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1、 第三节第三节 污染物质的生物富集、放大和积累污染物质的生物富集、放大和积累 一、生物富集一、生物富集 二、生物放大二、生物放大 三、生物积累三、生物积累 一、生物富集一、生物富集 生物富集生物富集是指生物通过非吞食方式，从周围环境是指生物通过非吞食方式，从周围环境(水、水、土壤、大气土壤、大气)蓄积某种元素或难降解的物质，使其在机体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。内浓度超过周围环境中浓度的现象。生物富集用生物浓缩系数表示，即：生物富集用生物浓缩系数表示，即：BCF=cbce式中：式中：BCFBCF生物浓缩系数；生物浓缩系数；c cb b某种元素或难降解物
2、质在机体中的浓度；某种元素或难降解物质在机体中的浓度；c ce e某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度某种元素或难降解物质在机体周围环境中的浓度 一、生物富集一、生物富集 生物浓缩系数可以是个位到万位级，甚至更高。生物浓缩系数可以是个位到万位级，甚至更高。其大小与下列三个方面的影响因素有关其大小与下列三个方面的影响因素有关:在物质性质方面在物质性质方面:降解性、脂溶性和水溶性。降解性、脂溶性和水溶性。一般，降解一般，降解性小、脂溶性高、水溶性低的物质，生物浓缩系数高；反之，性小、脂溶性高、水溶性低的物质，生物浓缩系数高；反之，则低。则低。在生物特征方面在生物特征方面:生物种类、大小、性别
3、、器官、生物生物种类、大小、性别、器官、生物发育阶段等。发育阶段等。在环境条件方面在环境条件方面:温度、盐度、水硬度、温度、盐度、水硬度、pHpH值、氧含量值、氧含量和光照状况等。和光照状况等。一般，重金属元素和许多氯化碳氢化合物、稠环、杂环等一般，重金属元素和许多氯化碳氢化合物、稠环、杂环等有机化合物具有很高的生物浓缩系数。有机化合物具有很高的生物浓缩系数。一、生物富集一、生物富集 从动力学观点来看，水生生物对水中难降解物质的从动力学观点来看，水生生物对水中难降解物质的富集富集速率速率，是生物对其吸收速率、消除速率及由生物机体质量，是生物对其吸收速率、消除速率及由生物机体质量增长引起的物质稀
4、释速率的代数和。增长引起的物质稀释速率的代数和。吸收速率吸收速率(R Ra a)、消除速率消除速率(R Re e)及稀释速率及稀释速率(R Rg g)的表示式为：的表示式为：Ra=kacw Re=-kecf Rg=-kgcf式中：式中：k ka a、k ke e、k kg g水生生物吸收、消除、生长的速率常数；水生生物吸收、消除、生长的速率常数；c cw w、c cf f水及生物体内的瞬时物质浓度。水及生物体内的瞬时物质浓度。一、生物富集一、生物富集 水生生物富集速率微分方程为水生生物富集速率微分方程为：一、生物富集一、生物富集 则水生生物富集速率方程为：则水生生物富集速率方程为：说明在一定条
5、件下生物浓缩系数有一闽值。此时，水生生物说明在一定条件下生物浓缩系数有一闽值。此时，水生生物富集达到动态平衡。生物浓缩系数常指生物富集到达平衡时的富集达到动态平衡。生物浓缩系数常指生物富集到达平衡时的BCFBCF值，并可由实验得到。值，并可由实验得到。一、生物富集一、生物富集 水生生物对水中物质的富集是一个复杂过程。但是对于有较高脂水生生物对水中物质的富集是一个复杂过程。但是对于有较高脂溶性和较低水溶性的、以被动扩散通过生物膜的难降解有机物质，这溶性和较低水溶性的、以被动扩散通过生物膜的难降解有机物质，这一过程的机理可简示为该类物质在一过程的机理可简示为该类物质在水和生物脂肪组织两相间的分配作
6、水和生物脂肪组织两相间的分配作用。用。人们以正辛醇作为水生生物脂肪组织代用品，发现这些有机物质人们以正辛醇作为水生生物脂肪组织代用品，发现这些有机物质在辛酪在辛酪水两相分配系数的对数水两相分配系数的对数(lgKlgKowow)与其在水生生物体中浓缩系数与其在水生生物体中浓缩系数的对数的对数(lgBCFlgBCF)之间有良好的线性正相关关系。之间有良好的线性正相关关系。其通式为：其通式为：二、生物放大二、生物放大 生物放大生物放大是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级养级生物蓄积某种
