环境生态学1

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1、第一章 环境污染与生态环境影响评价,第一节 环境污染物与毒物 第二节 环境污染物在生态环境中迁移与转化 第三节 环境污染物的毒理学评价 第四节 生态监测与评价,第一节 环境污染物与毒物,一、污染物与毒物 1. 定义： 污染物（Pollutant）：进入环境后使环境的正常组分发生变化，直接或间接有害于生物生长、发育和繁殖的物质。 环境污染物：指由于人类活动进入环境，使环境正常组分和性质发生改变，直接或间接有害与生物或人类的物质。 毒物（toxicant）：指对有机体产生有害作用的化学物质。或指由某种方式进入生物体的化学物质，在其达到一定数量时，能扰乱或破坏生物的正常生理功能，引起暂时或持久的病症

2、，甚至使生物死亡的物质。,其他有关污染物的概念 污染物: 进入环境后能直接或间接危害人类的物质。（辞海） 进入环境后使环境的正常组成发生直接或间接有害于人类的变化的物质。（中国大百科全书.环境科学卷） 进入环境后使环境的正常组成发生直接或间接有害于生物生长、发育和繁殖的变化的物质。（一般）,2.污染物的性质,（1）一种物质成为污染物，必须在特定的环境中达到一定的数量或浓度，并且持续一定的时间。 （2）污染物会在环境中发生一定的转化，即具有易变性。,3.污染物的分类,（1）按污染物的来源分： 自然来源的污染物；人为来源的污染物。 （2） 按受污染物影响的环境要素分： 大气污染物；水体污染物；土壤

3、污染物。 （3） 按污染物的形态分： 气体污染物；固体污染物；液体污染物。 （4） 按污染物的性质分： 化学污染物：无机污染物、有机污染物。 物理污染物：噪声、微波辐射、放射性污染物。 生物污染物：病原体等。 （5）按污染物在环境中物理、化学性状的变化分： 一次污染物；二次污染物。,第二节 环境污染物在生态环境中迁移与转化,1.物质通过生物膜的方式,1 物质通过生物膜的机理,1.1 生物膜的结构,1.2 物质通过生物膜的方式,1. 膜孔滤过 细胞膜上具有充满水分的小孔，水及水中的小分子物质活离子，可借助膜两侧的水压或渗透压透过细胞膜称作膜孔滤过。 毒物滤过膜孔的速度主要取决于膜孔的大小。 如，

4、毛细血管合肾小球毛细血管的膜孔为40； 大多数细胞的膜孔为4。,2. 被动扩散（浓度扩散） 物质从高浓度侧经细胞膜向低浓度侧的转运过程为被动扩散。 多数外源性毒物常以这种方式通过细胞膜。 扩散速率服从费克定律： 扩散系数取决于通过物质的分子结构、脂溶性及带电情况，和膜的性质。 被动扩散不需耗能，不需载体参与，因而不会出现特异性选择、竞争性抑制及饱和现象。,3. 易化扩散（载体转运或载体扩散） 某些物质借助膜上一些特殊蛋白-载体的帮助，由高浓度处经细胞膜向低浓度处扩散的转运为易化扩散。 扩散速率与膜上载体的数量有关。存在特异性选择、竞争抑制和饱和现象。,4. 主动转运 在需消耗一定的代谢能量下，

5、一些分子量较大的水溶性物质可在低浓度侧与膜上高浓度特异性蛋白载体结合，通过生物膜，至高浓度侧解离出原物质。这一转运为主动转运。 存在特异性选择、竞争抑制和饱和现象。,5. 胞吞和胞饮 某些固态物质与细胞膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与细胞膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起细胞膜的外包或内凹，将固态物质包围进入细胞，这种方式称胞吞，如为液态物质，称为胞饮。 对于由网状内皮系统清除肺泡里的微粒和血液中的某些毒物具有重要意义。,总结： 外来物质以何种方式通过细胞膜，主要取决于： 毒物本身的化学结构； 理化性质； 细胞膜的结构。 易化扩散和主动转运是正常营养物质及其代谢产物通过细胞膜的主要方式

