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1、镉生物地球化学循环的基本过程镉生物地球化学循环的基本过程岩石岩石沉积物沉积物CdSCmHnCdj(Cd, Zn)CO3, (Cd, Zn)S风化风化CdSCdCO3土壤土壤吸收吸收径流径流植物植物动物动物人人排泄排泄海洋海洋沉淀或沉积沉淀或沉积开采开采燃烧释放燃烧释放转化转化CdSCH2CHCOOHNH2SCH2CHCOOHNH2CdO, CdCl2nH2OCdCl42CdCl2nH2OCd(OH)2nH2O生态毒理学 (10)镉生物地球化学循环的一般模式镉生物地球化学循环的一般模式大气分室大气分室形态形态含含Cd2+颗粒颗粒沉降沉降扬尘扬尘沉降沉降水体飞溅水体飞溅生物圈生物圈形态形态Cd2+
2、, Cd S R土壤浓度土壤浓度形态形态CdCO3, CdS,CdO, Cd2+岩石岩石/土壤圈土壤圈形态形态CdS, CdO, CdCO3, Cd2+沉积圈沉积圈水圈水圈淡水浓度淡水浓度形态形态Cd2+, CdCl, CdSO4,Cd(OH)+, CdCO3, Cd S R, 有机态镉有机态镉海水浓度海水浓度侵蚀，洪水侵蚀，洪水形态形态(1) 游离离子游离离子(Cd2+)；(2) 颗粒态镉颗粒态镉(CdS, CdSO4, CdCO3)；(3) 胶态镉胶态镉(Cd S R和有机镉和有机镉)；(4) 可溶性镉络合物可溶性镉络合物( OH, HS, Cl, Br)。形态形态(1) 可溶态镉可溶态镉
3、(2) 可交换态镉；可交换态镉；(3) 可还原态镉；可还原态镉；(4) 碳酸盐态镉；碳酸盐态镉；(5) 有机态镉；有机态镉；(6) 硫化物镉；硫化物镉；(7) 残余态镉。残余态镉。生态毒理学 (10)金属铜金属铜(Cu)、镍、镍(Ni)发生、来源及性质发生、来源及性质毒性毒性 (I) 金属铜金属铜Cu(1) 研究主要关注金属铜对水生生物的影响，尤其是在酸敏感水体或软水中。(2) 在淡水和盐水中的生物有效性在很大程度上受水中溶解有机碳(DOC)含量的影响。(3) 金属铜趋向于与溶解腐殖酸和其它有机配体形成络合物。生态毒理学 (10)铜迁移的重要特征铜迁移的重要特征口服入口口服入口肠道吸收肠道吸收
4、血清蛋白血清蛋白(快速清除快速清除)肝脏肝脏apoceruloplasminAceruloplasminemia(染色体染色体3)Cu(I)金属硫因金属硫因铁蛋白铁蛋白Fe(II)铁传递蛋白铁传递蛋白Fe(III)血浆铜蓝蛋白血浆铜蓝蛋白其它蛋白质其它蛋白质胆汁排泄胆汁排泄Wilson病病(染色体染色体13)Menkes病病(染色体染色体X)传输途径三部分中缺乏导致疾病传输途径三部分中缺乏导致疾病生态毒理学 (10)(II) 金属镍金属镍Ni镍的毒性强烈取决于其进入细胞后的形态，按按急急性性毒毒性增加性增加大体分为三类：(1) 水溶性盐：NiCl2, NiSO4, Ni(NO3)2, Ni(C
5、H3COO)2；(2) 颗粒态：Ni3S2, NiS2, Ni7S6, Ni(OH)2；(3) 脂溶性镍羰基：Ni(CO)4。生态毒理学 (10)硒硒(Se)、磷、磷(P)、氟、氟(F)和砷和砷(As)发生、来源及性质发生、来源及性质生理和生态行为生理和生态行为毒性毒性1.我国著名的地方病“克克山山病病”，也称“大大骨骨节节病病”， 与机体缺硒硒Se有关。2.适量补充硒还有一定的预防和抵抗癌症的功效。3.硒过量和不足也有危害。4.而磷磷P主要与水体营养化状态有关(贫营养化、中营养化、富营养化)。5.元素氟氟F与骨骼变形有关系，如过量氟导致氟骨症(骨骼硬化)。生态毒理学 (10)饮食摄入饮食摄入
