污染物毒害作用及机理

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1、四川农业大学优质特色课程第三章污染物的毒害作用及机理四川农业大学优质特色课程环境中污染物数量不断增加，相应的生物体内 的毒物含量也逐渐积累。当富集到一定数量后 ，生物就开始出现受害症状：生理、生化过程 受阻，生长发育停滞，最后可能导致死亡。污 染物究竟如何对生物产生毒害作用，生物又怎 样作出相应的反应以及毒害机理是什么，这是 污染生态学研究的主要内容。引言四川农业大学优质特色课程主要内容污染物 的毒害 作用污染物 毒害作 用条件生物体 受害机 制四川农业大学优质特色课程第三章 污染物的毒害作用及机理第一节 污染物的毒害作用一、污染物对植物的影响二、对动物和人体健康的影响(了解)第二节 受害机理

2、一、生物活性点位二、重金属对生物毒性效应的分子机理（了解）三、金属离子对生物大分子活性点位的竞争及其与金属生物毒性的关系（自学）四、分子、原子结构理论解释（自学）四川农业大学优质特色课程第三节 受害条件一、毒物性质二、外界条件 第四节 化学元素的拮抗、协同关系一、化学元素的拮抗作用二、 研究元素之间的拮抗作用和协同关系的意义 三、元素之间拮抗的机理 四川农业大学优质特色课程污染物 的毒害 作用第一节 污染 物的毒害作用四川农业大学优质特色课程污染物对植物的影响污染物一植物吸收植物生长 、发育植物细胞 超微结构植物生 理生化 种子生活力四川农业大学优质特色课程1、 对植物吸收的影响抑制植物根系的

3、呼吸作用，影响根系的吸收能力污 染 物 某些重金属和营养元素之间有拮抗作用。影 响植物对相应元素的吸收。 改变土壤微生物的活性和影响土壤中一些 重要酶类的生物活性，影响植物根系对土 壤中营养元素的吸收四川农业大学优质特色课程2、对植物细胞超微结构的影响细胞核线粒体叶绿体细胞分 裂、染 色体核仁铅细胞核自 溶解 体线粒体肿胀成 巨型线粒体， 内腔中各种物 质解体成为空 泡，内部残存 颗粒状内含物 ，细胞质中多 溶酶体。随着浓度的增 加，线粒体基 粒片层逐渐消 失，类囊体空 泡 ，最终叶绿 体膜系统溃解 ，出现大而多 的脂类小球染色体断 裂、粘连 有丝分裂 出现异常出现多核 仁现象镉核变形肿胀 ，

4、核仁破碎 趋边 ，细胞 核发生微核 化，内质网 扩张。凝聚性线粒体 ，膜扩张，内 腔中嵴突消失 ，出现颗粒状 内含物，中心 区出现空泡同铅细胞核微 核化同铅四川农业大学优质特色课程四川农业大学优质特色课程3、对种子生活力的影响 （1）含镉F1代种子的萌发含镉F1种子的发芽率随着种子中镉积累量的增加而显著下降。四川农业大学优质特色课程 （2）含镉F1代种子萌发时几种酶活性的变化四川农业大学优质特色课程 （3）含镉F1种子萌发时根尖细胞有丝分裂频率的变化含镉F1种子萌发时，根尖细胞有丝分裂频率随着种子中镉积 累的增加而下降。 结论:种子质量影响综合指数表明,种子镉积累量低于1.68mg/kg 时，

5、对种子质量的综合影响效应轻微；高于1.68mg/kg，则综合效 应严重 。 4、对植物生长的影响（1） 对植物根的影响 不同浓度的Hg 2+对水稻种子胚根生长有明显的抑制作用。 特别对胚根纵向生长具有强烈的抑制作用。对幼苗根系脱氢酶活性的测定结果表明，随着铅处理浓度的 升高，根系脱氢酶活性下降。四川农业大学优质特色课程（2）植物地上部分生长的影响 Garrec(1982)报道了在受氟污染的针叶林内，云杉针叶中 氟浓度与木材生长率的关系为：y =10.7+11.02lnx (r=0.8)这里y：生长损失(%)， x：叶片氟化物浓度（mg/kg）叶片中氟化物超过100 mg/kg时，将引起生长量严

