污染物在环境中的行为.ppt

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1、第二章 污染生态过程,本章将讨论以下内容：污染物在环境中的迁移与转化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富集,环境污染概述,1.1什么是环境污染？,环境污染（Environmental Pollution）是指有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使生态系统结构与功能发生变化，对人类以及其他生物的生存和发展产生不利影响的现象。环境污染的分类,环境效应环境污染所导致的环境变化环境生物效应：指各种环境因素变化而导致生态系统变异的结果。如恐龙的灭绝、水利工程、森林砍伐；急性与慢性效应环境化学效应：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

2、化学烟雾、土壤酸化等。环境物理效应：物理作用引起的环境效果。如热岛效应、温室效应、颗粒物的污染、噪声污染等。,污染源（Pollution Source）,造成环境污染的污染物发生源称为污染源。它通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害物质的场所、设备和装置。,污染源示意图,工业污染源（点源、三废）农业污染源（面源、农用化学品）交通运输污染源（线源、水气污染、噪声）生活污染源（三废、固废）,污染物（Pollutant）,污染物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，直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。生产性污染物和生活污染物,当某种物质（有用的或必须的）成为污染物时，必须在特定

3、的环境中达到一定数量或浓度，并且持续一定的时间。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，它常比一次污染物对环境和人体的危害更为严重。如光化学烟雾、酸雨等,小结,环境污染的特点：影响范围大作用时间长污染物浓度低、情况复杂污染容易、治理难,第一节 污染物在环境中的迁移与转化,一、污染物在环境中的迁移,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富集、分散和消失的过程。污染物进入环境的途径包括：（1）人类活动过程中无意排放 如火灾（2）工业三废（3）人类

4、活动过程中故意应用（pesticide）注：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。如PCBs，CFCs运输到南极,污染物在环境中的三种迁移方式,机械迁移（1）水的机械迁移作用（2）气的机械迁移作用（3）重力的机械迁移作用物理化学迁移 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、生物化学分解生物迁移通过生物的吸收、代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移，是一种非常

5、复杂的迁移形式 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,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。外部因素 酸碱条件 氧化还原条件 胶体和络合配位体的种类、数量 自然地理条件,二、污染物的形态和分布（Form and Distribution of Pollutant）,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现形式。污染物的存在形态包括（环境污染化学研究范畴）

6、价态，如Cr（VI）、Cr（III）化合态，如有机汞和无机汞结构态，如同分异构体 型六六六，PAHs结构络合态，络合态铜和游离态铜,几种重要的形态分类离子态：活性大、毒性强、易于迁移代换态：受质量法则制约，浓度高的离子可以将浓度低的离子代换出来。胶体：气溶胶（飘尘、烟气）、水溶胶、固溶胶有机结合态：生物吸收积累起来的污染物：农残、甲基汞难溶态：风化和生物分解释放出来,污染物的分布,污染物的分布定义：主要是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。例：汞形态的分布图1-2和图1-3表明了污染物在水生生态系统和陆生生态系统各组分间的分布。,

7、三、污染物在环境中的转化,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成另一种物质的过程。转化的形式物理转化：蒸发、渗透、吸附化学转化：氧化还原、水解、光化学最为普遍、常见生物转化：生物的吸收和代谢作用,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污染物的毒性增强或转化为难降解结构有机磷农药中的对硫磷和马拉硫磷，可因水解作用使其酰胺键和脂键断裂而失去毒性；芳香环发生二聚化反应，生成更为复杂的多环芳烃物质，使毒性增强。,大气中的转化：以光化学氧化、催化氧化反应为主例一：光化学烟雾（Photochemical Smog）光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线

8、照射下反应生成的多种污染物(一次污染物和二次污染物)的混合物。光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧(O3)和过氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates,PAN)。例二：酸雨（Acid Rain）,大气中的转化,图12光化学烟雾实例,图1-3光化学烟雾形成过程,水体中的转化水体中的转化主要通过下列途径：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、有机氧化剂和还原剂，如DO、Fe3+、Mn4+、S2、有机化合物等，对污染物的转化起重要作用。Cr3+Cr6+;As3+As5+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：厌氧性湖泊水体中的许多