6、。 除与正常营养物质及其代谢产物类似的毒物外，大多数物质是以被动扩散方式通过细胞膜。膜孔滤过不是主要方式。,2 污染物质在机体内的转运,污染物质在机体内的运动过程包括吸收、分布、排泄和生物转化。其中转运包括：吸收、分布和排泄。消除包括：排泄和生物转化。 2.1 吸收 吸收是污染物质从机体外，通过各种途径通透体膜进入血液的过程。吸收主要途径是消化管、呼吸管和皮肤。,1. 消化管 吸收污染物最主要途径。吸收主要部位在小肠，其次是胃。 影响吸收的因素： 污染物脂溶性：脂溶性越强，被小肠吸收越快。 pH：小肠液pH6.6、胃液pH2，有机弱碱在小肠中吸收比胃中快；虽然有机酸在胃中比在小肠中利于吸收，但

7、小肠吸收面积大且血流速快，因此还是小肠中吸收快。 血流速度：对于脂溶性污染物，血流速度快，机体对污染物吸收速度大；一些极性污染物，脂溶性小，扩散为限速因素，对血流速度不敏感。,2. 呼吸管 是吸收大气污染物的主要途径。主要吸收部位是肺泡。 气体污染物可直接进入肺部而转入血液 呼吸 2.5m粒径颗粒部分会留在鼻咽部，易通过 人体活动排出 0.52.5m粒径颗粒部分可进入支气管，粘于 粘液层并排出 0.5m粒径颗粒部分可深入肺部，部分被溶 出进入体液,3. 皮肤 人体皮肤摄取环境污染物的能力很差。 具有水溶性兼脂溶性的低分子污染物（分子量300）如酚、苯胺、尼古丁、马钱子碱等较易通过皮肤进入机体。

8、(被动扩散) 此外，人体可通过出汗排污，但是次要途径。,2.2 分布,分布是指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由血液转送至机体各组织；与组织成分结合；从组织返回血液；以及再反复等过程。,血流速度：脂溶性物质容易通过生物膜，组织血流速度是分布的限速。 血脑屏障：污染物经膜的通透性是限速。 污染物与血浆蛋白的结合能力：污染物常与血液中的血浆蛋白质结合。该结合呈可逆性。,2.3 排泄,排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌等，而以肾和肝胆为主。,肾排泄 是污染物通过肾随尿而排除的过程。 肾排泄污染物的效率是肾小球滤过，近曲小管主动分泌和远曲小管被动重

9、吸收的综合结果。是污染物的一个主要排泄途径。,肝胆系统的胆汁排泄 污染物在肝脏的分泌主要是主动转运，被动扩散较少。 排泄物中，少数是原形物质，多数是代谢产物，所以胆汁排泄是原形污染物排出体外的一个次要途径，是代谢产物的主要排除途径。 一般，分子量在300以上、水溶性大的化合物，胆汁排泄良好。,2.4 蓄积,机体长期接触某污染物质，若吸收超过排泄及其代谢转化，则会出现该污染物质在体内逐增的现象，称为生物蓄积。 机体的主要蓄积部位：血浆蛋白、脂肪组织和骨骼。 蓄积部位中的污染物质，常同血浆中游离型污染物质保持相对稳定的平衡。,3 污染物质的生物富集、放大和积累,生物富集：生物通过非吞食方式，从周围

10、环境蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体内浓度超过周围环境中浓度的现象。 生物浓缩系数： Cb-某种元素或难降解物质在机体中的浓度 Ce-某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度,3.1 生物富集,影响生物浓缩系数的有关因素： 1、在物质性质方面 降解性、脂溶性、水溶性 2、在生物特征方面 生物种类、大小、性别、器官、生物发育阶段等 3、在环境条件方面 温度、盐度、水硬度、pH、氧含量和光照状况等,水生生物富集速率方程为： 生物浓缩系数：,End,3.2 生物放大,生物放大：同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物富集某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现

11、象。 生物放大程度也用生物浓缩系数表示。 生物放大并不是在所有条件下都能发生。 食物链十分复杂，相互交织成网状,3.3 生物积累,生物积累：生物从周围环境和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。 水生生物的积累微分速率方程： 式中，C化学物质在生物体中浓度(g/g)；ka生物从水中吸收化学物质速率常数(1/d)；生物对化学物质同化效率(吸收化学物质重量/摄取化学物质重量)；R每天每克体重所摄取的克数；Cf食物中化学物质浓度(g/g)；k为生物释放化学物质的排泄速率常数ke与生物增重速率常数kg之和(1/d) 。,对上式积分得：,达稳态时 ，于是有，,生物放

