环境生物学绪论

1、环境生物环境生物学学 主讲 ：李世刚：李世刚 电电 话：话 Email : 学习目标与要求学习目标与要求1.1.掌握环境生物学的概念、研究内容与任务；掌握环境生物学的概念、研究内容与任务；2.2.认识环境科学与环境问题，环境科学的发展历史。认识环境科学与环境问题，环境科学的发展历史。3.3.了解环境生物学与相关学科的关系，环境生物学了解环境生物学与相关学科的关系，环境生物学的发展趋势。的发展趋势。 环境的概念环境的概念v环境是人类生存的环境，是人类进行生产和生活活动的场所环境是人类生存的环境，是人类进行生产和生活活动的场所以及人类生存与发展的物质基础，它包括了以及人类

2、生存与发展的物质基础，它包括了自然环境自然环境和和社会社会环境环境，即人类赖以生存和发展的基本条件的综合体。，即人类赖以生存和发展的基本条件的综合体。v到现在人类已形成了一个复杂强大的多层次、多单元的环境到现在人类已形成了一个复杂强大的多层次、多单元的环境 系统系统 根据根据人类是否干预人类是否干预分为：天然的环境、经人工改造的环境；分为：天然的环境、经人工改造的环境； 根据根据性质性质可分为：物理环境、化学环境、生物环境；可分为：物理环境、化学环境、生物环境； 根据根据要素要素可分为：大气环境、土壤环境和水环境等。可分为：大气环境、土壤环境和水环境等。讨论：讨论： “环境环境”具有相对性，在

3、不同的学科具有相对性，在不同的学科中含义不同，主体的改变往往导致环境概念含中含义不同，主体的改变往往导致环境概念含义的不同。人类是环境发展到一定阶段的产物，义的不同。人类是环境发展到一定阶段的产物，环境是人类生存的物质基础，环境在影响人类环境是人类生存的物质基础，环境在影响人类生产、生活的同时，人类也在不断地利用和改生产、生活的同时，人类也在不断地利用和改造自然环境。故人类和环境密切联系，相互作造自然环境。故人类和环境密切联系，相互作用。用。1 一般工具书中定义的一般工具书中定义的“环境环境”概念概念 是指人以外的客观事物，将环境作为一种人是指人以外的客观事物，将环境作为一种人以外的客观存在来

4、加以定义，如新华字典中定义以外的客观存在来加以定义，如新华字典中定义为：周围的一切事物。为：周围的一切事物。2 作为环境科学术语的作为环境科学术语的“环境环境”概念概念 环境科学所研究的中心事物是环境科学所研究的中心事物是“人人”，则环境，则环境是以人类为主体的外部世界，是是以人类为主体的外部世界，是“人类生存的环人类生存的环境境”，在此基础上定义：，在此基础上定义： 影响人类生存和发展的影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总和。各种天然的和经过人工改造的自然因素的总和。 3 生态学中生态学中“环境环境”的概念的概念 生态学研究的中心事物是生态学研究的中心事物是“生物生物”

5、，环境是以，环境是以整个生物界的生命为主体，是整个生物界的生命为主体，是“生物生存的环境生物生存的环境”，可定义：直接或间接影响生物生存和发展的各种因可定义：直接或间接影响生物生存和发展的各种因素的总和。素的总和。环境问题环境问题v环境问题是指人类为了其自身的生存和发展等需要，在利环境问题是指人类为了其自身的生存和发展等需要，在利用自然环境和改造自然的过程中所引起的环境质量变化以用自然环境和改造自然的过程中所引起的环境质量变化以及这种变化反过来对人类生产、生活和健康的负面影响。及这种变化反过来对人类生产、生活和健康的负面影响。 v主要包含两类问题主要包含两类问题 F生态破坏问题生态破坏问题 F

