第二章-污染物在环境中的行为

1、2021/3/231 第二章 污染生态过程 2021/3/232 本章将讨论以下内容本章将讨论以下内容: : 1.1.污染物在环境中的迁移与转化污染物在环境中的迁移与转化 2.2.污染物在生物体内的生物转运和生物转化污染物在生物体内的生物转运和生物转化 3.3.污染物在生物体内的富集污染物在生物体内的富集 2021/3/233 环境污染概述 2021/3/234 第一节 环境污染 环境污染环境污染（Environmental PollutionEnvironmental Pollution） 是指有害物质或因子进入环境是指有害物质或因子进入环境, ,并在环境中扩散、迁移、转化并在环境中扩散、迁

2、移、转化, ,使生态使生态 系统结构与功能发生变化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对人类以及其他生物的生存和发展产生不利 影响的现象。影响的现象。 生物污染生物污染 化学污染化学污染 物理污染物理污染 按污染物性质按污染物性质 废气污染废气污染 废水污染废水污染 固体废弃物污染固体废弃物污染 噪声污染噪声污染 辐射污染辐射污染 按污染物形态按污染物形态 环境污染物分类环境污染物分类 2021/3/235 环境效应环境效应环境污染所导致的环境变化环境污染所导致的环境变化 环境生物效应环境生物效应: :指各种环境因素变化而导致生态指各种环境因素变化而导致生态 系统

3、变异的结果。系统变异的结果。如恐龙的灭绝、水利工程、森林如恐龙的灭绝、水利工程、森林 砍伐砍伐; ;急性与慢性效应急性与慢性效应 环境化学效应环境化学效应: :在多种环境条件的影响下在多种环境条件的影响下, ,物质物质 之间的化学反应所引起的环境效果。之间的化学反应所引起的环境效果。如如: :酸雨、酸雨、 光化学烟雾、土壤酸化等。光化学烟雾、土壤酸化等。 环境物理效应环境物理效应: :物理作用引起的环境效果。物理作用引起的环境效果。如热如热 岛效应、温室效应、颗粒物的污染、噪声污染等。岛效应、温室效应、颗粒物的污染、噪声污染等。 2021/3/236 污染源（Pollution Source）

4、 造成环境污染的污染物发生源称为污染源。造成环境污染的污染物发生源称为污染源。 它通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害它通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害 物质的场所、设备和装置。物质的场所、设备和装置。 2021/3/237 污染物的自然来源（污染物的自然来源（Natural Source ） : 自然界向环境排放，如：活动的火山或矿自然界向环境排放，如：活动的火山或矿 床。床。 交通 工 业 农 业 污染物的人为来源（污染物的人为来源（Artificial rousce ） : 来自人类活动，影响范围广、危害大，如工来自人类活动，影响范围广、危害大，如工 业三废业三废 污染源示意

5、图 2021/3/238 污染物（污染物（Pollutant） 污染物污染物 指进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化指进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化, , 直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。 生产性污染物和生活污染物生产性污染物和生活污染物 2021/3/239 当某种物质成为污染物时当某种物质成为污染物时,必须在特定的环境中达到一必须在特定的环境中达到一 定数量或浓度定数量或浓度,并且持续一定的时间。并且持续一定的时间。 一次污染物和二次污染物一次污染物和二次污染物: 一次污染物又称原生污染物。由污染源直接或间接

6、排入环境的 污染物。如排入洁净大气和水体内的化学毒物、病毒等。是环境 污染的主要来源。 二次污染物是指排入环境中的一次污染物在物理、化学因素或生物 的作用下发生变化,或与环境中的其他物质发生反应所形成的物 理、化学性状与一次污染物不同的新污染物。又称继发性污染 物。如一次污染物SO2在空气中氧化成硫酸盐气溶胶,汽车排气 中的氮氧化物、碳氢化合物在日光照射下发生光化学反应生成 的臭氧、过氧乙酰硝酸酯、甲醛和酮类等二次污染物。 2021/3/2310 第二节第二节 污染物在环境中的迁移与转化污染物在环境中的迁移与转化 2021/3/2311 一、 污染物在环境中的迁移 迁移迁移: : 是指污染物在

7、环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散 和消失的过程。 污染物进入环境的途径包括污染物进入环境的途径包括: : （1）人类活动过程中无意排放 如火灾 （2）工业三废 （3）人类活动过程中故意应用（pesticide） 注注: : 进入环境的污染物可以在各个环境要素（水、气、土）中发生迁移 并输送到很远的距离。污染物的长距离传送,往往由局部性污染引发 区域性污染甚至全球性污染,这也是环境污染成为当代主要环境问题 的原因之一。如PCBs（多氯联苯）,CFCs（氯氟烃类）运输到南极 2021/3/2312 污染物在环境中的三种迁移方式污染物在环境中的三种迁移方式 机械迁移机械迁移 （1）水的

8、机械迁移作用 （2）气的机械迁移作用 （3）重力的机械迁移作用 物理化学迁移物理化学迁移 污染物在环境中迁移的最重要的形式。 （1）溶解沉淀作用、络合螯合作用、吸附解吸作 用、氧化还原作用、水解作用 （2）化学分解、光化学分解、生物化学分解 生物迁移生物迁移 通过生物的吸收、代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移,是一 种非常复杂的迁移形式。 例:生物通过食物链对重金属的放大积累作用 2021/3/2313 影响迁移的因素影响迁移的因素 内部因素内部因素 污染物自身的物理化学性质:组成该物质的元素所具有的组成化 合物的能力、形成不同的电价离子能力、水解能力、形成络 合物的能力、被胶体吸附的能力 原

