污染物的环境生态行为.ppt

第二章 污染物的环境 生态行为,迁移、转化,污染物的环境生态行为,定义： 污染物在环境中的迁移与转化、在生物体内的生物转运与转化，以及在生物体内的蓄积与放大。,路径、化学反应,第一节 污染物在环境中的 迁移和转化,1.1 污染物在环境中的迁移 污染物在环境中发生空间位置的相对移动过程，结果是使局部环境中的污染物种类、数量和综合毒性强度降低或增高，污染物所处的局部条件重新发生或大或小的变化。,污染物在环境中的迁移方式：,机械迁移：水、大气、重力 物理化学迁移 无机污染物：溶解沉淀、吸附解析、氧化 还原、水解、配位等 有机污染物：上述以及化学分解、光化学分 解、生物化学分解等 生物迁移 通过生物体的吸附、吸收、代谢、死亡等过程,1.2 污染物在环境中的形态和分布,1.2.1 污染物在环境中的形态 指污染物的外部形状、化学组成和内部结构在环境中的表现形式。,Cr6+ Cr3+ 甲基汞无机汞 六六六（7）型杀虫力最强,物理性质和结构：固体、流体（气、液）、 射线等； 化学组成和内部结构：单质、化合态 功能特点：离子态、代换态、胶体、有机结 合态、难溶态等。,1.2.2 污染物的分布,指污染物在环境多组分间的分布状况。不仅包括污染物在水、气、土壤等介质中的分布和浓度差异，而且还包括污染物的不同形态、不同相态之间的分配。,1.3 污染物在环境中的转化,污染物在环境中通过物理的、化学的、生物学的作用改变形态，或者转变成另一种物质的过程污染物的转化 迁移、转化同时进行 影响污染物转化的因素：污染物本身的物理化学性质； 环境条件,污染物转化形式： 物理转化（只有形态的改变） 化学转化（通过化学反应生成新的物质） 大气：CH、NOX、SO2光化学氧化 水体：氧化还原、水解、配位反应等 土壤：吸附催化、自由基、pH 生物转化（吸收和代谢） 微生物、植物、动物,第二节 外源化学物在生物体内的转运和转化,生物转运：化学污染物通过生物膜的过程 生物转化：化学物在组织细胞中发生的结 构和性质的变化过程,3.1 生物膜的基本结构,糖脂,1、侧向扩散； 2、旋转运动； 3、摆动运动； 4、伸缩运动； 5、翻转运动； 6、旋转异构,3.2 物质的跨膜运输,被动转运 (passive transport) 特殊转运 (specialized transport) 膜动转运 (cytosis),特点：在转运过程中生物膜不具有主动性，是一种纯物理化学过程； 不需要消耗代谢能； 被转运的物质只能由高浓度向低浓度运输,（1）被动转运,生物膜的孔状结构,主动转运：在载体或运载系统的参与下，化学物逆浓度梯度由低浓度处向高浓度处转运的过程。 特点： 需要有载体参加生物膜上的蛋白质； 逆浓度转运需要消耗一定的能量； 载体对转运的化学物具有选择性； 载体有容量限制； 竞争性抑制，如铝利用钙的载体；钴和锰利用铁 的载运系统 易化扩散：不易溶于脂质的化学物，利用载体由高浓度处向低浓度处移动的过程，又称帮助扩散或载体扩散。不需要细胞供给能量。,（2）特殊转运,（3）膜动转运,膜动转运是细胞与环境进行的一些大分子物质的交换过程，主要特点是在转运过程中生物膜的结构发生变化。具有特异性，并要消耗一定的能量。 