环境毒理学PPT演示课件

3.2外源化学物的毒性效应,第3章化学污染物的毒性作用,依据生物机体的功能层次，可将外源化学物对机体的直接毒性效应大致区分为致死效应、生长效应、生殖效应、形态结构效应、行为效应和致突变效应。,3.2.1.1直接毒性效应,3.2.1个体水平的毒性效应,致死效应：是指受到影响的生物机体在短时间内死亡，是外源化学物对生物体最强烈的损伤效应。该效应通常被用来评价外源化学物的毒性。,生长效应：是指外源化学物对生物生长的影响，如抑制机体的重量和体积的增加，使生物量下降，高度变小。,形态结构效应：是指机体器官或组织的外形和解剖构造，在外源化学物作用下发生的损伤性变化。形态结构效应常常与外源化学物促使细胞异常死亡和异常增生有关。,行为效应：是指在外源化学物作用下动物所表现出的行为异常现象。许多研究表明，神经系统是机体中对外源化学物的损伤作用最为敏感的系统。,3.2.1.2生殖毒性效应,生殖毒理学（reproductivetoxicology）研究外源化学物对生殖系统，主要是受精能力或生殖过程的毒作用，包括配子发生、成熟、释放及生殖内分泌、性周期和性行为、排卵和受精等。,生殖毒性的表现主要包括对性成熟、配子生成和转移、性周期、性行为、受精的有害作用，广义的生殖毒性还包括妊娠、分娩、哺乳等的有害作用。,1）对雄性生殖的毒性,对睾丸生精细胞的影响：棉酚、马拉硫磷对内分泌功能的影响：重金属铅对性功能和生殖功能的影响：重金属,2）对雌性生殖系统的损害,对卵细胞的影响：CS2对内分泌功能的影响：苯及其同系物其它毒作用：如畸形、死胎、功能发育不全,发育毒理学（developmentaltoxicology）主要研究从受精卵到性成熟这一发育期间对发育体的毒作用。发育毒性的表现主要包括形态异常、生长发育改变、发育生物体死亡、行为功能缺陷或异常。,3.2.1.3发育毒性效应,致畸作用（teratogenesis）属于发育毒理学的研究内容，是指化学物作用于胚胎，影响器官分化和发育，出现永久性的结构或功能异常，导致胎儿畸形的作用。,胚胎毒性（embryotoxicity）：是指外源化学物对母体子宫内的胚胎或胎儿产生的毒作用，具体表现为胚胎死亡、生长迟缓、功能发育不全以及畸形等。,海豹儿,母体毒性（maternaltoxicity）：是指外源化学物在一定剂量下对受孕母体产生的损害作用，具体表现包括体重减轻、出现某些临床症状，直至死亡。,海豹儿,母体毒性作用与胚胎毒性作用的关系,具有胚胎毒性作用，但无母体毒性出现。出现胚胎毒性作用的同时也表现母体毒性作用。不具有特定致畸机理，但可破坏母体正常生理稳态，对胚胎产生非特异性的损害作用，并产生胚胎毒性效应。仅具有母体毒性，但不具有致畸作用。在一定剂量下，受试物既不表现母体毒性，也未见致畸作用等胚胎毒性。,突变（mutation）：是指生物体的遗传物质发生了突然的、根本的、可遗传的变化，这种变化起源于基因和染色体，是可遗传的变异。突变依其发生的方式可分为自发突变（spontaneousmutation）诱发突变（inducedmutation）,3.2.1.4致突变作用,诱发突变是由已知的某种化学、物理和生物等因素所引起的突变，发生过程短且频率高，在一定条件下，对人类健康造成不可逆的损害。致突变物：或称诱变剂（mutagen），是指能引起生物体遗传物质发生改变的化学物质或环境因子，由于这些物质对生物体的作用点是遗传物质，亦称为遗传毒物（genotoxicagent）。,突变的不良后果：,突变的后果取决于化学毒物所作用的靶细胞。如是体细胞，其影响仅能在直接接触该物质的个体身上表现出来，而不可能遗传到下一代；如是生殖细胞，其影响才可能遗传到下一代。体细胞突变：肿瘤、衰老、动脉粥状硬化生殖细胞突变：致死效应、遗传性疾病,致癌作用（carcinogenesis）：是指在致癌物作用下发生和形成癌的过程。