污染物在生态系统中的行为精选课件.ppt

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1、关于污染物在生态系统中的行为第一页，本课件共有59页 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二页，本课件共有59页 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害物物质质的一种状态。的一种状态。这这

2、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物进进行行吸吸收（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(detoxication

3、):(detoxication):统称为生物转化（统称为生物转化（biotransformationbiotransformation）.第三页，本课件共有59页第三章第三章 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分配配。一一部部分分排排出出体体外外（eliminationelimination），另一部分将会残留在体内，导致污染物在生物体内的积累（另一部分将会残留在体内，导致污染物在生物体内的积累（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

4、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不断断富富集集，产生产生生物放大生物放大（biomagnificationbiomagnification）效应。）效应。第四页，本课件共有59页第三章第三章 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 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在体表的物质，然后通过跨膜运输，进入细胞内

5、，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。第五页，本课件共有59页细胞的基本结构第六页，本课件共有59页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白白或或者者亲亲脂脂分分子子通通过过磷磷脂脂双分子层。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

6、离子通道扩散(c)(c)门离子扩散门离子扩散(d)(d)第七页，本课件共有59页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外转转到细胞内的过程。到细胞内的过程。主主动动运运输输的的特特点点是是：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）或与释放能量的过程偶联（协同运输）；或与释放能量的过程偶联（协同运输）；都有载体蛋白。都有载体蛋白。第

7、八页，本课件共有59页3)3)胞吞或胞饮作用（胞吞或胞饮作用（enterocytosisenterocytosis）胞吞作用：胞吞作用：phagocytosis phagocytosis 吞噬固体颗粒物，是无脊椎动物吸收物质的重要方式。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：胞饮作用：pinocytosis pinocytosis 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、膜泡形成和释放放第九页，本课件共有59页2 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

8、最活活跃跃的的部部分分，因因此此也也是是吸吸收收空空气气中中有有害害气气体体如如HFHF的的主主要要途径。同时，还能对一些气溶胶或颗粒物质进行黏附。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。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面阻阻力、气孔阻力

9、、细胞间隙阻力和细胞内液相阻力等作用力、气孔阻力、细胞间隙阻力和细胞内液相阻力等作用。第十页，本课件共有59页根根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毛区。分生组织缺乏输导组织，因此通过分生区吸收的总量

10、不大。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 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，由由皮皮层层、内内皮皮层层、中中柱柱鞘鞘进入木质部导管，进一步向茎、叶输送。进入木质部导管，进一步向茎、叶输送。第十一页，本课件共有59页3 3 动物的吸收动物的吸收呼吸道呼吸道陆生动物主陆生动物主要通过消化道吸收污染物，而呼吸道和皮肤的作用相对较弱。要通过消化道吸收污染物，而呼吸道和皮肤的作用相对较弱。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

11、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位置置和和停停留留时时间间，以以及及引引起起毒毒性性的的效效应差异很大。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与动动物物的的生生活活习习性有很大的关系性有很大的关系。第十二页，本课件共有59页3.2 3.2 消化道消化道 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物都都有有吸吸收能力，因此胃肠道吸收污染物有非常重要的作用。收能力，因此

12、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。条件使得在胃释放的物质有吸附到肠粘膜上。第十三页，本课件共有59页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

13、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率在在20%20%以以下下.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。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。第十四页，本课件共有59页水水生生动动物物 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

14、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、胃胃肠肠道道和和皮皮肤吸收。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 mechanismsmechanisms），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

15、以从水中浓缩，可以从水中浓缩污染物。污染物。第十五页，本课件共有59页 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、四四肢肢发发麻麻等等症症状。状。：为什么在赤潮多发季节，海鲜一次不宜吃得太多？为什么在赤潮多发季节，海鲜一次不宜吃得太多？第十六页，本课件共有59页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

16、缔组织，分为乳头层和网状层。污染物经皮肤吸收一般分为污染物经皮肤吸收一般分为两个阶段两个阶段：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，很容易通过皮肤进入人体内。这也是夏季农田喷大量的脂溶性农药，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。洒农药的农民，很容易发生中毒事件的根本性原因。第十七页，本课件共有59页4 4 微生物微生物

17、的吸收的吸收 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十八页，本课件共有59页第二节第二节 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

18、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Bap(Bap(苯并（苯并（a a）芘）芘)第十九页，本课件共有59页2 2 生物对污染物的

19、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的过程。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：植物植物：蒸发作用、落叶、根分泌、植食动物的啃食等。：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式式；此此外外，还还有有呼呼吸吸作作用、脱毛、产蛋、各种分泌物（汗腺）等过程。用、脱毛、产蛋、各种分泌物（汗腺）等过程。第二十页，本课件共有

20、59页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 Da300 Da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（enterohepatic enterohepatic circulationcirculation）：有有些些随随胆胆汁汁进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

21、这种种循循环环作作用用会会增增加加污污染染物物对对肝肝的的损损伤伤作用。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；也也是是哺哺乳乳动物分泌金属离子的基本路线。动物分泌金属离子的基本路线。第二十一页，本课件共有59页甘肃微县的铅超标事件甘肃微县的铅超标事件第二十二页，本课件共有59页.l 第二十三页，本课件共有59页第三节第三节 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）生物个体从周围的水体、空气、土壤等环境中净吸收的污染物的量生物个

