环境生物学第三章.ppt

《环境生物学第三章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环境生物学第三章.ppt（67页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、环境生物学环境生物学Enviromentalbiology第三章第三章污染物在生态系统中的行为污染物在生态系统中的行为基础概念：种群、群落、生态系统、胁迫概念基础概念：种群、群落、生态系统、胁迫概念第一章第一章绪论绪论环境生物学定义、环境概念的理解环境生物学定义、环境概念的理解第二章第二章生物与受损环境生物与受损环境生物与受损环境相互关系的综合分析生物与受损环境相互关系的综合分析1 1 环境因子的综合作用环境因子的综合作用2 2 主导因子主导因子 （dominant factorsdominant factors）3 3 积累效应（积累效应（Accumulative effectsAccumu

2、lative effects）4 4 放大效应（放大效应（magnification effectsmagnification effects）5 5 滞后效应滞后效应 （time-lagging effectstime-lagging effects）6 6 适应组合（适应组合（adaptive suitesadaptive suites）第三章第三章 污染物在生态系统中的行为污染物在生态系统中的行为 第一节第一节 生物对污染物的吸收生物对污染物的吸收 第二节第二节 生物对污染物的转化和排出生物对污染物的转化和排出 第三节第三节 生物对污染物的积累生物对污染物的积累 第四节第四节 影响污染物

3、在生态系统中行为的因素影响污染物在生态系统中行为的因素 第五节第五节 生物放大生物放大 第三章第三章 污染物在生态系统中的行为污染物在生态系统中的行为污污染染 pollutionpollution 人人为为的的或或自自然然发发生生的的事事件件导导致致了了环环境境中中存存在在高高浓浓度度有有害物质的一种状态。害物质的一种状态。这这些些导导致致污污染了的物染了的物质质就是就是污污染物（染物（pollutantspollutants）。污污染染物物进进入入生生态态系系统统后后将将发发生生一一系系列列的的理理化化过过程程，污污染染物物的的形形态态结结构构浓浓度度均均有有可可能能发发生生很很大大的的变变

4、化化。同同时时生生活活在在环环境境中中的的生生物物也也会会主主动动或或被被动动地地对对污污染染物进行吸收（物进行吸收（uptakeuptake）.吸收进入生物体内的污染物发生相应改变，吸收进入生物体内的污染物发生相应改变，激活（激活（activationactivation）脱毒或解毒作用脱毒或解毒作用(detoxicationdetoxication):):统称为生物转化（统称为生物转化（biotransformationbiotransformation）.第三章第三章 污染物在生态系统中的行为污染物在生态系统中的行为污污染染物物在在体体内内可可以以通通过过运运输输、转转移移进进行行再再分

5、分配配。一一部部分分排排出出体体外外（eliminationelimination），另另一一部部分分将将会会残残留留在在体体内内，导导致致污污染染物物在在生生物物体体内内的的积积累累（accumulationaccumulation）.积积累累的的污污染染物物在在通通过过食食物物链链的的营营养养级级转转移移，并并在在更更高高营营养养级级生生物物体体中中不断富集，产生不断富集，产生生物放大生物放大（biomagnificationbiomagnification）效应。效应。第三章第三章 污染物在生态系统中的行为污染物在生态系统中的行为第一节第一节 生物对污染物的吸收生物对污染物的吸收1 1

6、生物吸收的机制生物吸收的机制 吸收吸收 指环境中的污染物进入生物有机体的过程。指环境中的污染物进入生物有机体的过程。1.1吸附（吸附（adsorption）:指污染物积累在两相物质共同界面的过程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吸附的过程通常用FreundlichFreundlich 和和LangmiurLangmiur热平衡等式来表示：热平衡等式来表示：FreundlichFreundlich热平衡等式为：热平衡等式为：X/M=KCX/M=KC（1/n1/n）X:X:被被吸吸附附物物质质的的量量；MM：吸吸附附物物质质的的量量；C C：吸吸附附完完成成后后溶溶液液中中的的溶

