第一章环境污染物在生态系统中的行为2006.ppt

1、第一节第一节 污染物在环境中的行为污染物在环境中的行为第二节第二节 污染物在生物体内的行为污染物在生物体内的行为 本章要求：本章要求：掌握掌握基本概念基本概念。掌握污染物在环境中的掌握污染物在环境中的 迁移转化和迁移转化和 生生物地球化学循环物地球化学循环的基本原理。的基本原理。污染物在生物体内的污染物在生物体内的转运、转化转运、转化及在体及在体内的生物浓缩、生物积累和生物放大机内的生物浓缩、生物积累和生物放大机理、污染物在生态系统中的分布。理、污染物在生态系统中的分布。第一节第一节 污染物在环境中的行为污染物在环境中的行为 一、污染物在环境中的迁移一、污染物在环境中的迁移 1、污染物的迁移：

2、、污染物的迁移：指污染物在环境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、中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失过程。分散和消失过程。第一章第一章 第一节第一节2、迁移方式：、迁移方式：1）机械迁移：）机械迁移：水、气、重力水、气、重力 2）物理）物理化学迁移：化学迁移：以简单离子、络离以简单离子、络离子或可溶性分子通过一系列物理化学作用子或可溶性分子通过一系列物理化学作用实现迁移。实现迁移。3）生物迁移：）生物迁移：进入生物体后，通过生物进入生物体后，通过生物吸收、代谢、生长、死亡等过程实现。吸收、代谢、生长、死亡等过程实现。第一章第一章 第一节第一节3、影响迁移的因素：、

3、影响迁移的因素：1）内部因素：）内部因素：自身物理化学性质，原自身物理化学性质，原子结构（电负性、离子半径、电价、离子子结构（电负性、离子半径、电价、离子电位、化合物键性、溶解度等）电位、化合物键性、溶解度等）2）外部因素：）外部因素：环境酸碱条件、氧化环境酸碱条件、氧化（铬、钒、硫）（铬、钒、硫）-还原（铁、铵）条件、还原（铁、铵）条件、胶体的种类和数量、络合配位体的数量、胶体的种类和数量、络合配位体的数量、区域自然地理条件（气候、地形、水文、区域自然地理条件（气候、地形、水文、土壤等），其中热量和水分的影响最为明土壤等），其中热量和水分的影响最为明显。显。第一章第一章 第一节第一节第一章第

4、一章 第一节第一节第一章第一章 第一节第一节3、转化结果、转化结果：1）降低对生物毒性或转化为无毒物质或）降低对生物毒性或转化为无毒物质或形成易降解结构。如：形成易降解结构。如：生物可利用性生物可利用性(Bioavailibility)2）对生物毒性增强或形成难降解结构。）对生物毒性增强或形成难降解结构。第一章第一章 第一节第一节图1-1生物地球化学循环生物地球化学循环：生物合成作用和矿化作用生物合成作用和矿化作用所引起所引起的周而复始循环运动过程。的周而复始循环运动过程。生物合成作用：生物合成作用：生物（主要绿色植物）把环生物（主要绿色植物）把环境物质转成生物体本身有机物质。境物质转成生物体

5、本身有机物质。生物矿化作用：生物矿化作用：生物代谢将生物体有机物转生物代谢将生物体有机物转为无机物或简单有机物。为无机物或简单有机物。三、污染物的生物地球化学循环三、污染物的生物地球化学循环第一章第一章 第一节第一节 循环机理：循环机理：环境无机环境无机-（-植物植物-）-有机有机-动物有机质动物有机质-残体微生物分解残体微生物分解-无无机机-环境（地质环境与生物体间的物质循环境（地质环境与生物体间的物质循环环生物小循环生物小循环）吸收营养也污染物，吸收营养也污染物，故也伴随着污染物迁故也伴随着污染物迁移转化和生物转运与转化。移转化和生物转运与转化。第一章第一章 第一节第一节lBio-tran

