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1、第一篇第一篇 环境污环境污染的生物效应第一章第一章 环境污染物在生态系统中的行为环境污染物在生态系统中的行为本章将讨论以下内容：本章将讨论以下内容：v环境污染概述环境污染概述v污染物在环境中的迁移与转化污染物在环境中的迁移与转化v污染物在生物体内的生物转运和生物转化污染物在生物体内的生物转运和生物转化v污染物在生物体内的浓缩、积累和放大污染物在生物体内的浓缩、积累和放大v生物对污染物在环境中行为的影响生物对污染物在环境中行为的影响1 环境污染物在生态系统中的行为环境污染物在生态系统中的行为1.1 环境污染概述环境污染概述v什么是环境污染（什么是环境污染（Environmental Pollut
2、ion）？）？通常，环境污染主要指人类活动所引起的环境质量下降而有通常，环境污染主要指人类活动所引起的环境质量下降而有害于人类及其它生物的正常生存和发展的现象。而自然过程害于人类及其它生物的正常生存和发展的现象。而自然过程引起的同类现象称为自然突变或异常。引起的同类现象称为自然突变或异常。v环境污染的分类环境污染的分类生物污染化学污染物理污染按污染物性质废气污染废水污染固体废弃物污染噪声污染辐射污染按污染物形态环境效应环境效应环境污染所导致的环境变化环境污染所导致的环境变化v环境生物效应：指各种环境因素变化而导致生态系统环境生物效应：指各种环境因素变化而导致生态系统变异的结果。变异的结果。v环
3、境化学效应：在多种环境条件的影响下，物质之间环境化学效应：在多种环境条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果。如：酸雨、光化学烟的化学反应所引起的环境效果。如：酸雨、光化学烟雾等。雾等。v环境物理效应：物理作用引起的环境效果。如热污染、环境物理效应：物理作用引起的环境效果。如热污染、噪声污染等。噪声污染等。污染源（污染源（Pollution Source）v工业污染源工业污染源v农业污染源农业污染源v交通运输污染源交通运输污染源v生活污染源生活污染源污染物的自然来源自然来源（Natural Source）:自然界向环境排放，如：活动的火山或矿床；交通工业农业污染物的人为来源（人为来源（
4、Artificial Source）:来自人类活动，影响范围广、危害大，如工业三废图图图图1-1 1-1 污染源示意图污染源示意图污染源示意图污染源示意图污染物（污染物（Pollutant）v污染物污染物指指进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化，直接进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化，直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。或间接有害于人类的生存和发展的物质。v生产性污染物和生活污染物生产性污染物和生活污染物v一次污染物和二次污染物：一次污染物和二次污染物：二次污染物是指进人大气的一次污染物之间相互作用或一次二次污染物是指进人大气的一次污染物之间相互作用或一次污染
5、物与正常大气组分发生化学反应，以及在太阳辐射线的污染物与正常大气组分发生化学反应，以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物，它常比一次污参与下引起光化学反应而产生的新的污染物，它常比一次污染物对环境和人体的危害更为严重。染物对环境和人体的危害更为严重。v优先污染物优先污染物（Priority Pollutant）：）：指在众多的污染物中筛选出的潜在危险大的作为优先研究和控制对指在众多的污染物中筛选出的潜在危险大的作为优先研究和控制对象的污染物，亦称优先控制污染物。象的污染物，亦称优先控制污染物。主要针对下列污染物：有毒有机化学污染物、生物难降解性物质、主要针对下列污染物：有毒有
6、机化学污染物、生物难降解性物质、具有生物积累性、三致性的污染物具有生物积累性、三致性的污染物小结小结环境污染的特点：环境污染的特点：v影响范围大影响范围大v作用时间长作用时间长v污染物浓度低、情况复杂污染物浓度低、情况复杂v污染容易、治理难污染容易、治理难1.2 污染物在环境中的迁移与转化污染物在环境中的迁移与转化 1.2.1 1.2.1 1.2.1 1.2.1 污染物在环境中的迁移污染物在环境中的迁移污染物在环境中的迁移污染物在环境中的迁移v迁移的定义：迁移的定义：迁移是指污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的迁移是指污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失的过程。