6、重减少 （减少40%）；植物叶片含氟量与生长关系的阈值为：菜豆300mg/kg， 紫花苜蓿200mg/kg，柑桔和黄杉100mg/kg。四川农业大学优质特色课程（3） 污染物对水生植株生长及产量的影响明显 不同浓度镉处理几种水生植物，随水中镉浓度升高，水生植 物生长率明显降低。 表3-4 镉污镉污 染水体中植物的生产产量(干重 g/kg.d)水体镉浓镉浓 度 (mg/L)水葫芦荇菜紫背萍狐尾藻0.0054.131.302.302.23 12.921.180.651.12 22.890.931.242.31 42.370.930.371.20 82.070.16-1.02-0.90 102.10

7、0.80-1.24-2.83 均值值2.750.88-0.280.52 相关系数(r)-0.870-0.750-0.910-0.941 P0.01；P0.05 四川农业大学优质特色课程 5、对植物发育(生育期)的影响 （1）污染物对植物发育的影响，主要表现为对花期的影响 Bontle（1982）以5.40.4g/m3HF在草莓3个不同发育时期进行薰气，结 果表明，凡是在开花受精期进行薰气的花，花托畸形率大大增加，而在开花前 或开花后薰气的对花托均无影响。表3-5 草莓不同发发育阶阶段HF薰气对对花托畸形和果重的影响编编号开花时间时间受精期成熟期花托畸形率 (%)平均果重 (g)1薰气薰气薰气5

8、73.47 2不薰气584.49 3不薰气不薰气1.335.584不薰气不薰气薰气2.75.7155.45.566不薰气薰气41.95.54四川农业大学优质特色课程 （2）污染物对不同生育期植物影响的差异性（3）植物产量受污染物随浓度的增高， 产量降低小麦拔节期和扬花期分别以不同浓度的HF进行熏气 表3-8 氟对对小麦各生育期的影响薰气 HF(ng/ m3)茎中积积累 的氟化物 (mg/kg)穗中积积累的 氟化物 (mg/kg)单单穗干物质质 重(g)单单株穗数单单株 产产量拔 节节 期01.72.00.3643.461.290.95.51.80.3063.451.03 2.917.82.00

9、.2543.651.21 扬扬 花 期01.91.80.4883.551.57 0.910.62.60.3333.261.07 2.935.62.30.3262.990.93四川农业大学优质特色课程6、污染物对植物生理生化的影响污染物对植物生理生化的影响，导致了对植物生长发育影响。（1）对细胞膜透性的影响 污染物影响细胞膜的透性，从而影响植物对营养物质的吸收。由于膜透性增加，使细胞内含物外渗，电导率增加，细胞释放 CO2的速度加快，大大地提高了植物呼吸速率。举例：镉处理5天的植物叶细胞透性结论：表明植物开花期对污染物特别是大气污染物最为敏 感，属于大气污染 的临界期。因此在开花期应尽量避免大

10、气污染物的伤害作用。四川农业大学优质特色课程 表3-9 镉处理5天的植物叶细胞透性水体镉浓镉浓 度 (mg/L)凤凤眼莲莲荇菜紫背萍狐尾藻 电导电导 度 (-1)钾浓钾浓 度 (mg/kg)电导电导 度 (-1)钾浓钾浓 度 (mg/kg)电导电导 度 (-1)钾浓钾浓 度 (mg/kg) 01228.31328614614.6 0.00515610.044022028617.0 117810.973021821717.0 222813.172035827517.5424714.091031339320.4 835615.8107069550122.0 1051018.685095082925

11、.0 处处理平均值值27913.778746041719.8 r0.9700.9580.7470.9650.9290.968结果证明镉对植物细胞膜有严重的破坏作用 ，随镉浓度增加， 细胞外渗液的电导度和钾离子浓度也增加。 因此，细胞膜透性 是评定植物对污染物反应的方法之一。 四川农业大学优质特色课程 （2）污染物对光合作用的影响污染物能抑制叶绿素中光合电子传递，抑制光合作用中对 CO2的固定；重金属对植物叶绿素含量和色素比率的影响 表3-10 镉处理5天后植物叶绿素a/b的变化水体镉镉 浓浓度 (mg/L)凤凤眼莲莲紫背萍狐尾藻 叶绿绿素 a/b变变化率 (%)叶绿绿素 a/b变变化率 (%)