9、子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物的键性、溶 解度等都是影响迁移的主要理化参数。 外部因素外部因素 酸碱条件 氧化还原条件 胶体和络合配位体的种类、数量 自然地理条件 2021/3/2314 二、 污染物的形态和分布（Form and Distribution of Pollutant） 污染物的形态污染物的形态 定义:指环境中污染物的外部形状、化学组成和内部结构的表现形式。 污染物的存在形态包括（环境污染化学研究范畴） 价态价态, ,如Cr（VI）、 Cr（III） 化合态化合态, ,如有机汞和无机汞 结构态结构态, ,如同分异构体 型六六六,PAHs结构（多环芳烃） 络合态络合态

10、, ,络合态铜和游离态铜 2021/3/2315 污染物的分布污染物的分布 污染物的分布污染物的分布 主要是指污染物在环境多组分间分布,不仅指在环境空间的浓 度分布,而且还指污染物不同形态、不同相态之间的分配。 例:汞形态的分布图1-2和图1-3表明了污染物在水生生态系统和陆生 生态系统各组分间的分布。 2021/3/2316 2021/3/2317 2021/3/2318 2021/3/2319 三、三、 污染物在环境中的转化污染物在环境中的转化 转化的定义转化的定义 指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转变成另 一种物质的过程。 转化的形式转化的形式 物理转化物理转化: :

11、蒸发、渗透、吸附 化学转化化学转化: :氧化还原、水解、光化学最为普遍、常见 生物转化生物转化: :生物的吸收和代谢作用 2021/3/2320 转化的结果转化的结果: : 两种可能两种可能: : u污染物转化为无毒物质或易降解结构 u污染物的毒性增强或转化为难降解结构 有机磷农药中的对硫磷和马拉硫磷,可因水解作用使其酰胺键和脂键 断裂而失去毒性;芳香环发生二聚化反应,生成更为复杂的多环芳烃 物质,使毒性增强。 2021/3/2321 大气中的转化大气中的转化: :以光化学氧化、催化氧化反应为主以光化学氧化、催化氧化反应为主 例一例一: :光化学烟雾（光化学烟雾（Photochemical S

12、mogPhotochemical Smog） 光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下 反应生成的多种污染物(一次污染物和二次污染物)的混合物。 光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧(O3)和过氧乙酰硝酸酯 (peroxyacetylnitrates , PAN)。 例二例二: :酸雨（酸雨（Acid RainAcid Rain） 大气中的转化大气中的转化 2021/3/2322 NO2（微量） NO2 + UV NO2 NO2 NO + O O + O2 O3 O3 + NO NO2 + O2 O3 O3 + HC 醛类及其它氧化物 醛类 复杂的有机化合物 刺激眼睛 NO 汽车排气

13、 HC NO2 太阳 紫外光 紫外光 HC + O2 + NO2 + UV O3 + 甲醛 + PAN + 氧化产物 O3 PAN 甲醛、 丙稀醛等 伤害植物 伤害植物 刺激眼睛 刺激眼睛 氧化产物 聚合与核长大 气溶胶 光雾 * * 图图1-31-3光化学烟雾形成过程光化学烟雾形成过程 2021/3/2323 水体中的转化主要通过下列途径水体中的转化主要通过下列途径 氧化还原作用氧化还原作用 天然水体本身是一个氧化还原体系,含有多种无机、有机氧 化剂和还原剂,如DO、Fe3+、Mn4+、S2、有机化合物等,对污 染物的转化起重要作用。 Cr3+ Cr6+ ;As3+ As5+ 水体中的氧化还

14、原类型、速率和平衡,在很大程度上决定了水 中重要污染物的性质。如:厌氧性湖泊 水体中的许多氧化还原反应均为微生物催化反应。 水体中的转化水体中的转化 2021/3/2324 氧垂曲线（氧垂曲线（Oxygen Sag Curve） 氧垂曲线的定义氧垂曲线的定义 在河流受到有机物污染时,由于有机物的氧化分解作用,水体的DO发 生变化。从污染源到河流下游一定距离内,可绘制一条DO逐渐变化 的曲线,称之为氧垂曲线。 根据有机物在水体中分解变化根据有机物在水体中分解变化 和和DODO的变化的变化, ,可把受污河流分成可把受污河流分成 几段几段: : 清洁区清洁区: :未受污染 分解区分解区: : 耗氧分

15、解 腐败区腐败区: :厌氧分解 恢复区恢复区: :分解完成,DO上升 L（km） 饱和DO线 DO （ mg/L） 0 DO min 图58 氧垂曲线示意图 2021/3/2325 氧垂曲线氧垂曲线 排入河水中的有机物经微生物降解,一方面消耗水中的DO;另一方面, 空气中的氧通过河流水面不断地溶入水中,会使DO逐步增加直至得 到恢复,故耗氧与复氧是同时进行的。 污染河水中DO、BOD的浓度变化如下图 2021/3/2326 配合作用配合作用 无机配位体:OH、Cl、CO32-、HCO3等 有机配位体:氨基酸、腐殖酸、清洁剂、洗涤剂、农药等 水体中腐殖酸与汞的配合作用,减轻了汞对浮游生物的毒性,

16、但是增加了汞 在鲤鱼和鲫鱼体内的富集。 生物降解作用（第五节） 如汞的转化 2021/3/2327 土壤由固、液、气三相构成,所以土壤状况比水、气中复杂。污染 物在土壤中的转化及其行为取决于污染物和土壤的理化性质。 土壤是环境中微生物最活跃的场所,故生物降解起重要作用。 土壤中的固、液、气三相的分布是控制污染物运动和微生物活动 的重要因素。 土壤的pH、温度、湿度、通气状况和微生物种群等是污染物转化 的条件。 土壤中的转化土壤中的转化 2021/3/2328 四、四、 污染物的生物地球化学循环污染物的生物地球化学循环 生物地球化学循环的概念生物地球化学循环的概念 指生物的合成作用合成作用和矿化