7、溶质质浓浓度，度，k k，n n为常数。为常数。LangmiurLangmiur热平衡等式为：热平衡等式为：X/M=abc/(1+bc)X/M=abc/(1+bc)X:X:被被吸吸附附物物质质的的量量；MM：吸吸附附物物质质的的量量；C C：吸吸附附完完成成后后溶溶液液中中的的溶溶质质浓浓度度，a,a,最大吸附量，最大吸附量，b b化学键亲和常数。化学键亲和常数。第一节第一节 生物对污染物的吸收生物对污染物的吸收 吸附吸附线性关系公式分别表示为：线性关系公式分别表示为：log(X/M)=log(X/M)=logK+(logc)/nlogK+(logc)/n C/(X/M)=1/ab+(1/a)

8、C C/(X/M)=1/ab+(1/a)C其其中中FreundlichFreundlich热热平平衡衡等等式式是是经经验验性性的的关关系系式式，LangmiurLangmiur热热平平衡衡等等式式是理论推导的。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，完成吸收的过程。吸附在体表的物质，然后通过跨膜运输，进入细胞内，完成吸收的过程。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：污染物通过细胞膜的过程主要有三种方式：1)1)扩散（扩散（diffusiondiffusion）:物物质质顺顺电电化化学学梯梯度度的的移移动动，可可以以是是带带电电粒粒离离子子通通过过通通道道蛋蛋

9、白白或或者亲脂分子通过磷脂双分子层。者亲脂分子通过磷脂双分子层。四种方式：四种方式：自由扩散自由扩散 (a)(a)协助扩散：通道蛋白（如孔蛋白）或者载体蛋白协助扩散：通道蛋白（如孔蛋白）或者载体蛋白(b)(b)离子通道扩散离子通道扩散(c)(c)门离子扩散门离子扩散(d)(d)图图扩散的过程可用扩散的过程可用FickFick法则描述：法则描述：dS/dtdS/dt=DA(dC/dXDA(dC/dX)dS/dt：污染物穿过膜的速率；污染物穿过膜的速率；D:扩散系数，扩散系数，A：扩散发生的表面积，扩散发生的表面积，dC/dX：膜两侧的物质浓度梯度。膜两侧的物质浓度梯度。扩散不需要能量，因此物质的

10、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（如：五氯苯酚进入后变为带电的五氯苯酚盐，不再以扩散的方式输送到细胞膜外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：污染物通过细胞膜的过程主要有三种方式：2)2)主动运输（主动运输（active transportationactive transportation）物物质质在在载载体体蛋蛋白白的的作作用用下下，以以ATPATP或或质质子子泵泵势势能能为为能能量量，将将物物质质从从细细胞胞外转到细胞内的过程。外转到细胞内的过程。主主动动运运输输的的特特点点是

11、是：逆逆浓浓度度梯梯度度（逆逆化化学学梯梯度度）运运输输；需需要要能能量量（由由ATPATP直直接接供供能能）或或与与释释放放能能量量的的过过程程偶偶联联（协协同同运运输输）；都都有载体蛋白。有载体蛋白。图图。主动运输类型：主动运输类型：一、钠钾泵，一、钠钾泵，实际上就是实际上就是NaNa+-K-K+ATPATP酶酶二、钙离子泵二、钙离子泵三、质子泵三、质子泵 质子泵有三类：质子泵有三类：P-typeP-type、V-typeV-type、F-typeF-type。四、四、ABC ABC 转运器转运器五、协同运输五、协同运输 污染物通过细胞膜的过程主要有三种方式：污染物通过细胞膜的过程主要有三

12、种方式：3)3)胞吞或胞饮作用（胞吞或胞饮作用（enterocytosisenterocytosis）胞胞吞吞作作用用：phagocytosisphagocytosis 吞吞噬噬固固体体颗颗粒粒物物，是是无无脊脊椎椎动动物物吸吸收收物物质的重要方式。质的重要方式。胞饮作用：胞饮作用：pinocytosispinocytosis 吞噬液体物质吞噬液体物质 吞噬过程包括：膜吸附、膜延展、膜泡形成和释吞噬过程包括：膜吸附、膜延展、膜泡形成和释 2 2 植物的吸收植物的吸收陆生植物陆生植物2.1 2.1 叶叶 （leafleaf）叶叶是是同同周周围围气气体体交交换换最最活活跃跃的的部部分分，因因此此也