6、环境污染问题环境污染问题 环境问题的产生和发展环境问题的产生和发展 v在新石器时期，原始农业开始出现，人类进入在新石器时期，原始农业开始出现，人类进入“刀刀耕火种耕火种”时代，开始大面积火烧和砍伐森林以开垦时代，开始大面积火烧和砍伐森林以开垦田地。田地。 v1818世纪后半叶，生产力得到空前发展，环境污染严世纪后半叶，生产力得到空前发展，环境污染严重，以英国伦敦的煤烟污染典型例子。重，以英国伦敦的煤烟污染典型例子。 v1919世纪世纪3030年代以后，年代以后，19521952年伦敦烟雾事件、年伦敦烟雾事件、19531953年年19561956年日本氺俣病事件年日本氺俣病事件v2020世纪世纪

7、8080年代，全球性的污染和大面积破坏年代，全球性的污染和大面积破坏 当今全球主要环境问题当今全球主要环境问题温室效应温室效应臭氧层破坏臭氧层破坏酸雨酸雨生物多样性减少生物多样性减少土壤荒漠化土壤荒漠化淡水资源危机淡水资源危机海洋环境污染海洋环境污染固体废弃物污染固体废弃物污染有毒难降解化学品污染有毒难降解化学品污染我国当今所面临的环境问题我国当今所面临的环境问题v水资源紧缺并污染严重水资源紧缺并污染严重v农业环境形势严峻农业环境形势严峻v生态环境状况恶化生态环境状况恶化v城市环境污染严重城市环境污染严重-生态破坏生态破坏例例1 滥伐树木滥伐树木森林面积的锐减森林面积的锐减水土流失水土流失风尘

8、暴、沙漠化风尘暴、沙漠化例例2 生物多样性受破坏生物多样性受破坏例例3 臭氧层破坏臭氧层破坏（3）与环境有关的纪念日）与环境有关的纪念日3月月22日日 世界水日世界水日 6月月5日日 世界环境日世界环境日3月月23日日 世界气象日世界气象日 6月月17日世界防治荒漠化和干旱日日世界防治荒漠化和干旱日4月月22日日 世界地球日世界地球日 6月月25日中国土地日日中国土地日5月月31日日 世界无烟日世界无烟日 6月月26国际禁毒日国际禁毒日7月月11日日 世界人口日世界人口日 9月月16国际保护臭氧层日国际保护臭氧层日10月月16日日 世界粮食日世界粮食日 12月月29日国际生物多样性日日国际生物

9、多样性日 生产需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市生产需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化发展等引起人为排放的二氧化碳等温室气体不化发展等引起人为排放的二氧化碳等温室气体不断增加；热带森林和温带植被破坏严重，光合作断增加；热带森林和温带植被破坏严重，光合作用吸收二氧化碳的能力减弱。用吸收二氧化碳的能力减弱。v是灾害性气候：厄尔尼诺现象。厄尔尼诺可以引起全球大范围的干旱，也可使某些地区暴雨成灾。例如，1997年3月开始的第14次厄尔尼诺：中国：长江、松花江、嫩江全流域大洪水，直接损失几千亿元。98年1月10日张北地区62级地震。11月19日云南宁蒗又生生62级地震。809臭氧总量迅速减少一

10、半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近90臭氧被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞”。一、环境科学概述一、环境科学概述环境科学环境科学是研究是研究人类活动人类活动影响下环境质量变化规律以影响下环境质量变化规律以及这种变化和及这种变化和人类人类相互影响，相互作用的关系。相互影响，相互作用的关系。环境科学环境科学是以是以人类人类环境环境这一系统为研究对象，研这一系统为研究对象，研究其发生、发展、调节、控制以及优化改造的科学究其发生、发展、调节、控制以及优化改造的科学环境空气动力学环境空气动力学环境医学环境医学环境生物学环境生物学环境地