7、富集、分散和消失的过程。v污染物进入环境的途径包括：污染物进入环境的途径包括：（1）人类活动过程中无意排放）人类活动过程中无意排放（2）工业三废）工业三废（3）人类活动过程中故意应用）人类活动过程中故意应用v注：注：进入环境的污染物可以在各个环境要素（水、气、土）中发进入环境的污染物可以在各个环境要素（水、气、土）中发生迁移并输送到很远的距离。污染物的长距离传送，往往由生迁移并输送到很远的距离。污染物的长距离传送，往往由局部性污染引发区域性污染甚至全球性污染，这也是环境污局部性污染引发区域性污染甚至全球性污染，这也是环境污染成为当代主要环境问题的原因之一。染成为当代主要环境问题的原因之一。污染
8、物在环境中的迁移方式污染物在环境中的迁移方式污染物在环境中的迁移方式污染物在环境中的迁移方式v机械迁移机械迁移（1）水的机械迁移作用）水的机械迁移作用（2）气的机械迁移作用）气的机械迁移作用（3）重力的机械迁移作用）重力的机械迁移作用v物理化学迁移物理化学迁移 污染物在环境中迁移的最重要的形式。污染物在环境中迁移的最重要的形式。（1）溶解沉淀作用、络合螯合作用、吸附解吸作用、氧）溶解沉淀作用、络合螯合作用、吸附解吸作用、氧化还原作用、水解作用化还原作用、水解作用（2）化学分解、光化学分解、生物化学分解）化学分解、光化学分解、生物化学分解v生物迁移生物迁移例：生物通过食物链对重金属的放大积累作用
9、例：生物通过食物链对重金属的放大积累作用影响迁移的因素：影响迁移的因素：影响迁移的因素：影响迁移的因素：v内部因素内部因素污染物自身的物理化学性质：组成该物质的元素所具有的组污染物自身的物理化学性质：组成该物质的元素所具有的组成化合物的能力、形成不同的电价离子能力、水解能力、形成化合物的能力、形成不同的电价离子能力、水解能力、形成络合物的能力、被胶体吸附的能力成络合物的能力、被胶体吸附的能力原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物的键性、原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物的键性、溶解度等都是影响迁移的主要理化参数。溶解度等都是影响迁移的主要理化参数。v外部因素外部因素 酸碱条
10、件酸碱条件 氧化还原条件氧化还原条件 胶体的种类、数量胶体的种类、数量 络合配位体的数量、性质络合配位体的数量、性质1.2.2 1.2.2 污染物的形态和分布（污染物的形态和分布（污染物的形态和分布（污染物的形态和分布（Form and Form and Form and Form and Distribution of PollutantDistribution of PollutantDistribution of PollutantDistribution of Pollutant）v污染物的形态污染物的形态定义：指环境中污染物的外部形状、化学组成和内部结构的表定义：指环境中污染物的外部
11、形状、化学组成和内部结构的表现形式。现形式。污染物的存在形态包括：污染物的存在形态包括：价态，如价态，如Cr（VI）、）、Cr（III）化合态，如有机汞和无机汞化合态，如有机汞和无机汞结构态，如同分异构体结构态，如同分异构体络合态络合态v几种重要的形态分类几种重要的形态分类离子态离子态代换态代换态胶体胶体有机结合态有机结合态难溶态难溶态污染物的分布污染物的分布v污染物的分布污染物的分布定义：指污染物在环境多组分间分布，不仅指在环境空间的浓度定义：指污染物在环境多组分间分布，不仅指在环境空间的浓度分布，而且还指污染物不同形态、不同相态之间的分配。分布，而且还指污染物不同形态、不同相态之间的分配。
12、例：汞形态的分布例：汞形态的分布1.2.3 1.2.3 污染物在环境中的转化（污染物在环境中的转化（污染物在环境中的转化（污染物在环境中的转化（Transformation Transformation of Pollutantof Pollutant）v转化的定义转化的定义指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转变指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转变成另一种物质的过程。成另一种物质的过程。v转化的形式转化的形式物理转化：物理转化：化学转化化学转化生物转化生物转化v转化的结果：转化的结果：两种可能：污染物转化为无毒物质或易降解结构两种可能：污染物转化为无毒物质
