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环境生物学二、污染物在环境中的转化二、污染物在环境中的转化1、转化概念：、转化概念： 污染物在环境中通过物理、化污染物在环境中通过物理、化学或生物作用改变形态或转变成另学或生物作用改变形态或转变成另一种物质的过程。一种物质的过程。 取决于污染物物理化学性质和取决于污染物物理化学性质和环境条件。与迁移过程相伴进行。环境条件。与迁移过程相伴进行。第一章第一章 第一节第一节生物地球化学循环生物地球化学循环： 生物合成作用和矿化作用生物合成作用和矿化作用所引起的周而所引起的周而复始循环运动过程。复始循环运动过程。生物合成作用：生物合成作用：生物（主要绿色植物）把环境物质生物（主要绿色植物）把环境物质转成生物体本身有机物质。转成生物体本身有机物质。生物矿化作用：生物矿化作用：生物代谢将生物体有机物转为无机生物代谢将生物体有机物转为无机物或简单有机物。物或简单有机物。 三、污染物的生物地球化学循环三、污染物的生物地球化学循环第一章第一章 第一节第一节l生物转运生物转运: 指环境污染物经各种途径和方式同指环境污染物经各种途径和方式同生物有机体接触而被吸收、分布和排泄生物有机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。等过程的总称。l共性：每一过程都需要经过细胞的膜共性：每一过程都需要经过细胞的膜结结构构一、生物转运概念一、生物转运概念第二节第二节 污染物在生物体内的行为污染物在生物体内的行为第一章第一章 第二节第二节2、污染物透过生物膜的方式、污染物透过生物膜的方式 1、被动转运、被动转运3、胞饮作用、胞饮作用第一章第一章 第二节第二节2、特殊转运、特殊转运2、被动转运与特殊转运、被动转运与特殊转运特点：特点： 低浓度低浓度 高浓度高浓度 需需ATP 需要载体需要载体 水溶性大分子化合物水溶性大分子化合物 污染物的体内排除具有重要意义污染物的体内排除具有重要意义第一章第一章 第二节第二节3 3、胞饮作用（吞噬作用）、胞饮作用（吞噬作用） 概念：可塑性、流动性的生物膜通过变形移动概念：可塑性、流动性的生物膜通过变形移动和收缩，把颗粒状物质和液粒包围摄入细胞内。和收缩，把颗粒状物质和液粒包围摄入细胞内。 u有利于肝、脾网状内皮系统清除毒物有利于肝、脾网状内皮系统清除毒物 第一章第一章 第二节第二节溶酶体结合消化溶酶体结合消化无脊椎动物重要方式无脊椎动物重要方式三、污染物的吸收三、污染物的吸收 吸收：吸收： 污染物在多种因素影响下，自接污染物在多种因素影响下，自接触部位透过体内生物膜进入血液循环触部位透过体内生物膜进入血液循环的过程。的过程。第一章第一章 第二节第二节1 1、呼吸系统吸收呼吸系统吸收（1）气体、蒸汽：经肺泡吸收）气体、蒸汽：经肺泡吸收转运方式：被动扩散转运方式：被动扩散吸收速度与肺泡和血液中毒物的浓度（分压）差呈吸收速度与肺泡和血液中毒物的浓度（分压）差呈正比。正比。（2）气溶胶和颗粒物：）气溶胶和颗粒物：转运方式：被动扩散与颗粒大小有关。转运方式：被动扩散与颗粒大小有关。人类人类第一章第一章 第二节第二节2、消化管吸收、消化管吸收 概念：概念： 污染物被分解成小分子穿过消化管污染物被分解成小分子穿过消化管上皮细胞膜被吸收。上皮细胞膜被吸收。u 主要吸收部位主要吸收部位胃、小肠（肠道环状皱壁、胃、小肠（肠道环状皱壁、黏膜上的绒毛、微绒毛）黏膜上的绒毛、微绒毛）第一章第一章 第二节第二节影响消化管吸收的主要因素：影响消化管吸收的主要因素：A、污染物的理化性质（粒径大易排出）、污染物的理化性质（粒径大易排出）B、酸碱差异（弱酸在胃内易吸收）、酸碱差异（弱酸在胃内易吸收）C、胃酸、肠道消化液、肠道微生物使降解、胃酸、肠道消化液、肠道微生物使降解D、肠道蠕动、肠道蠕动第一章第一章 第二节第二节3、皮肤吸收、皮肤吸收经皮吸收两个途径：经皮吸收两个途径：（1）污染物表皮角质层（简单扩散）真皮毛细血管）污染物表皮角质层（简单扩散）真皮毛细血管（2） 通过汗腺、油脂腺、毛囊等皮肤附属器（占表通过汗腺、油脂腺、毛囊等皮肤附属器（占表皮面积皮面积0.1-1），绕过表皮屏障直接进入真皮。），绕过表皮屏障直接进入真皮。