9、氧化还原反应均为微生物催化反应。,氧垂曲线（Oxygen Sag Curve）,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，水体的DO发生变化。从污染源到河流下游一定距离内，可绘制一条DO逐渐变化的曲线，称之为氧垂曲线。根据有机物在水体中分解变化和DO的变化，可把受污河流分成几段:清洁区：未受污染分解区:耗氧分解腐败区：厌氧分解恢复区：分解完成，DO上升,氧垂曲线 排入河水中的有机物经微生物降解，一方面消耗水中的DO；另一方面，空气中的氧通过河流水面不断地溶入水中，会使DO逐步增加直至得到恢复，故耗氧与复氧是同时进行的。污染河水中DO、BOD的浓度变化如下图,配合作用无机配

10、位体：OH、Cl、CO32-、HCO3等有机配位体：氨基酸、腐殖酸、清洁剂、洗涤剂、农药等按浓度积计算，水中Zn2+浓度应为0.861mg/l；生成Zn（OH）2配合物，水中总锌量可达到160mg/l水体中腐殖酸与汞的配合作用，减轻了汞对浮游生物的毒性，但是增加了汞在鲤鱼和鲫鱼体内的富集。生物降解作用（第五节）如汞的转化,土壤中的转化土壤由固、液、气三相构成，所以土壤状况比水、气中复杂。污染物在土壤中的转化及其行为取决于污染物和土壤的理化性质。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。土壤中的固、液、气三相的分布是控制污染物运动和微生物活动的重要因素。土壤的pH、温度、湿度、通气状

11、况和微生物种群等是污染物转化的条件。,四、污染物的生物地球化学循环,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）将生物体的有机物质转化为无机物质或简单的有机物。,循环过程：生物小循环 循环机理：污染物的生物地球化学循环在这个循环过程中同时伴随有污染物的迁移、转化、分散、富集的过程，从而使得污染物的形态、化学组成和性质也发生变化如多种酚类污染物被微生物分解成为水和二氧化碳，供植物体生长需要。同时植物生长过程中又可以合

12、成酚。多种氟的污染物可以被植物的根系和叶片吸收、积累。动物可以通过呼吸、饮水、摄食吸收环境中的氟，动物体内的氟一部分通过代谢作用排出体外，大部分随残体被微生物分解回到环境中。,第二节 污染物在生物体内的转运和转化,一、生物转运,生物转运（Bio-transport）的概念生物转运：生物通过生物膜对污染物进行吸收、分布和排泄从而使污染物在生物体内发生位移过程。这些过程都需要通过细胞的膜结构。细胞膜（生物膜）有多种：细胞质膜、内质网膜、线粒体膜、核膜等；它们基本的化学组成、分子结构、功能有共同的特征。一般细胞膜由蛋白质分子和脂质分子（主要是磷脂类）组成环境污染物的毒性往往与生物膜结构直接有关；有些

13、环境中的专一受体就是生物膜上的某些特殊蛋白质：如有机磷农药的专一受体就是乙酰胆碱酯酶。,细胞质膜结构图,亲水基,疏水基,生物膜的骨架是磷脂类双分子层，蛋白质分子以不同的方式镶嵌其中。细胞膜的表面还有糖类分子，形成糖脂、糖蛋白;共同特征，即镶嵌性、蛋白质极性、流动性、相变性和更新态。,污染物透过细胞膜的方式（与污染物性质、结构及膜结构有关）,污染物的吸收（Absorption of Pollutant）：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液循环或体液的过程。,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:吸收对象主要针对气体、蒸汽、气溶胶等形式的污染物

14、。吸收方式多以被动扩散的方式，通过呼吸膜吸收入血。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。,（2）消化管吸收特点：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。吸收方式多以简单扩散方式通过细胞膜而被吸收。脂溶性物质较易吸收。主要部位如胃和小肠。（3）皮肤吸收到血液：如有机磷农药可透过完整皮肤引起中毒。CCl4通过皮肤吸收引起肝损害。穿透相（脂溶性污染物）与吸收相（真皮进入乳头层毛细血管，水溶性以吸收），一般污染物油水分配系数接近1 的化合物易吸收,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（有主动吸收和被动吸收

