第二章生物富集.ppt

第二章 生物富集第一节第一节 生物富集的概念生物富集的概念生物从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解化合物，生物从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解化合物，导致生物体内该物质的浓度超过环境浓度的现象导致生物体内该物质的浓度超过环境浓度的现象生生物富集（又称为生物浓缩）物富集（又称为生物浓缩）生物富集常用富集系数或浓缩系数表示生物富集常用富集系数或浓缩系数表示富集系数富集系数 生物体内污染物浓度生物体内污染物浓度/环境中污染物浓度环境中污染物浓度第二节第二节 生物富集的机制生物富集的机制l生物学特性生物学特性l污染物的性质污染物的性质l污染物的浓度和作用时间污染物的浓度和作用时间l环境特点环境特点l富集与食物链富集与食物链1 1、生物学特性、生物学特性生物学特性包括生物学特性包括5 5个方面：个方面：第一、生物有机分子第一、生物有机分子第二、生物器官第二、生物器官第三、不同发育阶段第三、不同发育阶段第四、不同生物种类第四、不同生物种类第五、超积累植物第五、超积累植物第一第一 生物有机分子生物有机分子生物体内能够与污染物（尤其是重金属）结合生物体内能够与污染物（尤其是重金属）结合的有机分子包括：糖类、蛋白质、脂肪类和核的有机分子包括：糖类、蛋白质、脂肪类和核酸类以及一些有机小分子。酸类以及一些有机小分子。有机分子对污染物结合能力的强弱和结合数量有机分子对污染物结合能力的强弱和结合数量的多少取决于：的多少取决于：有机分子上能够与污染物相结有机分子上能够与污染物相结合的活性物质的活性强弱和数量多寡合的活性物质的活性强弱和数量多寡。l糖类：单糖分子含有醛基或酮基，双糖分子含有半缩醛糖类：单糖分子含有醛基或酮基，双糖分子含有半缩醛羟基和醇羟基等活性官能团，可与金属离子结合；羟基和醇羟基等活性官能团，可与金属离子结合；l蛋白质：含有氨基和羧基，其中羧基可与金属离子结合。蛋白质：含有氨基和羧基，其中羧基可与金属离子结合。在能够与重金属结合的蛋白质中，最重要的是金属硫蛋在能够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。白及类金属硫蛋白。l脂类含有脂键，脂键能够与金属离子结合形成络合物或脂类含有脂键，脂键能够与金属离子结合形成络合物或螯合物。螯合物。l核酸是极性化合物，既含有磷酸基团又含有碱性基团，核酸是极性化合物，既含有磷酸基团又含有碱性基团，在一定条件下可与金属结合，目前知之甚少。在一定条件下可与金属结合，目前知之甚少。第二、第二、生物器官生物器官生物不同器官对污染物的富集程度存在很大差异生物不同器官对污染物的富集程度存在很大差异:鱼类对鱼类对PbPb的积累表现为：鳃的积累表现为：鳃 内脏内脏 骨骼骨骼 肌肉。肌肉。鸡对鸡对PbPb的积累表现为：骨骼的积累表现为：骨骼 内脏内脏 肌肉肌肉 鸡蛋。鸡蛋。水稻对水稻对PbPb的积累表现为：根的积累表现为：根 叶叶 茎茎 谷壳谷壳 米。米。第三、不同生育期水水稻稻不不同同生生育育期期各各器器官官Pb含含量量（mg/kg）第四、不同生物种第四、不同生物种第五、超积累植物l超积累植物：能超量吸收和积累重金属的植物。超积累植物：能超量吸收和积累重金属的植物。超积累植物：能超量吸收和积累重金属的植物。超积累植物：能超量吸收和积累重金属的植物。lJaffreJaffre等（等（等（等（19761976）在他们的论文题目中首次使用该）在他们的论文题目中首次使用该）在他们的论文题目中首次使用该）在他们的论文题目中首次使用该概念，概念，概念，概念，BrooksBrooks等（等（等（等（19771977）用该概念定义含）用该概念定义含）用该概念定义含）用该概念定义含NiNi浓度浓度浓度浓度超过超过超过超过1000mg/kg1000mg/kg的植物。