6、Se平均水平与血液中平均水平与血液中Se浓度的关系浓度的关系Se摄入摄入 (ug/天天)血液中血液中Se浓度浓度 (ug/mL)101001000100001010.1中国中国(克山病区克山病区)新西兰新西兰芬兰芬兰比利时比利时北京北京日本日本加拿大加拿大美国美国中国中国(恩施恩施)委内瑞拉委内瑞拉生态毒理学 (10)砷砷As毒作用机理主要是通过：(1) 三价砷与巯基结合引发酶失活；(2) 五价砷引发氧化磷酸化解偶联、(3) 砷酸盐取代磷酸盐参入DNA分子及其对毛细血管壁的毒性。砷与致畸变、致癌变和辅助致突变均有关系。生态毒理学 (10)砷在生物圈内生物地球化学循环的定性模型砷在生物圈内生物地
7、球化学循环的定性模型输入输入工业源工业源尘尘干湿沉降干湿沉降人类消费人类消费吸吸收收废废物物吸吸收收矿化矿化作用作用含砷除草剂含砷除草剂有机砷有机砷HAsO2H2AsO4HAsO2富氧层富氧层缺氧层缺氧层淋失淋失淋失淋失H2AsO4HAsO2土壤生物甲基化作用土壤生物甲基化作用局部局部循环循环输出输出(CH3)3AsO植物植物(CH3)3As+O2(CH3)3As(CH3)3AsHAs4O6(CH3)2AsO(OH)+O2H2AsO4 HAsO2 As2S3生态毒理学 (10)砷的生物地球化学过程砷的生物地球化学过程大气分室大气分室水分室水分室土壤土壤/沉积物分室沉积物分室氧化作用氧化作用好氧
8、好氧厌氧厌氧细菌细菌细菌细菌甲基化甲基化还原还原细菌细菌(CH3)2O(OH)AsO2(OH)2AsO(OH)CH3AsO(OH)2甲基化甲基化(CH3)2AsO(OH)AsO2(OH)2(H2AsO4)AsO(OH)(AsO2)CH3AsO(OH)2(CH3)3As(CH3)2AsH还原还原FeAsO4As2S4, AsS2生态毒理学 (10)砷污染来源砷污染来源u地质原因：主要通过地下水，如我国新疆和内蒙古地区；u人为活动影响：采矿活动，煤燃烧及农业化学品；u主要分布区域：我国西南部地区，如贵州、云南湖南和广西生态毒理学 (10)地球化学成因及人体健康新疆地球化学成因及人体健康新疆因砷污染
9、导致皮肤伤害因砷污染导致皮肤伤害生态毒理学 (10)当地仍在使用压水管井当地仍在使用压水管井As浓度：浓度：606 ppb砷毒性症状砷毒性症状Blue feet (蓝足病蓝足病)生态毒理学 (10)Paddy rice is the main crop and covers about 75% of the total area cropped (主要农作物水稻主要农作物水稻)；Rice is the staple food, and rice straw is used as cattle feed (作为作为人的主食和牛的饲料人的主食和牛的饲料)；Irrigation of rice is
10、 mostly dependent on groundwater, especially during the dry season (旱旱季季地下水灌溉地下水灌溉)；Background levels of As in soils are 48 mg As/kg, in areas irrigated with As containing tube-well water, soil levels can reach up to 100 mg/kg (地地下下水水含含砷砷，灌溉用管井抽取地下水灌溉用管井抽取地下水)。Bangladesh (孟加拉国孟加拉国)生态毒理学 (10)元素不足或过量对
