环境生物学复习资料.doc

环境生物学基本概念：1环境生物学：研究生物与受人类干扰的环境之间相互作用规律及其机理的科学。2生物转化：外源化合物进入生物机体后在有关酶系统的催化作用下的代谢变化过程。生物转化是机体对外源化学物处置的重要的环节，是机体维持稳态的主要机制。 3生物积累：生物在生命代谢活动中通过吸收、吸附、摄食各种过程，从周围环境中蓄积某种元素或难降解化合物，随生长发育，浓缩系数不断增大的现象。 4生物效应：各种环境因素变化而导致生态系统变异的效果。 5生物标记物：是生物体组织或体液样品中或在个体水平上所能检测到的升华、细胞、生理或行为变化，这种变化可阐明生物体暴露和产生生物效应的信息。 6优先控制污染物：在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制对象,称为优先控制污染物。7生物监测：利用生物个体、种类或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。8半致死浓度：LC50,在一定时间内引起受试生物群体半数个体死亡的最低浓度。9生物放大：指在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难降解化合物在生物体内的浓度随营养级的提高而逐步增大的现象。10拮抗作用：两种或两种以上的化学污染物同时或数分钟内先后输入机体，其中一种化学污染物可干扰另一化学污染物原有的生物学作用，使其减弱，或两种化学污染物相互干扰，使混合物的生物作用或毒性作用的强度低于两种化学污染物任何一种单独输入机体的强度。主要内容：1环境生物学研究的目的和基本内容是什么?答：环境生物学是生物科学与环境科学交叉的学科，是研究生物与受人类干扰的环境之间相互作用规律及其机理的科学（研究对象是人类干扰，研究目的是生物与环境之间相互作用规律及其机理。）（1）环境生物研究的目的：研究环境污染引起的生物效应、生态效应及其机理；研究生物对环境污染的适应及其抗性机理；研究利用生物对环境进行监测和评价的原理和方法；研究生物或生态系统对污染的控制与净化的原理与应用；研究自然保护生物学和恢复生态学及其生物修复技术。（2）环境生物学研究的基本内容：环境污染的生物学效应：-污染物在环境中的迁移、转化和积累变化规律；-污染物对生物的影响、危害及其机理；（分子、细胞、组织、器官、系统、个体、种群、生态系统水平）-研究环境污染物的生物监测与生物评价原理和方法；环境污染的生物进化：-研究生物对环境污染物净化基本原理、方法及影响因素；-研究利用生物学技术和生态学方法提高生物环境中的净化作用；保护生态学：-生物多样性保护；-自然保护生物学和恢复生态学。2 生物标记物并说明其在环境生物学中作用和意义.答：生物标记物是生物体组织或体液样品中或在个体水平上所能检测到的升华、细胞、生理或行为变化，这种变化可阐明生物体暴露和产生生物效应的信息。（评价生物标志物的基本原则：一般指示性、相对敏感性、生物特异性、化学特异性、反应的时间效应、固有的变化性、与高级生物学水平上效应的关系、野外应用价值）（1）作用:体内剂量、生物有效剂量可作为污染物危害监测和鉴定的重要指标：是定性污染物与暴露后果相联系的重要参考；生物标志物能应拥有黑确定暴露-反应、暴露-效应关系和危险度的估计；生物效应分子生物标志物，细胞结构/功能改变标志物有助于污染物对机体损伤机制的研究；易感性生物标志物，对发现污染易感个体和制定保护易感人群的卫生措施有着十分重要的价值。（2）意义：可以阐明各种污染物的作用机理，确定各种污染物与生物体之间已发生的相互作用，有助于确定生物体所处的污染状态及其潜在危害，为严重毒性伤害提供早期警报，而且可以特异性地检测到环境中致癌、致畸、致突变化合物的生物可利用性，并与生态学效应相联系，从而制定研究解决环境问题的方案（如种群水平的下降等）。3什么是I相反应? 什么是II相反应? 两者区别是什么?