化学致癌物（chemicalcarcinogen）：指能诱发动物和人类肿瘤、增加其发病率或死亡率的化学物。,3.2.1.5致癌作用,化学致癌物的分类,按作用机制可将化学致癌物分为：遗传毒性致癌物非遗传毒性致癌物暂未确定遗传毒性的致癌物,遗传毒性致癌物（genotoxiccarcinogens）：指进入细胞后与DNA共价结合，引起机体遗传物质改变，导致癌变的化学物质，主要包括直接致癌物、前致癌物和无机致癌物，可利用遗传毒理学实验来检测这类致癌物。,直接致癌物（directcarcinogens）：化学物本身直接具有致癌作用，在机体内不需要经代谢活化即具有亲电子活性，能与包括DNA在内的亲核分子共价结合形成加合物。（多为合成的有机物）间接致癌物（indirectcarcinogens）：化学物本身没有致癌活性，须在体内进行代谢转化，其形成的代谢产物具有致癌活性。间接致癌物的原型为前致癌物（percarcinogen），代谢后形成的亲电子物质称为终致癌物（ultimatecarcinogen）。,无机致癌物：铀、钋、镭、氡可能由于其放射性而致癌。镍、钛、铬、铅、锰、铍及其某些盐类均可在一定条件下致癌，其中镍和钛的致癌性最强。,非遗传毒性致癌物：是指经过目前的致突变试验证明不能与DNA发生反应的化学致癌物。如塑料、石棉。暂未确定遗传毒性的致癌物：是指那些未能证明其对DNA有损伤，但又对其作用所知有限，不足以归入非遗传毒性致癌物的致癌物。如四氯化碳、氯仿。,3.2.2种群水平的毒性效应,种群是群落结构与功能的最基本单位，是指在一定空间中同种个体的组合。种群生态学研究种群的数量、分布以及种群与栖息环境中的非生物因素和其他生物种群（如捕食者与猎物、寄生物和宿主等）的相互关系。种群统计学特征：种群密度、出生率、死亡率、迁入和迁出率、性比、年龄分布、种群增长率等。,污染的种群动态效应,环境化学物在种群水平上表现出的毒性效应，主要有种群数量和密度的改变、结构和性别比例的变化、遗传结构的改变和竞争关系的改变等等。,外源化学物作用于发育中的胚胎可以导致胚胎死亡或畸形，前者对种群出生率产生直接影响，而后者则对出生后个体的生长、生育和死亡产生不利影响，从而影响种群的增长率。,1.污染对种群增长率的影响,种群增长率：是指单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数。如某种群现有数量为a，一年后，该种群数为b，那么该种群在当年的增长率为（b-a）/a。,2.污染对种群生活史的影响,一些物理性或化学性污染因素能够延缓和阻滞生物体的生活史进程，或者相反，加速生物体的生活史进程，如改变生物的生长模式、改变性成熟期生物个体的大小等，从而影响种群动态。,生活史：一个生物从出生到死亡所经历的全部过程。,3.污染对种群性比的影响,如环境激素可导致野生动物性逆转，雌性雄性化和雄性雌性化，从而改变种群的性别比。又如一些杀虫剂具有某种激素的作用，能够干扰生物体的内分泌系统，打乱其正常发育过程，影响其生活史，这些物质进入环境之后，也会干扰其他生物的生长发育。,环境激素物质又称环境内分泌干扰物environmentalestrogens、environmentalendocrinedisrupters、endocrinedisruptingchemicals：是指可通过干扰生物或人体为保持自身平衡和调节发育过程而在体内产生的天然激素的合成、分泌、运输、代谢、结合等过程，从而对生物或人体的生殖、神经和免疫系统等的功能产生影响的外源性化学物质。,环境激素物质的主要来源：1.农药类物质：硫丹、乙基对硫磷、大部分有机氯农药2.添加剂类物质：食品添加剂、塑料制品添加剂3.二恶英类化合物4.重金属:铅、镉、汞5.人工合成的雌激素:口服避孕药6.植物性雌激素：主要存在于豆科植物中7.烷基酚类物质：辛基苯酚8.其他:多氯联苯、多环芳烃类物质,4.