17、作用矿化作用所引起的污染物周而复始的循环运动过程。 注: 合成作用合成作用指生物（主要是绿色植物）将吸收的环境化学物质转变为生物 体本身的有机物质的过程。 矿化作用矿化作用指生物通过代谢作用（包括微生物的分解作用）将生物体的有 机物质转化为无机物质或简单的有机物。 2021/3/2329 循环过程循环过程: :生物小循环生物小循环 循环机理循环机理: : 污染物的生物地球化学循环污染物的生物地球化学循环 在这个循环过程中同时伴随有污染物的在这个循环过程中同时伴随有污染物的迁移、转化、分散、富集迁移、转化、分散、富集 的过程的过程, ,从而使得从而使得污染物的形态、化学组成和性质污染物的形态、化

18、学组成和性质也发生变化也发生变化 如多种酚类污染物被微生物分解成为水和二氧化碳如多种酚类污染物被微生物分解成为水和二氧化碳, ,供植物体生长供植物体生长 需要。同时植物生长过程中又可以合成酚。需要。同时植物生长过程中又可以合成酚。 多种氟的污染物可以被植物的根系和叶片吸收、积累。多种氟的污染物可以被植物的根系和叶片吸收、积累。 动物可动物可 以通过呼吸、饮水、摄食吸收环境中的氟以通过呼吸、饮水、摄食吸收环境中的氟, ,动物体内的氟一部分通动物体内的氟一部分通 过代谢作用排出体外过代谢作用排出体外, ,大部分随残体被微生物分解回到环境中。大部分随残体被微生物分解回到环境中。 2021/3/233

19、0 第三节 污染物在生物体内的转运和转化 2021/3/2331 一、生物转运 生物转运（生物转运（Bio-transportBio-transport）的概念）的概念 生物转运生物转运:生物通过生物膜对污染物进行吸收、分布和排泄从而 使污染物在生物体内发生位移过程。这些过程都需要通过细 胞的膜结构。 细胞膜（生物膜）有多种:细胞质膜、内质网膜、线粒体膜、核 膜等; 它们基本的化学组成、分子结构、功能有共同的特征。 一般细胞膜由蛋白质分子和脂质分子（主要是磷脂类）组成 环境污染物的毒性往往与生物膜结构直接有关;有些环境中的专 一受体就是生物膜上的某些特殊蛋白质:如有机磷农药的专一 受体就是乙酰

20、胆碱酯酶。 2021/3/2332 细胞质膜结构图 亲水基亲水基 疏水基疏水基 生物膜的骨架是磷脂类双分子层生物膜的骨架是磷脂类双分子层, ,蛋白质分子以不同的方式镶蛋白质分子以不同的方式镶 嵌其中。细胞膜的表面还有糖类分子嵌其中。细胞膜的表面还有糖类分子, ,形成糖脂、糖蛋白形成糖脂、糖蛋白; ;共同共同 特征特征, ,即镶嵌性、蛋白质极性、流动性、相变性和更新态。即镶嵌性、蛋白质极性、流动性、相变性和更新态。 2021/3/2333 污染物透过细胞膜的方式污染物透过细胞膜的方式 （与污染物性质、结构及膜结构有关）（与污染物性质、结构及膜结构有关） 方式 特点 浓度梯度 有无 载体 是否 耗

21、能 其它特点 被动转运 简单扩散 高浓度低 浓度（顺） 无否 脂溶性有机化合物的 主要转运方式 滤过过程 通过膜上的亲水性孔 道;分子直径小的水 溶性化合物的主要方 式 特殊转运 主动转运 低浓度高 浓度（逆） 有耗能 水溶性大分子化合物 的主要方式;污染物 的体内排出,如肾、 肝等 易化扩散 高浓度低 浓度（顺） 有否 也是污染物的体内排 出的一种方式 胞饮作用 胞饮作用内吞物质为液体 吞噬作用内吞物质为固体物质 2021/3/2334 2021/3/2335 污染物的吸收污染物的吸收（Absorption of Pollutant）:指污染物在多种 因素影响下,自接触部位透过体内细胞膜进入

22、血液循环或体液的过程。 动物吸收的主要途径有: 呼吸系统、消化管和皮肤 （1）呼吸系统吸收特点: 吸收对象主要针对气体、蒸汽、气溶胶等形式的污染物。 吸收方式多以被动扩散的方式,通过呼吸膜吸收入血。 主要部位例如:肺,肺泡数量多,表面积大,遍布毛细血管,便 于污染物经肺迅速吸收进入血管。 2021/3/2336 （2）消化管吸收特点）消化管吸收特点: 吸收对象主要为饮水和由大气、水、土壤进入食物链中的污染物。 吸收方式多以简单扩散方式通过细胞膜而被吸收。脂溶性物质较易 吸收。 主要部位如胃和小肠。 （3）皮肤吸收）皮肤吸收到血液到血液: 如有机磷农药可透过完整皮肤引起中毒。CCl4通过皮肤吸收

23、引起肝 损害。 穿透相（脂溶性污染物）与吸收相（真皮进入乳头层毛细血管, 水溶性以吸收）,一般污染物油水分配系数接近1 的化合物易吸 收 2021/3/2337 植物吸收的主要途径植物吸收的主要途径: : （1）根部吸收以及随后随蒸腾流而输送到植物各部分（有主动吸收 和被动吸收两种方式）; （2）通过植物叶片上的气孔从周围空气中吸收污染物,是植物对大 气污染物吸收的主要方式;SO2, NOx,O3 （3）有机化合物的蒸汽经过植物地上部分表皮渗透而摄入体内 生育期生育期吸收镉总量吸收镉总量 （ g盆盆 1） ） 相对相对%（成熟期（成熟期 为为100%） 分蘖期分蘖期2360.1 抽穗、开抽穗、