6、sport，指环境污染物经各指环境污染物经各种途径和方式同生物有机体接触而种途径和方式同生物有机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。被吸收、分布和排泄等过程的总称。l共性：每一过程都需要经过细胞的膜共性：每一过程都需要经过细胞的膜结构结构一、生物转运概念一、生物转运概念第二节第二节 污染物在生物体内的行为污染物在生物体内的行为第一章第一章 第二节第二节胆固醇磷脂低聚糖生物膜流动镶嵌模型生物膜流动镶嵌模型亲水性磷酸、碱基亲水性磷酸、碱基疏水性脂肪酸疏水性脂肪酸 1、被动转运、被动转运 2、主动转运、主动转运3、胞饮作用、胞饮作用第一章第一章 第二节第二节第一章第一章 第二节第二节l不需要载体

7、不需要载体l脂溶性脂溶性有机化有机化合物、合物、非极性分子非极性分子第一章第一章 第二节第二节 02(血浆血浆体内体内)、CO2(血浆血浆体内体内)、甘油、甘油亲水性孔道（亲水性氨基酸）亲水性孔道（亲水性氨基酸），直径，直径水溶性化合物水溶性化合物.第一章第一章 第二节第二节（3）易化扩散（协助）易化扩散（协助）facilitated diffusion特点：特点：水中重金属大多通过扩散水中重金属大多通过扩散进入，如进入，如Hg 扩散进入；扩散进入；Cd通过通过Ca通道蛋白进入通道蛋白进入高高低低第一章第一章 第二节第二节Active Transport 第一章第一章 第二节第二节主动转运过程

8、示意图主动转运过程示意图如Co2+、Mg2+与Fe2+；Cs 与K第一章第一章 第二节第二节溶酶体结合消化溶酶体结合消化无脊椎动物重要方式无脊椎动物重要方式 吸收：吸收：污染物在多种因素影污染物在多种因素影响下，自接触部位透过体内生物响下，自接触部位透过体内生物膜进入血液循环的过程。膜进入血液循环的过程。第一章第一章 第二节第二节1、呼吸系统吸收：呼吸系统吸收：（1）气体、蒸汽：经肺泡吸收）气体、蒸汽：经肺泡吸收转运方式：被动扩散转运方式：被动扩散吸收速度与肺泡和血液中毒物的浓度（分压）差呈吸收速度与肺泡和血液中毒物的浓度（分压）差呈正比正比（2）气溶胶和颗粒物：）气溶胶和颗粒物：转运方式：被

9、动扩散转运方式：被动扩散与颗粒大小有关与颗粒大小有关人类人类第一章第一章 第二节第二节5um或极小或极小5um5um气溶胶污染物的吸收过程气溶胶污染物的吸收过程喉喉气管气管支气管树支气管树第一章第一章 第二节第二节第一章第一章 第二节第二节第一章第一章 第二节第二节经皮吸收两个途径：经皮吸收两个途径：（1）污染物表皮角质层（简单扩散）真皮毛细血管）污染物表皮角质层（简单扩散）真皮毛细血管（2）通过汗腺、油脂腺、毛囊等皮肤附属器（占表通过汗腺、油脂腺、毛囊等皮肤附属器（占表皮面积皮面积0.1-1），绕过表皮屏障直接进入真皮。），绕过表皮屏障直接进入真皮。表皮表皮真皮真皮皮下组织皮下组织第一章第一

10、章 第二节第二节植物植物第一章第一章 第二节第二节叶切面叶切面 概念：指污染物随血液或其它体液的流动，概念：指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。分散到全身各组织细胞的过程。进入血液后，进入血液后，一部分一部分与血浆蛋白质（主要与血浆蛋白质（主要白蛋白）可逆结合，不易透过生物膜，白蛋白）可逆结合，不易透过生物膜，另一部分另一部分呈游离状态，到达一定的组织细呈游离状态，到达一定的组织细胞，呈现一定生物学作用。胞，呈现一定生物学作用。第一章第一章 第二节第二节污染物在人体中的分布污染物在人体中的分布905、污染物的排泄、污染物的排泄途径：经肾脏进入尿液、经肝脏的胆汁进入途径：

