环境生物学第三章.ppt

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1、环境生物学Enviromental biology,第三章 污染物在生态系统中的行为,基础概念：种群、群落、生态系统、胁迫概念 第一章 绪论 环境生物学定义、环境概念的理解 第二章 生物与受损环境,生物与受损环境相互关系的综合分析1 环境因子的综合作用2 主导因子（dominant factors）3 积累效应（Accumulative effects）4 放大效应（magnification effects）5 滞后效应（time-lagging effects）6 适应组合（adaptive suites）,第三章 污染物在生态系统中的行为 第一节 生物对污染物的吸收 第二节 生物对污染物

2、的转化和排出 第三节 生物对污染物的积累 第四节 影响污染物在生态系统中行为的因素 第五节 生物放大,第三章 污染物在生态系统中的行为,污染 pollution 人为的或自然发生的事件导致了环境中存在高浓度有害物质的一种状态。这些导致污染了的物质就是污染物（pollutants）。污染物进入生态系统后将发生一系列的理化过程，污染物的形态结构浓度均有可能发生很大的变化。同时生活在环境中的生物也会主动或被动地对污染物进行吸收（uptake）.,吸收进入生物体内的污染物发生相应改变，激活（activation）脱毒或解毒作用(detoxication):统称为生物转化（biotransformati

3、on）.,第三章 污染物在生态系统中的行为,污染物在体内可以通过运输、转移进行再分配。一部分排出体外（elimination），另一部分将会残留在体内，导致污染物在生物体内的积累（accumulation）.积累的污染物在通过食物链的营养级转移，并在更高营养级生物体中不断富集，产生生物放大（biomagnification）效应。,第三章 污染物在生态系统中的行为,第一节 生物对污染物的吸收,1 生物吸收的机制 吸收 指环境中的污染物进入生物有机体的过程。1.1 吸附（adsorption）:指污染物积累在两相物质共同界面的过程,吸附的过程通常用Freundlich 和Langmiur热平衡等

4、式来表示：Freundlich热平衡等式为：X/M=KC（1/n）X:被吸附物质的量；M：吸附物质的量；C：吸附完成后溶液中的溶质浓度，k，n为常数。Langmiur热平衡等式为：X/M=abc/(1+bc)X:被吸附物质的量；M：吸附物质的量；C：吸附完成后溶液中的溶质浓度，a,最大吸附量，b化学键亲和常数。,第一节 生物对污染物的吸收 吸附,线性关系公式分别表示为：log(X/M)=logK+(logc)/n C/(X/M)=1/ab+(1/a)C其中Freundlich热平衡等式是经验性的关系式，Langmiur热平衡等式是理论推导的。,吸附在体表的物质，然后通过跨膜运输，进入细胞内，完

5、成吸收的过程。,细胞的基本结构,污染物通过细胞膜的过程主要有三种方式：,1)扩散（diffusion）:物质顺电化学梯度的移动，可以是带电粒离子通过通道蛋白或者亲脂分子通过磷脂双分子层。四种方式：自由扩散(a)协助扩散：通道蛋白（如孔蛋白）或者载体蛋白(b)离子通道扩散(c)门离子扩散(d)图,扩散的过程可用Fick法则描述：dS/dt=DA(dC/dX)dS/dt：污染物穿过膜的速率；D:扩散系数，A：扩散发生的表面积，dC/dX：膜两侧的物质浓度梯度。,扩散不需要能量，因此物质的运输只能从高浓度到低浓度污染物扩散出入细胞的量在少数情况下并不相等。（如：五氯苯酚进入后变为带电的五氯苯酚盐，不

6、再以扩散的方式输送到细胞膜外）。,污染物通过细胞膜的过程主要有三种方式：,2)主动运输（active transportation）物质在载体蛋白的作用下，以ATP或质子泵势能为能量，将物质从细胞外转到细胞内的过程。主动运输的特点是：逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；需要能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联（协同运输）；都有载体蛋白。图,。,主动运输类型：一、钠钾泵，实际上就是Na+-K+ATP酶二、钙离子泵三、质子泵 质子泵有三类：P-type、V-type、F-type。四、ABC 转运器五、协同运输,污染物通过细胞膜的过程主要有三种方式：,3)胞吞或胞饮作用（enterocytos

