污染生态学三、四章习题分析

污染生态学三 四章作业污染生态学三 四章作业 1 简述生物对污染物的吸收 富集和污染物对生物毒害的关系 简述生物对污染物的吸收 富集和污染物对生物毒害的关系 第一 生物对污染物的吸收 生物对污染物的富集 污染物对生物的毒害 作用 总的来说是这样一个过程 第二 生物对污染物的吸收 1 植物 叶片气孔对大气污染物的粘附和吸 收 植物的根和叶对水溶性的污染物的吸收 2 动物 通过呼吸道 消化道 皮肤等途径将少量的污染物吸收 通过体内肺泡的吞噬 肠道粘膜的吸收等 3 微生物 吸收污染物的主要方式是沉淀作用和络合作用 将有毒的污染物 转化为微毒害或无毒化合物 第三 在吸收的基础上 当达到一定数量无法转化时就会富集 1 生物体 内凡是能与污染物形成稳定结合的物质 都能增加生物富集 从而消除或缓解 毒害作用 2 不同器官对污染物的富集有很大差异 不同物种对污染物的吸收 积累状况也不同 3 生物体内污染物的富集量与环境中污染物的浓度成正相 关 同时也受作用时间的影响 4 生物体内对污染物的富集作用是随着食物链的营养级的增加 富集量逐渐增多 污染物在体内的含量也就越来越多 第四 污染物对生物的毒害作用必须建立在生物体吸收和富集污染物的基础 上 2 污染物对生物的生理化毒害与遗传 特别是 污染物对生物的生理化毒害与遗传 特别是 DNA 毒害之间有 毒害之间有 何关系 何关系 1 对植物生理化的影响 污染物影响细胞膜的透性 从而影响植物对营养物质的吸收 污染物影响植物的光合作用 重金属中的镉对呼吸作用干扰对呼吸酶的活性干扰 污染物对蒸腾作用有明显影响 锌对吲哚乙酸有明显的抑制作用使其活性降低 污染物对植物的化学成分有明显的变化 2 污染物对遗传物质的毒害 细胞分裂和染色体的影响 大麦根尖经 Hg2 Cd2 和 Pd2 处理后 在所 有浓度范围内一直表现出对细胞分裂的抑制表现为细胞有丝分裂指数不同程度 下降 重金属对根生长的抑制主要是由于抑制了细胞的有丝分裂 有丝分裂异常 染色体畸变 断裂 粘联含镉种子萌发时 根尖细胞有丝分 裂频率随着种子中镉积累的增加而下降 根尖细胞有丝分裂频率降低 表现为 胚根生长缓慢或停止 有丝分裂频率降低原因 可能是镉的积累破坏了细胞核 的结构 抑制了 DNA 和 RNA 的合成 对植物开花和雌雄生殖器官发育影响最大 如 5 4ug m3 会使花托畸变 4 18 4 28 ug m3 就会使雌蕊和雄蕊的 74 和 11 发生畸变 之间的关系 长期的生理化污染使其的遗传物质或者是遗传方式发生改变 这 是量变导致质变 3 金属哪些特征对生物产生的毒害程度起重要作用 为什么 金属哪些特征对生物产生的毒害程度起重要作用 为什么 1 离子化电压越高 对生物潜在的毒性就超大 因为离子化电压的值是以 物质在神经调节的作用下 能否通过细胞膜作为标准 如3 5v 的铝 镓等3价 金属进入细胞时受到细胞膜的严密调控和控制 汞 镉 锌之所以容易进入机 体是由于有9 10v 的高电压 贵金属气体则有11 24v 高压 能自由出入机体 2 越是沸点低的金属越易发生弥散 同时金属沸点越低 与一般有机物的 沸点差就越小 它们相互间作用的可能性就越大 因为按照 Tranton 的法则 以蒸发潜力热表示化合物的凝聚力 即越是沸点低的金属 其凝聚力越小 每 个分子和原子都易于分离 为了使金属进入机体或与机体发生反应 首先要使 分子或原子进行弥散 3 离子的毒性和离子的价数有关 金属阳离子的偶数价离子对机体的亲和 性高 奇数价的亲和性则相对较低 阴离子正相反 尤其是3价阳离子在正常的 生理状态下易被排出体外 4 化学元素间为什么会出现拮抗和协同关系 有哪些因素影响化学 化学元素间为什么会出现拮抗和协同关系 有哪些因素影响化学 元素间拮抗和协同关系 元素间拮抗和协同关系 一 元素之间出现拮抗和协同的关系 1 两元素之间由于直接发生化学反应而产生拮抗 例如 As Hg Cd