13、也是是吸吸收收空空气气中中有有害害气气体体如如HFHF的主要途径。同时，还能对一些气溶胶或颗粒物质进行黏附。的主要途径。同时，还能对一些气溶胶或颗粒物质进行黏附。叶叶片片同同周周围围气气体体进进行行物物质质交交换换的的主主要要场场所所是是气气孔孔，植植物物种种类类不不同同，气气孔孔的的结结构构、组组成成 、数数量量和和分分布布都都有有差差异异，气气孔孔的的这这些些特特点点影影响响叶叶片片对对污染物的吸收。污染物的吸收。气气体体经经通通过过气气孔孔进进入入到到植植物物叶叶片片组组织织是是一一个个复复杂杂的的过过程程，吸吸收收效效率率受受界界面阻力、气孔阻力、细胞间隙阻力和细胞内液相阻力等作用面阻

14、力、气孔阻力、细胞间隙阻力和细胞内液相阻力等作用此此外外，植植物物的的叶叶尖尖或或叶叶缘缘还还有有分分泌泌水水分分的的水水孔孔，有有时时候候污污染染物物也也可可经经水水孔进入。孔进入。2 2 植物的吸收植物的吸收 2.2 2.2 根根 rootroot 主要吸收土壤中的污染物。主要吸收土壤中的污染物。1 1）根的各部分的吸收功能差别很大。）根的各部分的吸收功能差别很大。例：例：大麦的根大麦的根在在距距根根顶顶端端2-4 2-4 cmcm对对K K的的吸吸收收较较6-8cm6-8cm处处大大，CaCa、SiSi的的吸吸收收以以根根的的分分生生区区和和伸伸长长区区为为主主，FeFe的的吸吸收收主主

15、要要集集中中在在分分生生区区，K K、N N、P P元元素素的的吸吸收收主主要要在在根根毛毛区区。分分生生组组织织缺缺乏乏输输导导组组织织，因因此此通通过过分分生生区区吸收的总量不大。吸收的总量不大。2 2）吸吸收收过过程程：土土壤壤 根根表表面面 表表皮皮进进入入皮皮层层内内部部，有有皮皮层层、内内皮层、中柱鞘进入木质部导管，进一步向茎、叶输送。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。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 3 动物的吸收动物的吸收呼吸道呼吸道陆陆生生动动物物主主要要通通过过消消化化道道吸吸收收污污染

16、染物物，而而呼呼吸吸道道和和皮皮肤肤的的作作用用相相对对较弱。较弱。3.1 3.1 呼吸道呼吸道 大大部部分分溶溶解解在在空空气气中中的的污污染染物物以以及及微微粒粒物物质质都都通通过过呼呼吸吸道道进进入入生生物物体体。不不同同污污染染物物由由于于水水溶溶性性的的不不同同，经经呼呼吸吸道道进进入入机机体体后后到到达达呼呼吸吸道道的的位置和停留时间，以及引起毒性的效应差异很大。位置和停留时间，以及引起毒性的效应差异很大。一一般般通通过过消消化化道道、鳃鳃、呼呼吸吸道道、皮皮肤肤等等途途径径 。具具体体的的吸吸收收途途径径与动物的生活习性有很大的关系与动物的生活习性有很大的关系 3.2 3.2 消

17、化道消化道 由由于于动动物物都都需需要要捕捕食食其其他他低低营营养养级级生生物物，而而整整个个消消化化道道对对污污染染物都有吸收能力，因此胃肠道吸收污染物有非常重要的作用。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。主要吸收部位在小肠。主要吸收部位在小肠。小肠粘膜上有微绒毛，吸收面积增加大概小肠粘膜上有微绒毛，吸收面积增加大概600600倍；倍；以颗粒形式吸附的金属往往和食物共同消化；以颗粒形式吸附的金属往往和食物共同消化；脊椎动物中，胃脊椎动物中，胃pHpH偏酸有利于金属溶解释放，而小肠的的偏碱性条偏酸有利于金属溶解释放，而小肠的的偏碱性条件使得在胃释放的物质有吸附到肠粘膜上。件使

18、得在胃释放的物质有吸附到肠粘膜上。3.2 3.2 消化道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；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；：研研究究表表明明，鱼鱼、磷磷虾虾等等动动物物为为材材料料，发发现现肠肠道道对对甲甲级级汞汞、乙乙基基汞汞等等脂脂溶溶性性的的有有机机汞汞吸吸收收系系数数超超过过50%50%，而而对对离离子子态态和和金金属属汞汞的的吸吸收收率在率在20%20%以下以下.肠道的不同部位对物质的吸收也有差异；肠道的不同部位对物质的吸收也有差异；哺哺乳乳动动物物中中，十十二二指指肠肠和和空空肠肠主主要要吸吸收收营营养养物物和和药药物物，而而回回肠肠吸吸