并举出三种代表反映类型.答：生物转化一般分为、两个过程：相过程：外源性化合物在一系列酶的催化下经由氧化、还原或水解反应作用，其化学结构修饰、改变，暴露出或形成一些活性基团（-OH,-SH，NH，-COOH）相过程：在酶的催化下，外源性化合物的 I相反应产物或带有某些基团的外源性化合物与生物体内内源性物质或基团结合而产生水溶性化合物。两者区别：主要反应类型：相反应：氧化反应：微粒体混合功能氧化酶参与的反应，脂肪族羟化、芳香族羟化、N-羟化等等 非微粒体反应，单胺和二胺氧化、醇、醛氧化 还原反应：微粒体还原，硝基还原，偶氮还原，还原性脱卤 非微粒体还原，包括醇、醛、酮、有机二硫化物、硫氧化物、氮氧化物等反应 水解反应：a.酯酶种类繁多，分布广泛，能水解各种酯类 b.酰胺酶能特异地作用于酰胺键，使其水解 c.糖苷酶能特异地使各种糖苷水解相II反应：结合反应:1.葡萄糖醛酸化2.硫酸化3.甲基化4.乙酰化5.甘氨酸结合6.谷胱甘肽结合转化结果：解毒作用（失活）：使外源性化合物毒性降低，易于排出，或使其转变为易于被 其它微生物所降解的化合物。 增毒作用：使其毒性增加 外源性化合物过程（相反应）毒害作用排出体外一级代谢物 结合产物（二级代谢物）过程（相反应）二者区别：相相底物一般外源性化合物相的产物或其活性基团的外源性化合物反应氧化、还原、水解结合反应结果活性基团形成或暴露活性基团失活4什么叫生物标记物? 请举例说明有机磷农药污染、重金属污染和持久性有机污染物研究中常用的生物标记物指标.答：生物标记物是生物体组织或体液样品中或在个体水平上所能检测到的升华、细胞、生理或行为变化，这种变化可阐明生物体暴露和产生生物效应的信息。有机磷农药：P450酶、乙酰胆碱酯酶（AchE）、重金属污染：金属硫蛋白（MT）、GSH含量（指示镉砷污染）、GSH、SDH、MDA酶学指标及血清巯基的检查是反映砷中毒较灵敏的指标。持久性有机污染物：功能性免疫测试5简要说明环境污染物对生物产生生物效应的可能方式和机理.答：影响酶数量和酶活力，干扰酶的正常功能；-消耗辅酶或抑制辅酶合成，导致酶活性下降-与酶功能基团集合，抑制酶活性-破坏酶结构。使酶失去活性-与酶激活剂结合，抑制相应酶作用-与基质竞争同种酶，抑制酶作用干扰正常的受体结合；-甲基汞抑制大、小脑胆碱能受体，损害中枢神经系统-有机磷农药中毒：抑制乙酰胆碱酯酶，导致乙酰胆碱积聚，乙酰胆碱与胆碱能受体结合，产生中毒症状导致细胞钙稳态的紊乱；引起细胞损伤和死亡产生自由基与氧化损伤：-细胞结构损伤：通过改变膜脂流动性，影响膜的通透性和镶嵌蛋白质的活性，改变其结构和稳定性，从而产生生物效应；-膜脂质过氧化：大量污染物（自由基）进入机体，造成机体抗氧化作用失衡，即可发生脂质过氧化，对生物体造成危害；外源性化合物与生物体大分子结合；改变生物大分子的结构和功能，引起一系列生物学改变，特别是与酶蛋白、脂肪、核酸等重要生物大分子共价结合，能改变其化学结构，影响其生理功能，甚至导致变性和细胞死亡。遗传物质损伤；形成DNA加合物，发生DNA的二次修饰，DNA结构的破坏被固定，当细胞分裂时，外源性化合物造成的危害可导致DNA突变及其基因功能的改变干扰细胞能量的产生。可干扰糖类的氧化，使细胞不能合成能被生物利用的ATP，ATP使细胞生命活动得不到充足的能量供给。6举列说明环境污染物在不同水平上对生物的影响.污染物对生物机体的最早作用是从生物大分子开始，然后逐步在细胞器官个体种群群落生态系统各个水平上反映出来。污染物对生物大分子（酶、蛋白质、核糖核酸、磷脂类等）的影响：-对各种代谢酶大分子的影响：污染物影响到酶的数量和酶的活性作用。乙酰胆碱酯酶在神经系统的信息传递中起重要作用，该酶的抑制对生物行为繁殖以及耐受力产生影响，如有机磷农药、氨基酸甲酯类农药。还如：污染物进入体内经过每系统活化后产生中间代谢物，这类具有强亲电性的物质可与脂类、蛋白质、DNA、RNA的亲和中心发生反应，形成稳定的或不稳定的加合物。