生态毒理学绪论

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1、1生态毒理学 Ecotoxicology生态毒理学生态毒理学 研究各种有毒有害因素，尤其是化学性环境污染物对生态环境影响及其人类之外其他生物种类包括动物、植物和微生物等的损害作用规律及防治措施的科学。生物个体生物群体生态系统整个生物社会损害作用防治对策31.生态毒理学产生的社会背景生态毒理学产生的社会背景工业革命以来全世界人口增长趋势人口问题 产业规模扩大资源过度开发环境污染问题环境污染生态破坏公害病生态系统破坏保障社会可持续发展环境与资源保护4核污染、生化和化学武器5海洋石油泄漏石油污染成海洋石油污染成海洋生态噩梦生态噩梦6海湾战争对当地生态系统的影响生态环境脆弱带生态环境脆弱带l被代替几率

2、大，竞争程度高被代替几率大，竞争程度高l可恢复原状机会小可恢复原状机会小l界面速度变化快，空间移动力强界面速度变化快，空间移动力强l 抗干扰能力弱抗干扰能力弱7太湖水华事件8沙漠化和土地荒漠主要成因自然因素人为因素地球气候变化长期干旱降水量减少和干燥化过渡放牧过渡砍伐过度开垦过渡灌溉 水资源不合理分配和管理长期浸泡引起的土地湿害排水不良和生态环境破坏-盐碱化 沙漠化土壤侵蚀雨水冲刷风蚀13%13%87%87%9全球性沙漠化分布亚洲亚洲非洲非洲澳大利亚、新西兰澳大利亚、新西兰附近岛屿附近岛屿欧洲欧洲北美洲北美洲南美洲南美洲轻度轻度中度中度重度重度极重极重10大气污染的生态毒理效应植物叶面损伤、光

3、合作用减弱、结构损伤土壤酸化肥力下降减缓正常生长、发育降低抵抗力生物中毒和死亡心血管疾病、呼吸道疾患和癌症发病率增加11水体污染的生态毒理效应重金属毒物（Cu,Pb,Ni,Zn,Cr等）可溶性硫化物和有机物溶解性气体酸碱污染农药石油烃类鱼贝类死亡毒物蓄积水生动物孵化和生长发育影响食物链转移溶解氧下降水产品经济价值下降急慢性中毒、介水传染病、癌症发病率升高12土壤污染的生态毒理学效应农药的直接毒害土壤污染植物生长，发育影响天敌减少，授粉过程影响土壤生物群落结构简单化水体生物种类和数量减少生物相稳定性降低，反馈机制失调慢性中毒和传染病13环境污染物的生态毒性效应14生物对环境变化的多层次反应及研究

4、对象基因基因DNA,蛋白质蛋白质组组织织器官器官个体个体种群种群群落群落生生态态效效应应15对环境污染及其后果的认识更为深刻公害病 放射线（核素暴露）等效应的复杂性和长期性急性毒性、慢性毒性、食物链转移、 “三致”作用多种生物同时受累污染规模和影响区域的扩大稀释模式飞返模式污染物种类增多、流域或跨国界污染、全球性环境影响2. 毒理学的历史沿革毒理学的历史沿革古代：古代：利用动物毒汁或植物提取物用于狩猎、战争或行刺。中世纪：中世纪：古罗马、古希腊、古埃及的文献中关于有毒植物和金属毒物等的记载；我国的“神农尝百草”。萌发：萌发：15世纪瑞士医学家Paracelsus提出“药物与毒物的区别在于剂量”

5、。近代：近代：18世纪下半叶，西班牙人Orfiia对当时认为有毒的物质用狗做实验加以验证，成为实验毒理学的先例。之后的100多年，应用各种基础学科，提出了各种假说并进行测试，初步形成了毒理学的理论，经典毒理学开始发展。经典毒理学经典毒理学生态毒理学生态毒理学环境毒理学环境毒理学What is there that is not poison?Paracelsus(1493-1548，瑞士瑞士) 所有物质都是毒物，没有不是毒物的物质。适当的所有物质都是毒物，没有不是毒物的物质。适当的剂量区分决定其为毒物还是药物。剂量区分决定其为毒物还是药物。 没有物质天生是毒物，是剂量决定其是否为毒物。没有物质

