響生物轉(zhuǎn)化的因素物種差異和個體差異小結(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，此后又可繼續(xù)進行不同類型的結(jié)合反應。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衔铩Ｔ龆咀饔茫ɑ罨菏蛊涠拘栽黾有〗Y(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1.4環(huán)境污染物在生物體內(nèi)的濃縮、積累和放大基本概念：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。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1.4環(huán)境污染物在生物體內(nèi)的濃縮、積累和放大基本概念：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。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。生物積累（Bioaccumulation）生物放大（Biom思考：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：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------這正是由于生物放大作用造成的，這樣的生物外源性物質(zhì)必須滿足以下兩個條件：一、難以生物降解；二、具有親脂性。思考：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，生物濃縮系數(shù)的測定平衡濃縮系數(shù)：物質(zhì)交換達到動態(tài)平衡時的濃縮系數(shù)。測定方法：優(yōu)缺點實驗室飼養(yǎng)法：條件易于控制，但數(shù)值不夠準確野外調(diào)查法：數(shù)值標準，但技術(shù)難度大，可能時間周期長動力學方法：節(jié)省試驗時間，更適合大個體生物影響因素生理因素：如生物的生長、發(fā)育、大小、年齡環(huán)境因素：如污染物的濃度、化學形態(tài)、環(huán)境溫度、pH值、光照條件及季節(jié)生物濃縮系數(shù)的測定平衡濃縮系數(shù)：物質(zhì)交換達到動態(tài)平衡時的濃縮表1－2汞在水生物中的富集生物類型汞濃度（ppm）濃縮系數(shù)食肉娃魚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表1－2汞在水生物中的富集生物類型汞濃度（ppm）濃縮系數(shù)食生物濃縮機理和濃縮模型生物濃縮機理和濃縮模型qvCBiVBCBVTCTK2CTqvCBo血液組織圖1－6生物體某一組織生物濃縮的機理模型由此可知：生物組織中化合物的濃度不僅與該化合物在該組織中的代謝速率有關，還與進出組織的血液中的化合物濃度差成正比。qvCBiVBCBVTCTK2CTqvCBo血液影響生物濃縮的因素生物種的生物學特征不同組織器官的影響不同生育期與性別的關系污染物的性質(zhì)污染物濃度和作用時間環(huán)境條件影響生物濃縮的因素生物種的生物學特征1.5生物對污染物在環(huán)境中行為的影響

1.5.1生物污染（BiologicalPollution）

環(huán)境中的病原微生物（PathogenicMicroorganism）例如：沙門氏菌、霍亂弧菌、腸道病毒等水體的富營養(yǎng)化（Eutrophication）概念：指大量的氮磷等營養(yǎng)元素物質(zhì)進入水體，使水中藻類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。不良后果：微生物代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的污染硫化氫酸性礦水硝酸和亞硝酸微生物毒素指微生物在其生長、代謝過程中所產(chǎn)生的毒素，可污染食品和環(huán)境，危害人類健康。如黃曲霉毒素、葡萄球菌腸毒素、藻類毒素等。1.5生物對污染物在環(huán)境中行為的影響