11、哺乳动物的影响元素不足或过量对哺乳动物的影响元素元素不足的影响不足的影响过量的影响过量的影响As脾脏肿大，头发生长不良脾脏肿大，头发生长不良胃病，惊厥，甲状腺肿胃病，惊厥，甲状腺肿Be无无吸入引起肺癌吸入引起肺癌Ca畸形骨骼，手足抽搐畸形骨骼，手足抽搐动脉粥样硬化，白内障，胆结石动脉粥样硬化，白内障，胆结石Cd减少生长？减少生长？高血压？肾炎？高血压？肾炎？Co贫血症贫血症心力衰竭，红细胞增多心力衰竭，红细胞增多Cr角膜不透明，葡萄糖新陈代谢不良角膜不透明，葡萄糖新陈代谢不良吸入引发肺癌吸入引发肺癌Cu贫血症，头发卷曲或褪色贫血症，头发卷曲或褪色黄疸，威尔逊氏病症黄疸，威尔逊氏病症F不良的骨骼
12、和牙齿不良的骨骼和牙齿牙齿有斑点，骨骼硬化牙齿有斑点，骨骼硬化Fe贫血症贫血症青铜色扩尿病，铁尘肺青铜色扩尿病，铁尘肺Hg无无脑炎，神经炎脑炎，神经炎I甲状腺机能减退，甲状腺肿甲状腺机能减退，甲状腺肿甲状腺机能亢进甲状腺机能亢进Mg惊厥惊厥麻木麻木Mn骨骼变形，影响生殖腺，头发变红骨骼变形，影响生殖腺，头发变红共济失调共济失调Mo降低黄嘌呤氯化酶活性降低黄嘌呤氯化酶活性生长受抑生长受抑Na爱狄生病征爱狄生病征(Addisons)，痉挛，痉挛Ni皮炎，肝脏变化皮炎，肝脏变化皮炎，吸入引发肺癌皮炎，吸入引发肺癌Pb无无贫血症，脑损伤，神经炎，肾癌贫血症，脑损伤，神经炎，肾癌Sb无无心脏病心脏病Se
13、不生育，肝脏坏死，肌肉失养症，白血球失效不生育，肝脏坏死，肌肉失养症，白血球失效癌，指甲和头发变形癌，指甲和头发变形Si骨骼不良和软骨生长骨骼不良和软骨生长肾结石，肺病肾结石，肺病Sn生长减弱生长减弱V血性胆固醇降低血性胆固醇降低生长减弱生长减弱Zn侏儒病，生殖腺发育不全，皮炎侏儒病，生殖腺发育不全，皮炎贫血症贫血症生态毒理学 (10)金属元素及其络合物的功能金属元素及其络合物的功能符号符号元素元素功能功能B硼硼植物生长必需植物生长必需F氟氟鼠的生长因素，人骨骼成长必需鼠的生长因素，人骨骼成长必需Na钠钠细胞外阳离子细胞外阳离子Mg镁镁酶的激活，叶绿素构成，骨骼成份酶的激活，叶绿素构成，骨骼成
14、份Si硅硅骨骼和软骨成长初期必需骨骼和软骨成长初期必需P磷磷在在ATP中，为生物合成与能量代谢必需中，为生物合成与能量代谢必需S硫硫蛋白质组成，蛋白质组成，FeS蛋白蛋白Cl氯氯细胞外阴离子细胞外阴离子K钾钾细胞外阳离子细胞外阳离子Ca钙钙骨骼骨骼/牙齿主要成分，神经传递和肌肉收缩牙齿主要成分，神经传递和肌肉收缩V钒钒鼠和绿藻生长因素，牙齿矿化鼠和绿藻生长因素，牙齿矿化Cr铬铬促进葡萄糖利用和胰岛素作用机制有关促进葡萄糖利用和胰岛素作用机制有关Mn锰锰酶的激活，光合作用水光解所必需酶的激活，光合作用水光解所必需Fe铁铁血红蛋白，细胞色素和铁硫蛋白组成血红蛋白，细胞色素和铁硫蛋白组成Co钴钴红血
15、球形成所必需维生素红血球形成所必需维生素B12的成份的成份Cu铜铜铜蛋白组分，铁吸收和利用铜蛋白组分，铁吸收和利用Zn锌锌多种酶的活性中心，胰岛素成份多种酶的活性中心，胰岛素成份Se硒硒与肝功能，肌肉代谢有关与肝功能，肌肉代谢有关Mo钼钼黄素氯化酶，醛氧化酶，固氮氧化酶必需黄素氯化酶，醛氧化酶，固氮氧化酶必需Sn锡锡鼠发育必需鼠发育必需I碘碘甲状腺成份甲状腺成份生态毒理学 (10)四种生物体内化合物反应点位四种生物体内化合物反应点位(毒性毒性)作用点位作用点位污染物有毒形式与内生大分子(蛋白质或DNA)或结构(如膜)相互作用，导致整个机体内显示毒性；代谢点位代谢点位主要是代谢异体物质的酶。通常
16、代谢引发去毒作用，但相当多情况下造成活化现象；存贮点位存贮点位在这里，异体物质处于毒性的惰性形式，对有机体没有作用；排泄点位排泄点位排泄物可能包括原始污染物或经生物转化的产物(代谢产物及其变化产物)。分分子子大大小小、形形状状和和氯氯代代程程度度等等性性质质，以以复复杂杂和和交交互互方方式影响有机污染物的归宿、传输、生物富集和毒性。式影响有机污染物的归宿、传输、生物富集和毒性。生态毒理学 (10)影响有机污染物迁移性的因素影响有机污染物迁移性的因素分子量大小分子量大小熔化点熔化点沸点沸点水溶性水溶性易迁移化合物趋向于拥有较高的水溶性( 30 mg/L)；固液相间分配系数固液相间分配系数易迁移化
