污染生态学_第1章

1、研究生物系统与被污染的环境之间研究生物系统与被污染的环境之间系统相互作用的机理和规律及采用生态学原理系统相互作用的机理和规律及采用生态学原理和方法对污染环境进行控制和修复的科学。和方法对污染环境进行控制和修复的科学。 污染生态学是以生态系统污染生态学是以生态系统理论为基理论为基础础，用生物学、化学、数学分析等方，用生物学、化学、数学分析等方法研究在污染条件下生物与环境之间法研究在污染条件下生物与环境之间灼相互关系。灼相互关系。第一章第一章 污染物在生物体内的污染物在生物体内的 迁移规律迁移规律 生物体对污染物生物体对污染物吸收、迁移吸收、迁移是研究污染是研究污染物在生物体内富集、毒害以及生物体

2、解毒、物在生物体内富集、毒害以及生物体解毒、抗性作用的基础是污染物对生物体产生抗性作用的基础是污染物对生物体产生生理、生态、遗传及分子毒性效应的第一生理、生态、遗传及分子毒性效应的第一步。步。 本章介绍污染物的基本概念、性质、分本章介绍污染物的基本概念、性质、分类以及生物对污染物的吸收、迁移规律，类以及生物对污染物的吸收、迁移规律，最后阐述影响植物吸收、迁移污染物的几最后阐述影响植物吸收、迁移污染物的几个主要因素。个主要因素。 三、污染物的分类三、污染物的分类1、来源分：、来源分：自然、人为自然、人为2、环境因素分：、环境因素分：大气、水土、土壤大气、水土、土壤3、形态分：、形态分：气体、液体

3、、固体气体、液体、固体4、性质分：、性质分：化学、物理、生物化学、物理、生物5、物理化学性质的变化分：、物理化学性质的变化分： 一次、二次一次、二次 p5第二节第二节 有关生物对污染物吸收有关生物对污染物吸收 迁移的几个基本概念迁移的几个基本概念生物与某种污染物长期接触，仍未发现受害症生物与某种污染物长期接触，仍未发现受害症状这种不会产生受害症状的浓度称为状这种不会产生受害症状的浓度称为安全浓度安全浓度生物在整个生长发育周期内，或者是对污染物最敏生物在整个生长发育周期内，或者是对污染物最敏感的时期内，污染物对生物的生命活动能力和生产力感的时期内，污染物对生物的生命活动能力和生产力没有发生明显影

4、响的浓度，称为没有发生明显影响的浓度，称为最高允许浓度最高允许浓度50、70、80 、90，表示改浓度下有50、70、80、90的生物出现受害症状一、植物对污染物的吸收一、植物对污染物的吸收 （一）（一） 植物对大气污染物的黏附和吸收植物对大气污染物的黏附和吸收 种类：种类：SO2、NOx 光化学烟雾、飘尘、浮尘降尘。光化学烟雾、飘尘、浮尘降尘。 过程：过程：1、黏附和吸收、黏附和吸收 2、气孔、皮孔进入。、气孔、皮孔进入。 （二）植物对水溶态污染物的的吸收（二）植物对水溶态污染物的的吸收 1，污染物到达植物根部，污染物到达植物根部 途径两个：途径两个：1）、质体流途径）、质体流途径（主要途径

5、）（主要途径） 2）、扩散）、扩散 （二）、植物对水溶态污染物的吸收（二）、植物对水溶态污染物的吸收 1、污染物到达植物表面（根和叶）、污染物到达植物表面（根和叶） 到达根的表面两个途径：到达根的表面两个途径： A、 质体流途径（质体流途径（ mass flow） 在蒸腾拉力的作用下，随水流到达根的表面在蒸腾拉力的作用下，随水流到达根的表面。 B、扩散途径、扩散途径 浓度梯度的扩散到达表面。浓度梯度的扩散到达表面。 重金属移动速度重金属移动速度(扩散扩散)是很慢的（是很慢的（Zn2+：310-10cm/s,Mn: 310-8 cm/s ），只），只是靠近根部的重金属才能通过扩散作用到达根表是靠