11、经肾脏进入尿液、经肝脏的胆汁进入粪便、其它粪便、其它.1）肾脏：）肾脏：肾小球滤过（除分子量肾小球滤过（除分子量 20，000以以上或与血浆蛋白结合的环境污染物外）和肾小管上或与血浆蛋白结合的环境污染物外）和肾小管（近曲小管上皮细胞）（近曲小管上皮细胞）主动转运主动转运2）胆汁：）胆汁：胃肠道吸收后，经静脉循环进入肝脏，胃肠道吸收后，经静脉循环进入肝脏，进行代谢转化，产物经进行代谢转化，产物经主动转运主动转运进入胆汁。进入胆汁。3）其它：）其它：呼吸、汁液（乳汁、汗液等）呼吸、汁液（乳汁、汗液等）第一章第一章 第二节第二节1、概念、概念Biotransformation，外外源化合物进入生物体

12、后，在有关源化合物进入生物体后，在有关酶系统的酶系统的催化催化作用下的作用下的代谢代谢变化过程。变化过程。外源化合物外源化合物Xenobiotic：除营养元素、维持正常生理：除营养元素、维持正常生理功能和生命必需物质外，从环境中进入机体而引起机功能和生命必需物质外，从环境中进入机体而引起机体发生化学变化的物质。体发生化学变化的物质。如药物、日用化学品、工业化学品、食品添加剂、环境污染如药物、日用化学品、工业化学品、食品添加剂、环境污染物等。物等。内源性化合物内源性化合物：生物机体正常的生理代谢产物。：生物机体正常的生理代谢产物。第一章第一章 第二节第二节毒害作用排出体外外源性化合物一级代谢物结

13、合产物生物转化过程示意图III第一章第一章 第二节第二节第一章第一章 第二节第二节氧化反应氧化反应例：肝脏例：肝脏微粒体混合功能氧化酶（微粒体混合功能氧化酶（MFO细胞微细胞微粒体上粒体上,所有脊椎动物和多数无脊椎动物大多组所有脊椎动物和多数无脊椎动物大多组织的内质网上）织的内质网上）参与的主要反应：参与的主要反应：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸第一章第一章 第二节第二节2）芳香族羟化）芳香族羟化 羟化为酚类，芳香环上羟化为酚类，芳香环上H被氧化。如苯，苯胺，被氧化。如苯，苯胺，3，4-苯并芘，黄曲霉素苯并芘，黄曲霉素1）脂肪族羟化）脂肪族羟化 脂肪族侧链末端第一个或第二个脂

14、肪族侧链末端第一个或第二个C被氧化。农药八甲磷被氧化。农药八甲磷OMPA解毒解毒4）环氧化）环氧化 烯烃类双键处加氧烯烃类双键处加氧,产生极不稳定的环氧化物。产生极不稳定的环氧化物。5）N-氧化3）N-羟化羟化 芳香胺，伯胺，仲胺类化合物，氨基甲酸乙酯，乙酰氨基笏，磺胺等芳香胺，伯胺，仲胺类化合物，氨基甲酸乙酯，乙酰氨基笏，磺胺等醛、水解醛、水解排出排出解毒解毒增毒，高铁血红增毒，高铁血红蛋白形成剂蛋白形成剂增毒增毒解毒解毒6）氧化性脱烷基（）氧化性脱烷基（N-，O-，S-）突变、致癌突变、致癌解毒解毒微粒体还原微粒体酶微粒体还原微粒体酶-肠道细菌内活跃，哺乳动物肠道细菌内活跃，哺乳动物组织内