12、大或生物富集是属于生物积累的一种情况。,第三节 环境污染物的毒理学评价,一、环境污染物的毒性 毒性（toxicity）:是一种污染物对生物体造成损害的能力。 急性中毒：在短时间内，大量的毒物进入有机体，引起中毒，症状严重甚至死亡。 慢性中毒：少量毒物长期进入有机体，在体内积蓄达到一定程度后出现中毒症状。 亚急性或亚慢性中毒：介于急性中毒与慢性中毒之间。 剂量（dose）：指给予生物体的数量或与生物体接触的数量。,常用指标参数：,1）安全浓度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安全浓度。 2）最高允许浓度生物在整个生长发育周期内，或者是对污染物敏感的时期内，

13、该污染物对生物的生命活动能力和生产力没有发生明显的影响的浓度，称为最高允许浓度。 （或最大无作用浓度） 3）效应浓度（EC）超过最高允许浓度，生物开始出现受害症状的浓度或毒物剂量。分为EC50，EC70，EC90。 4）致死浓度（LC）当污染物浓度继续上升到某一定浓度，生物开始死亡，这时的浓度为称致死浓度（LC）。分为LC50、LC70、LC90、LC100。,二、环境污染物毒性的评价,生物测试（bioassay）:又称生物测定或生物检试，是利用生物受到污染物质的毒害所产生的生理机能等变化测试污染状况的方法。 生物测试的意义: 侦察各种污染物的毒性； 了解污染物在环境中迁移规律； 生物体的生理

14、、种群密度、种群结构等在有毒物质存在时的变化规律； 多种毒物的联合作用规律； 外源毒物在非致死暴露水平对生物体遗传结构的影响，以及引起生物体分子、生化、生理水平上的反应。,毒性试验（toxic test）是指人为地设置某种致毒方式使受试生物中毒，根据试验生物的中毒反应来确定毒物毒性的试验方法。 毒性试验中对生物的致毒方式主要采用三种方法： 接触致毒（皮肤染毒、呼吸道染毒）； 口服致毒； 人工直接感染法（直接注射）。,急性毒性试验,急性毒性试验是指在较短的时间内，通常为96小时或更短的时间，能引起试验动物死亡或剧烈损伤的一种试验方法 术语和指标： ）半致死浓度（median lethal con

15、centration, LC50）-指在规定时间内引起试验 动物死亡一半的浓度。与平均耐受限（）同含义。 2） 半效应浓度（median effect concentrarion, EC50）指在一定时间内，试验动物的一半出现某种伤害效应的毒物浓度。表示经毒物短期接触的亚致死毒性。 3） 半致死剂量（median lethal dose, LD50）指用口服或注射等方式致毒，在一定时间内致毒而使动物死亡一半的剂量。 ）半致死时间（median lethal time, LT50）指在一定浓度下，试验动物死亡一半所需要的时间。,慢性毒性试验,慢性毒性试验是指在实验室条件下进行的低浓度、长时间的中

16、毒试验，观察毒物与生物反应之间的关系，以确定对生物无影响的浓度（安全浓度）。 试验动物大鼠、狗、灵长类等 染毒期限年或年，或天 剂量分组一般设三个染毒组，一个对照组，一个化学溶剂对照组。组间剂量差为倍，最大剂量以试验动物出现轻微可见毒性反应，最小剂量为阈剂量组或无作用剂量组。或以的LD50 为最高剂量，为中间剂量，为最高剂量。 观察指标：一般指标（体重、毛皮光泽、神态、行为、血象、肝肾功能等）；病理学指标等。,致突变和致癌物质的检测,1）微核技术 利用花粉母细胞减数分裂时四分体时期出现的微核率来指示环境污染的方法. 原理：植物细胞分裂时染色体在复制过程中如果受到外界诱变因子的作用，产生一些游离染色体片断，形成包膜，变成大小不等的小球体，即微核（micronucleus，MCN）。 2）染色单体交换测定技术 鱼类细胞