24、开 花期花期 57091.1 灌浆期灌浆期201794.2 成熟期成熟期2715100 投镉量投镉量 （mgkg-1） 土壤pH 4.55.27.4 叶片干重含镉量（叶片干重含镉量（mgkg-1） 0.01.61.80.8 0.58.45.23.0 1.014103.7 1.5183.94.6 2.0167.25.3 2021/3/2338 指环境污染物随血液或其它体液的流动,分散到全身各组织细胞的过 程。 一部分可以和血浆蛋白质(主要是白蛋白)结合,而不易透过生物膜; 另一部分呈游离状态 脂肪组织或骨组织中蓄积和沉积:90铅有（骨骼）; DDT和六六六等（脂肪组织） 当出现饥饿 时,又会出现

25、二次污染 机体屏障:体内还存在一些能阻止或简化外来污染物有血液向组 织器官分布的屏障,如血脑屏障和胎盘屏障等 污染物的体内分布污染物的体内分布 2021/3/2339 指进入机体的环境污染物及其代谢产物被机体清除的过程。 排泄的主要途径: 通过肾脏进入尿液（肾小球的滤过和肾小管的主动转运） 通过肝脏的胆汁进入粪便（主动转运） 有的环境污染物还可随同呼出的气体、汁液等排出体外 有些还可通过乳汁排泄,对婴儿可能造成不良影响。 植物的排泄方式比较简单:分泌与叶类植物脱叶 污染物的排泄污染物的排泄 2021/3/2340 二、二、 污染物在体内的生物转化污染物在体内的生物转化 生物转化:指污染物在生物

26、体内各种酶的催化作用下发生化学结构和性质 的变化而转化为新的衍生物的过程。 研究环境污染物生物转化是生态毒理学(Eco-toxicology)研究的 重要组成部分。 它有助于阐明污染物对生物机体作用机理,对解释环境污染物的联 合作用,判断或评价环境中外源性物质对机体的危害程度,环境质量 标准的建立等,均具有十分重要的意义。 2021/3/2341 生物转化过程 生物体内的生物转化一般分为生物体内的生物转化一般分为I I, ,IIII两个连续过程两个连续过程 相相I I过程（反应）过程（反应） 外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其 化学结构,形成某些活性基团（OH、SH

27、、COOH、NH2）或进一 步使这些活性基团暴露。 相相IIII过程（反应）过程（反应） 相I过程产生的一级代谢物在另外的酶系统催化下通过上述活性基团与细 胞内的某些化合物结合,生成结合产物（二级代谢物）或带有某些基 团的外源性化合物与细胞内物质结合反应。 形成的二级代谢物的极性（亲水性）一般增强,利于排出 一级代谢物可以直接排出或对机体产生毒害。 一些外源化合物本身有相应的活性基团,不经过相I过程直接与细胞内物 质结合而完成生物转化 2021/3/2342 排出体外 外源性化合物 一级代谢物 结合产物 （二级代谢物） 毒害作用 过程I （相I反应） 图图1-5 生物转化过程示意图生物转化过程

28、示意图 过程II （相II反应） 2021/3/2343 相相I I反应的主要类型反应的主要类型: : 1) 1) 氧化反应氧化反应: : 微粒体混合功能氧化酶参与的反应 NADPH2:还原型辅酶II; NADP:氧化型辅酶II 非微粒体反应:有些外源性化合物也可被位于线粒体部分的非微粒体氧化 还原酶所催化 2) 还原反应:微粒体还原 非微粒体还原 3) 水解反应 微粒体微粒体(microsomes)是细胞内膜系统的膜结构破裂后自己重新封闭起来的小囊泡是细胞内膜系统的膜结构破裂后自己重新封闭起来的小囊泡(主主 要是内质网和高尔基体要是内质网和高尔基体), 这些小囊泡的直径大约这些小囊泡的直径大

29、约100 nm左右。左右。 2021/3/2344 微粒体混合功能氧化酶参与的主要反应微粒体混合功能氧化酶参与的主要反应 b b芳香族羟化芳香族羟化 混合功能氧化酶 mixed-functional oxidase 又称多功能氧化酶,它存在于人体和动物的肝脏、肺脏细胞的微粒体中。混合 功能氧化酶系包括细胞色素P-450、NADPH细胞色素 P-450还原酶、细胞色素 b-5、NADH细胞色素 b-5还原酶、芳烃羟化酶、环氧化物水化酶以及磷脂等。 其中以细胞色素P-450最为重要,它与分子氧形成“活性氧”复合体,能氧化进入肝、 肺的外源性化学物质。 a a脂肪脂肪族羟化族羟化 2021/3/23

30、45 c cN N羟化羟化 芳香胺、伯胺、仲胺类化合物、氨基甲酸乙酯、乙酰氨基笏以及药物硝 胺等都经此种方式氧化。 2021/3/2346 非微粒体反应非微粒体反应: : 有些外源性化合物也可被位于线粒体部分的非微粒体氧化还原酶所催化有些外源性化合物也可被位于线粒体部分的非微粒体氧化还原酶所催化 a a单胺和二胺氧化单胺和二胺氧化 单胺类化合物由单胺氧化酶（MAO）催化,氧化生 成相应的醛。 二胺由二胺氧化酶二胺由二胺氧化酶(DAO)(DAO)催化催化, ,反应产物为氨基醛。反应产物为氨基醛。 b.b.醇、醛氧化醇、醛氧化 醇脱氢酶、醛脱氢酶和过氧化氢酶能使各种醇类和醛类 化合物氧化 2021