Ad 及 Sb 等对 Se 的拮抗 其机制可能是重金属与 Se 反应生成相应的 As Se HgSe CdSe 等难解离的化合物 从而导致 Se 的生物 活性消失 其表现为 Se 不能被生物吸收或含 Se 酶 如谷胱甘肽过氧化物酶 中的 Se 被夺走 Se 无法发挥生物活性作用 2 破坏金属酶的辅基或金属蛋白的蛋白质活性基团而产生拮抗 某元素作用于金属酶的辅基或金属蛋白的蛋白质活性基团 使酶或蛋白质 受到破坏 从而实现对酶或蛋白质中有益金属元素的间接拮抗作用 3 使金属酶反应体系受阻而产生拮抗 由于某一元素的作用 使金属酶反应体系中的一环受阻 从而产生对另一 元素的间接拮抗 如 Cu 对 Mo 的拮抗 它们在细胞里的相互关系如图 1 从图可 见 含 Mo 的脱氢酶 如黄嘌呤脱氢酶 使代谢物氧化并产生 H O 在正常情况 下 H O 在含 Fe 的过氧化氢酶的作用下 迅速分解为 H O 和 O 而当存在过 量 Cu 时 便抑制过氧化氢酶 从而造成细胞内 H O 的毒性积累根据诱导和抑 制理论 过剩的过氧化氢将反过来抑制破坏含 Mo 的脱氢酶 从整体上看就造成 Cu Mo 拮抗现象 4 相似原子结构的元素在有机络合物中相互取代而造成的拮抗 在生物体中相似原子结构的元素在有机络合物中相互取代而造成的拮抗作 用 二 影响化学元素间拮抗和协同关系的因素 在生物体中相似原子结构的元素在有机络合中互相取代而造成的拮抗作用 拮抗元素生成络合物的配位数 离子半径 离子体积以及半径比率等值都非常 接近 这就提供了它们之间相互取代的基本条件 所不同的只是它们的晶格能 和电离势差别较大 而正是这两个常数的差别 决定了元素间生物拮抗能力的 大小 晶格能和电离势数值大 元素生成的络合物就稳定 就不易被晶格能 电离势小的元素所取代 反之亦然 5 举例哪些有机污染物 重金属及其他污染物对生物的毒害作用 举例哪些有机污染物 重金属及其他污染物对生物的毒害作用 如何防控这些污染物 如何防控这些污染物 一 就拿动物来举例说明这些污染物的毒害作用 1 重金属的毒害作用 重金属元素能粘积在鱼鳃的表面 造成鱼鳃得上皮和粘液细胞的贫血和营养失 调 从而能影响和破坏鱼类的呼吸器官 导致呼吸功能减弱 2 有机污染物 主要是农药 例如有机氯能使许多鸟类蛋壳变薄 降低了鸟类的繁殖速度 限 制了鸟类的数量 甚至导 Pb Cd 都能是鱼类鱼脊弯曲 2 防控措施 1 重金属 可以利用微生物的沉淀作用将他沉淀下来 形成 无机难溶的化合物 生物体内富集的作用 将他积累下来 在生产源头处 减 少重金属的使用和在使用后加强处理技术的改进 2 有机污染物 减少使用 利用科学技术减少污染物的使用 在使用后进行 无害处理 加强环保意识 利用植物和微生物合成一些五毒的有机化合物 3 其他污染物 将污染物换成清洁环保的能源 加大法制力度 增强人们的 意识 6 生物对污染物的抗性通过哪些途径实现 生物对污染物的抗性通过哪些途径实现 答 一 植物的抗性机制 1 植物的避性 植物有多种组织污染物进入体内的方法 如关闭气孔 分泌有机质 增厚植 物外表皮等 2 植物对污染物的结合钝化作用 植物拒绝吸收污染物的保护作用并不是牢不可破的 但污染物进入植物体内 以后 还会遇到生物体其他的抵抗作用 抗性植物具有使进入到体内的污染物 变成安全 低毒的结合态的机制 使污染物不能达到敏感分子或器官 也不参 加代谢 正常的新陈代谢可免遭扰乱 细胞壁 细胞膜和细胞中的其他成分均 具有这种结合钝化作用 3 植物对污染物的代谢转化作用 虽然植物具有拒绝吸收 结合钝化环境污染物的抗性机制 但在污染物浓度 较高 体内的 结合座 达到饱和的情况下 为了避免受害 植物对污染物的 代谢转化作用就变的必不可少了 不少外来有毒物质通过机体内酶促反应 可以转化成低毒或无毒物质 或转 化为水溶性物质而利于排出体外 生物对外来毒物的这种防御机能称为解毒作 用 4 植物在污染物存在下改变代谢途径 