6、近根部的重金属才能通过扩散作用到达根表面。面。 所以污染物主要通过质体流途径到达根表面。所以污染物主要通过质体流途径到达根表面。 1)1)、污染物在细胞壁上的吸附、污染物在细胞壁上的吸附二、污染物在植物体内的迁移二、污染物在植物体内的迁移 无机物从表皮到中柱（横向移动）的两个途无机物从表皮到中柱（横向移动）的两个途径：径： 非共质体通道：非共质体通道：细胞壁和胞间隙运动。水和无机离子细胞壁和胞间隙运动。水和无机离子 共质体通道：胞内原生质体流动和胞间连丝共质体通道：胞内原生质体流动和胞间连丝 不同的物质途径不同：不同的物质途径不同：镉以共质体方式运动镉以共质体方式运动 铅以非共质体方式运动铅以

7、非共质体方式运动 在植物横切面上：在植物横切面上： 表皮（皮层和内皮层）中表皮（皮层和内皮层）中PdPd2+2+高，向中柱高，向中柱内降低，以非共质体运输。扩散运动。内降低，以非共质体运输。扩散运动。进入中柱的进入中柱的PdPd主要集中在导管的薄壁细胞中，而主要集中在导管的薄壁细胞中，而导管的很少。导管的很少。镉镉CdCd，不同：，不同： 在玉米幼苗根中：皮层的少，中柱的大。在玉米幼苗根中：皮层的少，中柱的大。在中柱中：导管的大，木质部薄壁细胞的少。在中柱中：导管的大，木质部薄壁细胞的少。说明主动运输为主、在高浓度是镉可以通过共质说明主动运输为主、在高浓度是镉可以通过共质体运输。体运输。有研究

8、发现，在较低浓度铅处理时(100 mgL处理玉米5天)，玉米叶肉细胞内只沉积少量铅；而经高浓度铅处理(1000凹L时)，在叶片维管束内的导管中有大量铅沉积。在透射电镜下，发现铅主要沉积在导管壁上，导管内沉积铅量较少。还发现从导管向外直到周围的叶肉细胞，铅的沉积虽大为减少(彭鸣等1989)。因此，铅主要通过本质部导管到达叶片。 进入叶导管的铅跨过维管束鞘，进入叶肉细胞；叶肉细胞壁的部分铅进入细胞后，沿叶绿体外膜沉积，少数进入叶绿体，沉积在类囊体上。 在叶肉纫胞中沉积的铅，有一部分通过筛管进入可食部分。有实验证明、豆科植物根吸收的锌经导管输送到成熟叶片，经沉淀后，有一部分进入筛管而运到可食部分。而

9、水稻的Zn经根的导管上升似乎是通过茎节直接转移到筛管，再转移到幼嫩器官。筛管进行短距离运输。叶片吸收的重金属通过导管向下运输。表18 ，p920影响因素：影响因素： 1 1、物质的形态和结合方式在植物体内运输和储存、物质的形态和结合方式在植物体内运输和储存。 络和活离子状态。 2 2、吸收部位：根吸收的部位不同，向地上部移动的、吸收部位：根吸收的部位不同，向地上部移动的速率也有差异速率也有差异。 如小麦根尖端14cm区域吸收的离子最易向地上部转移；由更成熟的部位吸收的离子，移动速度就僵得多。 3 3、 和植物的发育阶段有关，幼小部位吸收的物质和植物的发育阶段有关，幼小部位吸收的物质易向上迁移易

