环境生物学复习总结

环境生物学（Environmental Biology）：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环境污染（Environmental Pollution）：是指有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，是环境系统结构与功能发生变化，对人类以及其他生物的生存和发展产生不利影响的现象。环境生物效应：是指各种环境因素变化而导致生态系统变异的效果。环境化学效应：是在多种环境条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果，如环境的酸化、土壤的盐碱化、地下水硬度的升高、光化学烟雾的发生等。生物浓缩(bioconcentration)生物机体或在同一营养级上的多种生物种群，从所栖息的环境中蓄积化学物质使生物体内化学物质浓度大于环境中浓度的过程。生物积累(bioaccumulation)生物通过吸收、吸附或吞食，从环境中浓缩某些元素或难分解的物质，并在整个生命周期中不断浓集的现象。生物迁移：污染物通过生物的吸收、代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移污染物的生物转化：是指通过生物的吸收和代谢作用而发生的变化水体的富营养化（Eutrophication）作用：是指大量的氮磷等营养元素物质进入水体，使水中藻类等浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体的生态平衡的现象。靶器官（Target Organ）:污染物进入机体后，对个器官并不产生同样的毒作用，而只对部分器官产生直接毒作用，这些器官称为靶器官。行为毒性（Behavioral Toxicity）:当一种污染物或其他因素（如温度、光照、辐射）使得动物一种行为改变超过正常变化的范围时，就产生了行为毒性。生物测试（Bioassay）：指系统地利用生物的反应测定一种或多种污染物或环境因素单独或联合存在时，所导致的影响或危害。生物半减期：是指一种外来化合物在体内消除到原有浓度的一半所需要的时间。环境质量（Environmental Quality）:是指环境素质的优劣程度。大气污染指示生物：对大气污染反应灵敏、用来监测和评价大气污染状况的生物。生态环境质量评价：人们开发、利用、建设甚至破坏周围的生命系统，使它们发生了变化，对这些变化及其给人们的影响作出定量的分析及评价。自净作用（Selfpurification）:受污染的水质自然地回复原样的现象。菌胶团细菌：能形成活性污泥絮状体的细菌。污泥溶剂系数（SVI）：指曝气池中混合液经30min静置沉降后体积与污泥干重之比。一般SVI控制在50150之间，若其大于200，则表明污泥已发生膨胀。生物工程（Ecological Engineering）:一般指人工涉及的、以生物种群为主要结构组分、具有一定功能的、宏观的、人为参与调控的工程系统。生物修复（Bioremediation）:利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或讲解的工程技术系统。环境问题一般可以分为两大类，一类是环境污染，一类是生态破坏。环境生物学的研究方法有野外调查和实验、实验室实验、模拟实验。环境效应按环境变化的性质可分为环境生物效应、环境化学效应、环境物理效应。认为污染源按排放物的种类，可分为有机污染源、无机污染源、热污染源、噪声污染源、放射性污染源、病原体污染源和同时排放多种污染物的混合污染源。污染源杀死按人类社会活动功能来分，可分为工业污染源、农业污染源、交通运输污染源和生活污染源。在大气中，污染物转化以光化学氧化、催化氧化反应为主。研究污染物的物理、化学和生物的转化机制和过程是阐明污染物的环境行为、迁移、归趋和对生态系统影响的基础工作。对大多数的动物而言，主要通过消化管、呼吸系统、皮肤三条途径吸收。 10%由于生物对污染物的吸收和积累随着生物机体的生理因素和外界环境条件而发生变化，因此，生物浓缩系数随之而变。影响生物浓缩的生理因素主要包括生物的生长、发育、大小、年龄等。影响生物浓缩系数的环境因素主要有污染物的浓度、化学形态、物质存在的环境条件如温度、pH、光照条件等以及季节。根据生物学效应的差异，多种化学污染物的联合作用通常分为四种类型：协同作用、相加作用、独立作用和拮抗作用。生物测试的标准化主要有三方面因素：受试生物、实验条件和不同的实验室。城市垃圾的处理方法包括：填埋法、堆肥法、制取沼气、焚烧。自然界中化学物质的降解一般分为3种方式：光降解、化学降解、生物降解。序批式间歇反应器是今年来开发的活性污泥法新工艺，该工艺通过程序自动控制冲水、反应、沉淀、排水排泥和停置五个阶段，实现对废水的生化处理。膨胀是活性污泥中的两类细菌菌胶团细菌和丝状细菌竞争的结果。堆肥可分为好氧堆肥法（高温堆肥）和厌氧堆肥法。可用作微生物修复菌种的微生物分三大类：土著微生物、外来微生物和基因工程菌（GEM）.三、简答题环境生物学的任务？