22、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，生物积累也定义为生物浓缩（水生生物学研究中，生物积累也定义为生物浓缩（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的生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。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，积累活性物质越多，活性越强，积累必然越多。必然越多。第二十四页，本课件共有59页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

23、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/dt=kdC/dt=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)(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

24、以预测生物体内任一时刻污染物的积累浓度。第二十五页，本课件共有59页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(C Css(C at at steady state)steady

25、state)，此时，此时(1-e-ket)(1-e-ket)接近于接近于1 1，可以得到下列关系式：，可以得到下列关系式：Css/C1=ku/ke Css/C1=ku/ke ku/keku/ke：生生物物积积累累因因子子（bioaccumulation bioaccumulation factor,factor,BAFBAF）。如如果果外外界界环环境境是是水水体体，则则ku/keku/ke称称为为浓浓缩缩因因子子（BCF,BCF,bioconcentration factorbioconcentration factor）第二十六页，本课件共有59页2 2 结合污染物的生物大分子结合污染物的生

26、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的方方式，称为污染物的规避（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；金属和某些农药相结合的位点；B B 蛋蛋白白质质

27、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，在在中性环境下往往呈阴离子状态，易和金属阳离子结合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。第二十七页，本课件共有59页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。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 protein,）与类金

28、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。第二十八页，本课件共有59页 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子还还原原并并结结合合形形成成不溶性化合物而沉积在体内。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

29、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能力低，同时具有较高的排出率。量能力低，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。的条件下，能电解分离而带电荷，所以能与金属离子结合。第二十九页，本课件共有59

30、页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，发发生生新新的

31、的分分配配和和定位；定位；第三十页，本课件共有59页植物个体：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和营营养养物物质质的分配而完成再分配。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

32、率也存在差异；）根吸收的部位不同，运输速率也存在差异；小麦根尖小麦根尖14cm14cm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。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 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。第三十一页，本课件共有59页 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。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

33、很大；如如Cd Cd 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。第三十二页，本课件共有59页 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，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而大大量量吸吸收收和积累某种或几种重金属

34、的植物。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）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；根浓度比率；3 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。）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。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

35、如，遏兰菜T caerulescens(T caerulescens(十字花科遏兰菜属十字花科遏兰菜属)，第三十三页，本课件共有59页第四节第四节 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.

36、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三十四页，本课件共有59页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）、性性成成熟熟时间及生殖周期等方面存在差异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。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

37、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：雷氏七鳃鳗雷氏七鳃鳗 鲶鱼、花鳅、青鱼、黄鱼鲶鱼、花鳅、青鱼、黄鱼 鲤鱼、银鲫鱼鲤鱼、银鲫鱼 银鲴。银鲴。第三十五页，本课件共有59页 植物植物主要针对营主要针对营固固定生活的种类而言，定生活的种类而言，1 1）影影响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

38、。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：苦草黑枣水龙喜旱莲子草大藻心叶水车前水车前苦草黑枣水龙喜旱莲子草大藻心叶水车前水车前 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 81010-6-6，柏柏 6 61010-6-6；桑桑树树 24241010-6-6；杉杉 14141010-6-6，茶树

39、茶树 60 601010-6-6 依次为：茶树桑树杉红松大叶黄杨柏依次为：茶树桑树杉红松大叶黄杨柏第三十六页，本课件共有59页 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）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，影影响响污染物的吸收、转化和积累污染物的吸收、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染物物的的主要场所；主要场所；肠胃：肠胃：污染物进入陆生动物体的主要渠道。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

40、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。第三十七页，本课件共有59页 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）.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

41、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；第三十八页，本课件共有59页 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、表表面面积积大大小小、粗糙程度等）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）气孔的结构和性质气孔的结构和性质 主要是气孔的数

42、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；第三十九页，本课件共有59页用相同浓度的用相同浓度的HFHF处理水稻和黄瓜处理水稻和黄瓜第四十页，本课件共有59页 1.3 1.3 发育期和年龄发育期和年龄动物个体：动物个体：脂脂肪肪/身身体体体体重重的的

43、比比值值随随年年龄龄变变化化而而变变化化，幼幼体体的的比比值值往往往往比比成成熟熟和和老老化化个个体体高，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。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。植物个体植物个体1)1)植株的不同发育期，不同器官的污染物积累量有明显：植株的不同发育期，不同器官的污染物积累量有明显：水稻水稻 根对根对PbPb的吸收和积累顺序为：的吸收和积累顺序为：拔节期拔节期分蘖期分蘖期苗期苗期抽穗期抽穗期结实期结实期 谷壳：结实期谷壳：结实期苗期苗期拔节期拔节期抽穗期抽穗期分蘖期分蘖期2)2)同株植物，不同叶龄的的叶片反应也有差别：同株植物，不同叶龄