7、is）胞吞作用：phagocytosis 吞噬固体颗粒物，是无脊椎动物吸收物质的重要方式。胞饮作用：pinocytosis 吞噬液体物质 吞噬过程包括：膜吸附、膜延展、膜泡形成和释,2 植物的吸收,陆生植物2.1 叶（leaf）叶是同周围气体交换最活跃的部分，因此也是吸收空气中有害气体如HF的主要途径。同时，还能对一些气溶胶或颗粒物质进行黏附。叶片同周围气体进行物质交换的主要场所是气孔，植物种类不同，气孔的结构、组成、数量和分布都有差异，气孔的这些特点影响叶片对污染物的吸收。气体经通过气孔进入到植物叶片组织是一个复杂的过程，吸收效率受界面阻力、气孔阻力、细胞间隙阻力和细胞内液相阻力等作用此外，

8、植物的叶尖或叶缘还有分泌水分的水孔，有时候污染物也可经水孔进入。,2 植物的吸收 2.2 根 root,主要吸收土壤中的污染物。1）根的各部分的吸收功能差别很大。例：大麦的根在距根顶端2-4 cm对K的吸收较6-8cm处大，Ca、Si的吸收以根的分生区和伸长区为主，Fe的吸收主要集中在分生区，K、N、P元素的吸收主要在根毛区。分生组织缺乏输导组织，因此通过分生区吸收的总量不大。2）吸收过程：土壤 根表面 表皮进入皮层内部，有皮层、内皮层、中柱鞘进入木质部导管，进一步向茎、叶输送。,对水生植物而言，其全身的组织和器官都可以吸收污染物。,3 动物的吸收呼吸道,陆生动物主要通过消化道吸收污染物，而呼

9、吸道和皮肤的作用相对较弱。,3.1 呼吸道 大部分溶解在空气中的污染物以及微粒物质都通过呼吸道进入生物体。不同污染物由于水溶性的不同，经呼吸道进入机体后到达呼吸道的位置和停留时间，以及引起毒性的效应差异很大。,一般通过消化道、鳃、呼吸道、皮肤等途径。具体的吸收途径与动物的生活习性有很大的关系,3.2 消化道,由于动物都需要捕食其他低营养级生物，而整个消化道对污染物都有吸收能力，因此胃肠道吸收污染物有非常重要的作用。,3.2 消化道,肠道吸收量与污染物化学性质特别是亲水性或亲脂性有关；：研究表明，鱼、磷虾等动物为材料，发现肠道对甲级汞、乙基汞等脂溶性的有机汞吸收系数超过50%，而对离子态和金属汞

10、的吸收率在20%以下.肠道的不同部位对物质的吸收也有差异；哺乳动物中，十二指肠和空肠主要吸收营养物和药物，而回肠吸收胆酸。,3 动物的吸收(消化道）水生动物,水生动物 由于长期生活在水中，摄食吸收的重要性降低，他们直接从水中积累的污染物比捕食食物吸收要多很多，因此主要通过鳃、胃肠道和皮肤吸收。以鱼而言，鳃是最重要的吸收器官，原因：鳃进化了逆流交换机制（countercurrent exchange mechanisms），提高氧的交换率，同时增加了污染物的交换；直接与水接触，阻碍小。鱼每天要消耗大量的水，占身体体重的5-12%，可以从水中浓缩污染物。,3 动物的吸收(消化道）水生动物,水华，藻