10、向上迁移 王焕校等(1990)在水稻不同发育阶段施硝酸铅，结果以拔节期施铅的地上部含铅量最高。4 4、土壤或培养液中离子浓度的高低。、土壤或培养液中离子浓度的高低。 浓度过高时，离子向地上部运输的速率相应变小。土壤中离子浓度高低影响离子的形态：环境中重金属元素浓度低时，则以络合成有机络合物的形态迁移，并按第二种通路进行向效移动，在高浓度情况下，是以游离的离子态形式存在，主要是按非代谢的第一种通路移动。当离子进入内皮层中柱周围的细胞内，就会在这里沉积，使移动速度变侵。 根是植物吸收重金属的主要器官，大量的重根是植物吸收重金属的主要器官，大量的重金属分布在根部。流动性大的元素则可向上运输金属分布在

11、根部。流动性大的元素则可向上运输到茎、叶、果实中。到茎、叶、果实中。如镉的吸收（杨居荣等，如镉的吸收（杨居荣等，1994)1994) 作物吸收作物吸收CdCd量及自根部向地上部的转运比量及自根部向地上部的转运比率决定和其率决定和其耐受性耐受性机制有关：吸收量相对较低，机制有关：吸收量相对较低，并且大部分果积在根部较少向地上部移动的作并且大部分果积在根部较少向地上部移动的作物，耐受性相对较强；反之易向地上部输送的作物，耐受性相对较强；反之易向地上部输送的作物，耐受性差物，耐受性差( (表表1 17)7)。 2、重金属的物理形态不同，植物对其吸收、重金属的物理形态不同，植物对其吸收、迁移的方式不同

12、。迁移的方式不同。 植物可吸收大气汞，也可吸收土壤汞。当植物汞源于气汞时，其地上部汞含量高于根部；源于土壤时，则根汞高于地上部汞第四节第四节 动物对污染物的吸收与迁移动物对污染物的吸收与迁移二、动物机体对污染物质的吸收二、动物机体对污染物质的吸收动物对污染物的吸收一般是通过呼吸道、消化管、皮肤等途径(一一) 经呼吸道吸收经呼吸道吸收 空气中的污染物进入呼吸道后通过气管进入肺部，其中直径小于5nm的粉尘颗粒能穿过肺泡被吞噬细胞所吞食；部分毒物如苯并(a)花、石棉、铍等能在肺部长期停留，会使肺部致敏纤维化或致癌；肺泡总面积约55m2，是皮肤的40倍。肺泡上皮细胞膜对脂溶性、非脂湾性分子及离子都具有

13、高度的通透性。因此，当肺泡中吸人的污染物达到一定量，容易进人血液很快引起中毒。当然，肺泡壁有丰富的毛细血管网，能起到部分解毒的作用。吸收的物质： NO2、SO2、O3 汞蒸气等，(二二)、经消化管吸收、经消化管吸收 消化管是动物吸收行染物的主要途径，整个消化管对污染物都有吸收能力，但主要吸收部位是在胃和小肠，一般情况下主要出小肠吸收，因小肠粘膜上有微绒毛，可增加吸收面积约600倍。 肠道吸收因污染物化学形念不同而有很大差异肠道吸收因污染物化学形念不同而有很大差异。例如，甲基汞和乙基汞被肠道的吸收量远高于离子态汞。因为有机汞是脂溶性，能随脂类物质被消化管吸收，其吸收率达95以上； 而无机汞中的离

14、子态和金属末的吸收牢在20以下，人体为力14156，平均为7。Hg2+不易为肠劈吸收，主要是易与氨基酸(特别是含硫氨基酸)形成络合物，不易被吸收即使进入肠道上表皮细胞的Hg2+也容易随细胞的脱落勺粪便一起诽出体外。镉在呼吸道的吸收率为10一14，消化管为5一10。肠道吸收可因某种物质的存在而加强或肠道吸收可因某种物质的存在而加强或减弱减弱。 当投以甲基汞时，当存在足够的半胱氨酸就会促进肠道黏膜上的氯基酸特别是半胱氨酸的主动运输。利用半胱氨酸与甲基汞的结合就能增加肠道对甲基汞的吸收。而乙醇对肺泡吸收汞有抑制作用，这是因为组织内金属汞转变为无机离子态汞要经过氧化酶的作用，而乙醇能阻止氧化酶的氧化。