11、学环境地学环境化学环境化学环境物理学环境物理学环境数学环境数学 环境学 基础环境学 应用环境学 环境科学一、环境科学概述一、环境科学概述环境经济学环境经济学环境质量评价环境质量评价环境监测环境监测环境规划环境规划环境管理学环境管理学环境工程环境工程环境行为环境行为环境法学环境法学二、环境生物学概述二、环境生物学概述1、环境生物学、环境生物学环境生物学（环境生物学（Environmental Biology）是研究受）是研究受人人类活动干扰类活动干扰的环境与生物之间的环境与生物之间相互作用相互作用规律及机理。规律及机理。并应用生物学理论和方法来并应用生物学理论和方法来控制和治理控制和治理环境污染

12、，环境污染，监监测和评价测和评价环境质量，维护生态系统平衡，实现人类环环境质量，维护生态系统平衡，实现人类环境可持续发展的一门科学，是环境科学与生物学相互境可持续发展的一门科学，是环境科学与生物学相互结合、相互渗透所形成的交叉学科。结合、相互渗透所形成的交叉学科。2 2、环境生物学的形成与发展、环境生物学的形成与发展19世纪中叶工业世纪中叶工业革命后革命后，开始研，开始研究各种污染对生究各种污染对生物的影响（水污物的影响（水污染生物监测、大染生物监测、大气污染对植物、气污染对植物、动物的影响动物的影响“黑黑化现象化现象”）工业化前工业化前英国乡村有很多白色蛾子停在英国乡村有很多白色蛾子停在布满

13、淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现。布满淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现。工业化后工业化后黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。2 2、环境生物学的形成与发展、环境生物学的形成与发展1902年年Kolkwitz和和Marssond提出了污水生物系统提出了污水生物系统，河流自上，河流自上游往下游因自净过程而形成一系列污染程度逐渐减轻的连续带。游往下游因自净过程而形成一系列污染程度逐渐减轻的连续带。1917年，活性污泥法处理城市生活污水年，活性污泥法处理城市生活污水，开始在英国罗彻斯特，开始在英国罗彻斯特和美国休斯顿得到应

14、用。和美国休斯顿得到应用。50年代至年代至60年代年代，着力于研究污染物在生态系统的迁移、转化，着力于研究污染物在生态系统的迁移、转化和归宿的规律，和归宿的规律，污染生态学污染生态学应运而生。应运而生。70年代年代，在水、气污染的生物监测和生物净化、遗传毒理学、，在水、气污染的生物监测和生物净化、遗传毒理学、土壤污染和土地处理系统以及自然保护等领域开展了大量科学土壤污染和土地处理系统以及自然保护等领域开展了大量科学研究工作。研究工作。3、环境生物学的研究内容、环境生物学的研究内容具体研究内容：具体研究内容：环境污染的环境污染的生物效应和生态效应机理生物效应和生态效应机理利用生物对环境进行利用生

15、物对环境进行监测和评价监测和评价的原理和方法的原理和方法生物或生态系统对生物或生态系统对污染的控制与净化污染的控制与净化的原理与应用的原理与应用自然保护生物学和恢复生态学及自然保护生物学和恢复生态学及生物修复技术生物修复技术生物对环境污染的生物对环境污染的适应及其抗性机理适应及其抗性机理。环境污染物的生物效应环境污染物的生物效应污染物在环境中的迁移、转化和积累的生物学规律污染物在环境中的迁移、转化和积累的生物学规律污染物对生物的影响和危害污染物对生物的影响和危害，这种效应包括从分子水平、，这种效应包括从分子水平、细胞水平、组织水平、器官水平、个体水平、种群水平到细胞水平、组织水平、器官水平、个

16、体水平、种群水平到生态系统等各级生物层次生态系统等各级生物层次探索污染效应的机理探索污染效应的机理研究环境污染的研究环境污染的生物监测与生物评价的理论和方法生物监测与生物评价的理论和方法环境污染的生物净化环境污染的生物净化生物对环境污染净化与去除的基本原理、方法以及影响因素生物对环境污染净化与去除的基本原理、方法以及影响因素通过生物学或生态学的技术与方法进一步通过生物学或生态学的技术与方法进一步强化生物在环境污强化生物在环境污 染净化中的作用染净化中的作用，包括具体高效净化能力的生物种类及菌株的筛选以及基包括具体高效净化能力的生物种类及菌株的筛选以及基 因工程菌的构建，降解和去除污染物的机理及