13、或易降解结构 污染物的毒性增强或转化为难降解结构污染物的毒性增强或转化为难降解结构v大气中的转化：以光化学氧化、催化氧化反应为主大气中的转化：以光化学氧化、催化氧化反应为主v例一：光化学烟雾例一：光化学烟雾（Photochemical Smog）光光化化学学烟烟雾雾是是大大气气中中氮氮氧氧化化物物和和碳碳氢氢化化合合物物在在紫紫外外线线照照射射下下反反应应生成的多种污染物的混合物。生成的多种污染物的混合物。光光化化学学烟烟雾雾最最具具危危害害的的两两种种物物质质是是臭臭氧氧(O3)和和过过氧氧乙乙酰酰硝硝酸酸酯酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。v例二：酸雨（例二：酸雨（A
14、cid Rain）大气中的转化大气中的转化图图图图1 12 2光化学烟雾实例光化学烟雾实例光化学烟雾实例光化学烟雾实例*图图1-31-3光化学烟雾形成过程光化学烟雾形成过程自然源、电厂自然源、电厂自然源、电厂自然源、电厂以及内燃机等以及内燃机等以及内燃机等以及内燃机等排放出的污染排放出的污染排放出的污染排放出的污染物在大气中发物在大气中发物在大气中发物在大气中发生化学反应产生化学反应产生化学反应产生化学反应产生导致酸沉降生导致酸沉降生导致酸沉降生导致酸沉降的化学物质。的化学物质。的化学物质。的化学物质。图图1 14 4 酸沉降形成示意图酸沉降形成示意图水体中的转化水体中的转化水体中的转化主要通
15、过下列途径：水体中的转化主要通过下列途径：v氧化还原作用氧化还原作用天然水体本身是一个氧化还原体系，含有多种无机、有天然水体本身是一个氧化还原体系，含有多种无机、有机氧化剂和还原剂，如机氧化剂和还原剂，如DO、Fe3+、Mn4+、S2、有机化合有机化合物等，对污染物的转化起重要作用。物等，对污染物的转化起重要作用。水体中的氧化还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定水体中的氧化还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中重要污染物的性质。如：厌氧性湖泊了水中重要污染物的性质。如：厌氧性湖泊水体中的许多氧化还原反应均为微生物催化反应。水体中的许多氧化还原反应均为微生物催化反应。v配合作用配合作用无
16、机配位体：无机配位体：OH、Cl、CO32-、HCO3等等有机配位体：有机配位体：v生物降解作用生物降解作用土壤中的转化土壤中的转化土壤是环境中微生物最活跃的场所，故生物降解起重要作土壤是环境中微生物最活跃的场所，故生物降解起重要作用。用。氧垂曲线（氧垂曲线（氧垂曲线（氧垂曲线（Oxygen Sag CurveOxygen Sag Curve）v氧垂曲线的定义氧垂曲线的定义在河流受到有机物污染时，由于有机物的氧化分解作用，水在河流受到有机物污染时，由于有机物的氧化分解作用，水体的体的DO发生变化。从污染源到河流下游一定距离内，可绘制发生变化。从污染源到河流下游一定距离内，可绘制一条一条DO逐渐
17、变化的曲线，称之为氧垂曲线。逐渐变化的曲线，称之为氧垂曲线。v根据有机物在水体中分解变化和根据有机物在水体中分解变化和DO的变化，可把受的变化，可把受污河流分成几段污河流分成几段:清洁区：未受污染清洁区：未受污染分解区分解区腐败区腐败区恢复区恢复区 1.2.4 污染物的生物地球化学循环污染物的生物地球化学循环v生物地球化学循环的概念生物地球化学循环的概念指生物的合成作用和矿化作用所引起的污染物周而复始的循环运指生物的合成作用和矿化作用所引起的污染物周而复始的循环运动过程。动过程。注：合成作用指生物（主要是绿色植物）将吸收的环境化学物质注：合成作用指生物（主要是绿色植物）将吸收的环境化学物质转变
18、为生物体本身的有机物质的过程。转变为生物体本身的有机物质的过程。矿化作用指生物通过代谢作用（包括微生物的分解作用）将生物矿化作用指生物通过代谢作用（包括微生物的分解作用）将生物体的有机物质转化为无机物质或简单的有机物。体的有机物质转化为无机物质或简单的有机物。v循环过程循环过程v循环机理循环机理1.3 污染物在生物体内的生物转运和生物转化污染物在生物体内的生物转运和生物转化1.3.11.3.1生物转运生物转运生物转运生物转运v生物转运（生物转运（Biotransport or Biotransport）的概念的概念生物转运：是指环境污染物经各种途径和方式同生物机体接生物转运：是指环境污染物经各