（1）阐明环境污染的生物学或生态学效应；（2）探索生物对环境污染的净化机理，提高生物对污染净化的效率；（3）搜索自然保护生物学和恢复生态学的原理和方法。污染物在环境中的迁移？污染物主要通过三条途径进入环境：（1）人类活动过程中无意释放，如交通事故和火灾;(2)废物的排放，如工业废水、废气和固体废物排放。(3)人类活动过程中故意的应用。受试生物的选择条件？（1）受试生物对实验毒物或因子要具有敏感性；（2）应具有广泛的地理分布和足够的数量，并在全年中在某一实际区域范围内可获得；（3）应是生态系统的重要组成，具有重大的生态学价值；（4）在实验室内易于培养和繁殖；（5）应具有丰富的生物学背景资料；（6）应对实验毒物和因子的反应能够被测定，并具有一套标准的测定方法或技术；（7）应具有重要的经济价值和旅游价值，应考虑与人类食物链的联系。生物监测的特点？优点：能直接反映出环境质量对生态系统的影响；能综合反映环境质量状况；具有连续监测功能；监测灵敏度高；价格低廉，不需购置昂贵的精密仪器；不需要繁琐的仪器保养及维修等工作；可以大面积或较长距离内密集布点，甚至在边缘地区也能布点进行监测。缺点：不能像理化监测仪器那样迅速作出反应；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。生态风险评价的主要内容？（1）暴露评价；（2）受体分析；（3）危害评价；（4）风险表征。受体分析包括的主要内容？（1）评价范围或生态系统范围的确定；（2）生态系统调查；（3）选择和确定评价题；（4）对受体的生命过程和所需环境条件进行分析；（5）确定评价终点。活性污泥法的基本特征？（1）利用生物絮凝题为生化反应的主体物；（2）利用曝气设备想生化反应系统分散空气或氧气，为微生物提供氧源；（3）对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质过程；（4）采用沉淀方式去除有机物，降低出水中的微生物的固体总量；（5）通过回流使沉淀池浓缩的微生物絮凝体返回到反应系统；（6）为保证系统内生物细胞平均停留的时间的稳定，经常排出一部分生物固体。生物膜法的特点？（1）微生物多样性高；（2）生物膜各段的微生物类群不同；（3）生物膜中的食物链较长；（4）具有较高的脱氮能力；（5）单位处理能力大；（6）系统维护方便；（7）操作运行稳定金属的生物转化：1、 汞的氧化、还原和甲基化环境中存在着金属汞、有机汞化合物和无机汞化合物三种不同形态的汞。它们被广泛应用于各种工业中，如电器制造业、涂料工业、氯碱工业、仪表制造、农药、防腐剂、制药、造纸等行业，这些汞和汞化物，大部分最终进入环境而形成污染。三种形态的汞，均具毒，但毒性大小不同。以无机汞化合物毒性最小，而烷基汞是迄今所知毒性最剧的汞化物。 （一）汞的氧化和还原;在有氧条件下，某些细菌，如柠檬酸细菌等使元素汞氧化，HgHg2+。另外，自然界中存在着另一类能使有机汞或无机汞化物还原为元素汞的微生物，称之为抗汞微生物。其还原过程为：抗汞微生物中以假单胞菌属为常见。（二）汞的甲基化;有些微生物，能将无机汞经甲基化作用而生成甲基汞（一甲基汞或二甲基汞），过程如下：无论在好氧或厌氧条件下，都可能存在能使汞甲基化的微生物。在甲基化过程中需要有一种甲基传递体存在，甲基钴胺素（即甲基维生素B12）能起到这种作用，某些微生物能将钴胺素转化为甲基钴胺素，在环境中有ATP及特定还原剂存在的条件下，以甲基钴胺素为甲基供体，使汞与甲基结合而生成甲基汞。2、 砷的氧化还原和甲基化砷是介于金属和非金属之间的两性元素，广泛用于合金、农药、木材保存及医药制品中。元素砷不溶于水和强酸，所以几乎无毒。砷的有机、无机化合物有毒，含三价砷的亚砷酸盐的毒性比含五价砷的砷酸盐更大，在有机砷化物中三甲砷是对人具有高毒的物质。（1） 砷的氧化和还原; As3+氧化成As5+微生物参与As3+氧化成As5+的活动，使之毒性减弱;引起转化的微生物为一些异养型微生物，有无色杆菌属、假单胞菌属、黄单胞菌属、节杆菌属和产碱杆菌属。 As5+还原为As3+另一些异养型微生物如微球菌、某些酵母菌、小球藻等可使砷酸盐还原为更毒的亚砷酸盐。（2） 砷的甲基化;一些含有砷化物的糊墙纸在潮湿季节生长霉菌，产生带大蒜气味的挥发性气体三甲砷，从而使人中毒的事例，在国外曾有过报道。参与形成三甲砷的微生物颇多，微生物生成甲基砷的可能途径如下：砷生物甲基化中的甲基供体也是甲基钴胺素。 污染物对细胞的影响：( 一 ) 对细胞膜的影响 1 污染物引起的膜脂过氧化作用导致细胞膜的损伤。2 污染物可影响细胞膜的离子通透性。3 污染物与细胞膜上的受体结合，干扰了受体正常的生理功能。 （二）对细胞器的影响1 线粒体污染物不仅可以引起细胞线粒体膜和嵴的形态结构地改变 , 而且可以影响线粒体的氧化磷酸化和电子传递功能。 2光面内质网和糙面内质网某些污染物经代谢活化产生自由基,可导致光面内质网结构和微粒体膜的一些重要组分如混合功能氧化酶的破坏。多种化学致癌物如黄曲霉毒素等 , 能引起糙面内质网上附着核糖体脱落, 导致蛋白质合成控制的改变。 3污染物还可影响微管、微丝、高尔基体、溶酶体等其他细胞器。 