17、其降解动力学反应模型等。因工程菌的构建，降解和去除污染物的机理及其降解动力学反应模型等。生态工程中生物群落的结构和演替生态工程中生物群落的结构和演替，不同类型物种间相互关系，不同类型物种间相互关系对环境污染净化过程中的调空作用对环境污染净化过程中的调空作用。4、环境生物学的任务、环境生物学的任务阐明环境污染的生物学或生态学效应（各系统水平）阐明环境污染的生物学或生态学效应（各系统水平） 生物学监测与评价生物学监测与评价探索生物对环境污染的净化原理（环境有一定的环境容量）探索生物对环境污染的净化原理（环境有一定的环境容量） 提高生物净化能力提高生物净化能力探讨自然保护生物学和恢复生态学的原理与方

18、法（自然资探讨自然保护生物学和恢复生态学的原理与方法（自然资 源的更新能力）源的更新能力） 合理利用自然资源合理利用自然资源5 5、环境生物学发展趋势、环境生物学发展趋势环境生物学目前的发展趋势：环境生物学目前的发展趋势：进一步认识环境问题的实质，提高解决环境问题、有进一步认识环境问题的实质，提高解决环境问题、有效控制环境污染的能力；效控制环境污染的能力；在配合其他技术途样，对传统的工业生产工艺进行改在配合其他技术途样，对传统的工业生产工艺进行改造，以造，以“清洁生产清洁生产”逐步取代当前占主要地位的逐步取代当前占主要地位的“末末端治理端治理”5 5、环境生物学发展趋势、环境生物学发展趋势目前

19、的发展趋势具体体现在：目前的发展趋势具体体现在： 污染生态学污染生态学 生态毒理学生态毒理学 保护生态学保护生态学 环境生物技术环境生物技术污染生态学污染生态学 污染生态学是研究生物体与污染环境之间相互作用的化污染生态学是研究生物体与污染环境之间相互作用的化学机理与化学过程及其调控的科学学机理与化学过程及其调控的科学目前研究重点从注重目前研究重点从注重污染物的危害后果污染物的危害后果到重视与加强到重视与加强污染污染动态过程动态过程的研究，的研究，包括：包括：污染物在生物体内和生态系统各组分之间的迁移、转化污染物在生物体内和生态系统各组分之间的迁移、转化 和分布和分布生物体和生态系统对污染物的吸

20、收、富集、降解和净化生物体和生态系统对污染物的吸收、富集、降解和净化 作用。作用。生态毒理学生态毒理学宏观：宏观：由于过去根据室内单一污染物对单物种的影响，向由于过去根据室内单一污染物对单物种的影响，向 在生态系统水平上评价生态效应在生态系统水平上评价生态效应的方法和模型发展。的方法和模型发展。微观：微观：采用分子生物学、细胞学、遗传学、生理学等生物采用分子生物学、细胞学、遗传学、生理学等生物 学方法与技术，研究学方法与技术，研究污染物及其代谢产物与生物大污染物及其代谢产物与生物大 分子及细胞的相互作用分子及细胞的相互作用、遗传与代谢的关系。、遗传与代谢的关系。保护生态学保护生态学自然保护生物

21、学：自然保护生物学：由研究珍稀濒临灭绝的物种及其栖息地由研究珍稀濒临灭绝的物种及其栖息地 保护发展到保护发展到生物多样性的保护生物多样性的保护，在自然，在自然 保护技术和措施方面，已由自然保护区保护技术和措施方面，已由自然保护区 的建立发展到的建立发展到生物圈保护区生物圈保护区。恢复生态学：恢复生态学：研究生态系统的退化机制、物种进入和生长研究生态系统的退化机制、物种进入和生长 及群落聚集过程的限制因子、群落结构与生及群落聚集过程的限制因子、群落结构与生 态系统功能特征。态系统功能特征。环境生物技术环境生物技术认识和解决环境问题过程的生物技术认识和解决环境问题过程的生物技术，主要，主要涉及环境