发生遗传变异 降低污染物与靶分子的 亲和力 改变代谢方式是生物抵抗环境污染物毒害的有效措施之一 例如 耐硒植物 在硒胁迫下能够改变蛋白质的代谢方式 是其不受硒的干扰 保证植物正常生 活 而不耐硒的植物因蛋白质的正常合成受破坏而受害 5 植物对污染物及其代谢产物的排除作用 环境中的污染物进入生物体后 其排出作用主要有以下几种 1 生物体对污染物来说只是一个通道 污染物进入体内后不经过任何转化即 排出体外 2 污染物进入体内后很快与体内物质结合后排出体外 3 污染物经过氧化 还原 水解后直接排出体外 4 污染物经过体内氧化 还原 水解后再与其他物质结合后排出体外 植物将污染物及其代谢物排出体外途径很多 如活的植物对于金属 类金属 的排出往往通过根系分泌作用 而气态污染物可以通过叶面呼吸带走 对于农 药等有机轭合物则可以通过叶片或其他器官的衰老脱落而排出体外 6 植物的其他保护系统 二 动物的抗性机制 1 动物对污染物的避性 动物对污染物的避性可以通过行为或生理的方式表现出来 通常毒物经吸收 后方能产生效应 动物具有排斥环境中的污染物 使其不能进入体内的机制 但对于可以自由活动的动物来说 从行为上主动避开污染环境也是更为有效的 措施 2 动物对污染物的结合钝化 污染物可以经消化道 消化管 皮肤和其他一些途径进入体内 毒物在体内 的吸收 分布 代谢和排泄过程的是一个极为复杂的过程 涉及许多屏障 其 中之一是污染物在动物体内经多种方式被结合 固定下来 使其不能达到敏感 位点 称 靶细胞 或 靶组织 3 动物对污染物的分解转化 污染物进入动物体后 在体内经过水解 氧化 还原或加成等一系列代谢 过程 改变其原有的化学结构 生理活性也相对减弱 加速了从体内排泄的过 程 通常 转化是将亲脂的外源性污染物转变为亲水物质 以降低其通过细胞 膜的能力 从而加速其排出 4 动物对污染物的排泄作用 污染物及其代谢产物从动物体内排出的主要途径是经过肾随尿排出 其次是 经过肝 胆通过消化管随粪便排出 也通过皮肤随汗液排出 挥发性污染物及 其代谢物可以通过呼吸道随呼出气体排出 三 微生物的抗性机制 1 微生物对污染物的避性 环境污染物对微生物各个部分都会受到不同程度的影响 而微生物则有避开 污染物的能力 这取决于微生物的生理学 形态学和生态学特性 1 形态学避性 有些微生物具有荚膜 它是污染物进入细胞内最终要的屏障 生活于污染条件下 具有耐污性的微生物 其荚膜有增厚的趋势 这就使它们 在形态学上能够避开对其生存和繁殖不利的环境污染物 2 生理学避性 微生物在环境污染胁迫下 能够从体内分泌出某些具有络合或 分解转化污染物能力的有机物质 使污染物的移动性降低或极性改变 从而不 容易进入微生物体内 或者污染物在微生物分泌的胞外酶作用下 在体外就被 分解转化成无毒无害的物质 2 微生物对污染物的分解转化 微生物对环境污染物的抗性途径主要是分解和转化 将它们转变成为无毒害 或低毒害作用的物质 甚至将污染物作为营养或获得能源的物质 1 微生物对金属离子的转化作用 环境中金属离子长期存在的结果使自然中 形成了一些特殊微生物 它们对有毒金属离子具有抗性 可以使金属离子发生 转化 对微生物而言 这是一种很好的解毒作用 2 微生物对有机污染物的分解转化作用 当前已知的环境污染物达数十万种 其中大部分是有机化合物 微生物能够分解转化这些物质 降低污染物的生物 毒性或使其毒性完全消失 长期生活于污染环境中的微生物甚至对这些污染物 产生了依赖性 它们以各种各样的有机污染物为碳源或氮源 3 微生物对污染物的结合 钝化作用 在重金属胁迫环境中 生物体内普遍存在金属硫蛋白 类金属硫蛋白和重金 属螯合多肽 4 微生物对污染物的外排 微生物除了分解 转化污染物外 还能够将进入体内的污染物排除体外 7 比较植物 动物 微生物对环境污染物抗性的异同 比较植物 动物 微生物对环境污染物抗性的异同 对环境污染物抗性的相同点 植物动物微生物 一 