11、的富集引起，大部分藻类是有毒的，因此产生的藻毒素常集中在贝类的肝胰腺，一旦误食有毒贝类，出现舌、口、四肢发麻等症状。,：为什么在赤潮多发季节，海鲜一次不宜吃得太多？,3.3 皮肤,表皮：角质层、透明层、颗粒层和生发层。真皮：表皮下的一层致密结缔组织，分为乳头层和网状层。污染物经皮肤吸收一般分为两个阶段：污染物以扩散形式通过表皮，表皮的角质层是最重要的屏障；污染物以扩散的方式通过真皮。,皮肤对污染物的吸收与污染物的性质有很大关系：大量的脂溶性农药，很容易通过皮肤进入人体内。这也是夏季农田喷洒农药的农民，很容易发生中毒事件的根本性原因。,4 微生物,分布最广，适应性最强的一大类生物。个体微小，因此

12、具有很大表面积，代谢活性高;吸收过程：细胞表面吸附和胞内运输,第二节 生物对污染物的转化和排出,1 生物转化（biotransformation）生物体内一种化合物变成另一种化合物的现象。,转化分为三种可能：1.1 污染物与生物体中某些成分结合（螯合），不参加代谢活动，使污染物失去毒性，从而可以在生物体内富集；1.2 污染物在酶的作用下通过氧化、还原、水解、脱卤和异构化等过程，毒性降低，甚至完全分解，失去毒性，从而加速生物的吸收，增加生物富集量；1.3 污染物经过生物转化后，更容易被吸收，毒性增强。如Bap(苯并（a）芘),1 生物转化（biotransformation）,污染物的转化产物同

13、污染物质在体内的转化途径和浓度及生物体的生存环境存在直接的关系：如 SO2,NO2,生物转化发生的部位：动物而言：主要是胃肠道系统，肝脏由于含有大量的转化酶，是生物转化发生的主要场所。植物而言：发生在具有吸收作用的各个器官或组织。,2 生物对污染物的排出,机体分泌污染物或分解代谢污染物后导致污染物在体内含量降低的过程。,2.1 污染物的排出方式随生物种类和污染物不同而不同：植物：蒸发作用、落叶、根分泌、植食动物的啃食等。动物：鳃、肝胆汁和肾的排出作用是动物排出污染物的基本方式；此外，还有呼吸作用、脱毛、产蛋、各种分泌物（汗腺）等过程。,2.2 污染物的排出与污染物的性质有很大关系,动物个体A:

14、大的极性分子及其代谢物主要通过肝，进入胆汁，随粪便排出；如人体，分子量超过300 Da的分子大多经过此途径排出；肝内循环（enterohepatic circulation）：有些随胆汁进入小肠的化合物会再吸附，重新进入。如 甲基汞，As3+.（砷）这种循环作用会增加污染物对肝的损伤作用。B 对分子量小于300 Da的物质排出，肾分泌起非常重要的作用；也是哺乳动物分泌金属离子的基本路线。,2.3 污染物从生物体个体排出过程的定量分析,dC/dt=-kC(k基于浓度的速率常数 h-1)或者 dX/dt=kX(k基于数量的速率常数 h-1)C:表示机体内污染物的浓度，X表示机体内污染物的总量；t为

15、排出时间.根据已有的上述可以预测任一时刻，具有起始污染物浓度为Co或起始污染物数量为Xo的个体排出污染物的情况：Ct=Co*e-kt Xt=Xo*e-kt,2.3 污染物从生物体个体排出过程的定量分析,换算为对数公式：ln Ct=lnCo-kt 和 ln Xt=lnXo-kt 以LnCo和LnXo为横坐标，排除时间为纵坐标可以得到污染物的排出模型。,2.3 污染物从生物体个体排出过程的定量分析,生物体排出功能的利用：,甘肃微县的铅超标事件,第三节 生物对污染物的积累,生物积累（bioaccumulation）生物个体从周围的水体、空气、土壤等环境中净吸收的污染物的量,水生生物学研究中，生物积累

16、也定义为生物浓缩（bioconcentration）,1 积累的生物过程 污染物在生物体内积累的量，取决于生物体内能与污染物相结合的生物活性物质数量的多寡和活性的强弱。活性物质越多，活性越强，积累必然越多。,1 积累的生物过程,污染物在生物体内的积累是吸收、转化以及排出过程的综合结果。最简单的基于速率常数的积累模型可简单的表示为：dC/dt=kuC1-keC 其中，C1是环境中污染物的浓度，C是生物体内的浓度，ku是吸收常数（h-1）,ke是排出常数（h-1）.积分可得到：Ct=C1(ku/ke)(1-e-ket)根据公式可以预测生物体内任一时刻污染物的积累浓度。,1 积累的生物过程,在暴露初