17、合物趋向于拥有较低的分配系数Kd( 2)；有机结合系数有机结合系数KOC易迁移化学物趋向于拥有KOC 500，KOC = Kd/有机碳分数；挥发性挥发性用亨利常数KH表征，易迁移(挥发)化合物其KH值低于102 atm/(mol m3)；生态毒理学 (10)极性极性1.土壤和沉积物中易迁移的化合物趋向于携带负电荷，因此，被携带负电荷的粘土矿物所排斥。2.尽管会被H+所阻碍，带正电化合物趋向于被粘土矿物吸附。3.酸性条件下会增加土壤和沉积物中化合物的迁移性。生态毒理学 (10)生物对有机污染物的主要吸收途径生物对有机污染物的主要吸收途径生态毒理学 (10)生物体内亲脂性异体化合物归宿的一般模型生
18、物体内亲脂性异体化合物归宿的一般模型反应点位反应点位代谢点位代谢点位存储点位存储点位吸收吸收排泄排泄生态毒理学 (10)亲脂污染物生物累积的模型系统亲脂污染物生物累积的模型系统吸收和损失途径的重要性由得分体系按比例从吸收和损失途径的重要性由得分体系按比例从+至至+。生态毒理学 (10)代谢亲脂异体物质的酶代谢亲脂异体物质的酶 (阶段阶段I)生态毒理学 (10)代谢亲脂异体物质的酶代谢亲脂异体物质的酶 (阶段阶段II)生态毒理学 (10)现有化学农药的基本分类现有化学农药的基本分类种类种类目标生物目标生物典型产品典型产品杀虫剂杀虫剂昆虫昆虫有机氯：有机氯：DDT，狄氏剂；，狄氏剂；有机磷：特丁磷
19、，乐果；有机磷：特丁磷，乐果；氨基甲酸菊酯类：涕灭威，呋喃丹；氨基甲酸菊酯类：涕灭威，呋喃丹；除虫菊酯类：氯菊酯，氯氰菊酯，杀灭菊酯，特氟菊酯，除虫菊酯类：氯菊酯，氯氰菊酯，杀灭菊酯，特氟菊酯，格林奈。格林奈。除草剂除草剂杂草杂草苯氧基酸：苯氧基酸：2, 4D、2甲甲4氯；氯；膦酸类：草甘膦，草甘双膦；膦酸类：草甘膦，草甘双膦；其它：对草快，敌草快，甲草胺，禾草灵。其它：对草快，敌草快，甲草胺，禾草灵。杀真菌剂杀真菌剂真菌真菌嘧啶类：乙嘧醇；嘧啶类：乙嘧醇；三唑类：三唑酮。三唑类：三唑酮。杀螨剂杀螨剂螨螨有机氯：三氯杀螨醇；有机氯：三氯杀螨醇；有机锡：羟基三环乙锡有机锡：羟基三环乙锡杀线虫剂杀
20、线虫剂线虫线虫熏蒸剂：甲基溴，二溴氯丙烷；熏蒸剂：甲基溴，二溴氯丙烷；氨基甲酸酯类：草氨酰，涕灭威。氨基甲酸酯类：草氨酰，涕灭威。杀鼠剂杀鼠剂啮齿动物啮齿动物香豆素香豆素 1, 2氧萘酮，华法令，大隆，膦化锌氧萘酮，华法令，大隆，膦化锌植物生长调节剂植物生长调节剂作物作物赤霉酸，乙烯，多效唑赤霉酸，乙烯，多效唑其它其它蜗牛，蛞蝓蜗牛，蛞蝓多聚乙醛，灭虫威多聚乙醛，灭虫威生态毒理学 (10)食物中残留农药在人体内的运转示意图食物中残留农药在人体内的运转示意图食物中食物中残留农药残留农药肠道肠道粪便粪便组织组织肝脏肝脏乳脂肪乳脂肪体脂肪体脂肪尿液尿液(组织循环组织循环)(代代谢谢)(食物食物)(排
21、泄排泄)(分分泌泌)农药主要分类：农药主要分类：(1) 有机氯农药；有机氯农药；(2) 有机磷农药；有机磷农药；(3) 氨基甲酸酯类农药；氨基甲酸酯类农药；(4) 除草剂农药。除草剂农药。生态毒理学 (10)影响土壤和植物中农药持久性的因子之间的相互作用影响土壤和植物中农药持久性的因子之间的相互作用应用方法应用方法化学因子化学因子稳定性稳定性技术技术表达式表达式应用点应用点生长速率生长速率吸收速率吸收速率位移位移排泄排泄存储存储穿透容易性穿透容易性农作物特性农作物特性植物特性植物特性代谢活性代谢活性植物因子植物因子植物形态植物形态挥发性挥发性溶解性溶解性结构稳定性结构稳定性微生物活性微生物活性