19、种途径和方式同生物机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。这些过程都需要通触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。这些过程都需要通过细胞的膜结构。过细胞的膜结构。细胞膜（生物膜）有多种：细胞质膜、内质网膜、线粒体膜、细胞膜（生物膜）有多种：细胞质膜、内质网膜、线粒体膜、核膜等；核膜等；它们基本的化学组成、分子结构、功能有共同的特它们基本的化学组成、分子结构、功能有共同的特征。征。一般细胞膜由蛋白质分子和脂质分子（主要是磷脂类）组成一般细胞膜由蛋白质分子和脂质分子（主要是磷脂类）组成污染物透过细胞膜的方式污染物透过细胞膜的方式污染物透过细胞膜的方式污染物透过细胞膜的方式 特点 方式浓度梯度有无载体
20、是否耗能其它特点简单扩散高浓度低浓度（顺）无否脂溶性有机化合物的主要转运方式滤过过程通过膜上的亲水性孔道主动转运低浓度高浓度（逆）有耗能水溶性大分子化合物的主要方式易化扩散高浓度低浓度（顺）有否胞饮作用内吞物质为液体吞噬作用内吞物质为固体物质表11 污染物透过细胞膜的方式污染物的吸收（污染物的吸收（污染物的吸收（污染物的吸收（Absorption of PollutantAbsorption of Pollutant）：）：）：）：指污染物指污染物指污染物指污染物在多种因素影响下，自接触部位透过体内细胞膜进入血在多种因素影响下，自接触部位透过体内细胞膜进入血在多种因素影响下，自接触部位透过体内
21、细胞膜进入血在多种因素影响下，自接触部位透过体内细胞膜进入血液循环的过程。液循环的过程。液循环的过程。液循环的过程。v动物吸收的主要途径有：呼吸系统、消化管和皮肤动物吸收的主要途径有：呼吸系统、消化管和皮肤（1）呼吸系统吸收特点）呼吸系统吸收特点:l吸收对象主要针对气体、蒸汽、气溶胶等形式的污染物。吸收对象主要针对气体、蒸汽、气溶胶等形式的污染物。l吸收方式多以被动扩散的方式，通过呼吸膜吸收入血。吸收方式多以被动扩散的方式，通过呼吸膜吸收入血。l主要部位例如：肺，肺泡数量多，表面积大，遍布毛细主要部位例如：肺，肺泡数量多，表面积大，遍布毛细血管，便于污染物经肺迅速吸收进入血管。血管，便于污染物
22、经肺迅速吸收进入血管。（2）消化管吸收特点：）消化管吸收特点：l吸收对象主要为饮水和由大气、水、土壤进入食物链中吸收对象主要为饮水和由大气、水、土壤进入食物链中的污染物。的污染物。l吸收方式多以简单扩散方式通过细胞膜而被吸收。吸收方式多以简单扩散方式通过细胞膜而被吸收。l主要部位如胃和小肠。主要部位如胃和小肠。（3）皮肤吸收：如有机磷农药可透过完整皮肤引起中毒。）皮肤吸收：如有机磷农药可透过完整皮肤引起中毒。v植物吸收的主要途径：植物吸收的主要途径：（1）根部吸收以及随后随蒸腾流而输送到植物各部分；）根部吸收以及随后随蒸腾流而输送到植物各部分；（2）通过植物叶片上的气孔从周围空气中吸收污染物，
23、是植物）通过植物叶片上的气孔从周围空气中吸收污染物，是植物对大气污染物吸收的主要方式；对大气污染物吸收的主要方式；（3）有机化合物的蒸汽经过植物地上部分表皮渗透而摄入体内）有机化合物的蒸汽经过植物地上部分表皮渗透而摄入体内v污染物的体内分布污染物的体内分布指环境污染物随血液或其它体液的流动，分散到全身各组织指环境污染物随血液或其它体液的流动，分散到全身各组织细胞的过程。细胞的过程。v污染物的排泄污染物的排泄指进入机体的环境污染物及其代谢产物被机体清除的过程。指进入机体的环境污染物及其代谢产物被机体清除的过程。排泄的主要途径是通过肾脏进入尿液和通过肝脏的胆汁进入排泄的主要途径是通过肾脏进入尿液和
24、通过肝脏的胆汁进入粪便，有的环境污染物还可随同呼出的气体、汁液等排出体粪便，有的环境污染物还可随同呼出的气体、汁液等排出体外。外。3.2 污染物在体内的生物转化污染物在体内的生物转化v生物转化（生物转化（Biotransformation）的概念的概念生物转化指外源化合物进入生物机体后在有关酶系统的催化作生物转化指外源化合物进入生物机体后在有关酶系统的催化作用下的代谢变化过程。用下的代谢变化过程。注注1：外源化合物（：外源化合物（Xenobiotic compounds）l指除了营养元素及维持正常生理功能和生命所必需的物质以外，指除了营养元素及维持正常生理功能和生命所必需的物质以外，存在于环境
