污染生态学_第1章.ppt

污染生态学生态学、生态学(Ecology )的定义、生态学(Ecology )是研究生物与其环境之间相互关系的科学。 “Ecology”是希腊语的“Oikos”(住所、栖息地)和“Logos”(学问、研究)，即生态学是作为研究生物和其栖息地的相互关系的科学而产生的。 上述生态学的定义是德国生物学家赫克尔(Haeckel，1866 )首次提出的。 这是生态学至今为止最全面的定义。 但是，首先使用“Ecology”一词的学者是亨利萨利(HenryThoreau，1858 )。 污染生态学的概念、定义：研究生物系统与污染环境之间的系统相互作用机制和规律，应用生态学原理和方法控制和修复污染环境的科学。 环境生物学的分支。 是应用生态学的最主要组成部分。 是生态学与环境科学交叉融合的结果。 环境污染不仅对人群健康造成很大危害，而且对生物种群、群落乃至生态系统整体结构和功能也有很大影响。 污染生态学是基于生态系统理论，通过生物学、化学、数学分析等方法研究污染条件下生物与环境之间的灼热关系。 污染生态学的主要研究内容是：污染物在生物体内的积累、富集、扩增、同和拮抗等作用，以及污染物在生态系统中的移动、转化、积累及其规律。 污染物对生态系统结构和功能的影响，建立各种生态系统模式，评价和预测污染情况和趋势，制定环境生态计划。 环境污染的生物净化包括环境污染物的吸收、吸附、停滞、杀菌作用、土壤植物系统的净化功能、植物根系和土壤微生物的分解、转化作用、生物对水体污染的净化作用。 污染环境质量的生物监测、生态监测和生物学评价等。 污染生态学的研究方法：以生态系统为整体，研究生物与被污染环境的相互关系。 野外实地调查研究、各种规模模拟相结合的研究方法经常被采用。 具体包括：用l、生物、化学等方法，研究污染物在生态系统中的迁移、转化规律、生态系统各单元间的积累规律： 2、研究污染物在生态系统中迁移过程中的生物吸收、宙菜、分解规律、生物盗窃情况和机械减少、利用生物净化环境的可行措施。 3、研究污染物刘生态系统结构和功能的影响，建立生态模式，明确污染物对生态系统稳定性和生物生产旦的影响，预测愤怒系统今后的发展趋势，采取相应的对策。 4、研究备用类生态系统(森林、草原、农地、水域、工矿、城市)内部各组与各种生态系统之间物流与污染物流通的关系，采取相应的对策。 5、根据各种模式，制定环境规划和整个区域的净化措施。 第一章污染物在生物体内的移动规律，是研究生物体吸收、移动污染物在生物体内的浓缩、污染及生物体的解毒、抵抗性作用的基础。 污染物是生物产生生理、生态、遗传和分子毒性效果的第一步。 本章介绍了污染物的基本概念、性质、分类及生物污染物吸收转移规律，最后阐述了影响植物污染物吸收转移的几个主要因素。 第一节污染物的概念、性质和分类，第一、污染物的概念辞海的定义是进入环境后直接或间接危害人类的物质，如火山灰、二氧化硫、水银等。 中国大百科全书环境科学卷在进入环境后产生环境的正常构成，或间接解释为对人的变化有害的物质。 这两种解释将污染物的作用对象只面向人，污染生态研究的污染物的作用对象是包括人在内的所有生物。 污染物可以把进入环境后环境的正常组成直接或间接定义为对生物生长、发育和繁殖变化有害的物质。污染物质有自然排出的，也有人的活动产生的。 环境科学研究的主要原因是人的生产和生活排出的污染物。 二、污染物的性质(一)物质成为污染物，在特定环境下必须达到一定的数量或者浓度，并且持续一定的时间。 只有超过一定的数量、浓度、持续时间，才会对污染物的再环境产生影响，即容易变性。 农药分解后，三、污染物分类1、来源成分：自然、人为2、环境因素成分：大气、水土、土壤3、形态成分：气体、液体、固体4、性质成分：化学、物理、生物5、物理化学性质的变化成分：一、二次p5、第二节关于生物吸收转移污染物的几个基本概念是一、二、三不发生这种受害症状的浓度称为安全浓度。 二、最高允许浓度(maximuma11owconcentration )生物在生长发育周期中或对污染物最敏感的时期，污染物对生物的生命活动能力和生产率不产生显着影响的浓度称为最高允许浓度。 超过三效浓度、最高容许浓度，生物开始出现损害症状的浓度。 