22、动物活性动物活性结构结构粘土含量粘土含量有机质含量有机质含量矿物离子含量矿物离子含量pH聚合聚合代谢活性代谢活性土壤因子土壤因子土壤类型土壤类型沉积沉积空气运动空气运动辐射辐射温度温度环境因子环境因子生态毒理学 (10)农药吸收相之间的相互作用农药吸收相之间的相互作用吸附吸附(与细胞、器官、机体表面、与细胞、器官、机体表面、微生物、动物、植物的微生物、动物、植物的外部接触外部接触)吸收吸收(通过皮肤、叶片、根部、通过皮肤、叶片、根部、胃、细胞等屏障的胃、细胞等屏障的内部穿透内部穿透)流动系统流动系统(水体、血液、植物体液、空气水体、血液、植物体液、空气)生态毒理学 (10)有机污染物在土壤中的
23、归宿有机污染物在土壤中的归宿土壤表面土壤表面空气通道空气通道吸附于土壤矿物吸附于土壤矿物和有机质和有机质土壤有机体土壤有机体土壤水土壤水产物产物化学降解化学降解生物降解生物降解代谢产物代谢产物(某些挥发某些挥发)淋失淋失化学降解化学降解产物产物挥发作用挥发作用？生态毒理学 (10)土壤胶体吸附农药的假设机理土壤胶体吸附农药的假设机理生态毒理学 (10)农药分子与土壤吸附潜力有关的四个结构因素农药分子与土壤吸附潜力有关的四个结构因素 (1)官能团表现的性质，尤其是酸性基团、羧基、醇羟基和氨基；(2)改变官能团行为的替代基团的属性；(3)相对于官能团的替代基团的位置，增强或掩蔽分子内键或允许与过渡
24、金属形成配位化合物；(4)分子中不饱和的出现和量级，影响憎水亲水的平衡。生态毒理学 (10)农药农药代谢产物代谢产物共轭代谢产物共轭代谢产物阶段阶段 I阶段阶段 II(异形生物物质异形生物物质)氧化还原或水解氧化还原或水解内生物质内生物质农药一般转化途径农药一般转化途径一般地，亲脂性农药代谢为水溶性更高、毒性较低的产物。一般地，亲脂性农药代谢为水溶性更高、毒性较低的产物。极性增加极性增加生态毒理学 (10)阶段阶段 I 反应：反应：属于分解代谢，涉及母体化合物上官能团加成，产生活性中间体。极性官能团的加成主要是通过控制酶氧化达到的，通用反应式为：RH + NADPH + O2 + H+ = R
25、OH + NADP + H2ORH是基质，ROH是其氢氧化形式。参与反应的酶称为单加氧酶。两种经鉴定的主要单加氧酶组两种经鉴定的主要单加氧酶组：(1) 黄素蛋白单加氧酶FMO，也称为胺加氧酶系统；(2) 细胞色素P450酶家族，也称为混和功能氧化酶系统。生态毒理学 (10)阶段阶段 II 反应：反应：v是自然界生物代谢或生物合成过程，生成共轭产物。v涉及携带更易迁移和能经胆汁、尿液排出的水溶性部分的中间体的共轭作用。v共轭作用共轭作用是指两种化合物链接在一起，属消耗能量过程。反应中，共轭试剂是内生的化合物，基质是外生的拥有共轭酶代谢所需官能团的化学物共轭酶代谢所需官能团的化学物。v官能团包括：
26、官能团包括：羟基，环氧基，羧基，氨基，卤素。生态毒理学 (10)化学农药生物地球化学循环的一般模式化学农药生物地球化学循环的一般模式农药农药水分室水分室土壤分室土壤分室生物分室生物分室大气分室大气分室干沉降干沉降湿沉降湿沉降水解作用水解作用氧和臭氧的氧化氧和臭氧的氧化(光解光解h )吸收吸收挥挥发发作作用用漂移漂移降解降解吸收吸收向更高层扩散和稀释向更高层扩散和稀释生态毒理学 (10)杀虫剂作用的一般模式杀虫剂作用的一般模式农药农药可能的主要作用可能的主要作用主要功能改变或破坏主要功能改变或破坏有机磷和氨基甲酸盐有机磷和氨基甲酸盐杀虫剂杀虫剂乙酰胆碱酯酶抑制乙酰胆碱酯酶抑制神经紧张调和神经紧张