25、之中，可与机体接触并进入机体引起机体发生生物学存在于环境之中，可与机体接触并进入机体引起机体发生生物学变化的物质。又叫外来化合物或外源性生物活性物质。例如：药变化的物质。又叫外来化合物或外源性生物活性物质。例如：药物、日用化学品、食品添加剂、环境污染物等。物、日用化学品、食品添加剂、环境污染物等。l生物外源性物质是指那些人工合成的，具有不被现有降解酶系所生物外源性物质是指那些人工合成的，具有不被现有降解酶系所识别和作用的分子结构和化学键序列的化合物，简而言之，就是识别和作用的分子结构和化学键序列的化合物，简而言之，就是不能被生物降解的化合物。如不能被生物降解的化合物。如DDT、六六六、多氯联苯
26、、染料、六六六、多氯联苯、染料、塑料、合成橡胶等。塑料、合成橡胶等。注注2：内源性化合物指生物机体正常的生理活动产生的物质。：内源性化合物指生物机体正常的生理活动产生的物质。注注3：酶（：酶（Enzyme）是由活细胞产生的，能在体内和体外起同样催化作用是由活细胞产生的，能在体内和体外起同样催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。注注4：生物转化的主要场所是肝脏，其它有肺、胃、肠、皮肤等。：生物转化的主要场所是肝脏，其它有肺、胃、肠、皮肤等。生物转化的过程生物转化的过程生物转化的过程生物转化的过程v相相I过程
27、（反应）过程（反应）外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其化学结构，形成某些活性基团（反应改变其化学结构，形成某些活性基团（OH、SH、COOH、NH2）或进一步使这些活性基团暴露。或进一步使这些活性基团暴露。v相相II过程（反应）过程（反应）相相I过程产生的一级代谢物在另外的酶系统催化下通过上述活过程产生的一级代谢物在另外的酶系统催化下通过上述活性基团与细胞内的某些化合物结合，生成结合产物（二级代性基团与细胞内的某些化合物结合，生成结合产物（二级代谢物）或带有某些基团的外源性化合物与细胞内物质结合反谢物）或带有某些基
28、团的外源性化合物与细胞内物质结合反应。应。排出体外外源性化合物一级代谢物 结合产物（二级代谢物）毒害作用过程I（相I反应）图15 生物转化过程示意图过程II（相II反应）v相相I反应的主要类型：反应的主要类型：氧化反应：微粒体混合功能氧化酶参与的反应，例如脂肪族羟化氧化反应：微粒体混合功能氧化酶参与的反应，例如脂肪族羟化 非微粒体反应非微粒体反应还原反应：微粒体还原还原反应：微粒体还原 非微粒体还原非微粒体还原水解反应水解反应v相相II反应的主要类型反应的主要类型微生物对生物外源性物质的转化作用微生物对生物外源性物质的转化作用v微生物对生物外源性物质的转化主要有以下几种形式：微生物对生物外源性
29、物质的转化主要有以下几种形式：脱卤（主要是脱氯），如脱卤（主要是脱氯），如DDT的脱氯的脱氯还原，将生物外源性物质上的取代基，特别是硝基，进行还原；还原，将生物外源性物质上的取代基，特别是硝基，进行还原；水合反应，如对有机氰的水合反应，形成无毒的含氮有机化合物水合反应，如对有机氰的水合反应，形成无毒的含氮有机化合物图图DDT的微生物转化的微生物转化TNT的微生物转化的微生物转化影响生物转化的因素影响生物转化的因素v物种差异和个体差异物种差异和个体差异由各自的遗传因素决定，主要表现在体内酶的种类和活力不由各自的遗传因素决定，主要表现在体内酶的种类和活力不同上。同上。v饮食营养状况饮食营养状况蛋白
30、质、无机盐、维生素等营养缺乏时会不同方式地影响生蛋白质、无机盐、维生素等营养缺乏时会不同方式地影响生物转化作用。物转化作用。v生理因素生理因素年龄因素年龄因素性别因素性别因素激素和昼夜规律：机体在每日不同时间的生物转化能力有高激素和昼夜规律：机体在每日不同时间的生物转化能力有高低差异，与内分泌功能的昼夜规律有关。低差异，与内分泌功能的昼夜规律有关。代谢酶的抑制和诱导代谢酶的抑制和诱导小结小结v任何一种外源性化合物的生物转化方式不是简单的，任何一种外源性化合物的生物转化方式不是简单的，它们可同时进行不同的氧化还原或水解反应，此后又它们可同时进行不同的氧化还原或水解反应，此后又可继续进行不同类型的