胞吞作用：吞噬作用（固体）、胞饮作用（液体） 胞吐作用：由内到外的过程,3.3 环境化学物的吸收,体液,环境化学物通过各种途径透过生物机体的生物膜进入体液的过程称为吸收,细胞内液(2/3),细胞外液(1/3):血浆、组织液、淋巴液,(1) 陆生动物的吸收,1）消化道：最主要的吸收途径，主要通过简单扩散 少数通过主动转运；口腔、胃、小肠 2）呼吸道：肺（表面积大、细胞膜薄1.5m） 主要通过简单扩散 影响因素：肺泡和血浆中的浓度差；气体 的溶解度；肺的通气量和血流量 通气/血流比；颗粒物大小 3) 皮肤接触：简单扩散 影响因素：环境化学物本身的分子结构；物种 表皮屏障的完整性；环境条件,(2)环境化学物在动物体内的运输与分布,运输途径：循环系统（血管+淋巴管） 器官的差异性：消化管、呼吸道、口腔、皮肤,左心室（此时为动脉血）主动脉各级动脉毛细血管（物质交换）（物质交换后变成静脉血各级静脉上下腔静脉系右心房右心室肺动脉肺部毛细血管（物质交换）（物质交换后变成动脉血）肺静脉左心房左心室,血液循环路线：,呼吸道：肺循环，即静脉血右心房右心室肺动脉肺部毛细血管（物质交换）（物质交换后变成动脉血）肺静脉左心房左心室,消化道：食物消化小肠绒毛上皮细胞毛细血管小静脉肠系膜静脉肝门静脉肝脏（吸收或解毒）右心房右心室肺循环左心房左心室大动脉输送至全身,皮肤：体液毛细血管（物质交换）（物质交换后变成静脉血）各级静脉右心房右心室肺循环左心房左心室,影响环境化学物分布的因素：,血流量：肝脏、肾脏 亲和力： 铅染毒， 2h 50分布在肝脏；1个月后，90分布在骨中 TCDD 5min 15肺，1 脂肪；24h，20分布在脂肪组织 体内屏障：血脑屏障、胎盘屏障、血眼屏障,贮存,贮存：进入血液的环境化学物大部分与血浆蛋白或体内不同组织成分结合，积聚在特定部位 贮存库：积聚有高浓度的外源化学物，但并不显示毒性。 动物体内的贮存库主要有：血浆蛋白 ；肝和肾；脂肪组织；骨骼组织,(2) 植物的吸收,1）根部对土壤溶液中离子的吸收 过程分为：,将离子吸附到根部细胞表面 离子通过自由空间进入皮层内部 离子通过内部空间进入木质部 离子进入导管,影响植物对环境化学物吸收的因素,植物本身的生活习性 环境因素：温度；根际环境的通气状况；土壤溶液中的离子浓度；pH值；离子之间的相互作用,2）地上部分的吸收,从叶子进入通道： 气孔；角质层(裂缝 细胞壁外连丝细胞膜) 影响吸收的因素： 表面张力； 温度； 呼吸抑制剂； 与溶液的接触时间； 植物的内在因素 利用指示植物来监控环境的大气污染状况,3)环境化学物在植物体内的运输与分布,运输途径：维管系统 木质部导管：向上，根部吸收 韧皮部筛管：向下，叶片吸收 分布：与运输距离的远近有关 与物质是否参与循环利用有关 凯氏带：某些重金属,课程重点,了解生物转化 重点掌握排泄的主要途径(肾、肝) 理解生物蓄积、生物富集、生物放大3个概念的区别,3.5 生物转化（biotransformation）,外源化学物通过不同途径进入生物机体，在体内酶系统的作用下，发生各种化学反应，代谢转变成水溶性高而易于排出体外的化合物的过程称为生物转化或代谢转化。,外源化学物生物转化的阶段：,第一相反应（phasereaction）：氧化、还原、水解；形成一些极性基团 第二相反应（ phasereaction ）：结合反应：第一相反应的代谢中间产物与某些内源化学物的中间代谢产物相互反应，生成极性较强的亲水化合物,生物转化的特点:,同一外源化学物可能存在多种转化途径 不同的反应可先后进行，可在同一组织器官，也可在不同组织器官 一般经过代谢后毒性降低（生物失活或解毒作用），但也有例外（生物活化） 外源化学物的生物转化过程均为酶促反应 转化过程主要在肝脏中进行,3.5.1 生物转化的反应类型,氧化反应：微粒体混合功能氧化酶系 还原反应：次要的 水解反应：水解酶 结合反应：GSH，肝、肾,核糖核蛋白体,3.5.2 外源化学物对生物转化酶的诱导和抑制,酶的诱导 外源化学物使某些代谢酶系的活力增强或酶的含量增加，并因此促进外源化学物的转化过程，这种现象称为酶的诱导效应,酶的抑制 能使酶的活力减弱、含量减少或催化反应速率减慢的现象称为抑制作用；,可逆性抑制作用,非可逆性抑制作用,非竞争性抑制,竞争性抑制,3.5.3 生物转化的物种和个体差异,物种差异：酶的种类、活性 个体差异：酶活性不同 性别差异：一般 雄性 雌性 年龄差异：微粒体酶 单胺氧化酶,3.6 排泄,外源化学物及其代谢产物由机体向外转运的过程，是物质代谢过程中最后一个重要环节。