污染生态学第6章-1

1、8-1污染生态学2研究学习的一点建议： 书本、论文、讲座 不唯书，只为实 夯实基础、拓展知识面 推荐教材： 污染生态学，化学工业出版社，乔玉辉主编 污染生态学 ，高等教育出版社，王焕校主编 污染生态学 ，科学出版社，孙铁珩、周启星主编3世界野生生物基金会 /home.htm世界保护同盟 /联合国环境规划署：联合国教科文卫组织：http:/www.U世界卫生组织：http:/www.W国际鱼类和野生生物基金会：/nfwfu

2、sga.htm欧洲自然保护中心 http:/www.ecnc.n1/欧洲环境局/europe/aarhus/speeches/Rasmussen.html;国际生态系统研究所/ 生态网 http:/环境网 http:/ 美国科学促进会：.science美国生态学会：美国长期生态学研究网络：美国环境健康研究网络：/sbrp /newweb/rescat

3、eg/ecology.html美国环境保护局：美国自然保护协会 /美国大学生态学排名：http:/www.memex- Anglia大学生态学：http/:www.uea.ac.uk/ecology.html生态学重要网站链接4生物对长期污染的生态效应与适应进化第一讲：5工业革命的巨大影响67桦尺蛾体色变化实验桦尺蛾体色变化实验 将两种颜色的桦尺蛾分别进行标记，然后放养于不同地点，一段时间后，将所释放的桦尺蛾尽量回收，统计数目，结果如下：8研究领域进一步细化 逆境生理生态学（stress physiological ecolo

4、gy） 进化生态毒理学（evolutionary ecotoxicology） 进化污染生态学（ evolutionary pollution ecology） 生态毒理基因组学(Ecological toxicology genomics)9第一节 生物多样性的丧失 根据联合国环境规划署（UNEP）生物多样性公约普遍认同的生物多样性3个层次： 遗传、物种、生态系统10一、遗传多样性的丧失 遗传多样性强调的是现有种质的遗传变异库存量，它既是生物遗传变异的历史积累，反映了生物的进化过程，也是现有生物适应当前环境和未来环境的遗传基础。污染条件下遗传多样性水平降低的原因：敏感性个体的消失种群规模减小

5、，遗传漂变1. 种群数量减小，建立者效应（founder effect）例如：在一个种群中，某种基因的频率为1%，如果这个种群有100万个个体，含这种基因的个体就有成千上万个。如果这个种群只有50个个体，那么就只有1个个体具有这种基因。在这种情况下，可能会由于这个个体的偶然死亡或没有交配，而使这种基因在种群中消失。这种现象就是遗传漂变。11 一些异常基因频率在小隔离群体中特别高，可能是由于该群体中中少数始祖所具有的基因，由于遗传漂变而逐渐达到较高水平，这种现象称为建立者效应（founder effect）。例如，太平洋的东卡罗林岛中有5%的人患先天性失明。据调查，在18世纪末，因台风侵袭，岛上

6、只剩30人，由他们繁殖成今天1600余人的小群体，这5%的失明，可能只是最初30人建立者的某一个人是携带者，其基因频率q=1/60=0.016，经若干世代的隔离繁殖，q很快上升至0.22，这就是建立者效应。12遗传多样性的研究方法形态学标记：根据物种的外部特征细胞学标记：根据染色体的核型及带型生化标记：依据一些同工酶的特点分子标记 a. 限制性内切酶片段长度多态性（RFLP）发展最早的标记技术 b. 随机扩增多态性DNA （RAPD） c. 扩增片段长度多态性（AFLP） d. 微卫星标记（SSR） e. 变性梯度凝胶电泳技术（DGGE） f. 克隆测序技术及宏基因组测序技术等13二、物种多样

7、性的丧失 从物种水平来讲，一个地区的物种（植物和动物物种）多样性，既可以用物种的数量来衡量，也可以用相对种数多度（relative abundance of species）来衡量。从理论上讲，这两方面的原始数据可以转换成物种多样性指数（species diversity indices）。能实现这一点的公式是很多的，常用的有3个： （1）Shannon-wiener指数基于物种数量反映群落种类多样性：群落中生物种类增多代表了群落的复杂程度增高，即H值愈大，群落所含的信息量愈大。 H= -（Ni/N）ln(Ni/N)（2）Margalef指数反映群落物种丰富度：指一个群落或环境中物种数目的多寡