污染对种群调节功能的影响,对种群密度调节的影响：一方面，在污染物作用下，使个体的死亡率上升，如果达到了大于种群增长率的水平且不能在一定时间内恢复，种群就会走向灭绝。另一方面，污染物会使个体的生长率下降，个体生长总量的持续下降会使种群长期处于负增长状态，种群也将趋于灭亡。,2)对食物调节的影响:食物短缺时，因饥饿、疾病、被捕食而死亡的个体增加，生存个体的生长发育延缓，发育力下降，这些影响都可能导致种群增长率下降，而环境污染将会加强这种种群负增长效应。,1）污染对捕食关系的影响捕食是一个受到多种因素影响的复杂过程，对于捕食者而言，包括猎物搜寻、猎物辨认及选择、追捕及捕获、处理被捕猎物等。化学污染物可以影响其中的一个或多个环节，从而减少捕食者在单位时间内的摄食量并改变对猎物的捕食压力。,5.污染对种间关系的影响,2）污染对种间竞争关系的影响种间竞争是指两个物种间通过共同利用某一有限资源而发生的一种相互关系。有研究证明，污染可以改变或逆转种间竞争关系。,3）污染对种间寄生关系的影响通过影响寄生物而影响寄生关系通过影响寄主而影响寄生关系通过影响与寄生物有拮抗作用或协同作用的其他有机体与寄生物的平衡而影响寄生关系,6.污染对种群进化的影响,在自然情况下，非生物因素和生物因素均可构成对种群的选择压力，从而促进种群的进化。当污染物持续进入环境时，在形式上就成为一种新的选择压力，且遵循进化的基本规律，对受胁迫种群的遗传结构产生影响，并导致种群进化。生物对污染物的抗性是研究环境污染胁迫下种群进化的核心概念和内容。,抗性（resistance）：是指有机体暴露在逆境时成功进行各项固有生命活动的能力。这里所说的逆境，即包括高寒、干旱及病虫害等自然因素，也包括污染引起的化学物胁迫。生物有机体对逆境的抗性通常分为两个基本类型。回避型（avoidance）或简称避性：是指有机体阻止环境中过量化学物进入体内的能力。耐受性（tolerance）或简称耐性：指有机体处理过量蓄积在体内的污染物的能力。,在环境化学物胁迫作用下，具有更强化学耐受力的个体和种群得到选择和发展。这些具有耐受性的物种在发展其毒性适应能力的同时也会付出代价。1）基因损失导致种群的适应能力下降对当前环境中的毒物有抗性，但当新的胁迫因素出现时，抗性种群很有可能转变为敏感种群。,2）资源配置变化导致种群的适应能力下降在正常环境条件下的生长发育过程，生物体各部分的资源配置通常具有一定的模式，而环境污染的胁迫作用则可能通过改变生物体的这种资源配置模式，对种群的适应能力造成不利影响。抗性进化引起的种群遗传多样性下降和机体内资源配置改变，都是通过间接方式影响种群的。3）抗性特征对其他正常生理过程的影响某些抗性特征的出现，能直接对其生理过程产生不利影响。,3.2.3群落和生态系统水平的毒性效应,进入环境的污染物对群落与生态系统的不利影响是多方面的，但主要表现在结构和功能两个方面。,3.2.3.1结构效应1.水生生态系统的结构效应环境污染物可使敏感种消失，导致物种数量下降，污染严重时将导致物种绝迹，使物种多样性锐减。如赤潮或水华，实际上是水体接纳了过量的氮、磷等营养物后，浮游生物群落组成与结构改变的一种现象。,2.陆生生态系统的结构效应污染对陆生生态系统结构的影响与其强度有直接关系，严重的污染可直接引起生物体的严重病态和死亡。生态系统典型的结构变化是，以乔木为优势的生态系统转变为以灌木为优势，再转变为以草被植物为优势，最后成为没有高等植物的系统，甚至成为裸地。,3.2.3.2功能效应1.对初级生产量的影响生态系统的生产者，通过光合作用或其他途径所固定的太阳能量或所制造的有机物的量，叫做初级生产量。当进入环境的污染物达到足够的数量或浓度时，初级生产者会受到严重伤害，并反映出可见症状，如伤斑、枯萎甚至死亡，导致初级生产量的下降。,2.对食物链的影响当生态系统受到一定程度的污染时，敏感物种种群将会减小甚至消失。如果食物链中某个环节的物种抗性