19、收收胆酸。胆酸。3 3 动物的吸收动物的吸收(消化道）消化道）水生动物水生动物水水生生动动物物 由由于于长长期期生生活活在在水水中中，摄摄食食吸吸收收的的重重要要性性降降低低，他他们们直直接接从从水水中中积积累累的的污污染染物物比比捕捕食食食食物物吸吸收收要要多多很很多多，因因此此主主要要通通过过鳃鳃、胃肠道和皮肤吸收。胃肠道和皮肤吸收。以鱼而言，鳃是最重要的吸收器官，原因：以鱼而言，鳃是最重要的吸收器官，原因：鳃鳃 进进 化化 了了 逆逆 流流 交交 换换 机机 制制（countercurrent countercurrent exchange exchange mechanismsmech

20、anisms），），提高氧的交换率，同时增加了污染物的交换；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。直接与水接触，阻碍小。鱼每天要消耗大量的水，占身体体重的鱼每天要消耗大量的水，占身体体重的5-12%，可以从水，可以从水中浓缩污染物。中浓缩污染物。3 3 动物的吸收动物的吸收(消化道）消化道）水生动物水生动物 水水华华，藻藻的的富富集集引引起起，大大部部分分藻藻类类是是有有毒毒的的，因因此此产产生生的的藻藻毒毒素素常常集集中中在在贝贝类类的的肝肝胰胰腺腺，一一旦旦误误食食有有毒毒贝贝类类，出出现现舌舌、口口、四四肢肢发麻等症状。发麻等症状。：为什么在赤潮多发季节，海鲜一次

21、不宜吃得太多？为什么在赤潮多发季节，海鲜一次不宜吃得太多？3.3 3.3 皮肤皮肤 表皮：角质层、透明层、颗粒层和生发层。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。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。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：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

22、，很容易通过皮肤进入人体内。这也是夏季农大量的脂溶性农药，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。田喷洒农药的农民，很容易发生中毒事件的根本性原因。4 4 微生物微生物 分布最广，适应性最强的一大类生物。分布最广，适应性最强的一大类生物。个体微小，因此具有很大表面积，代谢活性高个体微小，因此具有很大表面积，代谢活性高;吸收过程：吸收过程：细胞表面吸附和胞内运输细胞表面吸附和胞内运输第二节第二节 生物对污染物的转化和排出生物对污染物的转化和排出 1 1 生物转化（生物转化（biotransformationbiotransformation）生物体

23、内一种化合物变成另一种化合物的现象。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：转化分为三种可能：1.1 1.1 污污染染物物与与生生物物体体中中某某些些成成分分结结合合（螯螯合合），不不参参加加代代谢谢活活动动，使使污染物失去毒性，从而可以在生物体内富集；污染物失去毒性，从而可以在生物体内富集；1.2 1.2 污污染染物物在在酶酶的的作作用用下下通通过过氧氧化化、还还原原、水水解解、脱脱卤卤和和异异构构化化等等过过程程，毒毒性性降降低低，甚甚至至完完全全分分解解，失失去去毒毒性性，从从而而加加速速生生物物的的吸吸收收，增增加生物富集量；加生物富集量；1.3 1.3 污染物经过

24、生物转化后，更容易被吸收，毒性增强。污染物经过生物转化后，更容易被吸收，毒性增强。如如BapBap(苯并（苯并（a a）芘芘)1 1 生物转化（生物转化（biotransformationbiotransformation）污污染染物物的的转转化化产产物物同同污污染染物物质质在在体体内内的的转转化化途途径径和和浓浓度度及及生生物物体体的的生生存环境存在直接的关系：存环境存在直接的关系：如如 SOSO2 2,NO,NO2 2生物转化发生的部位：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