15、两种方式）；（2）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；SO2，NOx，O3（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,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，分散到全身各组织细胞的过程。一部分可以和血浆蛋白质(主要是白蛋白)结合，而不易透过生物膜；另一部分呈游离状态 被吸收的环境污染物，有些可在脂肪组织或骨组织中蓄积和沉积。如铅有90沉积在骨骼中；DDT和六六六等有机氯化合物则大量蓄积在脂肪组织中。当出现饥饿时，又会出现二次污染体内还存在一些能阻止或简化外来污染物有血液向组织器官分布的屏障：如血脑屏障和胎盘屏障等；对幼小动物危

16、害大。这是人体的防御功能，,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。排泄的主要途径：通过肾脏进入尿液（肾小球的滤过和肾小管的主动转运）通过肝脏的胆汁进入粪便（主动转运）有的环境污染物还可随同呼出的气体、汁液等排出体外有些还可通过乳汁排泄，对婴儿可能造成不良影响。植物的排泄方式比较简单：分泌与叶类植物脱叶,二、污染物在体内的生物转化,生物转化是指污染物在生物体内各种酶的催化作用下发生化学结构和性质的变化而转化为新的衍生物的过程。研究环境污染物生物转化是生态毒理学(Eco-toxicology)研究的重要组成部分它有助于阐明污染物对生物机体作用机理，对解释环境污染物的联合作

17、用，判断或评价环境中外源性物质对机体的危害程度，环境质量标准的建立等，均具有十分重要的意义。,注1：外源化合物（Xenobiotic compounds）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：药物、日用化学品、食品添加剂、环境污染物等。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，就是不能被生物降解的化合物。如DDT、六六六、多氯联苯、染料、塑料、合成橡胶等。注2：内源性化合物指生物机体正常的生理活动产生的

18、物质。注3：酶（Enzyme）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。注4：生物转化的主要场所是肝脏，其它有肺、胃、肠、皮肤等。,生物转化过程,生物体内的生物转化一般分为I，II两个连续过程相I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。相II过程（反应）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应。

19、形成的二级代谢物的极性（亲水性）一般增强，利于排出一级代谢物可以直接排出或对机体产生毒害。一些外源化合物本身有相应的活性基团，不经过相I过程直接与细胞内物质结合而完成生物转化,相I反应的主要类型：1)氧化反应：微粒体混合功能氧化酶参与的反应NADPH2：还原型辅酶II；NADP：氧化型辅酶II 非微粒体反应:有些外源性化合物也可被位于线粒体部分的非微粒体氧化还原酶所催化2)还原反应：微粒体还原 非微粒体还原3)水解反应,微粒体(microsomes)是细胞内膜系统的膜结构破裂后自己重新封闭起来的小囊泡(主要是内质网和高尔基体),这些小囊泡的直径大约100 nm左右,微粒体混合功能氧化酶参与的主

20、要反应例如:a.脂肪族羟化,b芳香族羟化,混合功能氧化酶 mixed-functional oxidase 又称多功能氧化酶，它存在于人体和动物的肝脏、肺脏细胞的微粒体中。混合功能氧化酶系包括细胞色素P-450、NADPH细胞色素 P-450还原酶、细胞色素b-5、NADH细胞色素 b-5还原酶、芳烃羟化酶、环氧化物水化酶以及磷脂等。其中以细胞色素P-450最为重要,它与分子氧形成“活性氧”复合体，能氧化进入肝、肺的外源性化学物质。,cN羟化 芳香胺、伯胺、仲胺类化合物、氨基甲酸乙酯、乙酰氨基笏以及药物硝胺等都经此种方式氧化。,非微粒体反应:有些外源性化合物也可被位于线粒体部分的非微粒体氧化还

21、原酶所催化,a单胺和二胺氧化 单胺类化合物由单胺氧化酶（MAO）催化，氧化生成相应的醛。,二胺由二胺氧化酶(DAO)催化，反应产物为氨基醛。,b.醇、醛氧化 醇脱氢酶、醛脱氢酶和过氧化氢酶能使各种醇类和醛类化合物氧化,2)还原反应：微粒体还原外源性化合物毒物可通过微粒体酶作用而被还原。这些反应在肠道的细菌体内比较活跃，而在哺乳动物组织内较弱。a.硝基还原 如硝基苯亚硝基苯苯羟胺苯胺。,b.偶氮还原 如偶氮苯苯胺。,c.还原性脱卤 CHCl3、CCl3、甲基萤烷、碳氟化物、六氟代苯等可在微粒体酶的催化下发生还原性脱卤反应。如CHCl3脱卤加氢，生成CH3C1。,非微粒体还原:包括醇、醛、酮、有机