17、期机体内的污染物浓度逐渐提高，吸收作用（U,uptake）大于排出作用（E，elimination），直到达到一个平衡(U=E)，此时机体内污染物浓度达到最大，并且处于一个稳定状态。此时机体内的污染物浓度定义为Css(C at steady state)，此时(1-e-ket)接近于1，可以得到下列关系式：Css/C1=ku/ke.ku/ke：生物积累因子（bioaccumulation factor,BAF）.如果外界环境是水体，则ku/ke称为浓缩因子（BCF,bioconcentration factor）,2 结合污染物的生物大分子,进入生物体内的污染物同生物大分子结合，而使得毒性降低

18、或减少的方式，称为污染物的规避（sequestration）,在生物体内，能和污染物进行结合的主要有以下几大类物质：,2.1 蛋白质和氨基酸 主要吸收物质A:含氮物质具有大量的羧基、氨基和一些巯基基团，这些基团是重金属和某些农药相结合的位点；B 蛋白质中含有的酸性氨基酸往往比碱性氨基酸多，等电点接近于5，在中性环境下往往呈阴离子状态，易和金属阳离子结合;C 游离的氨基酸含有羧基、氨基和巯基等，也能与金属结核形成复杂的金属螯合物。,2 结合污染物的生物大分子,能与重金属结合的蛋白质中，最重要的是金属硫蛋白及类金属硫蛋白。富含半胱氨酸肠蛋白质（cysteine-rich intestinal pr

19、otein,）与类金属硫蛋白（metallothionein）共同调节哺乳动物吸收Zn的过程。CRIP哺乳动物肠上皮细胞中Zn的运输蛋白。,2 结合污染物的生物大分子,2.2 糖类物质 由于某些糖类的分子结构中含有醛基（如葡萄糖）、半缩醛羟基（如乳糖、麦芽糖等），这些基团在还原性的环境中，能使重金属离子还原并结合形成不溶性化合物而沉积在体内。,2.3 脂类 脂类物质含有极性酯键,这类酯键能与金属离子结合而形成络合物或螯合物。从而把重金属储存载体在脂肪内。脂肪的含量在很大程度上影响了生物对污染物的积累，脂肪较低的个体积累的重金属的含量能力低，同时具有较高的排出率。,2.4 核酸和有机酸 由于含有

20、磷酸基团和碱性基团，能两性电解的极性化合物。在一定的条件下，能电解分离而带电荷，所以能与金属离子结合。,脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA),3 体内运输,生物体吸收或积累一定的污染物后，可以通过循环系统的活动，促使污染物在生物体内的组织和器官之间运输，从而使污染物在器官间再分配。就不同生物个体而言，其体内运输方式存在差异。动物个体：吸收的污染物，经过跨膜运输进入血液循环系统后，同血细胞和血浆蛋白结合，将随血液循环被运送到全身组织和器官，发生新的分配和定位；,3 体内运输,植物个体：主要是在蒸腾拉力和生长中心双中动力作用下，驱动污染物随水分和营养物质的分配而完成再

21、分配。1）不同金属离子从表面吸收到根的中柱，横向迁移的方式不同；如玉米根吸收重金属离子：Cd：以共质体方式在玉米根内横向运输；Pb：以非共质体方式在玉米根内横向运输。2）根吸收的部位不同，运输速率也存在差异；小麦根尖14cm区域吸收的离子最容易向地上部转移，更成熟的部位吸收的离子，移动速度则越慢。3）在叶片吸收的部分重金属也能从地上部分向根运输。,4 污染物在生物体内的分布,1）对植物而言，根和叶是主要的污染物积累器官。不同植物中，同种金属离子在根、叶的分布相差很大；如Cd 小白菜：根地上部分；萝卜：地上部分直根；莴苣：根叶茎 即使在根的内部，在不同的组织中，金属离子分布也有差别；2）在动物中