在EC50、EC70、EC80、EC90中，改性浓度为50%、70%、80%、90%的生物出现受害症状，四是致死浓度(lethalconcentration )中，如果污染物浓度持续上升到一定浓度，则生物开始死亡，此时的浓度称为致死浓度。 用LC50、LC70、Lc90、LC100表示了毒致死50%、70%、90%、100%的个体阈值。 甲基水银周致死阈值： 0.2mg/人(0.0033mg/kg )总水银周致死阈值： 0.32mg/人(0.005mg/kg )镉周致死阈值： 0.40.5mg/人(0.00670.083mg/kg )铅周致死第三节植物对污染物的吸收，植物对污染物的吸收(1)植物对大气污染物的附着和吸收的种类： so过程： 1、黏附和吸收2、气孔、皮孔进入。 (二)植物水溶性污染物的吸收1、污染物到达植物根部的2条路径：1)、质子流路(主要路径)2)、扩散(二)、植物水溶性污染物的吸收1、污染物到达植物表面(根和叶)的2条路径： a、质子流路(massflow )在蒸发张力的作用下b .扩散路径浓度梯度的扩散到达表面。 重金属的移动速度(扩散)慢(Zn2 :310-10cm/s，Mn:310-8cm/s )，只有在根附近的重金属通过扩散作用到达根表面。 污染物主要通过体流路到达根表面。 到达茎、叶表面： a，直接喷。 例如农药b随着降水而到达。 2 .水溶性污染物进入细胞的过程1 )，污染物吸附在细胞壁上的污染物难以穿过细胞膜和细胞壁，通过非共聚物进入体内堆积在细胞壁上。 通过非共体中的非代谢扩散细胞，果胶提供了交换点。 例如，Pb2堆积在皮质细胞和表皮细胞的壁上：浓度低时堆积在壁上，与壁的负电荷结合，达到平衡时，多馀的Pb2沿非共聚物移动。 仅在浓度大时部分通过细胞膜。 细胞膜和细胞壁是Pb2的屏障。 2、通过细胞膜，共体移动的金属通过细胞膜进入共体，共体有过移动。 例如，镉(Cd )容易穿过细胞膜和细胞膜，进入细胞内。 大豆等植物中镉的亚细胞分布，约70%的缝隙堆积在细胞质部分，与细胞壁和其他细胞器结合的只有8%10%。 镉的可溶性成分所占比例最大，约为45%69%，铅在细胞壁上堆积的成分中占压倒性比例，达77%79%，可溶性成分仅为0.2%1.3.8%，污染物通过细胞膜的机制：细胞膜是半透过性膜，分子不能通过流动输送：水溶性、难质可溶性的化合物通过空隙和细孔被动地扩散脂质层的控制扩散：脂溶性化合物通过脂质膜输送：能量浓度比(扩散)，被动输送有源输送：(载体输送)有源载体输送：能量来自生化能，有源输送载体是蛋白质，载体和某种物质结合。 在构造变化的作用下，离子和化合物转移到膜中，吸收能量，恢复到原来的状态，去除离子。 这个作用的能量来源于ATP分解中释放的能量。二、污染物在植物体内的移动无机物从表皮到中柱(横向移动)的两条路径：非共体通道：细胞壁和孔隙运动。 水和无机离子的共体通道：细胞内的原生质流和细胞间丝不同的物质路径不同：镉以共体方式运动铅，以非共体方式运动植物横截面：表皮(皮质和内皮)中Pd2高，下降到中柱内，以非共体输送。 扩散运动。 进入中柱的Pd主要集中在导管的薄壁细胞上，但导管的数量很少。 镉Cd，差异：在玉米幼苗根中，皮质少，中柱大。 在中柱上，导管大，木质部的薄壁细胞少。 说明了以积极输送为主，高浓度下镉可以共体输送。 纵向运输：污染物可以从根部输送到地上部分，叶子吸收的污染物也可以从地上部分输送到根部。 路线：导管(木质部)、筛管(麻纤维部)在很多实验中表示金属更主要分布在植物的根部，但也可以通过导管转移到叶子上。 在比较低浓度的铅处理时(处理玉米100mg/L天)，经过研究玉米叶肉细胞内只有少量铅的高浓度铅处理(1000凹陷/L的情况)，在叶维管束内的导管上堆积了大量的铅。 在透射电镜中，铅主要堆积在导管壁上，导管内堆积的铅量很少。 另外，还发现从导管到周围的叶肉细胞，铅的沉积大幅减少(彭鸣等. 1989 )。 因此，铅主要通过本质部分的导管到达叶片。 进入叶导管的铅越过维管束鞘，进入叶肉细胞的叶肉细胞壁的一部分铅进入细胞后，沿叶绿体的外膜堆积，少数进入叶绿体，堆积在类囊体上。 叶肉缝纫机细胞上堆积的一部分铅，通过筛管进入可食部。 实验证明，豆科植物根所吸收的锌通过导管输送到成熟的叶中，沉淀后，一部分进入筛管送到可食部分。 水稻Zn经根导管的上升似乎通过茎节直接转移到筛管，转移到幼年脏器。 筛管进行短距离运输。 叶子吸收的重金属通过管道向下输送。 