1.5.1生物污染（成因由黃鐵礦（FeS2）氧化所產(chǎn)生的硫酸引起，微生物與形成酸性礦水的整個過程密切相關。當pH<3.5時，鐵細菌即氧化亞鐵硫桿菌可催化鐵的氧化，其它如氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵鐵桿菌都與酸性礦水的形成密切相關。危害酸性礦水中最有破壞性的組分是硫酸，有直接的毒性及其他不良影響。防治利用碳酸鈣礦石中和過量酸性礦水，但Fe(III)往往同時存在，反應后，pH上升，F(xiàn)e(OH)3立即覆蓋在碳酸鈣礦石的表面成為不透水層，這種保護效應阻止了碳酸鈣對酸的進一步中和。酸性礦水成因酸性礦水1.5.2金屬的生物轉(zhuǎn)化金屬的毒性影響因素：金屬的濃度、金屬的存在狀態(tài)例如，六價鉻比三價鉻毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；有機錫比無機錫毒，有機錫中的烷基錫比芳香基錫毒，烷基錫中三烷基又比其他烷基錫毒。金屬的微生物轉(zhuǎn)化微生物對金屬的毒性轉(zhuǎn)化，主要是氧化還原和甲基化作用。1.5.2金屬的生物轉(zhuǎn)化金屬的毒性汞的轉(zhuǎn)化汞的存在形式無機汞：零價的金屬汞與一價汞鹽幾乎不溶;二價汞鹽除了硫化汞、碘化汞外幾乎均可溶解有機汞：汞易和有機基團形成化合物，通常是以共價鍵連接在碳原子上形成有機汞。汞化合物的毒性難溶的汞——生物吸收困難，毒性很小易溶的汞——容易吸收，毒性很強（其中甲基汞的毒性最強）毒性體現(xiàn)：生物的神經(jīng)系統(tǒng)受到傷害，神經(jīng)麻痹以致引起死亡。汞的轉(zhuǎn)化汞的存在形式實例：日本的水俁灣甲基汞中毒事件就是典型的汞污染事件。這類汞中毒一般都不是通過直接飲用水被汞污染造成，而是由于甲基汞在食物鏈積累并由水中的魚類向上傳遞給人而引起的。環(huán)境生物學-緒論課件汞的甲基化汞的甲基化是由微生物形成的。魚類體表粘液中有許多含有甲基化輔酶的微生物，他們將無機汞轉(zhuǎn)化為甲基汞，動物和人體腸道腸道中的細菌大部分也具有這種功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。汞甲基化微生物：細菌——甲烷菌、匙形梭菌、熒光假單胞菌、大腸埃希氏菌、產(chǎn)氣腸桿菌、巨大芽孢桿菌真菌——粗糙鏈孢霉、黑曲霉、釀酒酵母等。過程如下：

Hg2+

Hg+-CH3Hg(CH3)2

甲基化輔酶甲基化輔酶

-CH3

-CH3汞的甲基化汞的甲基化是由微生物形成的。Hg2+Hg+-甲基汞的降解事實上通常情況甲基汞在天然水體中的濃度十分低，這是由于不僅存在汞的甲基化，同時還存在甲基汞的降解，甲基汞可被生物還原為金屬汞。甲基汞降解微生物：檸檬酸桿菌、假單胞菌、節(jié)桿菌、隱球菌等。甲基汞的降解事實上通常情況甲基汞在天然水體中的濃度十分低，這小結(jié)生物意義：汞的甲基化與脫甲基化通常保持著一個動態(tài)的平衡，從而使環(huán)境中的甲基汞濃度維持在低水平。但是，在有機污染嚴重、pH較低的環(huán)境中，容易形成和釋放甲基汞，對生物的危害較大。一方面甲基汞溶于水被魚、貝吸收濃縮，另一方面甲基汞還會逸出水體，進入大氣，使污染擴大。小結(jié)其它重金屬的轉(zhuǎn)化與汞相似，重金屬普遍可被微生物甲基化;甲基化的重金屬普遍毒性提高，這些金屬包括砷、硒、鉛、錫、鎘、銻等。重金屬生物轉(zhuǎn)化的環(huán)境效應:微生物通過分泌作用或呼吸作用排出形成的有機金屬化合物，是微生物具有的一種對有毒金屬解毒方式；但被排出的金屬化合物，可能比其原形態(tài)對高等生物具更大的危害性。另一方面，微生物可將化合態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化還原為單質(zhì)形式，這種轉(zhuǎn)移方式可暫時或永久地將金屬從生物接觸的環(huán)境中清除出去。其它重金屬的轉(zhuǎn)化與汞相似，重金屬普遍可被微生物甲基化;思考題污染物在環(huán)境中的遷移方式和轉(zhuǎn)化途徑有哪些？什么是生物轉(zhuǎn)運和生物轉(zhuǎn)化？污染物透過細胞膜的方式有哪些？有何特點？什么是生物濃縮、生物積累、生物放大和濃縮系數(shù)？思考題污染物在環(huán)境中的遷移方式和轉(zhuǎn)化途徑有哪些？第二章污染物對生物的影響

第二章污染物對生物的影響第一節(jié)污染物在生物化學和分子水平上的影響第一節(jié)污染物在生物化學和分子水平上的影響一、生物機體酶的影響（一）

酶活性的誘導

1.