22、，主要积累在肝、肾和肠道。,5 超量积累植物（hyperaccumulatoer）,是生物积累污染物的极端例子，是指能超出一般植物的平均水平而大量吸收和积累某种或几种重金属的植物。,作为超量积累植物具备以下几个特征：1）体内某一元素浓度大于一定的临界值；2）植物吸收的重金属大部分分布在地上部分，既有较高的地上部/根浓度比率；3）在重金属污染的土壤上这类植物能良好的生长，一般不会发生毒害现象。,可以利用超量积累植物对污染地区进行生物提取以治理重金属污染。比如，遏兰菜T caerulescens(十字花科遏兰菜属)，,第四节 影响污染物在生态系统中行为的因素,1 生物因素1.1 生物种类的差异性1

23、.2 组织和器官差异性1.3 发育期和年龄1.4 性别1.5 生物对污染物的吸收途径2 污染物因素2.1 种类和理化性质2.2 污染物的存在状态2.3浓度和暴露时间2.4 污染物的相互作用3 环境因素3.1 温度、湿度和光照3.2 环境介质水分3.3 根际环境,第四节 影响污染物在生态系统中行为的因素,1 生物因素1.1 生物种类的差异性动物：1）水生和陆生、恒温和变温、生活在地表或地下、冬眠或夏眠、食性差异（草食性、泛食、肉食或者碎食性等）、性成熟时间及生殖周期等方面存在差异。如：生活方式、器官差异性对重金属污染物积累量的影响。2）动物的主动逃避行为或移动对污染物的积累影响很大；3）体表面积

24、的大小对水生动物的呼吸和积累有很大的影响如松花江同一江段不同鱼类积累汞和甲基汞的含量：雷氏七鳃鳗 鲶鱼、花鳅、青鱼、黄鱼 鲤鱼、银鲫鱼银鲴。,1.1 生物种类的差异性植物,主要针对营国定生活的种类而言，1）影响污染物积累的主要因素是草本与木本、常绿与落叶、陆生与水生等特性。如 对Cd的吸收，不同植物的积累量存在明显差异。2）在相同环境下，不同植物对某种离子的吸收能力也存在明显差异，如7种水生植物对Cu的吸收和沉降规律为：苦草黑枣水龙喜旱莲子草大藻心叶水车前水车前 对F的吸收能力：红松1210-6，大叶黄杨810-6，柏 610-6；桑树 2410-6；杉 1410-6，茶树 6010-6 依次

25、为：茶树桑树杉红松大叶黄杨柏,1.2 组织和器官差异性,动物：1）合组织或器官的组成型细胞含酶量和蛋白质的差异，影响污染物的吸收、转化和积累肝组织：细胞含有大量的氧化酶和蛋白质，是吸收和积累污染物的主要场所；肠胃：污染物进入陆生动物体的主要渠道。吸收污染物的情况与其pH和表皮细胞的结构存在差异：如：肠和消化腺含有大量的重金属配体，倾向于积累重金属离子。,1.2 组织和器官差异性,2）不同组织器官接触污染事件的长短和接触面积的大小也存在差异；对水生动物：皮肤和鳃长期接触污染物；用相同浓度的Pb处理三种实验鱼（鲢鱼、草鱼和鲤鱼）.含量梯度为：鳃内脏骨骼头肌肉。,对陆生动物：主要接触部位在呼吸道和消

26、化道；,1.2 组织和器官差异性植物,植物 影响植物对污染物的吸收和积累的组织器官特异性主要体现在：1）叶片的结构和性质（叶的硬度、着生位置、角度、是否有分泌物、表面积大小、粗糙程度等）硬度大、粗糙、具有分泌粘液的叶片具有较大吸收功能。2）气孔的结构和性质 主要是气孔的数量多少、开闭状态、着生位置等。一般而言，气孔数量少、气孔下陷的植物，污染物难以进入.3）组织结构的差异性也决定了对污染物的吸收也存在差异；即使是同一器官，不同部位对污染物的积累量也差别很大；,3）组织结构的差异性也决定了对污染物的吸收也存在差异；即使是同一器官，不同部位对污染物的积累量也差别很大；,用相同浓度的HF处理水稻和黄