表1-8、p920、影响因素： 1、物质形态和结合方式在植物体内运输和储藏。 络和活离子状态。 2、吸收部位：根据吸收部位的不同，移动到地上部的速度不同。 例如，小麦根顶端1-4厘米的区域吸收的离子最容易移动到地面上，而更成熟的部位吸收的离子，移动速度一直很僵硬。 3、与植物发育阶段有关，幼小部位吸收的物质在王炳校等(1990 )水稻不同发育阶段施用硝酸铅，结果显示，拔节期施用铅的地上部分铅含量最高。 4、土壤或培养液中离子浓度的高低。 浓度过高，离子向地上部输送的速度相应地变小。 土壤中离子浓度的高低影响离子的形态：环境中重金属元素浓度低时，以络合合成有机配合物的形态迁移，在第二途径有效地迁移，高浓度时，以游离的离子状态存在，主要以非代谢的第一途径迁移。 离子一旦进入内皮中柱周围的细胞内，就会堆积在那里，移动速度进入。 植物吸收金属离子是植物吸收重金属的主要器官，大量重金属分布在根中。 流动性高的元素可以运送到茎、叶、果实上。镉吸收(杨居荣等1994 )作物Cd的吸收量和从根部到地上部的运输比率的确定，与其耐受性机制有关：吸收量相对较低，大部分水果积累在根部。 移动到地上部的作物少，耐性相对较强，反而容易运送到地上部的作物耐性差(表17 )。 影响因素： 1、不同植物Cr积累部位不同：白菜：根地上部萝卜：地上部(叶)直根生菜：根叶茎。 植物对Cr的吸收和移动能力比Hg、Cd弱得多，一般植物中的含量根茎叶籽粒铅的移动性小。 主要分布在根部：分布在水稻根部的铅为9098%。 糙米只有0.050.5%。 2、重金属的物理形态不同，植物的吸收、移动方式不同。 植物吸收大气水银，也吸收土壤水银。 当植物汞来源于气体汞时，其地上部分的汞含量高于根部的土壤，根汞高于地上部分的汞，第四节动物能吸收和移动污染物，包括人体在内的动物机体能吸收和移动污染物。 与植物细胞不同，动物细胞缺乏细胞壁，这个细胞膜起到很大的屏障作用。 一、污染物通过动物细胞膜的方式有动物细胞膜的方式有被动输送和特殊输送两种。 功能输送中包括简单的扩散和过滤作用的特殊输送还可分为载体输送、自主输送、吞噬、细胞饮作用。 这些方式与植物体相似，体现了生物膜结构和功能的高度统一。 简单介绍饮食和细胞饮的作用。 有些固态物与细胞膜上的某些蛋白质有特殊的亲和力，与细胞膜接触后，改变这部分膜的表面张力，能引起细胞膜外包或内陷的吞下细胞外液的微小滴或胶体物质(即液态物质，特别是蛋白质)也以这种方式进入细胞，从而被称为细胞饮作用。 二、动物机体吸收污染物，动物吸收污染物一般通过呼吸器、消化道、皮肤等途径，(一)被呼吸器吸收，空气中的污染物进入呼吸器后，通过气管进入肺部，其中直径不足5nm的粉尘粒子通过肺泡被吞噬细胞吞噬的部分毒物， 例如苯(a )花、石棉、铍等可以长期滞留在肺部，导致肺部过敏或致癌的肺泡总面积约为55m2，是皮肤的40倍。 肺泡上皮细胞膜对脂溶性、非脂湾性分子和离子具有高渗透性。 因此，肺泡中的人的污染物质达到一定量的话，容易进入人的血液中马上中毒。 当然，肺泡壁有丰富的毛细血管网，起到部分解毒的作用。 吸收的物质： NO2、SO2、O3水银蒸汽等，(二)通过消化道吸收消化道是动物吸收感染物的主要途径，消化道整体具有吸收污染物的能力，主要的吸收部位是胃和小肠，一般由小肠吸收，小肠粘膜有微小的绒毛，因此吸收面积增加约600倍肠道的吸收根据污染物的化学想法有很大差异。 例如，甲基水银和乙基水银在肠道的吸收量远远高于离子水银。 因为有机水银是脂溶性的，所以和脂质物质一起被消化管吸收，其吸收率达到95%以上，无机水银中的离子状态和金属末的吸收在20%以下，人体力为1.4%15.6%，平均为7%。 HGM2不易被肠割吸收，主要容易与氨基酸(特别是含硫氨基酸)形成络合物，难以被吸收。 进入肠道的表皮细胞HGM2也容易和细胞脱落的勺子粪一起排出体外。 镉的呼吸道吸收率为10%14%，消化道为5%10%。 肠的吸收会因某种物质的存在而增强或减弱。 如果投用甲基水银，如果存在充分的半胱氨酸，就能促进肠道粘膜的氯酸，特别是半胱氨酸的积极输送。 利用半胱氨酸和甲基汞的结合，可以增加肠道对甲基汞的吸收。乙醇之所以有抑制肺泡吸收水银的作用，是因为组织内的金属水银变成无机离子状水银是通过氧化酶的作用，乙醇阻止氧化酶的氧化。 (三)、皮肤和其他方法对皮肤的吸收少。 一般通过扩散表皮和真皮，1、在不同