6、天生是毒物，是剂量决定其是否为毒物。 All substances are poisons, there is none which is not a poison. The right dose differentiates a poison and remedy. No substance is a poison by itself. It is the dose that makes a substance a poison.剂量剂量-效应关系效应关系Paracelsus(1493-1548，瑞士瑞士) 15671567年，年，矿工肺尘病和矿工的其他疾病矿工肺尘病和矿工的其他疾病发表发表

7、 - - 开创职业毒理学研究开创职业毒理学研究 化学品低剂量时可以治疗疾病，化学品低剂量时可以治疗疾病，化学品低剂量时可以治疗疾病，化学品低剂量时可以治疗疾病，但高剂量时就变成了毒物。但高剂量时就变成了毒物。但高剂量时就变成了毒物。但高剂量时就变成了毒物。19暴露剂量与生物效应之间的关系暴露剂量与生物效应之间的关系死亡疾病亚临床变化体内环境污染物负荷增加生理学反应失代偿状态代偿状态可逆状态暴露剂量小大中国古代毒理学发展历史中国古代毒理学发展历史神农本草经上品 120种 无毒 可以长期摄入而无害中品 120种 药物 防治疾病的药物下品 120种 有毒 610年(隋) 诸病源候论巢远方著 752年

8、(唐) 外台秘要王焘著1247年(宋) 洗冤录宋慈著 服毒、解毒和验毒方法1590年(明) 本草纲目 李时珍著 铅中毒的详细描述1637年(明) 天工开物 宋应星著 职业性汞中毒预防方法现代毒理学发展历史现代毒理学发展历史Orfila 西班牙医生(1787-1853) 毒性试验 系统观察和描述了化学物质与生物体反应之间的关系，描述了中毒症状和形态学变化第二次 世界大战后 化工产业急速发展，职业中毒，环境污染事件 农药、药物、化纤、塑料、合成橡胶、染料1969年，Truhaut首次提出生态毒理学的概念 环境毒理学是研究物理、化学和生物因素，特别是化学因素对以人为主的生物机体损害作用及其机制的科学

9、。 生态毒理学是研究各种有毒有害因素，尤其是化学性环境污染物对生态环境影响及其人类之外其他生物种类包括动物、植物和微生物等的损害作用规律及防治措施的科学。环境毒理学和生态毒理学环境毒理学和生态毒理学23生态毒理学与环境毒理学生态毒理学与环境毒理学 研究目的 研究对象模式实验生物环境毒理学污染物对人类的毒性作用及规律人体或人群非人类模式实验生物哺乳动物植物微生物细胞株生态毒理学污染物对人类和非人类生物，尤其是野生生物的毒性作用及规律非人类生物野生动植物和细菌非哺乳动物蚯蚓、鱼、浮游动植物植物微生物 发光菌生长抑制试验对后代的影响米糠油事件，女性育龄患者的孩子，头胎多为流产、畸形（黑体婴、鬼齿）、

10、行为异常、智力不足日本米糠油事件日本的九州、四国等地区日本的九州、四国等地区几十万只鸡突然死亡几十万只鸡突然死亡日本的水俣病甲基汞中毒入浴的智子入浴的智子日本的骨痛病铬中毒272.2.生态毒理学的研究任务和内容生态毒理学的研究任务和内容 2.为控制和治理环境污染提供科学方法 5.促进绿色GDP增长 4.生态标志物研究 3.为环境管理提供科学依据 1.阐明环境污染物的生态风险复杂性复杂性从从单单一一物物种种到到生生态态系系从小时到世纪从小时到世纪时间尺度时间尺度空间尺度空间尺度从厘米到全球从厘米到全球生态毒理学起源生态毒理学起源理想的生态毒理学实验理想的生态毒理学实验28生态毒理学研究内容生态毒