的植物。的植物。的植物。超积累植物研究简史18851885年，年，BaumannBaumann发现堇菜属和遏蓝菜属植物的含发现堇菜属和遏蓝菜属植物的含ZnZn量大量大于于1%1%；2020世纪世纪3030年代，年代，BeathBeath和他的同事发现黄芪属和他的同事发现黄芪属1313种植物能种植物能够超量积累够超量积累SeSe（SeSe1000mg/kg1000mg/kg）；）；MinguzziMinguzzi等（等（19481948）发现庭荠属植物干叶组织含）发现庭荠属植物干叶组织含NiNi量高达量高达7900mg/kg7900mg/kg；到了到了19801980年代，人们提出利用超积累植物治理重金属污染年代，人们提出利用超积累植物治理重金属污染土壤的想法；土壤的想法；目前，超积累植物和植物修复的研究成为植物学、生态学、目前，超积累植物和植物修复的研究成为植物学、生态学、土壤科学和环境科学研究的热点之一。土壤科学和环境科学研究的热点之一。重金属在土壤和普通植物中的平均含量重金属在土壤和普通植物中的平均含量及超积累植物的临界标准及超积累植物的临界标准mg/kg.DW元素 正常土壤 普通植物含量 超积累植物的临界标准Cd0.1100Co1011000Cr6011000Cu20101000Mn8508010000Ni4021000Pb1051000Se0.11000Zn507010000NiNi的超积累植物：的超积累植物：318318种，主要包括大戟科（种，主要包括大戟科（8383）、十字）、十字花科（花科（8282）、紫箢属（）、大风子科（）黄杨科）、紫箢属（）、大风子科（）黄杨科（）、茜草科（），其他种来自个不同（）、茜草科（），其他种来自个不同的科。的科。的超积累植物主要是十字花科的遏蓝菜属及蓼科、堇的超积累植物主要是十字花科的遏蓝菜属及蓼科、堇菜科的某些种类。菜科的某些种类。的超积累植物主要是十字花科的遏蓝菜属植物。的超积累植物主要是十字花科的遏蓝菜属植物。的超积累植物包括十字花科的遏蓝菜属植物和浮萍。的超积累植物包括十字花科的遏蓝菜属植物和浮萍。和的超积累植物较少。和的超积累植物较少。的超积累植物主要是黄芪属植物。的超积累植物主要是黄芪属植物。2 2、污染物的性质、污染物的性质污染物的性质包括：污染物的性质包括：第一、污染物的价态第一、污染物的价态第二、污染物的形态第二、污染物的形态第三、污染物的结构第三、污染物的结构第四、污染物的相对分子量第四、污染物的相对分子量第五、污染物的溶解度第五、污染物的溶解度第六、污染物的物理稳定性第六、污染物的物理稳定性第七、污染物的化学稳定性第七、污染物的化学稳定性第八、污染物的生物稳定性第八、污染物的生物稳定性第九、污染物在溶液中的扩散能力第九、污染物在溶液中的扩散能力第十、污染物在生物体内的迁移能力第十、污染物在生物体内的迁移能力3 3、污染物的浓度和作用时间、污染物的浓度和作用时间污染物的浓度越高、作用时间越长污染物的浓度越高、作用时间越长，则生物体内污染物的富集量相对，则生物体内污染物的富集量相对越多。越多。4 4、环境特点、环境特点土壤水分过高，污染物以还原态为主，活性受到抑土壤水分过高，污染物以还原态为主，活性受到抑制，植物富集量减少；制，植物富集量减少；土壤水分过低，污染物可给量数量减少，植物富集土壤水分过低，污染物可给量数量减少，植物富集量亦减少；量亦减少；土壤土壤pHpH值降低，有利于污染物质活化，植物富集量值降低，有利于污染物质活化，植物富集量增加；增加；土壤中大量有机质和矿物质的增加，降低植物对污土壤中大量有机质和矿物质的增加，降低植物对污染物的富集量；染物的富集量；土壤类型能够影响植物对污染物的富集量。土壤类型能够影响植物对污染物的富集量。5 5、污染物生物富集与食物链、污染物生物富集与食物链第三节第三节 研究生物富集的方法研究生物富集的方法模拟研究法模拟研究法调查试验法调查试验法