8、，亦表示生物群聚（或样品）中种类丰富度程度的指数。 D=(S-1)/LnN（3）Simpson优势度指数：当 值越大，表示优势度物种越小，亦表示奇异度越高。（4）Pielou指数反映群落均匀度：利用各海域站点的物种奇异度 (H)，估计该群落物种分布的均匀度。 1415污染引起物种多样性降低的机理1)污染物的直接毒害作用污染物的直接毒害作用, 阻碍生物的正常生长发育阻碍生物的正常生长发育, 使生物丧失生存或繁衍使生物丧失生存或繁衍的能力。的能力。 例如,由于农药的大量使用,在杀灭对农作物有害昆虫的同时, 也杀灭了一些对农作物有益的昆虫。 2) 污染引起生境的改变污染引起生境的改变, 使生物丧失了

9、生存的环境。使生物丧失了生存的环境。 例如,昆明滇池从50年代到90年代,由于水体污染导致富营养化,高等水生植物种类丧失了36%, 鱼类种类丧失了25%,整个湖泊的物种多样性水平显著降低,生态系统的结构趋于单一。 3)污染物在生态系统中的富集和积累作用污染物在生态系统中的富集和积累作用, 使食物链后端的生物使食物链后端的生物, 难以存活或难以存活或繁育。繁育。 以美国长岛河口区生物对DDT的富集为例, 该地区大气中的DDT含量为310- 6mg/kg, 其中溶于水中的更微乎其微。但水中浮游生物体内的DDT含量为0. 04mg/ kg, 富集系数为1. 3万( 以大气中DDT 含量作基数); 浮

10、游生物为小鱼所食, 小鱼体内DDT 增加到0.5mg/kg, 富集16. 7万倍; 其后小鱼为大鱼所食, 大鱼体内DDT浓度增加到2mg/ kg, 富集系数为833万;海鸟捕食鱼, 其体内DDT增加到25mg/kg, 富集系数高达富集系数高达858万万。从这个例子可以看出, 空气和水中的DDT 含量很低, 但在生态系统中由于通过食物链逐级富集, 使处于食物链后端的鸟类体内DDT含量大增,导致中毒或死亡。16三、生态系统水平的影响2.生态系统复杂性的降低 A.污染物直接影响了物种的生存和发展，从根本上影响生态系统的结构和功能基础 B.污染大大降低了初级生产，导致生态系统结构受到影响1.生态系统多

11、样性的丧失17第二节 生物对污染的适应 所有污染区，均发现有部分生物的存活，并进行繁衍生物对环境的适应性一、生物对污染适应的一般原理1.生物对污染适应的两重性a.对“内外”环境改变的适应b.对污染物本身的适应2.全球性污染条件的环境特点 （推荐书目持久性有机污染物：新的全球性环境问题 ）a.全新的“人造”环境b.多种化学物质的共同作用18c. 毒害大，选择作用强 重金属及其衍生物、有机氟、有机氯等 持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，简称POPs）指人类合成的能持久存在于环境中、通过生物食物链（网）累积、并对人类健康造成有害影响的化学物质。它具备四种特

12、性：高毒、持久、生物积累性、亲脂憎水性，而位于生物链顶端的人类，则把这些毒性放大到了7万倍。d.成为重要的主导因子和限制因子19二、生物对污染的适应性反应生物对于污染物具有种质特异性Alcohol is believed to be hormetic in preventing heart disease and stroke, although the benefits of light drinking may have been exaggerated.In 2012, researchers at UCLA found that tiny amounts (1 mM, or 0.005

13、%) of ethanol doubled the lifespan of Caenorhabditis elegans, a round worm frequently used in biological studies. Higher doses of 0.4% provided no longevity benefit.Hormesis is the term for generally favorable biological responses to low exposures to toxins and other stressors. A pollutant or toxin

14、showing hormesis thus has the opposite effect in small doses as in large doses.低剂量兴奋效应、毒物兴奋效应20A low dose of a chemical agent may trigger from an organism the opposite response to a very high dose. 21Day 122Day 223Day 324 形态结构上的适应性反应 重金属污染的植物出现叶面积减小，地下生长优于地上生长，导致植物在形态上有向“旱生化”方向发展的趋势。2526敏感的两栖类常常成为毒理试验的样品27生理上的适应性反应 消极适应 大豆等植物在二氧化硫污染条件下，气孔关闭，光合作用停止。污染消失后，气孔开放，重新进行光合作用。 积极适应 对污染适应性较强的生物，即使在污染程度很高的情况下，仍能保持酶的活性。28其他的