混合功能氧化酶（MFO）

混合功能氧化酶是污染物在體內(nèi)進行生物轉(zhuǎn)化相Ⅰ過程中的關鍵酶系．是電子傳遞系統(tǒng)，存在于大多數(shù)組織的細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，肝臟中的活性較其他組織中活性要高．組成包括：細胞色素P450，NADPH細胞色素P450還原酶和磷脂．活性誘導劑：藥物誘導劑苯巴比妥型，致癌物誘導劑３－甲基膽蒽型，甾族誘導劑

一、生物機體酶的影響2.

抗氧化防御系統(tǒng)酶（1）超氧化歧化酶（SOD）許多化學污染物能誘導SOD活性：大氣污染物，直接作用氧化物，氧化還原循環(huán)化合物（2）谷胱甘肽過氧化酶（GPX）（3）過氧化氫酶（Ct）3.

谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶是污染物在體內(nèi)進行生物轉(zhuǎn)化相Ⅱ過程中的重要酶．2.

抗氧化防御系統(tǒng)酶（二）酶的抑制作用酶活性的抑制可分為不可逆性抑制，非競爭性抑制和競爭性抑制．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)合引起的．非競爭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)．競爭性抑制的特點是，當?shù)孜餄舛仍黾訒r，抑制作用減弱．強弱取決于抑制劑的濃度與底物濃度的相對比例．除上述抑制外，有些污染物是通過生成中間代謝物抑制酶活性，造成化學損害．

（二）酶的抑制作用1.

腺三磷酶（ATPase）2.

乙酰膽堿酯酶（AchE）3.δ-氨基乙酰丙酸脫氫酶（ALAD）4.

蛋白磷酸酶1.

腺三磷酶（ATPase）二、對生物大分子的影響

1.

對蛋白質(zhì)影響

蛋白質(zhì)化學損傷后的生物學效應細胞膜結(jié)構(gòu)及通透性改變；引起各亞細胞結(jié)構(gòu)和功能損害；影響酶的催化功能，進而引起代謝異常及能量供應障礙；導致遺傳毒害；引起機體特殊的免疫反應；引起機體繁殖功能障礙．

二、對生物大分子的影響

2.

對脫氧核糖核酸（DNA）影響（1）

光復活修復（2）

切除修復（3）

復制后修復

3.

脂質(zhì)的過氧化2.

對脫氧核糖核酸（DNA）影響第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響

一、對細胞的影響（一）對細胞膜的影響首先，污染物引起的膜脂過氧化作用導致細胞膜的損傷．其次，污染物可影響細胞膜的離子通透性（二）對細胞器的影響

1.

線粒體

污染物不僅可以引起細胞線粒體膜和嵴的形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變，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)

一、對細胞的影響二、對組織器官的影響（一）

靶器官（二）

對組織器官的影響二、對組織器官的影響第三節(jié)污染物在個體水平上的影響

第三節(jié)污染物在個體水平上的影響一、死亡在一定的劑量或濃度作用下，污染物能引起動物死亡，這樣的劑量或濃度被稱為致死濃度劑量或致死濃度．二、對行為的影響（一）對水生生物行為的影響

1.

回避行為

2.

捕食行為

3.

警惕行為（二）

對鳥類行為的影響一、死亡三、對繁殖的影響環(huán)境激素的分類：1.

天然雌激素和合成雌激素2.

植物雌激素3.

具有雌激素活性的環(huán)境化學物質(zhì)四、對生長和發(fā)育的影響三、對繁殖的影響第四節(jié)污染物在種群和群落水平的影響第四節(jié)污染物在種群和群落水平的影響一、對生物種群的影響種群是在一定時空中同種個體的組合，具有三個基本特征：空間特征、數(shù)量特征和遺傳特征污染物對種群的影響表現(xiàn)為種群數(shù)量的密度改變、結(jié)構(gòu)和性別比例的變化、遺傳結(jié)構(gòu)的改變和競爭關系的改變等.一、對生物種群的影響二、對生物群落的影響

污染物可導致群落組成和結(jié)構(gòu)的改變，包括優(yōu)勢種變化、生物量、豐度、種的多樣性等.（一）

優(yōu)勢種（二）

耐污種（三）

敏感種（四）

對群落組成和結(jié)構(gòu)改變（五）

對物種多樣性的影響二、對生物群落的影響第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用一、協(xié)同作用