表皮表皮真皮真皮皮下组织皮下组织第一章第一章 第二节第二节植物植物第一章第一章 第二节第二节 六六 污染物对生物的联合作用污染物对生物的联合作用1、协同作用（增效作用）、协同作用（增效作用） 协同作用：两种或两种以上污染物对机体产生协同作用：两种或两种以上污染物对机体产生的生物学作用强度远远的生物学作用强度远远超过超过它们它们分别单独分别单独与机体与机体接触时所产生的生物学接触时所产生的生物学作用的总和作用的总和。第二章第一节2 2、相加作用、相加作用相加作用相加作用：污染物混合所产生生物学作用强度等于等于其中各化学污染分别产生的作用强度总和。机理：物质化学结构比较近似 3 3、独立作用、独立作用 独立作用独立作用：污染物各自对机体产生毒性作用的机理不同，互不影响互不影响。 六六 污染物对生物的联合作用污染物对生物的联合作用4 4、拮抗作用、拮抗作用 一种化学污染物可干扰另一原有生物学作用，使其减弱，或相互干扰，使混合物混合物生物作用或毒性作用强度低于低于两种化学污染物任何一种单独任何一种单独输入机体强度。酸雨地区土壤中加钙降低铝离子对植物根菌的毒害作用拮抗物、拮抗剂、解毒剂 六六 污染物对生物的联合作用污染物对生物的联合作用 六六 污染物对生物的联合作用污染物对生物的联合作用思考：思考： 某种化合物单独与机体接触时不具有某种化合物单独与机体接触时不具有毒性，但与另一种单独作用时具有毒性的毒性，但与另一种单独作用时具有毒性的外来化合物联合作用时，可使后者的毒性外来化合物联合作用时，可使后者的毒性进一步增强。进一步增强。异丙醇异丙醇 四氯化碳四氯化碳 肝脏肝脏第二章第一节练习：独立作用和相加作用练习：独立作用和相加作用 化学物质化学物质A A和和B B分别引起分别引起20%20%和和30%30%的死亡的死亡率，在相加作用和独立作用两种条件下，率，在相加作用和独立作用两种条件下，100100只动物中存活数分别是多少？只动物中存活数分别是多少？1 1 相加作用：相加作用：2 2 独立作用：独立作用：第三章第三章 污染物的生物效应检测污染物的生物效应检测本章将讨论以下内容掌握生物测试及方式掌握一般毒性试验了解生物的分子和细胞水平检测了解生物致突变、致畸和致癌效应检测理解微宇宙法3.1 3.1 生物测试及方式生物测试及方式一 生物测试的定义生物测试（Bioassay）的概念： 指系统地利用生物的反应生物的反应测定一种或多种污染物或环境因素单独或联合存在时所导致的影响或危害。 注释： 所利用的生物反应包括分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统各级水平上的反应。3.1 3.1 生物测试及方式生物测试及方式生物测试的概念： 注释2：生物测试不同于常规的物理、化学检测。前者能够测定污染物对生物机体的影响，而后者只能测定污染物的浓度。 水污染的生物测试（毒性试验） 大气污染的生物测试（植物人工熏气） 植物人工熏气是研究有毒气体对植物的作用的一种方法。在人工控制的环境条件下注入有毒气体，作用于植物体，以研究：植物对有毒气体吸收状况、抗性和敏感性；不同剂量的气体对植物的影响、伤害症状特征、伤害阈值；复合污染对植物的危害；3.1 3.1 生物测试及方式生物测试及方式水污染的生物测试可获得以下数据：环境环境状况对水中状况对水中生命的适合度生命的适合度。各种各种环境因素环境因素如如DO、pH、T、盐度、混浊度等对水中、盐度、混浊度等对水中 生命的生命的有利及不利浓度或强度有利及不利浓度或强度。环境因素环境因素对于对于废物毒性废物毒性影响。影响。 废物废物对某一被测试生物种对某一被测试生物种毒性毒性。 水生水生生物生物对污染物相对对污染物相对敏感性敏感性。 废水所应处理的程度，及废水处理方法的有效程度。废水所应处理的程度，及废水处理方法的有效程度。 允许废水排放量和污染物排放浓度。允许废水排放量和污染物排放浓度。 