22、质量的监测、评价、控制以及废弃涉及环境质量的监测、评价、控制以及废弃物处理过程中的生物学方法和技术的发展与物处理过程中的生物学方法和技术的发展与应用。应用。v环境生物技术是利用生物体、生物的代谢反应过程和生物合环境生物技术是利用生物体、生物的代谢反应过程和生物合成产物对污染或被破坏生态环境进行治理和修复以及监测和成产物对污染或被破坏生态环境进行治理和修复以及监测和评价的一种单一的或复合的工艺技术系统评价的一种单一的或复合的工艺技术系统 环境生物技术环境生物技术环境生物技术环境生物技术污染物生物控制和消除技术污染物生物控制和消除技术：人工合成化学污染物和大分子物：人工合成化学污染物和大分子物质的

23、质的降解性研究降解性研究，绿色生产技术，有机废弃物的转化和再利用，绿色生产技术，有机废弃物的转化和再利用，生物修复，生物反应器技术，组建具有特殊功能的基因工程菌。生物修复，生物反应器技术，组建具有特殊功能的基因工程菌。生物监测与评价：生物监测与评价：继续探索更准确、快速方便和更有效的继续探索更准确、快速方便和更有效的各种各种生物监测方法和手段生物监测方法和手段，建立统一标准化、规范化的监测评价体，建立统一标准化、规范化的监测评价体系，建立全球性的监测评价信息网络系统。系，建立全球性的监测评价信息网络系统。生物传感器生物传感器生物传感器就是将生物学、化学和物理学融为一生物传感器就是将生物学、化学

24、和物理学融为一体的一种新装置，目前向着高性能化、微型化、体的一种新装置，目前向着高性能化、微型化、智能化和专业化的方向发展。智能化和专业化的方向发展。污染污染生物的酶、亚生物的酶、亚细胞器以及细细胞器以及细胞或组织胞或组织转换装置转换装置电信号电信号放大系统放大系统计算机处理系统计算机处理系统是否污染是否污染6 6、环境生物学的研究方法、环境生物学的研究方法不是孤立地研究生物，而是着重于生不是孤立地研究生物，而是着重于生物与受干扰环境相互作用关系的研究物与受干扰环境相互作用关系的研究6 6、环境生物学的研究方法、环境生物学的研究方法室外调查和实验方法室外调查和实验方法实验室试验研究实验室试验研

25、究模拟研究方法模拟研究方法自然条件下的试验研究方法自然条件下的试验研究方法室外调查和试验方法室外调查和试验方法对对人为干扰人为干扰的环境进行现场实地调查和试验的环境进行现场实地调查和试验各种环境因各种环境因素的测定、素的测定、调查和研究调查和研究生物各层次生物各层次效应的研究效应的研究探索环境中各因素对探索环境中各因素对生物或生态系统影响生物或生态系统影响的基本规律的基本规律室外调查和试验方法室外调查和试验方法优点：优点：其实，只有在对环境问题引起自然环境状况的变化其实，只有在对环境问题引起自然环境状况的变化进行进行实地研究实地研究后，找出其规律，对环境问题的解决后，找出其规律，对环境问题的解决才有具体的指导意义。才有具体的指导意义。缺点：缺点：影响因素的分析存在困难影响因素的分析存在困难实验室试验研究实验室试验研究实验室研究通过室内的手段和方法来实验室研究通过室内的手段和方法来模拟模拟真实污染真实污染物对自然环境的污染过程，污染的生物效应和生物物对自然环境的污染过程，污染的生物效应和生物净化过程及这些效应和过程的机理净化过程及这些效应和过程的机理实验室模拟研究只能以现场和野外研究作为基础实验室模拟研究只能以现场和野外研究作为基础，否则会陷入盲目