25、所。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。植物而言：发生在具有吸收作用的各个器官或组织。2 2 生物对污染物的排出生物对污染物的排出 机机体体分分泌泌污污染染物物或或分分解解代代谢谢污污染染物物后后导导致致污污染染物物在在体体内内含含量量降降低低的过程。的过程。2.1 2.1 污染物的排出方式随生物种类和污染物不同而不同：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。植物：蒸发作用、落叶、根分泌、植食动物的啃食等。动动物物：鳃鳃、肝肝胆胆汁汁和和肾肾的的排排出出作作用用是是动动物物排排出出污污染染物物的的基基本本方方

26、式式；此外，还有呼吸作用、脱毛、产蛋、各种分泌物（汗腺）等过程。此外，还有呼吸作用、脱毛、产蛋、各种分泌物（汗腺）等过程。2.2 2.2 污染物的排出与污染物的性质有很大关系污染物的排出与污染物的性质有很大关系动物个体动物个体A:A: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；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，分子量超过如人体，分子量超过300 300 DaDa的分子大多经过此途径排出；的分子大多经过此途径排出；肝肝内内循循环环（enterohepaticenterohepatic circulationcirculation）：有有些些随随胆胆汁汁进

27、进入入小小肠肠的的化化合合物物会会再再吸吸附附，重重新新进进入入。如如 甲甲基基汞汞，AsAs3+3+.（砷砷）这这种种循循环环作作用用会会增加污染物对肝的损伤作用。增加污染物对肝的损伤作用。B B 对对分分子子量量小小于于300 300 DaDa的的物物质质排排出出，肾肾分分泌泌起起非非常常重重要要的的作作用用；也也是是哺乳动物分泌金属离子的基本路线。哺乳动物分泌金属离子的基本路线。2.3 2.3 污染物从生物体个体排出过程的定量分析污染物从生物体个体排出过程的定量分析 dC/dtdC/dt=-=-kCkC(k(k基于浓度的速率常数基于浓度的速率常数 h h-1-1)或者或者 dX/dtdX

28、/dt=kXkX(k(k基于数量的速率常数基于数量的速率常数 h h-1-1)C:C:表表示示机机体体内内污污染染物物的的浓浓度度，X X表表示示机机体体内内污污染染物物的的总总量量；t t为为排排出出时间时间.根根据据已已有有的的上上述述可可以以预预测测任任一一时时刻刻，具具有有起起始始污污染染物物浓浓度度为为CoCo或或起起始污染物数量为始污染物数量为XoXo的个体排出污染物的情况：的个体排出污染物的情况：Ct=Co*Ct=Co*e e-kt-kt XtXt=Xo=Xo*e e-kt-kt 2.3 2.3 污染物从生物体个体排出过程的定量分析污染物从生物体个体排出过程的定量分析换算为对数公

29、式：换算为对数公式：ln ln Ct=Ct=lnCo-ktlnCo-kt 和和 ln ln XtXt=lnXo-ktlnXo-kt 以以LnCoLnCo和和LnXoLnXo为为横横坐坐标标，排排除除时时间间为为纵纵坐坐标标可可以以得得到到污污染染物物的的排排出出模型。模型。2.3 2.3 污染物从生物体个体排出过程的定量分析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：生物体排出功能的利用：甘肃微县的铅超标事件甘肃微县的铅超标事件.l 第三节第三节 生物对污染物的积累生物对污染物的积累生物积累（生物积累（bioaccumulationbioaccumulation）生物个体从周围

30、的水体、空气、土壤等环境中净吸收的污染物的量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水 生生 生生 物物 学学 研研 究究 中中，生生 物物 积积 累累 也也 定定 义义 为为 生生 物物 浓浓 缩缩（bioconcentrationbioconcentration）,1 1 积累的生物过程积累的生物过程 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。的生物活性物质数量的多寡和活性的强弱。活性物质越多，活性越活性物质越多，活性越强，积累必然越多。强，积累必然越多。1 1

31、积累的生物过程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。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：最简单的基于速率常数的积累模型可简单的表示为：dC/dtdC/dt=k=ku uC1-kC1-ke eC C 其中，其中，C1C1是环境中污染物的浓度，是环境中污染物的浓度，C C是生物体内的浓度，是生物体内的浓度，k ku u是吸收常数（是吸收常数（h h-1-1）,k ke e是排出常数（是排出常数（h h-1-1）.积分可得到：积分可得到：Ct=C1(kCt=C1(ku u/k/ke e)(1-e)(