12、叶绿绿素 a/b变变化率 (%)01.790.002.250.001.070.00 0.0051.74-2.82.09-7.11.03-3.7 11.61-10.11.97-12.41.00-6.5 21.60-10.61.57-30.20.93-13.1 41.42-20.71.22-45.80.96-10.3 81.38-22.91.10-51.10.87-18.7 101.02-43.01.10-51.10.81-24.3叶绿素含量和叶绿素色素比率a/b随重金属浓度上升而下降 四川农业大学优质特色课程重金属进入叶绿体内在局部部位积累过多 ，直接 破坏叶绿体结构及其功能；重金属间接地通过拮

13、抗作用干扰了植物对铁、锌的 吸收、转移，阻碍了营养元素向叶的输送，使之丧失 合成叶绿素的能力；重金属使叶绿素酶活性增加而使叶绿素分解。污染物破坏叶绿素的机制可能有3种原因四川农业大学优质特色课程 （3）污染物对呼吸作用的影响 （通过干扰呼吸酶，来影 响呼吸作用。） 镉对呼吸酶( 绿藻苹果酸脱氢酶) 活性的影响表3-11 镉对镉对 苹果酸脱氢氢酶活性的影响种类类镉浓镉浓 度(mg/L)活性(为对为对 照的百分率) 斜生 栅栅藻0.0100 0.01108 0.551.3 1.038.2 蛋白 核小 球藻0.0100 0.01112 0.559.8 1.040.6测定受镉污染4小时后的绿藻苹果酸脱

14、氢酶活性，在低浓度下，对酶的活性有 刺激作用，高浓度则明显受抑制 四川农业大学优质特色课程镉对高等水生植物根系呼吸酶(脱氢酶)明显影响随镉浓度升高，根系脱氢酶活性明显下降，即镉对根系呼吸 作用有明显抑制四川农业大学优质特色课程 （4）污染物对蒸腾作用的影响污染物浓度低，蒸腾加速；污染物浓度超过一定值后，蒸腾强度降低。 （5）污 染物对生长素的影响 污染物对生长素有明显的抑制（6）污染物对植物化学成分的影响 污染物对植物体内的成分，有明显影响。 植物受污染后， 总氮量与蛋白质含氮量均下降； 植物体的营养成分也受重金属的影响。能明显影响种子中 氨基酸、蛋白质、糖、淀粉和脂肪的含量。四川农业大学优质

15、特色课程 污染物影响叶内可溶性糖含量的变化。表3-14镉对镉对 植物叶片可溶性糖含量的影响水中镉浓镉浓 度( mg/L)凤凤眼莲莲紫背萍可溶性糖含量 %变变化率 %可溶性糖含量 %变变化率 %00.200.11040.23150.2916480.25250.32191200.29450.34209举例： 铅、镉复合污染对烟草品质的影响既有理论价值，又有实际意义。李 素英、王焕校等(1989)研究的结果如下：（污染物对植物生理生化的影响的 举例）因此，叶内可溶性糖含量的改变，可作为鉴别植物抗性强弱的生理指标之一。四川农业大学优质特色课程一、污染物对植物的影响 1、对植物吸收的影响2、对植物细胞超

16、微结构的影响3、对种子生活力的影响4、对植物生长的影响5、对植物发育的影响6、对植物生理生化的影响四川农业大学优质特色课程二、污染物对动物和人体健康的影响重金属元素能严重影响和破坏鱼类的呼吸器官，导 致呼吸机能减弱。首先，这些重金属能粘积在鳃的 表面，造成鳃的上皮和粘液细胞的贫血和营养失调 ，从而影响对氧的吸收和降低血液输送氧的能力。 重金属还能降低血液中呼吸色素的浓度，使红细胞 减少。例如，当鱼类受铝、汞、锌的毒害时，能抑 制鱼类血红蛋白的合成，使氧和血红蛋白分离曲线 发生改变，影响鱼类血液输送氧的能力。四川农业大学优质特色课程受重金属污 染的河流四川农业大学优质特色课程被重金属 毒死的鱼四川农业大学优质特色课程水俣事件19531956年发生在日本熊本县水俣市的公害事件。1953年发现首例怪病，症状初