27、调和与乙酰胆碱受体结合与乙酰胆碱受体结合干扰神经轴索传送干扰神经轴索传送未知的神经功能扰动未知的神经功能扰动脂类合成抑制脂类合成抑制膜破坏膜破坏光合成电子传输转向光合成电子传输转向结构性组织结构性组织死亡死亡三羧酸循环抑制三羧酸循环抑制呼吸电子迁移抑制呼吸电子迁移抑制能量供给能量供给具有氧化特性的磷酸化作用没有耦合具有氧化特性的磷酸化作用没有耦合光合成电子传输光合成电子传输(Hill反应反应)抑制抑制类胡萝卜素合成抑制类胡萝卜素合成抑制细胞或核分裂抑制细胞或核分裂抑制在假定的吲哚乙酸点位结合在假定的吲哚乙酸点位结合赤霉素合成抑制赤霉素合成抑制叶绿素分解叶绿素分解类胡萝卜素低水平类胡萝卜素低水平
28、生长和繁殖生长和繁殖有用生长改变有用生长改变烟碱，巴丹烟碱，巴丹DDT，pyrethoid环戊二烯环戊二烯杀虫剂杀虫剂硫赶硫赶氨基甲酸酯类氨基甲酸酯类石油油类石油油类双双吡啶除草剂吡啶除草剂氟代乙酸盐氟代乙酸盐鱼藤酮鱼藤酮二硝基酚二硝基酚尿素尿素氨基三唑氨基三唑N苯苯氨基甲酸盐氨基甲酸盐苯氧基链烷酸苯氧基链烷酸Amo 1618生态毒理学 (10)与除草剂作用模式有关的作用机理与除草剂作用模式有关的作用机理作用或干扰的类型作用或干扰的类型主要作用主要作用次要作用次要作用作用模式作用模式选择接受选择接受类胡萝卜素类胡萝卜素类胡萝卜素合成类胡萝卜素合成光合成电子传输光合成电子传输和磷酸化作用和磷酸化
29、作用具有氧化性的磷酸化作用具有氧化性的磷酸化作用膜膜神经活性神经活性自由基自由基铁氧化还原蛋白铁氧化还原蛋白NADPHATP混乱混乱有丝分裂有丝分裂减数分裂减数分裂微管组织微管组织色素、脂质氧化色素、脂质氧化光氧化光氧化NO2和和SO4还原还原硫氧还蛋白硫氧还蛋白生物合成反应生物合成反应(DNA，RNA，蛋白质，脂质合成蛋白质，脂质合成)膜功能膜功能(传输，植物传输，植物光敏色素，激素光敏色素，激素)代谢调制代谢调制(能量负荷能量负荷)渗透性渗透性流动性流动性细胞分裂细胞分裂神经组织神经组织色素分解色素分解氨基酸合成氨基酸合成酶活性的酶活性的光调制光调制代谢抑制代谢抑制完整性完整性规则损失规则
30、损失生长和发育生长和发育生殖生殖细细胞胞组组织织破破坏坏和和死死亡亡垂直箭头的上、下方向分别垂直箭头的上、下方向分别指示活性或浓度上升、下降指示活性或浓度上升、下降生态毒理学 (10)生态系统对农药的响应生态系统对农药的响应(I) 种群和群落响应种群和群落响应直接毒性效应、次级毒害作用和捕食有机体的消失引发种群数目的降低；有害物质的复苏、非目标物种增加、物种替代引发种群数目增加；对动物存活和生殖的亚致死效应；在遗传生存能力和抵御能力方面的变化。(II) 植物响应植物响应先前存在的天然耐受力和植物物种之间持续易感性的差异；植物种群密度的改变；有抵抗力种群的发展；植物物种数目和组成的变化，如下：生
31、态毒理学 (10)(a)在耕地上除草剂的简单施用显示野草很少有长期改变；(b)按季节反复施用，特别是一种除草剂，会促进特定物种的影响范围，而其它物种则没有；(c)除草剂的耐受物种，尽管竞争力较差，但趋向于替代易感物种。生态毒理学 (10)农药的生态系统总体效应农药的生态系统总体效应致致死死或或亚亚致致死死浓浓度度的的农农药药分分散散于于生生态态体体系系中中，生生态态系系统物种数出现下降；统物种数出现下降；物物种种数数目目有有足足够够的的降降低低，将将导导致致系系统统的的不不稳稳定定性性和和一一些些非非目目标标物物种种的的种种群群爆爆发发。爆爆发发导导致致系系统统正正常常平平衡衡核核对结构的破坏
32、；对结构的破坏；在在一一种种农农药药从从受受影影响响的的生生态态系系统统消消失失之之后后，低低营营养养层层次的物种通常会达到爆发的水平；次的物种通常会达到爆发的水平；在在较较高高营营养养层层次次的的捕捕食食者者和和寄寄生生者者变变得得对对所所依依存存的的食食物物链链较较低低部部分分中中的的物物种种损损失失或或物物种种大大尺尺度度的的波波动动更更为为敏感。敏感。生态毒理学 (10)有机污染物吸收与损失动力学有机污染物吸收与损失动力学时间时间t50稳态稳态Log浓度浓度时间时间(天天)Log浓度浓度剂量停止剂量停止细节化描述细节化描述(1) 动物持续暴露于某种化合物，动物持续暴露于某种化合物，对数