32、1-e-k-ke et t)根据公式可以预测生物体内任一时刻污染物的积累浓度。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 1 积累的生物过程积累的生物过程 在在暴暴露露初初期期机机体体内内的的污污染染物物浓浓度度逐逐渐渐提提高高，吸吸收收作作用用（U,U,uptakeuptake）大大于于排排出出作作用用（E E，eliminationelimination），直直到到达达到到一一个个平平衡衡(U=E)(U=E)，此此时时机机体体内内污污染染物物浓浓度度达达到到最最大大，并并且且处处于于一一个个稳稳定定状状态态。此此时时机机体体内内的的污污染染物物浓浓度度定定义义为为Css(CCss

33、(C at at steady steady state)state)，此此时时(1-e-ket)(1-e-ket)接接近近于于1 1，可以得到下列关系式：，可以得到下列关系式：Css/C1=Css/C1=ku/keku/ke.ku/keku/ke：生物积累因子（生物积累因子（bioaccumulation factor,BAFbioaccumulation factor,BAF）.如果外界环境是水体，则如果外界环境是水体，则ku/keku/ke称为浓缩因子（称为浓缩因子（BCF,BCF,bioconcentrationbioconcentration factor factor）2 2 结合

34、污染物的生物大分子结合污染物的生物大分子 进进入入生生物物体体内内的的污污染染物物同同生生物物大大分分子子结结合合，而而使使得得毒毒性性降降低低或或减减少少的方式，称为污染物的规避（的方式，称为污染物的规避（sequestrationsequestration）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：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 2.1 蛋白质和氨基酸蛋白质和氨基酸 主要吸收物质主要吸收物质A:A:含含氮氮物物质质具具有有大大量量的的羧羧基基、氨氨基基和和一一些些巯巯基基基基团团，这这些些基基团团是是重重金属和某些农药相结合的位点；金属和某些农药相

35、结合的位点；B B 蛋蛋白白质质中中含含有有的的酸酸性性氨氨基基酸酸往往往往比比碱碱性性氨氨基基酸酸多多，等等电电点点接接近近于于5 5，在中性环境下往往呈阴离子状态，易和金属阳离子结合，在中性环境下往往呈阴离子状态，易和金属阳离子结合;C C 游游离离的的氨氨基基酸酸含含有有羧羧基基、氨氨基基和和巯巯基基等等，也也能能与与金金属属结结核核形形成成复复杂的金属螯合物。杂的金属螯合物。2 2 结合污染物的生物大分子结合污染物的生物大分子能能与与重重金金属属结结合合的的蛋蛋白白质质中中，最最重重要要的的是是金金属属硫硫蛋蛋白白及及类类金金属属硫硫蛋蛋白。白。富含半胱氨酸肠蛋白质（cysteine-

36、rich intestinal protein,）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 2 结合污染物的生物大分子结合污染物的生物大分子 2.2 2.2 糖类物质糖类物质 由由于于某某些些糖糖类类的的分分子子结结构构中中含含有有醛醛基基（如如葡葡萄萄糖糖）、半半缩缩醛醛羟羟基基（如如乳乳糖糖、麦麦芽芽糖糖等等），这这些些基基团团在在还还原原性性的的环环境境中中，能能使使重重金金属属离离子还原并结合形成不溶性化合物而沉积在体内。子还原并结合形成不溶性化合物而沉积在体内。2.3 2.3 脂类脂类 脂脂类类物物

37、质质含含有有极极性性酯酯键键,这这类类酯酯键键能能与与金金属属离离子子结结合合而而形形成成络络合合物物或或螯螯合合物物。从从而而把把重重金金属属储储存存载载体体在在脂脂肪肪内内。脂脂肪肪的的含含量量在在很很大大程程度度上上影影响响了了生生物物对对污污染染物物的的积积累累，脂脂肪肪较较低低的的个个体体积积累累的的重重金金属属的的含含量量能能力低，同时具有较高的排出率。力低，同时具有较高的排出率。2.4 2.4 核酸和有机酸核酸和有机酸 由由于于含含有有磷磷酸酸基基团团和和碱碱性性基基团团，能能两两性性电电解解的的极极性性化化合合物物。在在一一定定的条件下，能电解分离而带电荷，所以能与金属离子结合