22、二硫化物、硫氧化物和氮氧化物等的还原反应，如醛的还原。,3)水解反应许多污染物（主要为酯、酰胺和硫酸酯化合物）都有可以被水解的酯键。哺乳动物组织中有大量与水解有关的非特异性酯酶和酰胺酶。酯酶种类繁多，分布广泛，能水解各种酯类。水解作用是有机磷农药在哺乳类动物体内代谢的主要方式。如磷酸酯酶能使各种有机磷酸酯和硫代磷酸酯水解，生成相应的烷基磷酸及烷基硫代磷而失去毒性。,相II反应：亦称结合反应(Conjugation Reaction)，指在酶的催化下，外源性化合物的相I反应产物或带有某些基团的外源性化合物与细胞内物质结合反应结合反应一方面可使有毒化合物某些功能基团失活另一方面大多数化合物通过结合

23、反应，水溶性增加，很快由肝脏排出，因此结合反应是一种解毒反应。,结合反应的过程分为两个阶段：首先是形成一个活化的中间体，此过程一般需要ATP。继而由多种转移酶将活化的中间体的一个化学基团，作为供体转移到另一个化学物(受体)，形成结合物。外源性化合物及其代谢产物一般为受体，而细胞内物质为供体。细胞内结合物质主要是各种核苷酸衍生物，如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDPGA)，3磷酸腺苷酸硫酸(PAPS)，腺苷蛋氨酸(SAM，甲基供体，M甲基)，乙酰辅酶A(CH3COScoA，乙酰基供体，CH3CO二乙酰基)。此外，某些氨基酸(如甘氨酸、谷氨酰胺)及其衍生物(如谷胱甘肽)也是重要的结合物。供体都是细胞代谢

24、的正常产物。,相II反应的主要类型,如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDPGA)，3磷酸腺苷酸硫酸(PAPS)，腺苷蛋氨酸(SAM）,影响生物转化的因素,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同上。饮食营养状况蛋白质、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。生理因素年龄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,小结,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，此后又可继续进行不同类型的结合反应。生物转化的结果有两方面：解毒作用（失活）：

25、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。增毒作用（活化）：使其毒性增加例如2一乙酰氨基芴(AAF，一种前致癌物，即不具活性的致癌物质)(硫酸AAF),第三节 环境污染物在生物体内的累积放大,各种物质进入生物体内后。,经过体内的分布、循环和代谢其中生命必需的物质，部分参与了生物体内的构成多余的必需物质和非生命所需的物质中，易分解的经代谢的作用很快排出体外不易分解、脂溶性较强、与蛋白质或酶有较高亲和力的，就会长期残留在生物体内。如DDT和狄氏剂等农药，多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和一些重金属,一、生物富集,生物富集（Bio-concentrati

26、on）的概念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度超过环境中的浓度的现象，又称生物浓缩。生物富集系数KBCF（Bio-concentration Factor）KBCF物质在生物体内的浓度/物质在环境介质中的浓度生物浓缩程度的大小与物质本身的性质以及生物和环境等因素相关。一般来说，同一种生物对不同物质的浓缩程度会有很大差别；不同种生物对同一种物质也会有很大差别。例如褐藻对钼的浓缩系数是11，对铅的浓缩系数却高达70 000，相差悬殊。,二、生物积累,生物积累（Bioaccumulation）的概念指生物在其整个代谢活跃期间通过

27、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，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。例如牡蛎暴霹于50pgL氯化汞溶液中，观察到7d、14d、19d和42d时牡蛎体内汞含量的变化，结果发现其浓缩系数分别为500、700、800和1 200。因此，任何机体在任何时刻，机体内某种元素或难分解化合物的浓缩水平取决于摄取和消除这两个相反过程的速率，当摄取量大于消除量时，就发生生物积累。,生物积累（Bioaccumulation）不同种生物，同种生物的不同器官和组织，不同的生长发育阶段对生物积累有很大的影响。当一种黄鳝暴露于0.1gL的多氯联苯(PCB)相同时间