对污染物的抗性机制都是外部排斥和内部忍耐的综合结果 一方面通 过形态学机制 生理生化机制 生态学机制等将污染物挡于体外 另一方 面通过结合固定 代谢解毒 分室作用等过程将污染物在体内富集 解毒 的过程 二 获得抗性的基本途径相同 分为拒绝吸收 结合钝化 代谢转化 排出体外 改变代谢途径几个方面 对环境污染物抗性的不同点 途径植物动物微生物 拒绝吸收 避性 1 不同气态污染物 通道是叶的气孔和 角质层 主要是气 孔阻碍作用 2 土壤污染物 植 物的根际效应 行为和生理的方 式 有皮肤 毛发阻挡 主动避开的方式 形态学 荚膜 生理上 沉淀作用 胞外络合作用 细胞 壁结合作用 8 8 如何理解生物对污染物的吸收 累积 解毒与抗性的关系 如何理解生物对污染物的吸收 累积 解毒与抗性的关系 生物对污染物的抗性机制是外部排斥和内部忍耐的综合结果 生物处于污染胁迫条件下 一方面通过形态学机制 生理生化机制 生态学 机制等将污染物阻挡于体外 另一方面通过结合固定 代谢解毒 分室作用等 过程将污染物在体内富集 解毒 这两方面的综合结果形成抗性 其中生物的解毒是抗性的基础 解毒能力强的生物一般都具有较强的抗性 但解毒不是抗性的全部 抗性强的生物不一定解毒能力就强 毒物在机体内的吸收 分布 代谢和排泄过程是一个极为复杂的过程 涉及 许多屏障 其中之一是污染物在动物体内经多种方式被结合 固定下来 使其 不能达到敏感位点 称 靶细胞 或 靶组织 牡顺是双壳类浅海底栖动物 翁焕新 1996 研究了重金属在牡蛎中的生物积累特性 发现重金属在贝壳中的 积累量很高 这在一定程度上缓解了重金属对牡烦机体的毒害 有些污染物进 入动物体内后被固定在骨骼中 各种脂溶性有毒污染物进入组织后 多数要与 体内的某些化合物或基团结合 使毒性减低 极性和水溶性增加 从而可以迅 速随尿液或汗液排出体外 植物的抗性机制 结合钝化 作用 通过细胞壁 细胞 膜和细胞中的其他 成分 结合反应 葡萄糖 醛酸 硫酸 乙酰 化 甲基化 甘氨 酰基化 和谷胱谷 肽的形成 转录蛋白 特异核苷酸识别 排出体外 根系分泌作用 叶 面呼吸叶片或其他 衰老器官脱落 肾排泄 肝胆排泄 呼吸道排泄 其他 途径排泄 肠道 皮肤毛孔 汗液和 唾液等 质粒 结合蛋白 改变代谢 途径 改变蛋白质的代谢 方式 利用酶 其他途径 自由基的清除 诱导抗性物的产生 Macnair M R 1978 参考了大量文献后 将抗件途径归纳为三个方面即 避性 例如 植物可以防止重金属进入体内 鳌合或代谢转化进入体内的污染物 使其失去毒性 改变细胞的生理生化过程 使其对毒物的敏感性降低 植物对污染物及其代谢产物的排出作用 1 生物体对污染物来说只是一个通道 污染物进入体内后不经过任何转化 即排出体外 2 污染物进入体内后很快与体内物质结合后排出体外 3 污染物经过氧化 还原 水解后直接排出体外 4 污染物经过体内氧化 还原 水解后再与其他物质结合后排出体外 动物对污染物的分解转化 污染物进入动物体后 在体内经过水解 氧化 还原或加成等一系列代谢 过程 改变其原有的化学结构 生理活性也相对减弱 加速了从体内排泄的 过程 通常 转化是将亲脂的外源性污染物转变为亲水物质 以降低其通过细脑 膜的能力 从而加速其排出 不少有机磷化合物主要以这种方式在体内解毒 如敌百虫或敌敌良等农药污染物进入动物体内后 尿中常有二甲基磷酸排出 对硫磷及其体内的氧化物对氧磷 在水解时均产生对硝基酚 并由尿排出 乐果等含酰胺基的有机磷农药可经酰胺酶水解而解毒 动物对污染物的排泄作用 肾排泄 肝胆排泄 呼吸道排泄 其他途径排泄 微生物对污染物的避 性 微生物 形态学性避性 荚膜 生理学避性 1 沉淀作用 2 胞外络合作用 3 细胞壁结合作用 微生物对污染物的分解转化 微生物对污染物的外排 微生物除了分解 转化污染物外 还能够将进入体内的污染物排出体外 生物对环境中污染物吸收后 有些污染物会积累在生物体中 吸收