27、瓜,1.3 发育期和年龄,动物个体：脂肪/身体体重的比值随年龄变化而变化，幼体的比值往往比成熟和老化个体高，因此也具有更大积累污染物的能力，对污染物的敏感性也更强。,植物个体1)植株的不同发育期，不同器官的污染物积累量有明显：水稻 根对Pb的吸收和积累顺序为：拔节期分蘖期苗期抽穗期结实期 谷壳：结实期苗期拔节期抽穗期分蘖期2)同株植物，不同叶龄的的叶片反应也有差别：如 对SO2，尚未展开的幼叶抗性最强，刚展开的嫩叶最敏感，老叶不敏感。桑叶和茶树叶中，对HF的积累是随发育期的变化而逐渐增加的过程。,1.4 性别,1）可以通过产蛋、产奶、生产幼儿、排精等方式将体内污染物排出体外。如：DDE喂养母野

28、鸭，浓度为4010-6，喂养96天；停止喂养的开始一段时间：脂肪中的积累量为 31110-636210-6之间，蛋中是71410-6。停止喂养11个月后，身体负荷下降到 1910-6，蛋中的含量也仅有10710-6。2）由于繁殖活动的影响，动物体内污染物的含量有明显的季节性波动（主要体现在鱼类和哺乳类）。如：鳗鱼、鳕鱼体内含有的DDT含量在产卵期迅速下降，产卵结束后又有增加；海豹分娩和哺乳期间，体内有机氯化物的积累较少。,1.5 生物对污染物的吸收途径,1）同种生物对不同金属离子吸收途径的差异对污染物的吸收有影响Cd：以共质体方式在玉米根内横向运输，在从皮层到中柱导管，浓度存在明显的上升趋势。

29、Pb：以非共质体方式在玉米根内横向运输，从皮层到中柱，浓度存在明显的下降趋势。2）吸收部位差异对污染物的吸收有影响：如 黑头鲷鱼，对DDT的可以通过食物吸收积累和水中浓缩残留，但通过食物吸收的DDT在60天后仅有少部分在体内残留，而从水中浓缩的DDT全部残留。在同样的环境下，吸收的速率也差异很大，从食物积累DDT的浓度变化大约是1.2倍，在相同时间上，从水中通过皮肤直接积累的浓度变化达到 100000 倍。,1.5 生物对污染物的吸收途径,3)与食物伴随在一起的污染物的吸收同个体消化食物的速率有关：A 消化越快，污染物从食物中快速释放出来，吸收速率越高。B 如果作用时间越长，肌体有可能对污染物

30、产生相应的抗性，使得污染物的毒性相对减弱，最终又会导致机体内污染物积累浓度升高。,2 污染物因素,2.1 种类和理化性质1）种类的差异，其相应的理化性质（如污染物的价态、形态、结构形式，相对分子量、溶解度、物理稳定性、化学稳定性、生物稳定性、相对分子量、在生物体内的扩散和迁移能力等）有很大差别，这些差异影响到生物体内的结合和转化速率，进而影响到吸收和积累的量。A 污染物不同，积累分布的组织器官有差异：B 不同污染物，在同种生物体的同一器官的积累也不同：如DDE 在磕头乌龟脂肪的含量是：57.510-6；而PCB(多联氯苯)含量是799010-6；相差100多倍。,2）理化性质的影响：,污染物的

31、脂溶性、亲水性、酸碱集团的存在、pKa和分子大小都影响通过肠道的吸收。A 化学稳定性高，易溶于水和部分溶于脂的是最好吸收的，水溶性使得污染物完全暴露在肠细胞的表面；脂溶性能确保污染物经过被动扩散进入血液。B 不溶于水和不溶于脂的很少被吸收的；C 不溶或少溶于水但高度溶于脂的污染物吸收，在个体和种之间的差异很大，也后个体胜利特性等的影响。,对重金属而言 溶解在水环境中的重金属离子态是主要的生物有效态形式，而部分重金属或一些微量金属元素与NS等元素易于结合，形成一些生物大分子的活性中心，具有重要的生物学意义。金属元素在各类生物体内的半衰期长段不同直接影响生物的积累量。如：甲基汞：鲤鱼 230 d;