31、结合反应。可继续进行不同类型的结合反应。v生物转化的结果有两方面：生物转化的结果有两方面：解毒作用（失活）：使外源性化合物毒性降低，易于排出，解毒作用（失活）：使外源性化合物毒性降低，易于排出，或使其转变为易于被其它微生物所降解的化合物。或使其转变为易于被其它微生物所降解的化合物。增毒作用（活化）：使其毒性增加增毒作用（活化）：使其毒性增加1.4 1.4 环境污染物在生物体内的浓缩、积累和放大环境污染物在生物体内的浓缩、积累和放大环境污染物在生物体内的浓缩、积累和放大环境污染物在生物体内的浓缩、积累和放大基本概念：基本概念：v生物浓缩（生物浓缩（Bioconcentration）指生物机体或处
32、于同一营养级上的许多生物种群，从周围环指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内该物质的浓境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物学浓缩、生物学富集。度超过环境中的浓度的现象，又称生物学浓缩、生物学富集。v生物浓缩系数生物浓缩系数KBCF（Bioconcentration Factor）KBCF物质在生物体内的浓度物质在生物体内的浓度/物质在环境介质中的浓度物质在环境介质中的浓度v生物积累（生物积累（Bioaccumulation）指生物在其整个代谢活跃期间通过吸收、吸附、吞食等各种指生物在其整个
33、代谢活跃期间通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解化合物，以致随过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。v生物放大（生物放大（Biomagnification）指在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，指在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而某元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象，又称生物学放大。逐步增大的现象，又称生物学放大。v思考：许多生物外源性
34、物质在环境中的含量很低，通思考：许多生物外源性物质在环境中的含量很低，通常在常在ppb级，为什么这么低的浓度还会引起严重的问级，为什么这么低的浓度还会引起严重的问题？题？这正是由于生物放大作用造成的，这样的生物外源性物质必这正是由于生物放大作用造成的，这样的生物外源性物质必须满足以下两个条件：一、难以生物降解；二、具有亲脂性。须满足以下两个条件：一、难以生物降解；二、具有亲脂性。v思考：三个概念的有何区别？有何意义？思考：三个概念的有何区别？有何意义？生物浓缩：生物浓缩：C体内体内C环境环境生物积累：生物积累：t（生长期）生长期），KBCF 生物放大：营养级生物放大：营养级 ，KBCF 生物浓
35、缩系数的测定生物浓缩系数的测定生物浓缩系数的测定生物浓缩系数的测定v平衡浓缩系数：物质交换达到动态平衡时的浓缩系数。平衡浓缩系数：物质交换达到动态平衡时的浓缩系数。v测定方法：测定方法：优缺点优缺点实验室饲养法：实验室饲养法：条件易于控制，但数值不够准确条件易于控制，但数值不够准确野外调查法：野外调查法：数值标准，但技术难度大，可能时间周期长数值标准，但技术难度大，可能时间周期长动力学方法：动力学方法：节省试验时间，更适合大个体生物节省试验时间，更适合大个体生物v影响因素影响因素生理因素：如生物的生长、发育、大小、年龄生理因素：如生物的生长、发育、大小、年龄环境因素：如污染物的浓度、化学形态、
36、环境温度、环境因素：如污染物的浓度、化学形态、环境温度、pH值、光值、光照条件及季节照条件及季节表表表表1 1 1 12 2 2 2汞在水生物中的富集汞在水生物中的富集汞在水生物中的富集汞在水生物中的富集生物类型汞浓度（ppm）浓缩系数食肉娃鱼1-210000-20000小鱼0.1-0.31000-3000低等动物0.02-0.05200-500植物0.01-0.02100-200海水0.0001生物浓缩机理和浓缩模型生物浓缩机理和浓缩模型q v C BiVBCBVTCTK2CTq v C Bo血液组织图16 生物体某一组织生物浓缩的机理模型由此可知：生物组织中化合物的浓度不仅与该化合物在该组