協(xié)同作用是指兩種或兩種以上化學污染物同時或數(shù)分鐘內(nèi)先后與機體接觸,其對機體產(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所產(chǎn)生的生物學作用的總和.二、相加作用相加作用是指多種化學污染物混合所產(chǎn)生的生物學作用強度等于各化學污染分別產(chǎn)生的作用強度的總和.一、協(xié)同作用三、獨立作用

獨立作用是指多種化學污染物各自對機體產(chǎn)生毒副作用的機理不同,互不影響.四、拮抗作用拮抗作用是兩種或兩種以上的化學污染物同時或數(shù)分鐘內(nèi)先后輸入機體,其中一種化學污染物可干擾另一化學污染物原有的生物學作用,使其減弱,或兩種化學物相互干擾,使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.三、獨立作用五、聯(lián)合作用的研究方法

常用的方法:

過篩試驗等效應用圖法計算法統(tǒng)計學方法直接描述,綜合分析,做出判斷五、聯(lián)合作用的研究方法第三章污染物的生物效應檢測第一節(jié)生物測試及方式第二節(jié)一般毒性試驗第三節(jié)生物的分子和細胞水平檢測第四節(jié)生物致突變、致畸和致癌效應檢測第五節(jié)微宇宙法第三章污染物的生物效應檢測第一節(jié)生物測試及方式

要求:掌握污染物的生物測試和測試方法的基本概念，污染物毒性的基本參數(shù)。了解三致效應檢測（自學），分子和細胞水平檢測，微宇宙法。要求:掌握污染物的生物測試和測試方法的基本概念，污染物毒一、生物測試（Bioassay）指系統(tǒng)地利用生物的反應測定一種或多種污染物或環(huán)境因素單獨或聯(lián)合存在時，所導致影響或危害。生物反應：分子、細胞、組織、器官、個體、種群、群落一生態(tài)系統(tǒng)。水污染：毒性試驗（ToxicityTest）大氣污染：植物人工熏氣（ArtificialFumigationforPlant）。第一節(jié)生物測試及方式一、生物測試第一節(jié)生物測試及方式如，與理化檢測相比，水污染生物測試可獲？①環(huán)境狀況對水中生命的適合度。②各種環(huán)境因素如DO、pH、T、鹽度、混濁度等對水中生命的有利及不利濃度或強度。③環(huán)境因素對于廢物毒性影響。④廢物對某一被測試生物種毒性。⑤水生生物對污染物相對敏感性。⑥廢水所應處理的程度，及廢水處理方法的有效程度。⑦允許廢水排放量和污染物排放濃度。⑧水質(zhì)標準、對廢水的要求和排放許可之間的一致性。如，與理化檢測相比，水污染生物測試可獲？生物測試意義：監(jiān)測環(huán)境質(zhì)量變化確定單一污染物安全濃度研究多種污染物的聯(lián)合作用的生物效應制定污染物或工業(yè)廢水排放標準、環(huán)境質(zhì)量標準污染物的生態(tài)風險評價（EcologicalRiskAssessment）。生物測試意義：

二、生物測試的方式（一）生物測試的分類根據(jù)經(jīng)歷時間：短期、中期和長期測試方式。根據(jù)所測試生物效應性質(zhì)：毒性試驗、積累試驗、行為試驗、“三致”（致癌、致畸、致突變）試驗、DNA損傷試驗等。二、生物測試的方式（一）生物測試的分類1．短期生物測試短期的生物測試（ShortTermBioassay）被測試生物在短時間內(nèi)暴露于高濃度污染物下，測定污染物對生物機體影響。測定：半數(shù)致死濃度（LC50）或半數(shù)抑制濃度（IC50）或半數(shù)效應濃度（EC50）。意義：指示中期或長期試驗時所應使用毒物濃度；快速估計污染物毒性、評定不同毒物或廢物對某種生物的相對毒性或評定不同生物對不同的條件如溫度、pH的相對敏感性等實用。藻類＜72h，水蚤類＜48h、魚類＜96h，其最長不超過8d。1．短期生物測試短期的生物測試（ShortTermBio特點：(1)快速估計污染物的毒性；(2)評定幾種不同的毒物或廢物對某種生物的相對毒性或評定不同生物對不同的條件如溫度、pH的相對敏感性等。(3)短期生物測試一般采用靜止式。(4)對于易揮發(fā)、不穩(wěn)定污染物或代謝速率快的受試生物，應采用流動式。(5)對于BOD較高的工業(yè)廢水和生活污水，也應采用流動式特點：2．中期生物測試中期生物測試（IntermediateTermBioassay）是介于短期和長期之間的一類生物測試。8d-90d中期。分靜止式和流動式，多數(shù)采用流動式。2．中期生物測試中期生物測試（IntermediateTe3．長期生物測試長期生物測試（LongTermBioassays）低濃度污染物下，暴露時間要盡可能長達受試生物整個生活史，又稱全部生活史生物測試。目的：持續(xù)情況下不造成有害效應的毒物最大濃度或最大允許毒物濃度（MATC）。其間包括毒物對生長、生殖、有性生殖產(chǎn)物的發(fā)育、成熟、產(chǎn)卵、孵卵的成功性、幼體的成活（Survival）、不同生命階段的生長與存活、以及對畸形、行為和生物積累等的影響。只采用流動式。