32、鲶鱼 190 d,r 无机汞：在鼠体内为 100d.,2.2 污染物的存在状态,污染物一般都是在气体、食物、沉积物或固相物质中存在，存在状态影响污染物的吸收和积累。大气污染物:危害植物的最常见种类有硫氧化物、氟化物、臭氧、氯气、乙烯、氮氧化物、硫化氢、氨、粉尘等约20余种。根据毒性强弱可以分为三个等级：一级：毒性极强，在很低浓度下（10-9级）就对植物发生毒害作用，如 氟化物、氯气、乙烯等 二级：毒性中等，在10-610-9级产生危害的种类，如 硫氧化物、氮氧化物等 三级：毒性相对较低的物质，要在高浓度下或经过长时间的暴露才能产生毒害作用 如：CO、氨、甲醛等。,2.2 污染物的存在状态,食物

33、污染物：吸收效率是多个因素的综合作用，其中 食物颗粒的大小（影响了食物参与消化的过程从而影响吸收）污染物的化学形式影响最大（与胃肠的酸碱性环境有直接关系）。,2.3 浓度和暴露时间,浓度越高，作用时间越长，生物体内污染物的积累量也愈多。如：距离砖瓦厂100 米的地方，大气和植物叶片中HF的浓度分别为14710-9、91.910-6 1000米的地方，大气和植物叶片中HF的浓度分别为35.510-9、50.410-6,人工熏气实验，HF,测量叶片中F的含量。,2.4 污染物的相互作用,在污染的环境中，经常是多种污染物共存，共同作用于生物体，因此，这些污染物之间的相互作用与生物吸收和积累污染物量的

34、增加或减少有直接关系。一般而言，污染物之间的作用方式，主要有下面四种方式：1）相加作用：指多种化合物的联合作用所产生的毒性为各单个物质产生毒性总和；2）协同作用：指联合作用的毒性，大于各单个物质毒性的总和。3）独立作用：指单一化学物质对机体作用的途径、方式及其机理均不相同，联合作用于某机体时，在机体内的作用互不影响，但常出现在一种有毒物质作用后使机体的抵抗力下降，而使另一种毒物再作用时毒性明显增强。4）拮抗作用：当两种活着两种以上的化学物质同时作用于生物体，每种化学物质对生物体作用的毒性反而减弱，联合作用的毒性小于单个化学物质毒性的总和。,3 环境因素,环境因素很多，大致而言可以区分为两大类：

35、一类 影响生物的生长发育而直接影响生物的积累，如温度、湿度、光照二类 影响污染物的化学性质而产生间接的影响，主要是指污染物存在的环境介质。,3 环境因素,3.1 温度、湿度和光照 温度，影响生物的重要生理代谢活动，进而影响到毒物在生物体内的转化、吸收、排除和积累。一般而言，在一定温度范围内，温度高，则导致污染物的积累量高，但水生生物种类例外，在低温时，组织可积累较多的污染物，滞留时间也较长。有的生物不受温度的影响或具有更为复杂的温度效应。,湿度：影响污染物的溶解度，同时溶解的污染物比大气中的污染物具有更快的扩散速度。光照：影响植物体的气孔开关，从而影响植物的光合作用即同化作用。随季节变化，上述

36、几个因素都发生相应的变化，影响到生物积累。,3.2 环境介质水分,水是大多数物质的溶剂，水化学修饰了化合物的种类，影响生物有效性。其中，水的硬度、pH条件都能显著影响污染物的吸收和积累。1）硬度升高，阳离子同金属竞争细胞表面的结合位点，从而降低了金属的生物有效性.2）水的pH影响污染物的化学态。,水硬度 水中含有的碱金属离子Ca2+,Mg2+等的含量程度的定量标准,这些阳离子在肥皂的作用或在煮沸时会在水中产生沉淀物。我国常用的水硬度单位是毫克当量/升,即每升水中含有的Ca2+,Mg2+离子毫克当量的总数。,3.2 环境介质 土壤,土壤环境：对植物的积累作用的影响只要体现在水分含量及pH的改变。