15、较弱组织内较弱苯羟胺苯羟胺苯胺苯胺解毒解毒第一章第一章 第二节第二节 结合反应主要类型结合反应主要类型类型类型细胞内结合物质，细胞内结合物质，供体供体受体受体（相（相I I产物或某些外源性产物或某些外源性化合物）化合物）葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸化化尿苷二磷酸葡萄糖醛酸尿苷二磷酸葡萄糖醛酸UDPGAUDPGA，葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸酚、醇、羧酸、胺、磺胺、酚、醇、羧酸、胺、磺胺、硫醇硫醇硫酸化硫酸化3-3-磷酸腺苷酸硫酸磷酸腺苷酸硫酸PAPSPAPS，硫，硫酸酸酚、芳香胺、醇酚、芳香胺、醇甲基化甲基化腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸SAMSAM，甲基供体，甲基供体多元酚、硫醇、胺、多元酚、硫醇、胺、N-N-杂杂环

16、化合物环化合物乙酰化乙酰化乙酰辅酶乙酰辅酶A A，乙酰基，乙酰基胺、芳香胺、氨基化合物胺、芳香胺、氨基化合物甘氨酸结合甘氨酸结合甘氨酸，甘氨酸酰基甘氨酸，甘氨酸酰基羧酸（以乙酰辅酶羧酸（以乙酰辅酶A A形式）形式）谷胱甘肽结谷胱甘肽结合合谷胱甘肽，谷胱甘肽谷胱甘肽，谷胱甘肽-S-S-烷基烷基卤化物、硝基化合物、环卤化物、硝基化合物、环氧化物氧化物3、生物转化结果：、生物转化结果：1）解毒作用（失活）：）解毒作用（失活）：消除或毒性降低消除或毒性降低（功能团失活）、转化为易于排出物质（功能团失活）、转化为易于排出物质（水溶性增加）。（水溶性增加）。2）增毒作用（活化）：）增毒作用（活化）：无活性

17、活性物无活性活性物质，或诱导生物转化酶及其活性升高而加质，或诱导生物转化酶及其活性升高而加速内源性化合物代谢，导致生理功能异常速内源性化合物代谢，导致生理功能异常第一章第一章 第二节第二节生物浓缩生物浓缩（生物富集生物富集Bioconcentration）生物机体或处于生物机体或处于同一营养级同一营养级上的许多生物种群，从上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内生物体内该物质浓度该物质浓度超过环境中超过环境中浓度的现象。浓度的现象。浓缩系数或富集因子浓缩系数或富集因子=生物体内污染物的浓度生物体内污染物的浓度/环环境中该污染物

18、的浓度境中该污染物的浓度 例：褐藻对钼的浓缩系数是例：褐藻对钼的浓缩系数是11，对铅的浓缩系数是，对铅的浓缩系数是70000。说明什么？。说明什么？第一章第一章 第二节第二节生物积累生物积累(Bioaccumulation)：生物生物在整个代谢活跃期通过吸收、吸附、吞食在整个代谢活跃期通过吸收、吸附、吞食等，从环境中蓄积某种元素或难分解化合等，从环境中蓄积某种元素或难分解化合物，以致物，以致随着生长发育随着生长发育，浓缩系数不断增，浓缩系数不断增大的现象。大的现象。浓缩系数浓缩系数=生物个体生长发育较后阶段生物个体生长发育较后阶段体内污染物浓度体内污染物浓度/同一生物个体生长发育较同一生物个体

19、生长发育较前阶段体内污染物浓度前阶段体内污染物浓度 生物放大生物放大(Biomagnification)：在在生态系统中，由于高营养级生物以低营养生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物级生物为食物，某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度在生物机体中的浓度随营养级随营养级的提高而逐的提高而逐步增大的现象。步增大的现象。注：注：*针对食物链而言针对食物链而言 *单一物种则用生物浓缩（生物富单一物种则用生物浓缩（生物富集）、生物积累阐述集）、生物积累阐述2、影响生物富集的因素、影响生物富集的因素决定性：决定性：生物特性、污染物性质、浓度、作用时间、环境生物特性、污