28、，水生态系统中，摄取量是表面积的函数，而不是生物量的函数。对重金属和有机卤代化合物积累得最多的通常是单细胞植物植食性动物鸟类陆地环境中的生物积累速度通常不如水环境高，就生物积累的速率而言，土壤无脊椎动物传递系统较高。,生物放大（Bio-magnification）的概念指在生态系统中，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逐步增大的现象，又称生物学放大。一个污染物生物放大作用的典型例子是1966年报道的，在美国图尔湖和克拉马斯南部保护区有机氯杀虫剂DDT对生物群落的污染，如图16所示。,三、生物放大,汞在水生物中的富集,污染物在最简单食物链上

29、的放大,根据生态系统食物链的物质流动的原理假如：100g某物种A B物种所食（10g）C物种（g）物种中的DDT总量为0.1;到达物种C，那么DDT的浓度增加到?mgkg。生态系统中食物链关系错综复杂，而且污染物在食物链转移过程中，由于生物机体代谢和排泄作用产生损失,各种生物对不同物质的生物放大作用,例1：汞和银都能被脂首鱼(Pimephales pronela)积累，但脂首鱼对汞有生物放大作用，而对银没有。例2：在一个海洋模式生态系统中研究藤壶、蛤、牡蛎、蓝蟹和沙蚕等5种动物对于铁、钡、锰、镉、硒、砷、铬、汞等10种重金属的生物放大作用，结果发现，藤壶和沙蚕的生物放大能力较大、牡蛎和蛤次之，

30、蓝蟹最小。深入研究生物放大作用，特别是鉴别出食物链对哪些污染物具有生物放大的潜力，对于研究污染物在环境中迁移转化规律，确定环境中污染物的安全浓度、评价化学污染物的生态风险和健康风险等都有重要的理论和现实意义,许多生物外源性物质在环境中的含量很低，通常在ppb级，为什么这么低的浓度还会引起严重的问题？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须满足以下两个条件：一、难以生物降解；二、具有亲脂性。三个概念的有何区别？有何意义？生物浓缩：C体内C环境生物积累：t（生长期），KBCF 生物放大：营养级，KBCF,思考。,四、生物浓缩系数,生物浓缩系数(Bioconcentration Fac

31、tor，BCF)的概念是指生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度比值，可用以表示生物浓缩的程度，又称浓缩系数(Concentration Fator)、生物富集系数、生物积累率等。土壤和植物之间的浓缩系数是植物体内某物质的浓度与植物所生长的土壤溶液中该物质的浓度的比值。不过，浓缩系数一般多用来表示某种物质在水中的浓度同在水生生物体内的浓度之间的关系。,生物浓缩系数的测定,平衡浓缩系数：物质交换达到动态平衡时的浓缩系数。KBCF物质在生物体内的浓度/物质在环境介质中的浓度测定方法：优缺点实验室饲养法：条件易于控制，但数值不够准确野外调查法：数值标准，但技术难度大/不

32、易检测，可能时间周期长，如低溶解度的PCBs，与生物体大小有关，如狄氏剂藻1天，水蚤3天动力学方法：节省试验时间，更适合大个体生物,KBCF=K1/K2（Neely等）K1生物摄取有机毒物速率常数，K2生物释放有机物的速率常数Neely发现一些稳定的化合物在虹鳟鱼肌肉中累积方程为：lg KBCF=0.542lgKow+0.124 r=0.948，n=8 Kow（化学物质在辛醇/水中的浓度分配比例）lg KBCF=0.980lgKow-0.063 r=0.991，n=5lg KBCF也可以与溶解度(Sw)相关，上述作者得到相关方程对虹鳟鱼为：lg KBCF=-0.802lgSw-0.497 r=

33、0.977，n=7对微生物：lg KBCF=0.907lgKow-0.361 r=0.954，n=14,生物浓缩系数的影响因素生理因素：如生物的生长、发育、大小、年龄环境因素：环境温度、pH值、光照条件及季节污染物：浓度、化学形态、结构等,8种水生植物不同部位重金属含量及富集系数(mgkg-1)1,1本表摘自黄永杰等，八种水生植物对重金属富集能力的比较研究.生态学杂志，2006,25(5):541.,8种水生植物不同部位重金属含量及富集系数(mgkg-1,五、生物浓缩机理,污染物通过生物呼吸、食物和皮肤吸收等多种途径进入生物体内，然后通过血液循环分散至生物体的各个部位，被生物的多种器官和组织吸