38、。的条件下，能电解分离而带电荷，所以能与金属离子结合。脱氧核糖核酸脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid,DNA)脱氧脱氧核糖核糖磷酸磷酸嘧啶或嘌呤嘧啶或嘌呤3 3 体内运输体内运输 生生物物体体吸吸收收或或积积累累一一定定的的污污染染物物后后，可可以以通通过过循循环环系系统统的的活活动动，促促使使污污染染物物在在生生物物体体内内的的组组织织和和器器官官之之间间运运输输，从从而而使使污污染染物物在在器官间再分配。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。就不同生物个体而言，其体内运输方式存在差异。动物个体：动物个体：吸吸收收的的污污染染物物，经经过过跨跨膜膜运运

39、输输进进入入血血液液循循环环系系统统后后，同同血血细细胞胞和和血血浆浆蛋蛋白白结结合合，将将随随血血液液循循环环被被运运送送到到全全身身组组织织和和器器官官，发发生新的分配和定位；生新的分配和定位；3 3 体内运输体内运输植物个体：植物个体：主主要要是是在在蒸蒸腾腾拉拉力力和和生生长长中中心心双双中中动动力力作作用用下下，驱驱动动污污染染物物随随水水分分和营养物质的分配而完成再分配。和营养物质的分配而完成再分配。1 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；）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：如玉米根吸收重金属离子：CdCd：以共质体

40、方式在玉米根内横向运输；以共质体方式在玉米根内横向运输；PbPb：以非共质体方式在玉米根内横向运输。以非共质体方式在玉米根内横向运输。2 2）根吸收的部位不同，运输速率也存在差异；）根吸收的部位不同，运输速率也存在差异；小小麦麦根根尖尖14cm14cm区区域域吸吸收收的的离离子子最最容容易易向向地地上上部部转转移移，更更成成熟熟的的部部位位吸吸收收的的离离子子，移移动动速度则越慢。速度则越慢。3 3）在叶片吸收的部分重金属也能从地上部分向根运输。）在叶片吸收的部分重金属也能从地上部分向根运输。4 4 污染物在生物体内的分布污染物在生物体内的分布1 1）对植物而言，根和叶是主要的污染物积累器官。

41、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；不同植物中，同种金属离子在根、叶的分布相差很大；如如CdCd 小白菜：根小白菜：根地上部分；地上部分；萝卜：地上部分萝卜：地上部分直根；直根；莴苣：根莴苣：根叶叶茎茎 即使在根的内部，在不同的组织中，金属离子分布也有差别；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 2）在动物中，主要积累在肝、肾和肠道。在动物中，主要积累在肝、肾和肠道。5 5 超量积累植物（超量积累植物（hyperaccumulatoerhyperaccumulatoer）是是生生物物积积累累污污染染物物的的极极端端例例子子

42、，是是指指能能超超出出一一般般植植物物的的平平均均水水平平而大量吸收和积累某种或几种重金属的植物。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：作为超量积累植物具备以下几个特征：1 1）体内某一元素浓度大于一定的临界值；）体内某一元素浓度大于一定的临界值；2 2）植植物物吸吸收收的的重重金金属属大大部部分分分分布布在在地地上上部部分分，既既有有较较高高的的地地上上部部/根根浓度比率；浓度比率；3 3）在在重重金金属属污污染染的的土土壤壤上上这这类类植植物物能能良良好好的的生生长长，一一般般不不会会发发生生毒毒害害现象。现象。可以利用超量积累植物对污染地区进行生物提取

43、以治理重金属污染。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，遏兰菜比如，遏兰菜T T caerulescenscaerulescens(十字花科遏兰菜属十字花科遏兰菜属)，第四节第四节 影响污染物在生态系统中行为的因素影响污染物在生态系统中行为的因素 1生物因素生物因素1.1 1.1 生物种类的差异性生物种类的差异性1.2组织和器官差异性组织和器官差异性1.3发育期和年龄发育期和年龄1.4性别性别1.5生物对污染物的吸收途径生物对污染物的吸收途径2污染物因素污染物因素2.1种类和理化性质种类和理化性质2.2污染物的存在状态污染物的存在状态2.3浓度和暴露时间浓度和暴露时