31、/3/2347 微粒体还原微粒体还原 外源性化合物毒物可通过微粒体酶作用而被还原。这些反应在肠道的细 菌体内比较活跃,而在哺乳动物组织内较弱。 2) 还原反应还原反应: a. 硝基还原 如硝基苯亚硝基苯苯羟胺苯胺 b.b.偶氮还原偶氮还原 如偶氮苯苯胺 2021/3/2348 CHClCHCl3 3、CClCCl3 3、甲基萤烷、碳氟化物、六氟代苯等可在微粒体、甲基萤烷、碳氟化物、六氟代苯等可在微粒体 酶的催化下发生还原性脱卤反应。如酶的催化下发生还原性脱卤反应。如CHClCHCl3 3脱卤加氢脱卤加氢, ,生成生成 CHCH3 3C1C1。 非微粒体还原非微粒体还原: : 包括醇、醛、酮、有

32、机二硫化物、硫包括醇、醛、酮、有机二硫化物、硫 氧化物和氮氧化物等氧化物和氮氧化物等 的还原反应的还原反应, ,如醛的还原。如醛的还原。 c.c.还原性脱卤还原性脱卤 2021/3/2349 许多污染物（主要为酯、酰胺和硫酸酯化合物）都有可以被水解的酯键。 哺乳动物组织中有大量与水解有关的非特异性酯酶和酰胺酶。 酯酶种类繁多,分布广泛,能水解各种酯类。水解作用是有机磷农药在哺乳 类动物体内代谢的主要方式。如磷酸酯酶能使各种有机磷酸酯和硫代磷 酸酯水解,生成相应的烷基磷酸及烷基硫代磷而失去毒性。 3)水解反应水解反应 2021/3/2350 亦称结合反应亦称结合反应(Conjugation Re

33、action):指在酶的催化下,外源性化合物的相I 反应产物或带有某些基团的外源性化合物与细胞内物质结合反应。 结合反应效果结合反应效果: : 结合反应一方面可使有毒化合物某些功能基团失活; 另一方面大多数化合物通过结合反应,水溶性增加,很快由肝脏排出, 因此结合反应是一种解毒反应。 相II反应 2021/3/2351 相II反应的主要类型 如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(UDPGA)(UDPGA), ,3 3磷酸腺苷酸硫酸磷酸腺苷酸硫酸(PAPS)(PAPS), ,腺苷蛋腺苷蛋 氨酸氨酸(SAM(SAM） 2021/3/2352 影响生物转化的因素影响生物转化的因素 物种差异和

34、个体差异物种差异和个体差异 由各自的遗传因素决定,主要表现在体内酶的种类和活力不同上。 饮食营养状况饮食营养状况 蛋白质、无机盐、维生素等营养缺乏时会不同方式地影响生物转化 作用。 生理因素生理因素 年龄因素 性别因素 激素和昼夜规律:机体在每日不同时间的生物转化能力有高低差异, 与内分泌功能的昼夜规律有关。 代谢酶的抑制和诱导 2021/3/2353 第三节第三节 环境污染物在生物体内的累积环境污染物在生物体内的累积放大放大 2021/3/2354 各种物质进入生物体内后各种物质进入生物体内后? 经过体内的分布、循环和代谢,其中生命必需的物质,部分参与了生物 体内的构成,多余的必需物质和非生

35、命所需的物质中,易分解的经代谢 的作用很快排出体外。 不易分解、脂溶性较强、与蛋白质或酶有较高亲和力的不易分解、脂溶性较强、与蛋白质或酶有较高亲和力的, ,就就会长期残留在 生物体内。 如DDT和狄氏剂等农药,多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和一些重金属 2021/3/2355 一、生物富集一、生物富集 生物富集（生物富集（Bio-concentrationBio-concentration）的概念）的概念 指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群,从周围环境中蓄 积某种元素或难分解化合物,使生物体内该物质的浓度超过环境中的 浓度的现象,又称生物浓缩。 生物富集系数生物富集系数K

36、KBCF BCF （ （Bio-concentration FactorBio-concentration Factor） KBCF物质在生物体内的浓度/物质在环境介质中的浓度 生物浓缩程度的大小与物质本身的性质以及生物和环境等因素相关。 一般来说,同一种生物对不同物质的浓缩程度会有很大差别;不同种 生物对同一种物质也会有很大差别。例如褐藻对钼的浓缩系数是11,对铅 的浓缩系数却高达70 000,相差悬殊。 2021/3/2356 汞在水生物中的富集 生物类型汞浓度（ppm）浓缩系数 食肉娃鱼1-210000-20000 小鱼0.1-0.31000-3000 低等动物0.02-0.05200-

37、500 植物0.01-0.02100-200 海水0.0001 2021/3/2357 二、二、 生物积累生物积累 生物积累（生物积累（Bioaccumulation）的概念）的概念 指生物在其整个代谢活跃期间通过吸收、吸附、吞食等各种过程,从周 围环境中蓄积某些元素或难分解化合物,以致随着生长发育,浓缩系数 不断增大的现象,又称生物学积累。 例如:牡蛎暴霹于50pgL氯化汞溶液中,观察到7d、14d、19d和42d时牡蛎体内 汞含量的变化,结果发现其浓缩系数分别为500、700、800和1 200。 积累效果积累效果:取决于摄取和消除这两个相反过程的速率,当摄取量大于消除 量时,就发生生物积

38、累。 2021/3/2358 三、三、 生物放大生物放大 生物放大（生物放大（Bio-magnificationBio-magnification）的概念）的概念 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 元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增 大的现象,又称生物学放大。 一一个污染物生物放大作用的典型例子是个污染物生物放大作用的典型例子是19661966年报道的年报道的, ,在美国图尔在美国图尔 湖和克拉马斯南部保护区有机氯杀虫剂湖和克拉马斯南部保护区有机氯杀虫剂DDTDDT对生物群落的污染对生物群落的污染, ,如如 图图1616所示。所示。 2021/3/