20、染物性质、浓度、作用时间、环境要素、食物链要素、食物链1）生物特性。）生物特性。生物体内能与污染物结合的活生物体内能与污染物结合的活性物质的活性强弱和数量多寡。形成稳定结合物，性物质的活性强弱和数量多寡。形成稳定结合物，增加生物富集量。增加生物富集量。*生物体内能与污染物结合的物质：糖类（醛基），生物体内能与污染物结合的物质：糖类（醛基），蛋白质，氨基酸（蛋白质，氨基酸（-N，-SH），脂类（极性酯键），），脂类（极性酯键），核酸（嘌呤含核酸（嘌呤含-N，-OH，-NH2）等）等*不同器官不同器官*不同污染浓度不同污染浓度*不同生物物种不同生物物种第一章第一章 第二节第二节投放投放浓度浓度肌肌

21、头头骨骨脏脏腮腮卵卵07.5115.2316.3020.9025.696.5716.4615.9919.1927.287.2114.3414.4016.3428.196.500.058.1320.8023.9329.0532.218.1221.5922.0027.9030.146.618.7818.0223.5329.2641.08 323.5737.0540.3764.4187.9921.3533.0747.1254.6472.5019.0137.8038.8469.8489.22n不同生育期水稻各器官对Pb的积累2）污染物的性质）污染物的性质 形态、化学结构、溶解性质、化学稳定性、生物可形

22、态、化学结构、溶解性质、化学稳定性、生物可降解性等降解性等*化学稳定性，脂溶性。化学稳定性，脂溶性。化学稳定性，脂溶性越高，富集能化学稳定性，脂溶性越高，富集能力越强。如力越强。如DDT、PCBS（高富集），有机磷农药、氨基甲（高富集），有机磷农药、氨基甲酸酯类农药、酚类、除草剂（易降解）。酸酯类农药、酚类、除草剂（易降解）。*生物对污染物的解毒能力。生物对污染物的解毒能力。解毒能力（与污染物的化学结解毒能力（与污染物的化学结构有关）越强，富集能力越弱。构有关）越强，富集能力越弱。3）污染物的浓度和作用时间）污染物的浓度和作用时间富集量与污染物浓度和作用时间呈正相关，但富集系富集量与污染物浓度

23、和作用时间呈正相关，但富集系数无显著正相关。数无显著正相关。例：例：1971，Hitchcook等最早提出紫花苜蓿及鸭茅等最早提出紫花苜蓿及鸭茅对空气中氟化氢的富集回归方程：对空气中氟化氢的富集回归方程：F（紫花苜蓿）（紫花苜蓿）=1.89ct+0.74 F（鸭茅）（鸭茅）=1.13ct+1.17 F为植物体内氟化氢的富集量，为植物体内氟化氢的富集量，c 为空气中氟化氢的为空气中氟化氢的浓度，浓度，t为作用时间为作用时间4）环境要素）环境要素直接影响生物的生长发育，间接影响生物富集直接影响生物的生长发育，间接影响生物富集直接影响污染物的性质，间接影响生物富集直接影响污染物的性质，间接影响生物富

24、集5）食物链）食物链 1、名词解释名词解释：污染物的迁移，污染物的转化，：污染物的迁移，污染物的转化，污染物的生物地球化学循环，生物转运，生物污染物的生物地球化学循环，生物转运，生物转化，生物富集（生物浓缩），生物积累，生转化，生物富集（生物浓缩），生物积累，生物放大。物放大。2、影响污染物在环境中迁移的因素有哪些？、影响污染物在环境中迁移的因素有哪些？3、简述污染物透过细胞膜的方式。、简述污染物透过细胞膜的方式。4、简述污染物在生物体内的吸收途径。、简述污染物在生物体内的吸收途径。5、生物转化过程中的主要反应类型有哪些？、生物转化过程中的主要反应类型有哪些？6、举例说明生物对环境污染的影响。、举例说明生物对环境污染的影响。消化系统消化系统