水质标准、对废水的要求和排放许可之间的一致性。水质标准、对废水的要求和排放许可之间的一致性。 二 生物测试的方式生物测试的分类：时间、给予方式、生物、排放目的短期生物测试 主要用于测定LC50、IC50、EC50，用来快速估计污染物的毒性，评定几种不同毒物或废物对某种生物的相对毒性或评定不同生物对不同条件如温度、pH的相对敏感性等。多数采用静止式。中期生物测试 时间为8d到90d，多数情况下为流动式。长期生物测试 包括全部生活史的生物测试和部分生活史的生物测试目的是要测定出在持续情况下不造成有害效应的毒物最大浓度或最大允许毒物浓度（MATC） 只能采用流动式，要保证试验的环境条件和自然界的季节变化相符合。受试生物的选择（1）对试验毒物或因子要具有敏感性（2）具有广泛的地理分布和足够的数量，并在全年中在某 一实际区域范围内可获得；（3）生态系统的重要组成，具有重大的生态学价值；（4）在实验室内易于培养和繁殖；（5）具有丰富的生物学背景资料，已清楚受试生物的生活 史、生长、发育、生理代谢等等；（6）具有重要经济价值和旅游价值，考虑与人类食物链的 联系。 二 生物测试的方式影响生物测试结果的因素 受试生物 试验条件 实验室差异 二 生物测试的方式生物测试的标准化标准化的优点：1 、有利于数据的选择2 、增加数据准确性3 、测试可以重复4 、各种人员进行该试验5、方便数据比较6、为环境管理和立法提供数据和依据 二 生物测试的方式3.2 一般毒性试验一 基本概念毒物的概念 毒物与非毒物之间不存在绝对的界限，通常一种物质只有达到中毒剂量时才是毒物。中毒 中毒是各种毒性作用的综合表现，包括急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒。毒性指一种物质引起机体损伤的能力。毒性作用或毒效应 效应（Effect） 也称为作用，指接触一定剂量化学物后，使机体产生的生物学改变。效应是对个体而言的，这种改变可用一定的计量单位表示。反应（Response） 指接触一定剂量化学物后，产生某种效应并达到一定强度的个体在群体中所占的比例。反应是对群体而言的，用百分率或比值来表示，如发病率、死亡率等。剂量效应关系和剂量反应关系 以剂量为横坐标，以表示效应强度的计算单位或表示反应的百分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到的曲线，即为剂量效应关系和剂量反应关系曲线。 不同的化学物或同一化学物在不同条件下，其剂量与效应或反应的相关关系不同，可呈现不同类型的曲线。（见图31，32，33，34）3.2 一般毒性试验下期讲课主题生态安全沙漠与荒漠化问问 题题因接触过量汞导致水体中鱼类死亡率为因接触过量汞导致水体中鱼类死亡率为20%，该现象，该现象是反应还是效应是反应还是效应?剂量效应关系和剂量反应关系曲线图剂量10050反应强度（）图31剂量反应曲线（直线型）剂量10050死亡率（）图32 剂量反应曲线（抛物线型）对数剂量10050死亡率（）图33 剂量反应曲线（S形线型）死亡率（概率单位）对数剂量10050图34 剂量反应曲线二 毒性试验常用参数1 致死剂量或致死浓度2 最大无作用剂量3 最小有作用剂量4 毒作用带5 半数效应浓度（EC50）6 半数抑制浓度（IC50）二 毒性试验常用参数1 1 致死剂量或致死浓度致死剂量或致死浓度（Lethal Dose， Lethal Concentration， 最低剂量） 绝对致死剂量或致死浓度（LD100、LC100 ） 半数致死剂量或浓度（LD50、LC50） 最小致死剂量或浓度（MLD、MLC）（个别死亡最高剂量个别死亡最高剂量） 最大耐受剂量或浓度（LD0、LC0 ）（严重中毒，全部存活）A（ 5mg ） 100只小白鼠二 毒性试验常用参数1 1 致死剂量或致死浓度致死剂量或致死浓度指一次染毒后引起受试动物死亡的剂量或浓度 绝对致死剂量或致死浓度（LD100、LC100 ）指一群动物全部死亡的最低剂量或浓度。 半数致死剂量或浓度（LD50、LC50）指