44、的的叶片反应也有差别：如如 对对SOSO2 2，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。，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，对桑叶和茶树叶中，对HFHF的积累是随发育期的变化而逐渐增加的过程。的积累是随发育期的变化而逐渐增加的过程。第四十一页，本课件共有59页 1.4 1.4 性别性别1 1）可可以以通通过过产产蛋蛋、产产奶奶、生生产产幼幼儿儿、排排精精等等方方式式将将体体内内污污染染物物排排出体外。出体外。如如：DDEDDE喂喂养养母母野野鸭鸭，浓浓度度为为40401010-6-6，喂喂养养9696天天；停停止止喂喂养养的的开开始始一一段

45、段时时间间：脂肪中的积累量为脂肪中的积累量为 3113111010-6-63623621010-6-6之间，蛋中是之间，蛋中是7147141010-6-6。停止喂养停止喂养1111个月后，身体负荷下降到个月后，身体负荷下降到 19191010-6-6，蛋中的含量也仅有，蛋中的含量也仅有1071071010-6-6。2 2）由由于于繁繁殖殖活活动动的的影影响响，动动物物体体内内污污染染物物的的含含量量有有明明显显的的季季节节性性波动（主要体现在鱼类和哺乳类）。波动（主要体现在鱼类和哺乳类）。如如：鳗鳗鱼鱼、鳕鳕鱼鱼体体内内含含有有的的DDTDDT含含量量在在产产卵卵期期迅迅速速下下降降，产产卵卵

46、结结束束后后又有增加；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。海豹分娩和哺乳期间，体内有机氯化物的积累较少。第四十二页，本课件共有59页 1.5 1.5 生物对污染物的吸收途径生物对污染物的吸收途径 1 1）同同种种生生物物对对不不同同金金属属离离子子吸吸收收途途径径的的差差异异对对污污染染物物的的吸吸收收有有影响影响CdCd：以以共共质质体体方方式式在在玉玉米米根根内内横横向向运运输输，在在从从皮皮层层到到中中柱柱 导导管管，浓浓度度存存在在明显的上升趋势。明显的上升趋势。PbPb：以以非非共共质质体体方方式式在在玉玉米米根根内内横横向向运运输输，从从皮皮层层到到中中柱柱，浓

47、浓度度存存在在明明显显的的下下降降趋趋势。势。2 2）吸收部位差异对污染物的吸收有影响：吸收部位差异对污染物的吸收有影响：如如 黑黑头头鲷鲷鱼鱼，对对DDTDDT的的可可以以通通过过食食物物吸吸收收积积累累和和水水中中浓浓缩缩残残留留，但但通通过过食食物物吸吸收收的的DDTDDT在在6060天天后后仅仅有有少少部部分分在在体体内内残残留留，而而从从水水中中浓浓缩缩的的DDTDDT全全部部残残留留。在在同同样样的的环环境境下下，吸吸收收的的速速率率也也差差异异很很大大，从从食食物物积积累累DDTDDT的的浓浓度度变变化化大大约约是是1.21.2倍倍，在在相相同同时时间上，从水中通过皮肤直接积累的

48、浓度变化达到间上，从水中通过皮肤直接积累的浓度变化达到 100000 100000 倍。倍。第四十三页，本课件共有59页 3)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：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 A 消化越快，污染物从食物中快速释放出来，吸收速率越高。消化越快，污染物从食物中快速释放出来，吸收速率越高。B B 如如果果作作用用时时间间越越长长，肌肌体体有有可可能能对对污污染染物物产产生生相相应应的的抗抗性性，使使得得污污染染物物的的毒毒性性相相对对减减弱弱，最最终终又又会会导导致致机机体体内内污污染染物物积积累浓度升高。累浓度升高。第四十四页，

49、本课件共有59页 2 2 污染物因素污染物因素2.1 2.1 种类和理化性质种类和理化性质1 1）种种类类的的差差异异，其其相相应应的的理理化化性性质质（如如污污染染物物的的价价态态、形形态态、结结构构形形式式，相相对对分分子子量量、溶溶解解度度、物物理理稳稳定定性性、化化学学稳稳定定性性、生生物物稳稳定定性性、相相对对分分子子量量、在在生生物物体体内内的的扩扩散散和和迁迁移移能能力力等等）有有很很大大差差别别，这这些些差差异异影影响响到到生生物物体体内内的的结结合合和和转转化化速速率率，进进而而影影响到吸收和积累的量。响到吸收和积累的量。A A 污染物不同，积累分布的组织器官有差异：污染物不

50、同，积累分布的组织器官有差异：B B 不同污染物，在同种生物体的同一器官的积累也不同：不同污染物，在同种生物体的同一器官的积累也不同：如如DDE DDE 在磕头乌龟脂肪的含量是：在磕头乌龟脂肪的含量是：57.557.51010-6-6；而而PCB(PCB(多联氯苯多联氯苯)含量是含量是799079901010-6-6；相差；相差100100多倍。多倍。第四十五页，本课件共有59页2 2）理化性质的影响：理化性质的影响：污染物的脂溶性、亲水性、酸碱污染物的脂溶性、亲水性、酸碱基团基团的存在、的存在、pKapKa和分子大小都影响通过肠道的吸收。和分子大小都影响通过肠道的吸收。A A 化化学学稳稳定