33、浓度随时间增加直至达到稳态。对数浓度随时间增加直至达到稳态。(2) 当化学物给予剂量停止，对数浓度当化学物给予剂量停止，对数浓度随时间线性下降。随时间线性下降。如果如果应用一级动力学应用一级动力学(单室模型单室模型)dC/dt = KC 或者或者 Ct = C0eKtBCF = 有机体内浓度有机体内浓度/周围介质浓度周围介质浓度BAF = 有机体内浓度有机体内浓度/食物或摄入水中食物或摄入水中浓度浓度组织浓度组织浓度dC/dt0斜率斜率 k时间组织浓度组织浓度Ct = C0ekt时间t50C = X/2C = XLog组织浓度组织浓度损失动力学：损失动力学：t50为半周期，为半周期，X为初始组
34、织浓度。为初始组织浓度。I：化学物损失速率与组织浓度成比例；化学物损失速率与组织浓度成比例；II：化学物组织浓度随时间指数降低；化学物组织浓度随时间指数降低；III：化学物组织浓度对随时间线性降低化学物组织浓度对随时间线性降低IIIIII生态毒理学 (10)土壤中杀虫剂的损失过程土壤中杀虫剂的损失过程除草剂浓度除草剂浓度施用后时间施用后时间(天天)滞后期滞后期滞后期滞后期2, 4DMCPA除草剂在土壤中分解除草剂在土壤中分解若所有施用物质均被土壤所保持，若所有施用物质均被土壤所保持，其浓度可以被发现。其浓度可以被发现。使用过程中的快速损失期，使用过程中的快速损失期，在随后一段时间内进行培养。在
35、随后一段时间内进行培养。缓慢呈指数损失缓慢呈指数损失施用后时间施用后时间(天天)Log (土壤中浓度土壤中浓度)持久性有机氯杀虫剂从土壤中消失持久性有机氯杀虫剂从土壤中消失生态毒理学 (10)混和功能氧化酶系统在内质网状组织膜内的成份模型混和功能氧化酶系统在内质网状组织膜内的成份模型细胞色素细胞色素B5 NADH还原酶还原酶NADPH还原酶还原酶细胞色素细胞色素B5细胞色素细胞色素P450UGTNADHNAD+细胞溶质细胞溶质NADPHNADP+阶段阶段 IIROGROH内质网状组织膜内质网状组织膜内质网状组织内腔内质网状组织内腔R阶段阶段 IER：内质网状组织；：内质网状组织；NAD：烟碱腺
36、嘌呤二核苷酸；：烟碱腺嘌呤二核苷酸；NADP：烟碱腺嘌呤二核苷酸磷酸盐；：烟碱腺嘌呤二核苷酸磷酸盐；UGT = UDP 葡萄糖苷酸转运酶；葡萄糖苷酸转运酶；R：非极性基质；：非极性基质；ROH：羟基化基质；：羟基化基质；ROG：葡萄糖苷酸。：葡萄糖苷酸。生态毒理学 (10)混和功能氧化酶系统对混和功能氧化酶系统对DDT的代谢机制的代谢机制DDTDDDDDE系列还原性氯化过程系列还原性氯化过程和由和由MFO控制的氧化过程控制的氧化过程脱氯化氢酶脱氯化氢酶还原去氯化作用还原去氯化作用MFO肠道菌群肠道菌群/MFO林丹林丹(六六六，六六六，hexachlorocyclohexane)生态毒理学 (1
37、0)DDT可能的可能的降解途径降解途径直接降解途径直接降解途径间接降解途径间接降解途径生态毒理学 (10)石油烃类的人为生物地球化学循环石油烃类的人为生物地球化学循环大气分室大气分室挥发挥发燃烧燃烧销售销售燃料消费燃料消费非燃料消费非燃料消费提炼提炼陆生环境陆生环境沉积层沉积层(石油存储石油存储)海上海上生产生产海上海上运输运输海岸海岸提炼提炼海洋分室海洋分室河流和河流和城市径流城市径流市政市政倾倒倾倒排放排放燃料燃料非燃料非燃料提炼提炼产品产品原油原油开采开采渗出渗出工业工业大大气气回回降降固定固定生态毒理学 (10)基于水的石油烃生物地球化学循环基于水的石油烃生物地球化学循环气溶胶形成气溶