37、织中的代谢速率有关，还与进出组织的血液中的化合物浓度差成正比。影响生物浓缩的因素影响生物浓缩的因素v生物种的生物学特征生物种的生物学特征v不同组织器官的影响不同组织器官的影响v不同生育期不同生育期v与性别的关系与性别的关系v污染物的性质污染物的性质v污染物浓度和作用时间污染物浓度和作用时间v环境条件环境条件1.5 生物对污染物在环境中行为的影响生物对污染物在环境中行为的影响1.5.11.5.1生物污染（生物污染（生物污染（生物污染（Biological PollutionBiological Pollution）v环境中的病原微生物（环境中的病原微生物（Pathogenic Microorga
38、nism）例如：沙门氏菌、霍乱弧菌、肠道病毒等例如：沙门氏菌、霍乱弧菌、肠道病毒等v水体的富营养化（水体的富营养化（Eutrophication）概念：指大量的氮磷等营养元素物质进入水体，使水中藻类概念：指大量的氮磷等营养元素物质进入水体，使水中藻类等浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体的生态平衡的现象。等浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体的生态平衡的现象。不良后果：不良后果：v微生物代谢产物产生的污染微生物代谢产物产生的污染硫化氢硫化氢酸性矿水酸性矿水硝酸和亚硝酸硝酸和亚硝酸v微生物毒素微生物毒素指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素，可污染食品指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素，可污染食品和
39、环境，危害人类健康。如黄曲霉毒素、葡萄球菌肠毒素、和环境，危害人类健康。如黄曲霉毒素、葡萄球菌肠毒素、藻类毒素等。藻类毒素等。酸性矿水酸性矿水v成因成因由黄铁矿（由黄铁矿（FeS2）氧化所产生的硫酸引起，微生物与形成酸氧化所产生的硫酸引起，微生物与形成酸性矿水的整个过程密切相关。当性矿水的整个过程密切相关。当pH3.5时，铁细菌即氧化亚时，铁细菌即氧化亚铁硫杆菌可催化铁的氧化，其它如氧化硫硫杆菌和氧化亚铁铁硫杆菌可催化铁的氧化，其它如氧化硫硫杆菌和氧化亚铁铁杆菌都与酸性矿水的形成密切相关。铁杆菌都与酸性矿水的形成密切相关。v危害危害酸性矿水中最有破坏性的组分是硫酸，有直接的毒性及其他酸性矿水中
40、最有破坏性的组分是硫酸，有直接的毒性及其他不良影响。不良影响。v防治防治利用碳酸钙矿石中和过量酸性矿水，但利用碳酸钙矿石中和过量酸性矿水，但Fe(III)往往同时存在，往往同时存在，反应后，反应后，pH上升，上升，Fe(OH)3立即覆盖在碳酸钙矿石的表面成立即覆盖在碳酸钙矿石的表面成为不透水层，这种保护效应阻止了碳酸钙对酸的进一步中和。为不透水层，这种保护效应阻止了碳酸钙对酸的进一步中和。1.5.2 金属的生物转化金属的生物转化v金属的毒性金属的毒性影响因素：金属的浓度、金属的存在状态影响因素：金属的浓度、金属的存在状态例例如如，六六价价铬铬比比三三价价铬铬毒毒得得多多；甲甲基基汞汞的的毒毒性
41、性比比其其他他的的汞汞化化合合物物毒毒性性大大得得多多；有有机机锡锡比比无无机机锡锡毒毒，有有机机锡锡中中的的烷烷基基锡锡比比芳香基锡毒，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒。芳香基锡毒，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒。v金属的微生物转化金属的微生物转化微生物对金属的毒性转化，主要是氧化还原和甲基化作用。微生物对金属的毒性转化，主要是氧化还原和甲基化作用。汞的转化汞的转化汞的转化汞的转化v汞的存在形式汞的存在形式无机汞：零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶无机汞：零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶;二价汞盐除了硫二价汞盐除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解化汞、碘化汞外几乎均可溶解有有机机汞汞：汞汞易易和和有有机
42、机基基团团形形成成化化合合物物，通通常常是是以以共共价价键键连连接接在在碳原子上形成有机汞。碳原子上形成有机汞。v汞化合物的毒性汞化合物的毒性难溶的汞难溶的汞生物吸收困难，毒性很小生物吸收困难，毒性很小易溶的汞易溶的汞容易吸收，毒性很强（其中甲基汞的毒性最强）容易吸收，毒性很强（其中甲基汞的毒性最强）毒性体现：生物的神经系统受到伤害，神经麻痹以致引起死亡。毒性体现：生物的神经系统受到伤害，神经麻痹以致引起死亡。实实例例：日日本本的的水水俣俣湾湾甲甲基基汞汞中中毒毒事事件件就就是是典典型型的的汞汞污污染染事事件件。这这类类汞汞中中毒毒一一般般都都不不是是通通过过直直接接饮饮用用水水被被汞汞污污染