-对各种生物大分子的影响：对蛋白质：a.导致蛋白质化学损伤：细胞膜结构及通透性改变；影响酶的催化功能等； b. 诱导生物机体内一些功能蛋白的产生：如应激蛋白和金属硫蛋白的产生，这些蛋白质的产生可保护生物机体抵抗污染物的损害。对DNA：外源性化合物及其代谢产物能引起DNA损伤；对磷脂类：脂质过氧化，如多环芳烃等物质在细胞内代谢形成自由基，引起脂质过氧化，破坏细胞膜结构；细胞水平：-细胞膜：a.污染物引起的脂质过氧化作用导致的损伤；b.污染物可影响膜的离子通透性；c.污染物与膜上的受体结合，干扰正常的生理功能；-细胞器：a. 污染物可引起线粒体结构改变，从而影响线粒体的氧化磷酸化和电子传递功能； b. 光面内质网和糙面内质网: 多种化学致癌物如黄曲霉毒素能引起核糖体脱落，导致蛋白质合成控制的改变；污染物还可影响细胞分裂，微管、微丝、高尔基体，溶酶体解体等；器官水平：-对植物，表现为叶面出现点、片伤害斑，造成叶、蕾、花、果实等的脱落-对动物，以重金属污染为例：铅可损害造血器官和神经系统，镉可损害肝脏、肾脏，导致骨痛病。个体水平：-对植物：主要表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等；-对动物：主要表现为死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发育抑制、疾病敏感性增加、代谢率变化等；种群水平：-种群数量的密度改变；-结构和性别比例的变化：年龄结构、种群大小、性逆转；-遗传结构的改变：在进化过程中通过改变基因频率以适应环境的改变；-竞争关系的改变；群落水平：-群落组成和结构改变-对物种多样性的影响：敏感种消失，群落中物种数量下降，严重污染时将导致物种的灭绝，使物种多样性减少；生态系统水平：生态系统的物种多样性下降、生物链（网）结构的简化、生态系统的结构变化、生态系统的功能变化。7. 什么叫生物监测? 生物监测的主要依据是什么? 与常规监测的有什么区别?答：生物监测指利用生物个体、种类或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。（1）依据：-利用生物的感觉行为的改变指示；-利用生物外部形态典型受害症状和变化指示；-利用生物体内污染物及其代谢产物含量分析指示；-利用生物急慢性毒性试验来指示；-利用生物生理代谢变化指示；-利用生物分子水平上各种特征性标志物指示；-利用生物细胞遗传学指标指示；-利用生物种类组成、种数量、分布变化指示；-利用生物群落结构变化指示；-利用生态系统综合指标指示。（2）区别：(1) 能直接反应出环境污染对生态系统的影响; (2) 能综合反映环境质量状况; (3) 具有连续监测的功能, 是对环境质量状况长期的、历史的反映；(4) 监测灵敏度高；(5) 价格低廉; 不需购置昂贵的精密仪器; 不需要繁锁的仪器保养及维修等工作; (6) 可以在大面积或较长距离内密集布点, 甚至在边远地区也能布点进行监测；(7) 生物检测能反映各种污染物的综合影响，具有直观、客观、综合个历史可溯源性的特点；理化检测是定期采样，结果不能反映采样前后的情况，而生态系统中生物汇集了整个生长期环境因素改变的情况；(8) 有些水生生物对污染物很敏感，有些连精密仪器都测不出的微量元素的浓度，却能通过“生物放大”作用在生物体内积累而被测出。不足：(1) 不能像理化监测仪器那样迅速做出反应；(2) 不能像仪器那样能精确地监测出环境中某些污染物的含量，生物监测通常只是反映各监测点的相对污染或变化水平；(3) 标准化问题。所选择的指标生物生活在自然环境中, 除受到污染物影响外, 同时还受到气候、季节、地域、土壤、病虫害等因子影响, 需建立标准化的监测方法, 才能使获得结果可比, 具有应用价值;(4) 监测参数的选择较为困难。