3．長期生物測試長期生物測試（LongTermBioas通過生物測試可以獲得以下多種數(shù)據(jù)：②允許的廢水排放量和允許的污染物排放濃度。④環(huán)境狀況對水中生命的適合度。③環(huán)境因素對于廢物毒性的影響。⑤各種水生生物對某種排放廢水或污染物的相對敏感性。①各種環(huán)境因素如溶解氧(DO)、酸堿度(pH)、溫度、鹽度、混濁度等對水中生命的有利及不利的濃度或強度。通過生物測試可以獲得以下多種數(shù)據(jù)：②允許的廢水排⑧有關水質(zhì)標準、對廢水的要求和排放許可之間的一致性。

不僅能彌補物理和化學檢測的不足，還可以提供物理和化學檢測無法得到的數(shù)據(jù)。⑦廢物對某一被測試生物種的毒性。⑥為滿足水污染控制的要求，廢水所應處理的程度，以及廢水處理方法的有效程度。⑧有關水質(zhì)標準、對廢水的要求和排放許可之間的一致性。（二）受試生物的選擇①敏感性。②廣泛地理分布和足夠數(shù)量。③生態(tài)系統(tǒng)的重要組成，有生態(tài)學價值。④實驗室內(nèi)易于培養(yǎng)和繁殖。⑤具豐富生物學背景資料。⑥對試驗毒物或因子的反應能夠被測定，并具有一套標準的測定方法或技術(shù)。⑦具重要經(jīng)濟、旅游價值，應考慮與人類食物鏈的聯(lián)系。

（二）受試生物的選擇①敏感性。

三、生物測試的標準化

美國試驗和材料學會（ASTM），經(jīng)濟合作發(fā)展組織（OECD），美國國家環(huán)保局（USEPA）。1991.9.14頒布、1992.8.1實施《水質(zhì)物質(zhì)對蚤類（大型蚤）急性毒性測定方法（GB／T13266一91）》《水質(zhì)物質(zhì)對淡水魚（斑馬魚）急性毒性測定方法（GB/Tl3267—91）》。三、生物測試的標準化美國試驗和材料學會（ASTM），經(jīng)濟------生物測試的標準化的優(yōu)勢①在同一類型的不同實驗室中進行許多有用的測試并把結(jié)果一致的測試選擇出來。②增加數(shù)據(jù)的精確度。③測試可以被其他實驗室重復。④各種人員容易進行該試驗。⑤可方便地將數(shù)據(jù)進行比較。⑥可為環(huán)境管理、環(huán)境立法(環(huán)境標準建立)提供可靠的數(shù)據(jù)或結(jié)果。

------生物測試的標準化的優(yōu)勢①在同一類型的不同實驗室中

在一定條件下，以較小劑量給予機體時，能與生物相互作用，引起生物體功能或器質(zhì)性損傷的化學物質(zhì)；或劑量雖微，但累積到一定的量，就能干擾或破壞機體的正常生理功能，引起暫時或持久性的病理變化，甚至危及生命的化合物稱毒物。

Paracelsus：毒物本身并非毒物，主要是劑量才使一個物質(zhì)變成毒物。

2．中毒(Intoxication)