44、间2.4污染物的相互作用污染物的相互作用3环境因素环境因素3.1温度、湿度和光照温度、湿度和光照3.2环境介质环境介质水分水分3.3根际环境根际环境第四节第四节 影响污染物在生态系统中行为的因素影响污染物在生态系统中行为的因素 1 1 生物因素生物因素1.1 1.1 生物种类的差异性生物种类的差异性动物：动物：1 1）水水生生和和陆陆生生、恒恒温温和和变变温温、生生活活在在地地表表或或地地下下、冬冬眠眠或或夏夏眠眠、食食性性差差异异（草草食食性性、泛泛食食、肉肉食食或或者者碎碎食食性性等等）、性性成熟时间及生殖周期等方面存在差异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

45、属污染物积累量的影响。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；动物的主动逃避行为或移动对污染物的积累影响很大；3 3）体表面积的大小对水生动物的呼吸和积累有很大的影响）体表面积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：如松花江同一江段不同鱼类积累汞和甲基汞的含量：雷雷氏氏七七鳃鳃鳗鳗 鲶鲶鱼鱼、花花鳅鳅、青青鱼鱼、黄黄鱼鱼 鲤鲤鱼鱼、银银鲫鲫鱼鱼 银鲴。银鲴。1.1 1.1 生物种类的差异性生物种类的差异性植物植物主要针对营国定生活的种类而言，主要针对营国定生活的种类而言，1 1）影影响

46、响污污染染物物积积累累的的主主要要因因素素是是草草本本与与木木本本、常常绿绿与与落落叶叶、陆陆生生与与水水生等特性。生等特性。如如 对对CdCd的吸收，不同植物的积累量存在明显差异。的吸收，不同植物的积累量存在明显差异。2 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，）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，如如7 7种水生植物对种水生植物对CuCu的吸收和沉降规律为：的吸收和沉降规律为：苦草苦草黑枣黑枣水龙水龙喜旱莲子草喜旱莲子草大藻大藻心叶水车前心叶水车前水车前水车前 对对F F的吸收能力：的吸收能力：红红松松12121010-6-6，大大叶叶黄黄杨杨8

47、 81010-6-6，柏柏 6 61010-6-6；桑桑树树 24241010-6-6；杉杉 14141010-6-6，茶树茶树 60601010-6-6 依次为：茶树依次为：茶树桑树桑树杉杉红松红松大叶黄杨大叶黄杨柏柏 1.2 1.2 组织和器官差异性组织和器官差异性动物：动物：1 1）合合组组织织或或器器官官的的组组成成型型细细胞胞含含酶酶量量和和蛋蛋白白质质的的差差异异，影影响污染物的吸收、转化和积累响污染物的吸收、转化和积累肝肝组组织织：细细胞胞含含有有大大量量的的氧氧化化酶酶和和蛋蛋白白质质，是是吸吸收收和和积积累累污污染物的主要场所；染物的主要场所；肠胃：肠胃：污染物进入陆生动物体

48、的主要渠道。污染物进入陆生动物体的主要渠道。吸吸收收污污染染物物的的情情况况与与其其pHpH和和表表皮皮细细胞胞的的结结构构存存在在差差异异：如如：肠肠和和消消化化腺腺含含有有大大量量的的重重金金属属配配体体，倾倾向向于于积积累累重重金属离子。金属离子。1.2 1.2 组织和器官差异性组织和器官差异性2 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；）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：对水生动物：皮肤和鳃长期接触污染物；皮肤和鳃长期接触污染物；用相同浓度的用相同浓度的PbPb处理三种实验鱼（鲢鱼、草鱼和鲤鱼）处理三种实验鱼（鲢鱼、草鱼和鲤鱼）

49、.含量梯度为：鳃含量梯度为：鳃内脏内脏骨骼骨骼头头肌肉肌肉。对陆生动物：主要接触部位在呼吸道和消化道；对陆生动物：主要接触部位在呼吸道和消化道；1.2 1.2 组织和器官差异性组织和器官差异性植物植物植物植物 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：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 1）叶叶片片的的结结构构和和性性质质（叶叶的的硬硬度度、着着生生位位置置、角角度度、是是否否有有分分泌泌物物、表面积大小、粗糙程度等）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。硬度大、粗糙、具有分泌粘液的叶片具有较大吸收功能。2 2）气孔的结

50、构和性质气孔的结构和性质 主要是气孔的数量多少、开闭状态、着生位置等。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，污染物难以进入一般而言，气孔数量少、气孔下陷的植物，污染物难以进入.3 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；）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；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 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；）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；即使