15、（三）、通过皮肤和其他途径吸收（三）、通过皮肤和其他途径吸收 皮肤吸收的少。一般通过扩散穿过表皮和真皮1、在不同部位积累、在不同部位积累 镉在肝脏和肾脏中积累，和硫蛋白结合。镉在肝脏和肾脏中积累，和硫蛋白结合。 汞和红细胞和血浆中的蛋白质结合，向各汞和红细胞和血浆中的蛋白质结合，向各部分运输。特别是甲基汞。部分运输。特别是甲基汞。 不同形态的汞在动物体内的积累不同：不同形态的汞在动物体内的积累不同： 有机汞，如甲基汞、低级烷基汞、对膜有机汞，如甲基汞、低级烷基汞、对膜的透性好易进入血液。的透性好易进入血液。 无机汞，易在肾脏积累，其次为肝脏、无机汞，易在肾脏积累，其次为肝脏、脾脏、甲状腺。脾脏

16、、甲状腺。 金属汞进入人体后被氧化为无机汞。遍布金属汞进入人体后被氧化为无机汞。遍布全身全身 三、污染物在动物体内的迁移和排除三、污染物在动物体内的迁移和排除2、排除、排除 粪便：粪便： 胆汁胆汁 消化管消化管 粪便粪便 尿尿 肾脏肾脏 尿液尿液 乳汁、汗腺、呼吸、毛发乳汁、汗腺、呼吸、毛发第五节第五节 微生物对污染物的吸收微生物对污染物的吸收 微生物是分布广、种类多、繁殖快和生存能力强的一大类生物，微生物对污染物有着很强的吸收与分解能力。利用这一性质，在环境污染的治理过程中已筛选出一批优良的微生物品种。一、微生物细胞吸收污染物的机制一、微生物细胞吸收污染物的机制 污染物连接到微牛物细胞壁上有

17、三种作用机制： 离子交换反应 沉淀作用 络合作用。二、影响微生物吸收污染物的因素二、影响微生物吸收污染物的因素培养液的培养液的PH、培养时间、污染物的浓度及培养温、培养时间、污染物的浓度及培养温度等都能影响微生物对污染物的吸收。度等都能影响微生物对污染物的吸收。1、PH值：值：芽技状枝抱吸附芽技状枝抱吸附AuAu3 3+ +的最适的最适pHpH是是5 5以下，该范围内吸附率以下，该范围内吸附率都在都在9797以上，随以上，随pHpH升高，吸附率降低升高，吸附率降低2 2、培养时间、培养时间细胞和含细胞和含AuAu溶液接触溶液接触5min5min吸附率达到吸附率达到87875 5，随时间延长吸附

18、率增加随时间延长吸附率增加较慢较慢3、浓度、浓度 AuAu浓度越低，吸附速度越快浓度越低，吸附速度越快( (图图l6)；一、植物种的生物学、生态学特征一、植物种的生物学、生态学特征1 1、不同植物种对污染物的吸收、积累量差异很。、不同植物种对污染物的吸收、积累量差异很。蕨类植物蕨类植物 吸收镉的量特别多，体内含镉量可高达l 200 mgkg；双子叶植物双子叶植物 吸镉的量也相当高，如向日葵、菊花体内含镉量可高达400 mg/kg和180mg/kg单子叶植物单子叶植物 含镉量比双子叶植物少。再如：再如： 在酸性土壤中，石松科植物的在酸性土壤中，石松科植物的铺地蜈松、石铺地蜈松、石松、地刷子、野牡