生物體受到毒物作用引起功能或器質(zhì)性改變后出現(xiàn)的疾病狀態(tài)稱中毒，各種毒性作用的綜合表現(xiàn)(包括局部的和全身的)。可分為急性中毒、亞急性中毒和慢性中毒。一、生物毒性的基本概念(一)毒物與中毒

1．毒物(Toxicant)的定義第二節(jié)一般毒性試驗在一定條件下，以較小劑量給予機體時，能與生物相互作用，3．毒性(Toxicity)的定義

指有毒物質(zhì)接觸或進入機體后，引起生物體的易感部位產(chǎn)生有害作用的能力。(1)毒性作用或毒效應：化學物引起生物體損害的總稱為毒性作用(ToxicEffect)。毒性作用可通過觀測的方法來判斷。A不引起機體形態(tài)、生長發(fā)育和壽命的改變；

B不引起機體功能容量(FunctionalCapacity)的降低和對額外應激狀態(tài)代償能力的損害；

C所引起的生物學變化一般是可逆的，當停止接觸化學物后，不能檢出機體維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)(Homeostasis)能力的降低；也不能使機體對其他環(huán)境因素不利影響的易感性增強。(2)無損害作用(Non—adverseEffect)：3．毒性(Toxicity)的定義(1)毒性作用或毒效應：化（5）損害作用(AdverseEffect)：生物體接觸外來化學物期間或停止接觸后，機體維持體內(nèi)的穩(wěn)態(tài)能力下降是不可逆的，對某些環(huán)境因素不利影響的易感性增高，代謝速度降低和酶系的相對活力發(fā)生異常改變。

（4）效應(Effect)與反應(Response)圖效應：表示接觸一定劑量化學物質(zhì)引起機體個體發(fā)生的生物學變化。反應：是接觸一定劑量化學物質(zhì)后，表現(xiàn)一定程度某種效應的個體在一個群體中所占的比例。

（3）危險性：某化學物質(zhì)在正常生產(chǎn)使用條件下，能引起機體發(fā)生中毒的可能性稱為該物質(zhì)的危險性。（5）損害作用(AdverseEffect)：生物體接觸外

（7）劑量------效應關系(Dose—effectRelationship)：表示不同劑量在個體或群體中表現(xiàn)出來的量效應大小之間的關系。

（6）危害性(Hazard)：有毒物質(zhì)在與機體接觸或使用過程中，有引起中毒的可能性。其危害性大小取決于動物是否與它接觸過以及該物質(zhì)進入機體的能力和數(shù)量。

（8）劑量------反應關系(Dose—responseRelationship)：表示不同劑量與質(zhì)效應發(fā)生率之間的關系。

（7）劑量------效應關系(Dose—effect劑量－效應關系和劑量－反應關系曲線圖劑量10050反應強度（％）圖3－1劑量－反應曲線（直線型）劑量10050死亡率（％）圖3－2劑量－反應曲線（拋物線型）對數(shù)劑量10050死亡率（％）圖3－3劑量－反應曲線（S形線型）死亡率（概率單位）對數(shù)劑量10050圖3－4劑量－反應曲線劑量－效應關系和劑量－反應關系曲線圖劑量10050反應強度（（一）毒性試驗常用參數(shù)1、致死劑量或致死濃度（LethalDese，LD或LethalConcentration，LC）；表示一次染毒后引起受試動物死亡的劑量或濃度。①絕對致死劑量或濃度（LD100、LC100）：表示一群動物全部死亡的最低劑量或濃度。②半數(shù)致死劑量或濃度（LD50、LC50。）：能引起一群動物的50％死亡的最低劑量或濃度。③最小致死劑量或濃度（MLD，MLC），能使一群動物中僅有個別死亡的最高劑量或濃度。④最大耐受劑量或濃度（LDO，LCD）：能使一群動物雖然發(fā)生嚴重中毒，但全部存活無一死亡的最高劑量或濃度。（一）毒性試驗常用參數(shù)2、最大無作用劑量（MaximumNo－EffectLeveD：化學物在一定時間內(nèi)，按一定方式與機體接觸，按一定的檢測方法或觀察指標，不能觀察到任何損害作用的最高劑量。評定外來化合物毒性作用，制訂：人體每日容許攝