由于选用的是活体生物, 同一种生物不同生长时期对污染物的敏感性和反应不同, 并且即使是同一种生物也存在有个体差异,如何挑选合适的生物进行监测, 要视监测的环境(土壤、大气、水域)、污染物类型(重金属、杀虫剂、有毒气体、放射性元素、致癌物等)和受检环境中生物对污染物反应情况而定。8污染物在水体中迁移转化主要方式及影响因素答：溶解-沉淀 氧化-还原 水解作用 配合作用吸附-解析 挥发作用 光解作用 生物降解溶解-沉淀一般金属硫化物和金属氢氧化合物溶解度较低当水体酸碱度改变时，一些重金属的溶解沉淀反应会变化大多重金属在酸性环境中溶解度大，在碱性环境中溶解度低，容易沉淀。如铜、铅当水体中腐殖酸含量变化时，一些溶解的重金属会发生沉淀或溶解。如腐殖酸的增加增加锌的溶解度，降低铅的溶解度水体盐度变化时，一些重金属会向溶解态转化如钙离子作用下，铅、铜溶解度加大氧化-还原天然水体是一个氧化还原体系，含有许多无机和有机的氧化剂与还原剂i.如溶解氧、Fe3+/Fe2+ 、Mn4+/Mn2+ 、有机物氧化还原平衡对水环境中污染物的迁移转化有重要作用ii.在低氧化还原位时，NH+4是主要形态；在中氧化还原位时NO-2是主要形态；高氧化还原位时NO-3是主要形态iii.如硫化氢、硫酸根（二价铁和三价铁）在水体表层水和底层水氧化还原电位存在形态差别水解作用水解作用是有机化合物与水之间最重要的反应之一a)RX+H2O ROH+HX b)有些水解反应降低污染物毒性，对硫磷水解作用导致酰胺键断裂后失去毒性; 有些相反如2,4-D酯类水解为2,4-D酸时,毒性加大配合作用水体中各种配位体（腐殖酸、氨基酸、OH- 、 Cl- 、 CO2- 、HCO3- ）可与各种污染物，特别是重金属发生配合反应，改变污染物性质，影响污染物在水体中的迁移、转化和生物效应。如自由铜离子毒性大于配合态铜离子,天然水体中90%铜离子都与腐殖酸形成配合物。水中 Zn2离子的应溶解度为0.86mg/L，如果形成Zn(OH)2配合物，水中总的含量可达160mg/L。EDTA腐殖酸的配合作用a)天然水中最多的的有机质是腐殖质，水体中腐殖酸具有较强的吸附与络合作用，能与各种无机和有机物作用，其中富里酸能与所有的金属离子形成配合物b)腐殖酸亦是金属的强络合剂, 会使水中金属离子和微量元素含量下降, 矿化度降低。 c)腐殖酸能键合水体中的有机物如邻苯二甲酸酯增加其水溶性d)自来水厂在水的氯化消毒处理过程中, 氯与水中的腐殖酸等物质反应会产生一系列氯化副产物(主要为三卤甲烷、卤乙酸),这些消毒产物是对人体健康有害的“三致”物质(致癌、致突变和致畸)吸附-解吸颗粒物的吸附作用：表面吸附（与胶体表面能相关）、离子交换吸附（可逆）专属吸附（可吸附同种电荷、吸附位置在胶体双电层内层）、颗粒物的絮凝作用疏水性有机物在颗粒物上的吸附程度与颗粒大小和本身的溶解度成反比，同时与颗粒的有机碳含量成正比。 疏水性有机物在沉积相中的迁移过程主要受有机碳吸附系数 Koc的影响，系数 Koc小，则溶解度大，易于迁移，反之 Koc大，大部分束缚在颗粒物上则不利于迁移。 挥发-沉降作用挥发作用：是有机物质从水相转入气相的重要过程。如挥发作用在低氯取代的PCB中在水中的消除;光解作用或生物降解在高氯取代的PCB为主；水体中的砷化物被微生物转化为三甲基砷后挥发性增强.二甲基汞比一甲基汞挥发性大。沉降作用：大气干湿沉降是水体、土壤污染的另一个主要来源，通过雨水冲洗和干、湿沉降这一过程实现了污染物从大气向水体或土壤的转移。光解作用一些分子或离子能吸收特定波长(紫外光)的光而导致分子离子或功能团的裂解.在波长为280320 nm紫外光下PCBs可裂解为芳烃自由基和氯自由基，观察到2, 2, 6, 6邻位氯-碳键的断裂优先发生。海上石油污染后的光降解利用光解原理处理各种工业污水生物降解生物降解是有机污染物分解最重要的环境过程之一(生态系统的分解者或还原者)许多有毒物质可以作为微生物的生长基质每年几百万吨的石油流入海洋,主要靠微生物的作用得以净化基因工程的“超级细菌”共代谢作用微生物在利用生长基质的同时导致一些非生长基质伴随发生降解的过程.