19、丹科的野牡丹及铺地锦松、地刷子、野牡丹科的野牡丹及铺地锦能富集大量的铝，有的竞高达能富集大量的铝，有的竞高达1 1以上以上( (占占干重干重) )，而酸性土上生长的其他植物只有，而酸性土上生长的其他植物只有O O0505生长在含硒土壤上的黄芪，灰分中生长在含硒土壤上的黄芪，灰分中硒的含量可高达硒的含量可高达15000mg15000mgkgkg，而伴生的牧，而伴生的牧草却小于草却小于0.01mg0.01mgkgkg，两者相差高达，两者相差高达100100万万倍。倍。2 2、生态型之间的差异也很明显、生态型之间的差异也很明显。 把生长在冶炼厂的hisbiscuss的种和生长在非污染区的种同时栽种在

20、含铅量相同的土壤上，结果前者比后者的吸铅量要少得多。这是因为生长在污染区的生态型在生理、生化和遗传上发生相应的变化，形成与环境相适应的抗铅生态型。 湿生、沼生植物吸收重金属量比中、早生植物少。 是因为它们生长在终年淹水的还原性土壤环境中，重金属多与硫化物等结合、沉淀。植物不易吸收；中生、旱生植物的土壤处于氧化状态，重金属多呈离于态容易被吸收。 水生维管束植物对水体铅污染吸收、富集铅的能力与植物的生态习性有关：沉水植物整个植株都是吸收而，相对吸收量就比浮水、挺水植物高。 3、同一植物的不同部位吸收污染物也有差异：、同一植物的不同部位吸收污染物也有差异：如：第一叶位桑叶表面吸氟变化幅度(913ug

21、dm2)明显大于第五叶位桑叶(424ugdm2)，这可能与它处于桑树顶端，较易受环境因素影响有关，而第五叶位桑叶由于上面叶片的阻挡作用，其吸附氟变化量明显减少。4、不同生育期吸收量差别很大、不同生育期吸收量差别很大如：水稻对镉的吸收大部分在抽穗期、开花期和灌浆期： 二、污染物的种类及其形态差异二、污染物的种类及其形态差异1、元素的种类、元素的种类。 植物对有些元素容易吸收而对另一些愿素很难吸收。如：2 2、元素的价态。、元素的价态。同一元素的不同价态吸收系数差别很大。如：Cr6+Cr3+ ;CdSCdSO4CdI2M1+M2MM1+M2（三）拮抗作用三）拮抗作用两种或两种以上化学物质同时作用于

22、生物体，两种或两种以上化学物质同时作用于生物体，其结果每一种化学物质对生物体作用的毒其结果每一种化学物质对生物体作用的毒性反而减弱，其联合作用的毒性小于单个性反而减弱，其联合作用的毒性小于单个化学物质毒性的总和。如二氯甲烷与乙化学物质毒性的总和。如二氯甲烷与乙醇铁和锰等。作用公式为醇铁和锰等。作用公式为 MM1+M2。如如ZnCd互有拮抗，互有拮抗，ZnPd(四四) 独立作用独立作用 各单一化学物质对机体作用的途径、方式各单一化学物质对机体作用的途径、方式及其机制均不相同，联合作用于某机体时，及其机制均不相同，联合作用于某机体时，在机体内的作用互不影响。但常出现在一种在机体内的作用互不影响。但常出现在一种有毒物质作用后使机体的抵抗力下降，而使有毒物质作用后使机体的抵抗力下降，而使另一种毒物再作用时毒性明显增强。另一种毒物再作用时毒性明显增强。作用公式为作用公式为: :M MM1+M2(1M1+M2(1M1)M1)或或M Ml l(1(1M1)(1M1)(1M2)M2)。 七、土壤的性质影响七、土壤的性质影响3 3、金属离子形成有机鳌合物后，植物对它们的吸收主、金属离子形成有机鳌合物后，植物对它们的吸收主要取决于所形成整合物的溶解性要取决于所形成整合物的溶解性。 腐殖质与铅等重金屈结合，主要是因为腐馆酸含有活性腐殖质与铅等重金屈结合，主