38、胶形成挥发作用挥发作用光化学氧化光化学氧化降水作用降水作用扩散作用扩散作用海水表面海水表面水中溶解水中溶解油油/水乳浊液水乳浊液重油成分重油成分沉积作用沉积作用(同化同化)浮游植物浮游植物微生物微生物降解作用降解作用代谢产物代谢产物脂肪酸脂肪酸光化学和光化学和自氧作用自氧作用表面活性剂表面活性剂参与参与碳循环碳循环水水/油乳浊液油乳浊液水水/油乳浊液油乳浊液22碳原子碳原子12碳原子碳原子原生动物原生动物生物碎屑生物碎屑微生物的缓慢降解作用和固化作用微生物的缓慢降解作用和固化作用生态毒理学 (10)生物非生物复合系统中生物非生物复合系统中PAHs主要来源和迁移机制主要来源和迁移机制生态毒理学
39、(10)在在生生物物非非生生物物复复合合系系统统中中，PAHs可可能能的的归归趋趋Fate包包括：括：(1) 扩散作用；(2) 漂移作用；(3) 挥发作用；(4) 光氧化作用；(5) 生物吸收作用；(6) 生物累积放大作用；(7) 土壤颗粒的吸附作用；(8) 淋溶作用；(9) 生物降解作用；(10) 生物再合成作用等。生态毒理学 (10)常见的多环芳烃常见的多环芳烃PAHs多环芳烃实验动物的相对致癌性多环芳烃实验动物的相对致癌性化合物化合物致癌性致癌性蒽蒽芘芘苯并芘苯并芘a苯并芘苯并芘e晕苯晕苯二苯并芘二苯并芘ai苯并蒽苯并蒽a经长期暴露，对海洋生物的效应可以预测为：经长期暴露，对海洋生物的效
40、应可以预测为：1.机机体体组组织织内内烃烃类类的的生生物物累累积积和和可可食食用用组组织织的的可可能能感感染染。包包括括可可通过脊椎动物体内屏障的芳香烃传输；通过脊椎动物体内屏障的芳香烃传输；2.生物行为改变，例如某些物种的感觉功能；生物行为改变，例如某些物种的感觉功能；3.生物代谢的刺激或抑制；生长降低；生物代谢的刺激或抑制；生长降低；4.某些物种成功繁殖力的降低以及畸形的证据；某些物种成功繁殖力的降低以及畸形的证据；5.敏感物种和幼体形式的死亡。敏感物种和幼体形式的死亡。水生生态系统的响应分类水生生态系统的响应分类 急急性性暴暴露露事事件件，通通常常出出现现生生态态系系统统结结构构的的简简
41、化化，并并且且演替回退至少一个阶段；演替回退至少一个阶段； 慢慢性性暴暴露露，出出现现群群落落结结构构(机机会会主主义义型型物物种种的的多多样样性性和和输输入入流流)和和基基本本过过程程(如如营营养养流和产物流和产物)逐渐改变。逐渐改变。生态毒理学 (10)致癌性多环芳烃致癌性多环芳烃PAHs种类种类致癌性多环芳烃大体分为三类：致癌性多环芳烃大体分为三类：(1) 苯环类；苯环类；(2) 芴及胆蒽类；芴及胆蒽类；(3) 杂环类。杂环类。多多环环芳芳烃烃的的生生成成与与有有机机质质在在高高温温、乏乏氧氧条条件件下下的的不不完完全全燃燃烧烧有有极密切关系。其它来源还涉及：石油产品、汽车尾气排放等。极
42、密切关系。其它来源还涉及：石油产品、汽车尾气排放等。 (1) 双环芳烃：氨基衍生萘；双环芳烃：氨基衍生萘；(2) 三三环环芳芳烃烃：菲菲的的环环戊戊基基衍衍生生物物，如如15H环环戊戊并并菲菲a，二二、三甲基衍生物；三甲基衍生物；(3) 四环芳烃：苯并菲四环芳烃：苯并菲c，苯并蒽，苯并蒽a有引癌作用；有引癌作用；(4) 五环芳烃：苯并芘五环芳烃：苯并芘a，二苯并蒽，二苯并蒽a, h，二苯并菲，二苯并菲a, c；(5) 六六环环芳芳烃烃：二二苯苯并并芘芘a, h，二二苯苯并并芘芘a, j，二二苯苯并并芘芘a, l；(6) 七环以上芳烃：研究很少；七环以上芳烃：研究很少；(7) 芴类：双苯衍生物有一定致癌活性；芴类：双苯衍生物有一定致癌活性；(8) 胆蒽类：胆蒽类：3甲基胆蒽。甲基胆蒽。生态毒理学 (10)