37、1）水分过少，污染物的溶解度低，积累量亦减少；水分过多，污染物活性受到抑制，积累量也会减少。土壤中绝大多数重金属都是以难溶态存在，其可溶性受pH控制。土壤pH降低，可导致碳酸盐和氢氧化物结合态的重金属溶解，有利于污染物的活化，使生物体吸收和积累量增加。2)土壤有机质的含量 对污染物的吸收有影响；原因：有机质多的土壤能提高对阳离子的固定率，从而减少植物对金属的吸收。如 含Cd 5010-6的土壤中，加入马粪的比例约为土壤重量的5%，第一茬种小米，第二茬冬小麦含马粪的收获的小米、冬小麦粒Cd的含量分别为 0.1610-6 5.110-6不含马粪的收获的小米、冬小麦粒Cd的含量分别为 0.7510-

38、6 5.310-6,3.3 根际环境,Rhizosphere 指与植物根系发生紧密相互作用的土壤微域环境，使植物在生长、吸收、分泌过程中形成的物理、化学、生物学性质不同于土体的、复杂的、动态的微型生态系统。对植物吸收和积累污染物的影响主要有3个方面：1）植物生长过程中根系产生的分泌物导致的根际微环境的改变；2）根际环境中大量的微生物生理活性导致的根际微环境改变；3）同植物根形成共生关系的菌根微生物也影响了吸收。,第五节 生物放大,biomagnification：食物链中不同层次的生物课以逐级浓缩外源性物质的作用，结果使在级别越高的生物中浓度越高。1 食物链和生物放大食物链（food chai

39、n）：植物所固定的能量通过一系列的取食合被取食在生态系统内不同生物之间的传递关系。类型：捕食食物链（青草野兔狐狸狼）碎屑食物链（枯草-真菌花鼠）、寄生食物链（哺乳动物、鸟类跳蚤细滴虫）腐食食物链。,第五节 生物放大,污染物随不同的捕食和被捕食关系逐渐在更高的营养级中积累。如：在对美国密执安湖的调查研究显示：低泥DDT的浓度大约是 0.01410-6，但深水片脚类动物的体内的含量达到0.4110-6 被放大30倍，在一些鱼类中达到3.35 5.610-6，约放大300倍，到银鸥胸肌内，达到244110-6，相当于水体中的1.4106 倍。食物食物网.ppt网：生态系统中许多食物链，各种食物链并不

40、是孤立的，它们往往纵横交织，紧密结合在一起，形成复杂的多方向的网状结构。,第五节 生物放大,2 影响生物放大的因素污染物能否进入食物链并得到逐级放大，与下列一些因素相关：1）污染物的种类和存在的生物种类；如 As在水中以可溶态存在时，桡脚类动物、牡蛎等生物很少吸收和积累这些污染物，但如果水体中有大量的浮游植物时，它们能够吸收和积累污染物，而当这些动物摄食这些水生植物后，在植物以内积累的As有大约25%-50%能通过这种关系转移到动物体内。2）动物的行为效应；有些污染物能如有机氯在动物体内的积累能降低他们逃避捕食者的能力，在污染初期，捕食者将优先猎杀那些已经积累污染物的猎物；同时捕食者也因为过多食用中毒的猎物而中毒，其捕杀能力降低的同时也成为了更高一级捕食者猎杀的对象。结果是，这类污染物容易随营养食物链转移和放大。,名词解释：根际环境 生物转化 生物放大 1 污染物在生态系统中的行为主要包括那些环节？以及各环节之间的联系？分析影响污染物在生态系统行为的生物学因素超量积累植物概念、特征及其应用分析。简要说明生物体内积累污染物的生物大分子及其原理。,