7、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象。数提高而增大的现象。v 生物放大的程度也用生物浓缩系数表示。生物放大的结果，生物放大的程度也用生物浓缩系数表示。生物放大的结果，可使可使食物链上的高营养级生物体内这种元素或物质的浓度超过周围环境中食物链上的高营养级生物体内这种元素或物质的浓度超过周围环境中的浓度。的浓度。v 生物放大并不是在所有条件下都能发生生物放大并不是在所有条件下都能发生。据文献报道，有些物质。据文献报道，有些物质只能沿食物链传递，不能沿食物链放大；有些物质既不能沿食物链传只能沿食物链传递，不能沿食物链放大；有些物质既不能沿食物链传递，也不能沿食物链放大。递，
8、也不能沿食物链放大。三、生物积累三、生物积累 生物放大或生物富集是属于生物积累的一种情况。生物放大或生物富集是属于生物积累的一种情况。所谓生物积累所谓生物积累，就是生物从周围环境就是生物从周围环境(水、土壤、水、土壤、大气大气)和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体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。中的浓度超过周围环境中浓度的现象。生物积累也用生物浓缩系数表示。生物积累也用生物浓缩系数表示。三、生物积累三、生物积累 以水生生物对某物质的生物积累而论其微分速率方以水生生物对某物质的生物积累而论其微分速率方程可以表示为：程可以表示为：此式表明，食物
9、链上水生生物对某物质的积累速率此式表明，食物链上水生生物对某物质的积累速率等于从水中的吸收速率，从食物链上的吸收速率及其本身消除、稀释速等于从水中的吸收速率，从食物链上的吸收速率及其本身消除、稀释速率的代数和。率的代数和。三、生物积累三、生物积累 上列式子表明，生物积累的物质浓度中，上列式子表明，生物积累的物质浓度中，一项是从水中摄得的浓度，一项是从水中摄得的浓度，另一项是从食物链传递得到的浓度。另一项是从食物链传递得到的浓度。这二项的对比，反映出相应的生物官这二项的对比，反映出相应的生物官集和生物放大在生物积累达到平衡时的贡献大小。集和生物放大在生物积累达到平衡时的贡献大小。三、生物积累三、
10、生物积累另外，可知另外，可知 的关系为的关系为 当上式右端项大于当上式右端项大于1 1时，食物链上从饵料生物至捕食时，食物链上从饵料生物至捕食生物才会呈现生物放大。通常生物才会呈现生物放大。通常WWi,i-1i,i-1k kgi gi，因而对于同种因而对于同种生物来说，生物来说，小和小和越大的物质，生物放大也越显著。越大的物质，生物放大也越显著。第五章第五章 生物体内污染物质的生物体内污染物质的 运动过程及毒性运动过程及毒性 第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能三、生物氧化中的氢传递过程三、生物氧化中
11、的氢传递过程四、耗氧有机污染物质的微生物降解四、耗氧有机污染物质的微生物降解五、有毒有机污染物质生物转化类型五、有毒有机污染物质生物转化类型六、有毒有机污染物质的微生物降解六、有毒有机污染物质的微生物降解 七、氮及硫的微生物转化七、氮及硫的微生物转化八、重金属元素的微生物转化八、重金属元素的微生物转化九、污染物质的生物转化速率九、污染物质的生物转化速率 第四节第四节 污染物质的生物转化污染物质的生物转化 物质在生物作用下经受的化学变化，称为物质在生物作用下经受的化学变化，称为生生物转化物转化或代谢或代谢(转化转化)。生物转化、化学转化和光化学转化生物转化、化学转化和光化学转化构成了污构成了污染
12、物质在环境中的三大主要转化类型。染物质在环境中的三大主要转化类型。一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、酶是一类由细胞制造和分泌的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。具有催化活性的生物催化剂。其中，在酶催化下发生转化的物质称为其中，在酶催化下发生转化的物质称为底物或基质底物或基质；底物所发生的转化称为底物所发生的转化称为酶促反应酶促反应。一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 酶催化作用的特点在于：酶催化作用的特点在于：第一，催化专一性高。第一，催化专一性高。一种酶只能对一种底物或一类底物起催化作用，而促一种酶只能对一种底物或一类底