39、2359 2021/3/2360 四、生物浓缩系数四、生物浓缩系数 生物浓缩系数生物浓缩系数(Bioconcentration Factor(Bioconcentration Factor, ,BCF)BCF)的概念的概念 是指生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境 中该物质的浓度比值,可用以表示生物浓缩的程度,又称浓缩系数 (Concentration Fator)、生物富集系数、生物积累率等。 2021/3/2361 生物浓缩系数的测定生物浓缩系数的测定 平衡浓缩系数:物质交换达到动态平衡时的浓缩系数。 KBCF物质在生物体内的浓度/物质在环境介质中的浓度 测定方法: 优缺

40、点 实验室饲养法:条件易于控制,但数值不够准确 野外调查法:数值标准,但技术难度大/不易检测,可能时间周期长,如低 溶解度的PCBs,与生物体大小有关,如狄氏剂藻1天,水蚤3天 动力学方法:节省试验时间,更适合大个体生物 2021/3/2362 KBCF =K1/K2 （ Neely等等） K1生物摄取有机毒物速率常数生物摄取有机毒物速率常数, K2生物释放有机物的速率常数生物释放有机物的速率常数 Neely发现一些稳定的化合物在虹鳟鱼肌肉中累积方程为: lg KBCF =0.542lgKow+0.124 r=0.948,n=8 Kow（化学物质在辛醇/水中的浓度分配比例） lg KBCF =

41、0.980lgKow-0.063 r=0.991,n=5 lg KBCF也可以与溶解度(Sw)相关,上述作者得到相关方程对虹鳟鱼为: lg KBCF =-0.802lgSw-0.497 r=0.977,n=7 对微生物: lg KBCF =0.907lgKow-0.361 r=0.954,n=14 2021/3/2363 生物浓缩系数的影响因素生物浓缩系数的影响因素 生理因素:如生物的生长、发育、大小、年龄 环境因素:环境温度、pH值、光照条件及季节 污染物:浓度、化学形态、结构等 2021/3/2364 8种水生植物不同部位重金属含量及富集系数种水生植物不同部位重金属含量及富集系数( mgk

42、g - 1 2021/3/2365 五、生物浓缩机理五、生物浓缩机理 污染物通过生物呼吸、食物和皮肤吸收等多种途污染物通过生物呼吸、食物和皮肤吸收等多种途 径进入生物体内径进入生物体内, ,然后通过血液循环分散至生物体然后通过血液循环分散至生物体 的各个部位的各个部位, ,被生物的多种器官和组织吸收浓缩。被生物的多种器官和组织吸收浓缩。 显然显然, ,生物的各种器官和组织对某污染物的浓缩程生物的各种器官和组织对某污染物的浓缩程 度度, ,取决于该物质在取决于该物质在血液中的浓度血液中的浓度, ,生物组织与血生物组织与血 液对该物质亲合性的差异以及生物组织对该物质液对该物质亲合性的差异以及生物组

43、织对该物质 的代谢。的代谢。 2021/3/2366 q v C BiVBCB VTCT K2CT q v C Bo 血液 组织 图16 生物体某一组织生物浓缩的机理模型 TTBoBiV T TcKVccq dt dc V2 tK BoBi T V Tecc KV q tc 2 2 1 BoBi T V Tcc KV q c 2 可见,在q v 、CBi、CB0一定时,K2越小;持续时间越长,浓缩量越大。 由此可知:生物组织中化合物的浓度不仅与该化合物在该组织中的代谢速率 有关,还与进出组织的血液中的化合物浓度差成正比。 2021/3/2367 第四节第四节 生物对污染物在环境中行为的影响生物

44、对污染物在环境中行为的影响 2021/3/2368 一、生物污染（一、生物污染（Biological Pollution） 生物污染是指对人和生物有 害的微生物、寄生虫等病 原体等污染水、气、土壤 和食品,影响生物产量和质 量,危害人类健康。 水体受氮、磷等物质污染,引 起藻类及其他水生生物大 量繁殖而产生的富营养化, 也是水体生物污染的一种 现象。 2021/3/2369 环境中的病原微生物（环境中的病原微生物（Pathogenic MicroorganismPathogenic Microorganism） 是公共卫生学或医学卫生学研究的范畴 空气（污水灌溉、污水处理） 水体中的病原体,例

45、如:沙门氏菌（伤寒）、霍乱弧菌、肠道 病毒、甲肝等 土壤中的微生物污染:人畜粪便的施肥、污泥、污灌等 水体的富营养化（水体的富营养化（EutrophicationEutrophication） 概念: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。 不良后果:变浊、不良气味、DO下降、生物死亡、产生藻毒素、 饮用水源（1990,太湖梅梁湾） 2021/3/2370 微生物代谢产物产生的污染微生物代谢产物产生的污染 硫化氢（11.2*107） 来源:反硫化细菌将硫酸盐还原为硫化氢;异养微生物在分解有机 硫化物时释放硫化氢。 酸性矿水（矿区,硫铁矿

46、） 来源:由化学氧化和耐酸细菌联合作用于矿石产生。 硝酸和亚硝酸 来源:农田氮肥下渗。 微生物毒素微生物毒素 指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素,可污染食品和环境, 危害人类健康。如黄曲霉毒素（包括粮食、豆类、蔬菜、肉类、乳 晶、水果等） 、葡萄球菌肠毒素、藻类毒素如甲藻等。 2021/3/2371 二、 金属的生物转化 金属的毒性金属的毒性 影响因素影响因素: :金属的浓度、金属的存在状态金属的浓度、金属的存在状态 例如,六价铬比三价铬毒得多;甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得 多;有机锡比无机锡毒性大,有机锡中的烷基锡比芳香基锡毒性大,烷 基锡中三烷基又比其他烷基锡毒性大。 金属的