,经肾脏随同尿液排泄 经肝脏随同胆汁排泄 经肺随同呼出气排泄 其他排泄途径,高等动物,（1）经肾脏随同尿液排出,1）肾小球滤过 毛细血管壁有直径710nm的微孔; 6万Da 2）肾小管重吸收 3）肾小管的排泌作用,（1）肾小球滤过,近曲小管 （75）,远曲小管,（2）肾小管重吸收 被动重吸收：水、无机离子、外源化学物 主动重吸收：葡萄糖、氨基酸、肽类以及 小分子蛋白质,（3）肾小管的排泌作用 排泄：来自血浆的某些代谢物经肾小管细胞的 转运进入肾小管管腔，需借助转运系统 分泌：肾小管上皮细胞本身代谢的产物也进入 肾小管管腔 肾小管排泄也存在竞争以及竞争抑制作用，如影响尿酸的主动排泄，则诱发痛风症,（2）经肝脏随同胆汁排出,第二重要的排泄途径 随同胆汁进入小肠的化学物： 混入粪便直接排出体外 肠肝循环 意义：机体需要的物质可被重新利用 延长外源化学物在体内的停留 时间，使其毒性作用增强,胆固醇,结合胆汁酸,（3）经肺随同呼出气排泄,CO2、进入肺部但未被吸收的物质 机理：简单扩散 影响排泄速率的因素： 血/气分配系数、呼吸量、血流量,（4）其他排泄途径,经乳汁排泄 脂溶性高、半衰期长；单 纯扩散，如666、DDT、乙醇、金属 经胃肠排泄 随同汗液和唾液排泄 未电离的脂溶性化学物 随同毛发和指甲脱落排出 重金属 卵细胞排泄,（5）植物的排泄,常以分泌的形式进行 舍弃蓄积有大量外源化学物的植物组织器官，长出新叶代替,第四节 外源化学物的生物蓄积 与生物放大,生物蓄积：指生物有机体在生长发育过程中直接从环境介质或所消耗的食物中吸收并积累外源化学物的现象 生物浓缩：指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境，特别是水介质中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物学浓缩或生物(学)富集 生物放大：指在生态系统中，高营养级生物以低营养级生物为食，使某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象,生物浓缩系数 (bioconcentration factor),一般指浓缩与排泄平衡时的系数,超量蓄积现象,生物体能够蓄积高含量外源化学物而不产生毒害的现象。具有这种能力的生物称为超量蓄积者。 吸收量大；清除半衰期长 应用: 土壤修复; 400多种植物 重金属,第五节 外源化学物代谢动力学,用数学的方法研究外来物质在机体内的行为规律，即研究外来物质进入机体的吸收、分布、生物转化和排泄等过程随时间所发生的定量变化规律。,一、基本概念和基本参数,室：将机体视作一个系统，按动力学特点（毒物转运速率是否近似）分成若干部分，每个部分称为室。室不代表解剖学的部位或器官或生理学的功能单位，而是理论的机体容积。,一室模型,二室或多室模型,毒物在体内的转运速率高，体内分布可以迅速达到平衡,中央室：血流丰富并能迅速与血液中的毒物达到平衡的部位或器官、血液,周边室：血流量少，穿透速率慢，不能立即与血液中的毒物达到平衡的部位或器官,血浆浓度(C)：在染毒后不同时间采血样，测定血浆毒物浓度 表观分布容积(Vd)：外源化学物在体内的分布相当于血浆浓度时所需的体液容积。它不是机体的生理真实容积，而是依据化合物在血浆水中的浓度推测而来。,清除半衰期(T1/2)：外源化学物从体内或血浆或某一脏器中清除一半所需要的时间。一般指血浆半衰期。 清除速率常数(ke)：指化学