43、染造造成成，而而是是由由于甲基汞在食物链积累并由水中的鱼类向上传递给人而引起的。于甲基汞在食物链积累并由水中的鱼类向上传递给人而引起的。汞的甲基化汞的甲基化汞的甲基化汞的甲基化v汞的甲基化是由微生物形成的。汞的甲基化是由微生物形成的。鱼鱼类类体体表表粘粘液液中中有有许许多多含含有有甲甲基基化化辅辅酶酶的的微微生生物物，他他们们将将无无机机汞汞转转化化为为甲甲基基汞汞，动动物物和和人人体体肠肠道道肠肠道道中中的的细细菌菌大大部部分分也也具有这种功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。具有这种功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。v汞甲基化微生物：汞甲基化微生物：细细 菌菌甲甲烷烷菌菌、匙匙形形梭梭
44、菌菌、荧荧光光假假单单胞胞菌菌、大大肠肠埃埃希希氏氏菌菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌真真 菌菌粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。v过程如下：过程如下：Hg2+Hg+-CH3 Hg(CH3)2 甲基化辅酶甲基化辅酶-CH3-CH3甲基汞的降解甲基汞的降解甲基汞的降解甲基汞的降解v事事实实上上通通常常情情况况甲甲基基汞汞在在天天然然水水体体中中的的浓浓度度十十分分低低，这这是是由由于于不不仅仅存存在在汞汞的的甲甲基基化化，同同时时还还存存在在甲甲基基汞汞的的降解，甲基汞可被生物还原为金属汞。降解，甲基汞可被生物还原为金属汞。v甲基汞降解微生物：柠
45、檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、甲基汞降解微生物：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、隐球菌等。隐球菌等。甲基汞的降解甲基汞的降解甲基汞的降解甲基汞的降解小结小结v生生物物意意义义：汞汞的的甲甲基基化化与与脱脱甲甲基基化化通通常常保保持持着着一一个个动动态的平衡，从而使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。态的平衡，从而使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。v但是，在有机污染严重、但是，在有机污染严重、pH较低的环境中，容易形成较低的环境中，容易形成和释放甲基汞，对生物的危害较大。和释放甲基汞，对生物的危害较大。一方面甲基汞溶于水被鱼、贝吸收浓缩，一方面甲基汞溶于水被鱼、贝吸收浓缩，另一方面甲基汞还会逸出水体，进
46、入大气，使污染扩大。另一方面甲基汞还会逸出水体，进入大气，使污染扩大。其它重金属的转化其它重金属的转化其它重金属的转化其它重金属的转化v与汞相似，与汞相似，重金属普遍可被微生物甲基化重金属普遍可被微生物甲基化;v甲甲基基化化的的重重金金属属普普遍遍毒毒性性提提高高，这这些些金金属属包包括括砷砷、硒硒、铅、锡、镉、锑等。铅、锡、镉、锑等。v重金属生物转化的环境效应重金属生物转化的环境效应:微微生生物物通通过过分分泌泌作作用用或或呼呼吸吸作作用用排排出出形形成成的的有有机机金金属属化化合合物物，是是微微生生物物具具有有的的一一种种对对有有毒毒金金属属解解毒毒方方式式；但但被被排排出出的的金金属属化
47、合物，可能比其原形态对高等生物具更大的危害性。化合物，可能比其原形态对高等生物具更大的危害性。另另一一方方面面，微微生生物物可可将将化化合合态态的的重重金金属属转转化化还还原原为为单单质质形形式式，这这种种转转移移方方式式可可暂暂时时或或永永久久地地将将金金属属从从生生物物接接触触的的环环境境中中清清除出去。除出去。作作 业业1.污染物在环境中的迁移方式和转化途径有哪些污染物在环境中的迁移方式和转化途径有哪些？2.什么是生物转运和生物转化？污染物透过细胞什么是生物转运和生物转化？污染物透过细胞膜的方式有哪些？有何特点？膜的方式有哪些？有何特点？3.什么是生物浓缩、生物积累、生物放大和浓缩什么是生物浓缩、生物积累、生物放大和浓缩系数？系数？