13、物起催化作用，而促进一定的反应，生成一定的代谢产物。如脲酶仅能催化尿进一定的反应，生成一定的代谢产物。如脲酶仅能催化尿素水解：素水解：第二，酶催化效率高。第二，酶催化效率高。例如，蔗糖酶催化蔗糖水解的速率较强酸催化速率高例如，蔗糖酶催化蔗糖水解的速率较强酸催化速率高2X102X101212倍。倍。00时过氧化氢酶催化过氧化氢分解的速率高于时过氧化氢酶催化过氧化氢分解的速率高于铁离子催化速率铁离子催化速率1X101X101010倍。一般，酶催化反应的速率比化倍。一般，酶催化反应的速率比化学催化剂高学催化剂高10107 7一一10101313倍。倍。第三，酶催化需要温和的外界条件。第三，酶催化需要
14、温和的外界条件。酶催化作用一般要求温和的外界条件，如常温、常压、酶催化作用一般要求温和的外界条件，如常温、常压、接近中性的酸碱度等。接近中性的酸碱度等。一、生物转化中的酶一、生物转化中的酶 酶的种类很多，已知的酶有酶的种类很多，已知的酶有2X102X103 3多种。多种。酶按照成分酶按照成分：分为：分为单成分酶和双成分酶单成分酶和双成分酶两大类。两大类。单成分酶：单成分酶：只含有蛋白质，如脲酶、蛋白酶。只含有蛋白质，如脲酶、蛋白酶。双成分酶：双成分酶：除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分，前除含蛋白质外，还含有非蛋白质部分，前 者称酶蛋白，后者称辅基或辅酶。者称酶蛋白，后者称辅基或辅酶。在双成分酶
15、催化反应时，一般是在双成分酶催化反应时，一般是辅酶辅酶起着传递电子、原子起着传递电子、原子或某些化学基团的功能，或某些化学基团的功能，酶蛋白酶蛋白起着决定催化专一性和催化高起着决定催化专一性和催化高效率的功能。因此，只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性，效率的功能。因此，只有双成分酶的整体才具有酶的催化活性，而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时则均失去相应作用。而当酶蛋白与辅酶经分离后各自单独存在时则均失去相应作用。二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 1 1FMNFMN和和FADFAD 辅酶辅酶FMNFMN和和FADFAD分别是黄素单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的缩写，结构分别是黄素
16、单核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸的缩写，结构式如图式如图5252二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 1 1FMNFMN和和FADFAD 二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 2 2NADNAD+和和NADPNADP+辅酶辅酶NADNAD+和和DADPDADP+又分别称为辅酶又分别称为辅酶I I和辅酶和辅酶，依次是烟酰胺腺嘌，依次是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的缩写，结构式如图呤二核苷酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸的缩写，结构式如图5353所所示。示。二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 2 2NADNAD+和和NADPNADP+二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 3 3辅酶辅酶QQ 辅酶辅酶Q Q又称泛醌，简写又称泛醌，简写CoQCoQ，是某些氧化还原酶的辅酶，是某些氧化还原酶的辅酶，在酶促反应中担任递氢任务。在酶促反应中担任递氢任务。二、若干重要辅酶的功能二、若干重要辅酶的功能 4 4细胞色素酶系的辅酶细胞色素酶系的辅酶 细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主要有细细胞色素酶系是催化底物氧化的一类酶系，主要有细胞色素胞色素b b、c