34、收浓缩。显然，生物的各种器官和组织对某污染物的浓缩程度，取决于该物质在血液中的浓度，生物组织与血液对该物质亲合性的差异以及生物组织对该物质的代谢。,可见，在q v、CBi、CB0一定时，K2越小；持续时间越长，浓缩量越大。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。,第四节 生物对污染物在环境中行为的影响,一、生物污染（Biological Pollution）,生物污染是指对人和生物有害的微生物、寄生虫等病原体等污染水、气、土壤和食品，影响生物产量和质量，危害人类健康。水体受氮、磷等物质污染，引起藻类及其他水生生物大量繁殖

35、而产生的富营养化，也是水体生物污染的一种现象。,环境中的病原微生物（Pathogenic Microorganism）是公共卫生学或医学卫生学研究的范畴空气（污水灌溉、污水处理）水体中的病原体，例如：沙门氏菌（伤寒）、霍乱弧菌、肠道病毒、甲肝等土壤中的微生物污染：人畜粪便的施肥、污泥、污灌等水体的富营养化（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：变浊、不良气味、DO下降、生物死亡、产生藻毒素、饮用水源（1990，太湖梅梁湾）,微生物代谢产物产生的污染硫化氢（11.2*107）来源：反硫化细菌将

36、硫酸盐还原为硫化氢；异养微生物在分解有机硫化物时释放硫化氢。酸性矿水（矿区，硫铁矿）来源：由化学氧化和耐酸细菌联合作用于矿石产生。硝酸和亚硝酸来源：农田氮肥下渗。微生物毒素指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素，可污染食品和环境，危害人类健康。如黄曲霉毒素（包括粮食、豆类、蔬菜、肉类、乳晶、水果等）、葡萄球菌肠毒素、藻类毒素如甲藻等。,二、金属的生物转化,金属的毒性影响因素：金属的浓度、金属的存在状态例如，六价铬比三价铬毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；有机锡比无机锡毒性大，有机锡中的烷基锡比芳香基锡毒性大，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒性大。金属的微生物转化微生物对金属的毒性

37、转化，主要是氧化还原和甲基化作用。,汞的转化,汞的存在形式无机汞：Hg(0);Hg+几乎不溶;Hg2+除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解有机汞：汞易和有机基团形成化合物，通常是以共价键连接在碳原子上形成有机汞。汞化合物的毒性难溶的汞生物吸收困难，毒性很小易溶的汞容易吸收，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。实例：日本的水俣湾甲基汞中毒事件就是典型的汞污染事件。这类汞中毒一般都不是通过直接饮用水被汞污染造成，而是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。,汞的甲基化,汞的甲基化是由微生物形成的。甲基钴胺素即维生素VB12鱼类体表粘

38、液中有许多含有甲基化辅酶的微生物，他们将无机汞转化为甲基汞，动物和人体肠道肠道中的细菌大部分也具有这种功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。汞甲基化微生物：细 菌甲烷菌、匙形梭菌、荧光假单胞菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌真 菌粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。过程如下：,甲基汞的降解,事实上通常情况甲基汞在天然水体中的浓度十分低，这是由于不仅存在汞的甲基化，同时还存在甲基汞的降解，甲基汞可被生物还原为金属汞。甲基汞降解微生物：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、隐球菌等。小结生物意义：汞的甲基化与脱甲基化通常保持着一个动态的平衡，从而使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。但是，在有机污染严重、

39、pH较低的环境中，容易形成和释放甲基汞，对生物的危害较大。一方面甲基汞溶于水被鱼、贝吸收浓缩，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,与汞相似，重金属普遍可被微生物甲基化;甲基化的重金属普遍毒性提高，这些金属包括砷、硒、铅、锡、镉、锑等。重金属生物转化的环境效应:微生物通过分泌作用或呼吸作用排出形成的有机金属化合物，是微生物具有的一种对有毒金属解毒方式；但被排出的金属化合物，可能比其原形态对高等生物具更大的危害性。另一方面，微生物可将化合态的重金属转化还原为单质形式，这种转移方式可暂时或永久地将金属从生物接触的环境中清除出去。,思考题,污染物在环境中的迁移方式和转化途径有哪些？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？什么是生物浓缩、生物积累、生物放大和浓缩系数？它们之间有什么区别？生物对环境有哪些污染效应？,