47、微生物转化金属的微生物转化 微生物对金属的毒性转化,主要是氧化还原和甲基化作用。 2021/3/2372 汞的转化汞的转化 汞的存在形式汞的存在形式 无机汞:Hg(0);Hg+几乎不溶; Hg2+除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶 解 有机汞:汞易和有机基团形成化合物,通常是以共价键连接在碳原子上 形成有机汞。 汞化合物的毒性 难溶的汞生物吸收困难,毒性很小 易溶的汞容易吸收,毒性很强（其中甲基汞的毒性最强） 毒性体现:生物的神经系统受到伤害,神经麻痹以致引起死亡。 实例:日本的水俣湾甲基汞中毒事件就是典型的汞污染事件。这类汞 中毒一般都不是通过直接饮用水被汞污染造成,而是由于甲基汞在食 物链积累

48、并由水中的鱼类向上传递给人而引起的。 2021/3/2373 汞的甲基化汞的甲基化 汞的甲基化是由微生物形成的。 甲基钴胺素即维生素VB12 鱼类体表粘液中有许多含有甲基化辅酶的微生物,他们将无机 汞转化为甲基汞,动物和人体肠道肠道中的细菌大部分也具有 这种功能,因此甲基汞中毒是由微生物造成的。 汞甲基化微生物: 细 菌甲烷菌、匙形梭菌、荧光假单胞菌、大肠埃希氏 菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌 真 菌粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。 过程如下: Hg2+ Hg+ -CH3 Hg(CH3) 2 甲基化辅酶 甲基化辅酶 -CH3 -CH3 2021/3/2374 甲基汞的降解甲基汞的降解 事实上通常

49、情况甲基汞在天然水体中的浓度十分低,这是由于不仅 存在汞的甲基化,同时还存在甲基汞的降解,甲基汞可被生物还原 为金属汞。 甲基汞降解微生物:柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、 隐球菌等。 小结 生物意义:汞的甲基化与脱甲基化通常保持着一个动态的平衡,从 而使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。 但是,在有机污染严重、pH较低的环境中,容易形成和释放甲基汞, 对生物的危害较大。 一方面甲基汞溶于水被鱼、贝吸收浓缩, 另一方面甲基汞还会逸出水体,进入大气,使污染扩大。 2021/3/2375 其它重金属的转化其它重金属的转化 与汞相似,重金属普遍可被微生物甲基化; 甲基化的重金属普遍毒性提高,这些金属包括

50、砷、硒、铅、锡、镉、 锑等。 重金属生物转化的环境效应: 微生物通过分泌作用或呼吸作用排出形成的有机金属化合物,是微 生物具有的一种对有毒金属解毒方式;但被排出的金属化合物,可 能比其原形态对高等生物具更大的危害性。 另一方面,微生物可将化合态的重金属转化还原为单质形式,这种 转移方式可暂时或永久地将金属从生物接触的环境中清除出去。 2021/3/2376 思考题 污染物在环境中的迁移方式和转化途径有哪些? 什么是生物转运和生物转化?污染物透过细胞膜的 方式有哪些?有何特点? 什么是生物浓缩、生物积累、生物放大和浓缩系 数?它们之间有什么区别? 生物对环境有哪些污染效应? 2021/3/237

51、7 第二章 食品原材料中的天然毒素 2021/3/2378 3.15 2021/3/2379 九大品牌食品包装含致癌物九大品牌食品包装含致癌物 2021/3/2380 一、天然食品的安全性 1.人体遗传因素 2.过敏反应 3.食用量过大 4.食品加工处理不当 5.误食含毒素的生物 2021/3/2381 二、食品中的天然毒素 1.苷类 2.生物碱 3.有毒蛋白或复合蛋白 4.非蛋白类神经毒素 5.动物中的其他有毒物质 6.毒蕈 2021/3/2382 三、含天然有毒物质的食物 （一）常见的食用有毒植物 1、四季豆 俗称刀豆、芸豆、菜豆、架豆、去豆,是餐桌上的常见蔬菜之一。 无论单独清炒,还是和

52、肉类同炖,亦或是焯熟凉拌,都很符合人们的 口味。 四季豆的功效: 富含蛋白质和多种氨基酸,经常食用能健脾胃,增进食欲。 夏天多吃一些扁豆有消暑、清品的作用。 医学认为:有调和脏腑、安养精神、益气健脾、消暑化湿和利 水消肿的功效。 2021/3/2383 2021/3/2384 未煮熟的四季豆其中的皂素对消化道有强烈的刺激作用。其所 含凝血素有凝血作用。此外亚硝酸盐和胰蛋白酶抑制物都能产生一系 列肠胃刺激症状,产生食物中毒,主要是胃肠炎症状。 预防办法:要煮透、煮熟四季豆,在煮的过程中毒素被破坏。 2021/3/2385 2 2、蚕豆、蚕豆 本草纲目称蚕豆“豆荚状如老蚕”,故名。一说豆荚 成熟时

53、正当春蚕上蔟之时,故名蚕豆。粮食、蔬菜和饲料、 绿肥兼用作物。 蚕豆种子含有巢菜碱苷,是引起急性溶血性贫血的主要因 素之一。春夏吃青蚕豆常有中毒发生,而且一般在4-24h后发 病。 预防办法:不要生吃新鲜嫩蚕豆,应该煮熟后食用。 2021/3/2386 2021/3/2387 3 3、生豆浆、生豆浆 豆浆虽然营养丰富,且易消化吸 收,但由于生大豆含有有毒成份, 当食用未煮熟的豆浆时,引起中 毒。 豆浆加热到80度左右,皂素受热 膨胀,泡沫上浮,形成假沸现象。 此时有害物质并没有完全破坏, 如果饮用即会中毒,0.5-1h即可 发病。主要症状是胃肠炎。 预防:加热至100度,泡沫消失, 然后再煮1