1、什么是生物富集？其有何意义？影响生物富集的因素有那些？答：（1）生物富集是指生物个体或处于同一营养级的许多生物种群，从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物，导致生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象，又称生物浓缩(bio-concentration)。（2）对于一个受污染的生态系统而言，处于不同营养级上的生物体内的污染物浓度，不仅高于环境中污染物的浓度，而且具有明显的随营养级升高而增加的现象。污染物在食物链中的流动和积累，对人类的健康造成了很大的威胁，因此，研究污染物的生物积累现象及其机制，具有十分重要的意义 （3）影响生物富集的因素：生物富集主要决定于生物本身的特性，特别是生物体内存在的，能与污染物结合的活性强弱和数量多寡。生物体内凡是能和污染物形成稳定结合物的物质，都能增加生物富集量。生物体内有很多组分都能和污染物特别是重金属相结合而形成稳定的结合物，从而消除或化解重金属的毒害作用 。生物对复杂有机化合物的富集能力与其体内存在的分解该类物质的酶的活性有关。酶活性愈强，则不易富集，酶活性愈弱，则易富集。金属元素在各类生物体内的半衰期长短不同，能直接影响生物富集量。生物的不同器官对污染物的富集量有很大差异。原因是各类器官的结构和功能不同，与污染物接触时间的长短，接触面积的大小等也存在很大的差异。生物在不同生育期接触污染物，体内富集量有明显差异。3、请简述活性污泥法和生物膜法处理废水的生化机制？答、（1）典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。从空气压缩机站送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，形悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。第一阶段，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，这是由于其巨大的比表面积 。和多糖类黏性物质。同时一些大分子有机物在细菌胞外酶作用下分解为小分子有机物。 第二阶段，微生物在氧气充足的条件下，吸收这些有机物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供给自身的增殖繁衍。活性污泥反应进行的结果，污水中有机污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增长，污水则得以净化处理。 经过活性污泥净化作用后的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水作为处理水排出系统。经过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中大部分作为接种污泥回流至曝气池，以保证曝气池内的悬浮固体浓度和微生物浓度；增殖的微生物从系统中排出，称为“剩余污泥”。事实上，污染物很大程度上从污水中转移到了这些剩余污泥中。活性污泥法的原理形象说法：微生物“吃掉”了污水中的有机物，这样污水变成了干净的水。它本质上与自然界水体自净过程相似，只是经过人工强化，污水净化的效果更好。（2）生物膜法处理废水的生化机制，生物膜的表面总是吸附着一层薄薄的污水，成为“附着水层”或结合水层，其外是能自由流动的污水，称为“运动水层”。 当“ 附着水层”中的有机物被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化分解时，附着水层中有机物质浓度随之降低，由于“运动水层”中有机物浓度高，便迅速地向 “附着水层”转移，并不断进入生物膜被微生物分解。微生物所消耗的氧，也是沿着空气运动水层附着水层而进入生物膜；微生物分解有机物产生的代谢物及最终生成的有机物以及二氧化碳等，则沿相反向移动。开始形成的膜是好氧性的，但当膜的厚度增加，氧化膜内部扩散受到限制，生物膜就分成了外部的好氧层、内部与载体界面处的厌氧层，以及两者之间的兼性层。因此，生物膜也是一个十分复杂的生态系统，其上存在着的食物链在有效的去除有机物的废水净化过程中，起着十分重要的作用。生物膜在污水处理过程中不断增厚，是附着于载体一面的厌氧区也逐渐扩大增厚，最后生物膜老化、剥落，然后又开始新的生物膜形成过程，这就是生物膜的正常更新。4、请简述废水生物处理技术的基本生物学原理？答：通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质的废水处理法。根据作用微生物的不同，生物处理法又可分为需氧生物处理和厌氧生物处理两种类型。废水生物处理广泛使用的是需氧生物处理法，按传统，需氧生物处理法又分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法本身就是一种处理单元，它有多种运行方式。属于生物膜法的处理设备有