微生物的共代谢对许多难降解污染物的彻底分解有重要作用9矿山冶炼厂废水排入江河后会发生那些迁移转化？影响水体中重金属迁移转化的因素有哪些？答：矿山冶炼厂废水中主要污染物为重金属，如：镉、铅、铬、类金属砷、锌、铜、镍等。按照物质的运动形式，重金属在水环境中的迁移可分为机械迁移、物理化学迁移和生物迁移。机械迁移：在水体中的扩散作用，被水流搬运；物理化学迁移：通过溶解-沉淀作用、水解作用、吸附-解析作用、氧化-还原作用、配合作用、挥发作用、光解作用、生物降解等实现的迁移；生物迁移：通过水生生物的吸收、吸附、生长、死亡等过程实现迁移。影响重金属在水中迁移转化的主要因素有： （1）水体的pH； （2）悬浮物或胶体物质对重金属离子的吸附； （3）无机、有机络合剂的种类及浓度； （4）重金属元素或其他化合物的氧化态及水体的氧化还原条件；（5）微生物的作用。10农药污染物污染物进入生物体后可能发生的变化过程.有机氯毒性机理：-对神经系统的影响：靶器官为神经系统，改变神经膜对K+离子的通透性；-对酶活性影响，诱导细胞色素P450酶；-对类固醇激素代谢的影响，改变雌雄激素以及肾上腺皮质激素代谢，影响改变体内各种类固醇激素代谢水平。有机磷农药中毒机理：-胆碱能毒性效应：有机磷农药都具有的一个五价磷原子与乙酰胆碱酯酶共价结合形成磷酰化胆碱酯酶酶，抑制胆碱酯酶活性，从而阻断乙酰胆碱的水解；-非胆碱能效应：对磷酸抑制钙泵，破坏钙稳态；代谢过程产生氧化物引起膜脂质氧化，改变生物膜流动性。二、填空题1.污染物对生物毒性的影响跟生物的年龄有关，如幼体I相代谢酶活性比较低，以代谢后失活的有毒物质对幼龄动物毒性较大，如对硫磷，而以代谢后毒性增强的化合物对幼龄动物毒性较小，如八甲磷。2.细胞膜结构的完整性是生命活动正常有序进行的基本保证，细胞膜上有许多载体、受体、抗原等结构蛋白参与细胞的物质转运、能量的输送、信息的识别传递等过程。3.研究发现随着每日吸烟量的增加、吸烟者苯并芘与DNA加合物水平显著增加，并且吸烟和DNA-苯并芘加合物数量呈正相关，这说明环境污染物可能可以与核酸等大分子的结合，在生物检测中可以利用生物大分子作为生物指标来评价环境中化学污染物的遗传毒性，这种外源异生物物与生物大分子共价结合假说成为生物中毒机理的重要理论之一。4.污染物会影响生物的繁殖、运动、捕食、回避等行为，对生物的生长、发育乃至存活产生不利影响。如汞可增加食蚊鱼被鲈鱼捕食的危险性，是因为汞引起食蚊鱼回避行为改变，导致易被捕食，间接导致种群数量下降。5.植物可分泌大量糖类，有机酸及酚类物质以使金属沉淀或不太移动，这会影响植物对重金属的吸收。6.最小有作用剂量是指在一定时间内，一种外来化合物按一定方式或途径与机体接触，能使某项观察指标开始出现异常变化或使机体开始出现损害作用所需要最小的剂量。7.生物监测是利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应来阐明环境污染状况，从生物角度为环境质量的监测和评价提供依据。和一般环境监测相比较，生物监测具有指示性、综合性和长期性，能直接反映环境质量的好坏和影响效应，并且成本低廉，对仪器依赖性小。8.利用对水环境中污染物敏感的或有较高耐受性的生物各类的存在或缺失，来指示其所依赖的水体内污染物的质量善，这种方法称为生物指示法.9.动物体内存在能阻止或减缓污染物的血液向组织器官分布的屏障主要有血脑屏障和胎盘屏障，但是有机汞可以穿越这种屏障，引起动物幼体神经系统发育的损伤，如新生动物对甲基汞等毒性反应敏感是因为新生动物的血脑屏障发育不完全，膜的通透性较大。10.污染物对生物的影响可以在生物大分子结构的改变、细胞、组织、器官、个体、种群、群落乃至生态系统不同水平上表现出来的。11.污染物引发生物代谢产生的自由基导致双层磷脂分子过氧化，破坏细胞膜结构，引起细胞膜流动性和通透性改变，并且引起膜依