54、0min。 2021/3/2388 2021/3/2389 广西一学校发生食物中毒,生豆浆放倒48名学生 广西北海市第十小学48名7至9岁的小学生出现头晕、肚子痛、 呕吐等症状,被送往北海市人民医院急诊科,经过医护人员全力抢救, 小学生没有生命危险。 据症状较轻的小学生称,当日上午8时,他们在学校做完早操回到 教室,班主任老师和科任老师送来由学校统一安排的早餐,早餐是豆浆 和发糕。吃完早餐刚开始上第一节课,一至三年级的小学生中相继有 人出现头晕、肚子痛、恶心等症状,有的小学生当场在教室内剧烈呕 吐起来。 北海市卫生防疫站已经对小学生的呕吐物进行化验,初步确定事 故原因是由于豆浆未煮够时间引起的

55、。 2021/3/2390 广东梅州生豆浆“放倒”120多名大学生 据羊城晚报报道,梅州市嘉应学院发生一起因学生在校内食堂吃用 未煮熟的豆浆,引起急性胃肠炎的事件。 据了解,先后有120多位学生分别被老师同学送进医院紧急检查, 还有一些症状较轻微的同学在校医疗室进行检查处理。至今天上午, 大部分同学已康复出院回校上课,有21位同学仍需继续留院观察。 据了解,事发当天早上,该校共有14个系的120多位同学吃进未熟 透的豆浆,被紧急送往医院检查治疗。其中相当部分是今年刚入学的 新生。 2021/3/2391 2021/3/2392 4、木薯、木薯又称树薯、树番薯又称树薯、树番薯 为世界三大薯类(马

56、铃薯、甘薯、木薯)之一 块根富含淀粉,是食品和工业淀粉的良好来源。不过,根茎叶含 有有毒物质亚麻仁苦苷。如摄入生的或未煮熟的木薯及其汤, 都会中毒。亚麻仁苦苷经过水解生成氢氰酸。 主要是氢氰酸中毒症状。可因抽搐、缺氧、休克,呼吸麻痹而 死亡。 预防办法:先去皮,水浸薯皮,使氰苷溶解。在加热煮熟, 即可食用。 2021/3/2393 菲律宾28名小学生命丧油炸甜木薯 菲律宾中部保和省一所小学2005年3月9日发生一起严重集 体中毒事故,目前已经造成至少28名学生死亡,100人入院治疗。 导致学生们中毒的“罪魁祸首”是当地街头小贩自制的一种零 食油炸甜木薯。 学生们食用甜木薯约半个小时后,开始出现

57、不适症状,先是感 到腹痛,然后便开始上吐下泻。 2021/3/2394 2021/3/2395 5 5、发芽马铃薯、发芽马铃薯 含有有毒成份茄碱,又称马铃薯毒素、龙葵苷。成熟的马 铃薯含量极少,不会引起中毒。而马铃薯的芽、花、叶及块茎 的外皮含量较高,嫩芽部分的毒素比其他部位高十几倍至几百 倍。 预防办法:存放在阴凉干燥处,防止发芽。 2021/3/2396 2021/3/2397 2021/3/2398 预防措施: 1、在田间马铃薯根茎要覆盖泥土,避免日光直射。 2、贮藏时尽量在阴凉干燥的环境中。 3、加强宣传教育,使人们不吃有毒马铃薯。 4、正确的加工方法 （1）发芽少的加工前去掉发芽部分

58、 （2）去皮浸泡,并换水 （3）加食醋等 2021/3/2399 6 6、青菜、青菜 含有一定的亚硝酸盐,尤其是青菜腐烂变质、煮熟的 菜闷存过久、腌制不久的菜硝酸盐含量明显增加。 在人体内,将正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白.因此会 引起组织缺氧,发生中毒。 预防方法:食用新鲜菜,煮熟的菜不宜久闷存放,腌菜应在一 个月以后以后洗涤后才可食用。 2021/3/23100 无锡惠山发现“青菜王” 江苏无锡惠山区洛社镇菩提仙境济公院内发现一棵重 达5.4公斤的“青菜王”。据发现“青菜王”的施工人员说, 当时正在施工,突然抬头看见了一棵长在峭壁石缝里即将要 开花的大青菜,在青菜原生地的周围还留有许多枯

59、黄了的菜 叶。菜根粗7公分,菜根最长的一根长25公分。平放在地上展 开的青菜,直径50公分。据当地菜农说,种了一世的田,都没 有看到过能长到这样大的青菜,“青菜王”在这里至少已生 长了二年时间。 2021/3/23101 2021/3/23102 7、黄花菜黄花菜 有名金针菜,其中含有秋水仙碱,进入人体内氧化生 成二秋水仙碱,是一种剧毒物质。成人如一次食入50-100克 黄花菜,就可中毒。对人体肠胃道、泌尿系统具有毒害作用。 预防措施:加热预处理,可将鲜黄花菜在开水中煮片刻,在 清水浸泡,也可煮熟、煮透鲜黄花菜,在烹调食用。 2021/3/23103 2021/3/23104 2021/3/2

60、3105 8、油菜、甘蓝、荠菜、萝卜等十字花科蔬菜油菜、甘蓝、荠菜、萝卜等十字花科蔬菜 都含有芥子油苷,是一种阻止机体生长发育和致甲状腺肿的毒 素。 榨油后的菜籽饼含有硫代葡萄糖苷水解后在芥子酶作用下生 成异硫氰酸盐和恶唑烷硫酮等有毒物质。 预防措施:以140-150度高温,破坏菜籽饼的芥子酶活性;用发 酵技术中和有毒物质;培育不含或仅含有微量硫代葡萄糖苷的油 菜品种。 2021/3/23106 2021/3/23107 2021/3/23108 9、杏仁 杏仁、苦桃仁中含有氢苷,食用不当会引起中毒。 预防措施:不吃各种生果仁,苦杏仁经炒熟后可去除 毒素。 2021/3/23109 10、银杏