11、理学研究内容 阐明生态系统中有毒有害因素对动物、植物及微生物在分子、细胞、器官、个体、种群及群落等不同生命层次的损害作用及作用机理, 揭示这些因素对生态系统的影响，进而为生态风险控制技术提供科学依据. 环境有害因素环境有害因素动物、植物、微生物分子、细胞、器官个体、种群和群落损害作用及其规律生态影响生态风险控制技术29生态毒理学的分支科学生态毒理学的分支科学（1 1）(根据知识结构分类)理论生态毒理学应用生态毒理学实验生态毒理学现代相关基础学科和技术成果 研究有关概念,基本理论,基本研究模型综合分析和综合分析和逻辑推理逻辑推理根据室内,室外实验获取生态毒理学资料新理论,新知识归纳和整理归纳和整

12、理运用生态毒理学和相关学科的理论和方法保护生态系统的方法和措施现场调查现场调查30生态毒理学的分支科学生态毒理学的分支科学（2 2）根据对象分类根据对象分类1.植物生态毒理学植物生态毒理学2.动物生态毒理学动物生态毒理学3.微生生态物毒理学微生生态物毒理学4.细胞生态毒理学细胞生态毒理学5.分子生态毒理学分子生态毒理学根据领域和行业分根据领域和行业分类类1.工业生态毒理学工业生态毒理学2.农业生态毒理学农业生态毒理学3.城市生态物毒理学城市生态物毒理学4.矿区生态毒理学矿区生态毒理学5.交通生态毒理学交通生态毒理学根据系统分类根据系统分类1.大气生态毒理学大气生态毒理学2.陆地生态毒理学陆地生

13、态毒理学3.湿地生态物毒理学湿地生态物毒理学4.淡水生态毒理学淡水生态毒理学5.河口生态毒理学河口生态毒理学6.海洋海洋生态毒理学生态毒理学3. 生态生态毒理学研究方法毒理学研究方法体外实验 in vitro 1 组织和器官水平 2 细胞水平 3 亚细胞水平 4 分子水平优点： 简单，快速，经济，实验条件易于控制缺点： 不能反映代谢过程及代谢产物的毒性 缺乏体内的反馈和负反馈调节体内实验 in vivo 1 急性毒性实验：一次染毒或24小时内重复染毒 2 亚急性或亚慢性毒性实验：13个月之内连续染毒 3 慢性毒性实验：6个月以上或终生染毒 4 特殊毒性：致突变、致癌、致畸毒性优点： 反映受试物

14、的综合性生物学效应和整体状态下，各种生物学效应，可控制干扰因素、重现性好等缺点： 剂量问题、种属差异、暴露时间、假阳、阴性问题 时间和财力4. 环境毒理学研究方法环境毒理学研究方法Rachel Carson (1962年) “寂静的春天（Silent Spring）” 科学给人类带来好处，同时应该关注科学的负面效应法国科学院Rene Truhaut提出Ecotoxicology(1969) 为保护自然物种和种群研究化学物质的负面作用 20世纪60年代 对流域环境进行环境调查，探讨污染成因、污染的生态危害、毒理学研究以及污染水域恢复途径等 70年代以后 发达国家投入大量资金治理污染。点源污染得到

15、较好的控制，水域污染的势头受到有效抑制，不少水域环境质量已有明显的改善和恢复。国外生态毒理学研究状况国外生态毒理学研究状况34当前我国的主要生态和环境问题当前我国的主要生态和环境问题1.自然环境先天不足 2.旧账新债叠加共存3.生态恶化形势严峻4.环境污染严重5.生态危害和健康问题日渐突出6.新一轮社会、经济发展的压力7.全球变暖加剧我国生态、环境恶化资料来源：资料来源：国家科技长远规划国家科技长远规划 “六五”、“七五”期间 水源保护课题、京津地区水系和全国重要河流、湖泊环境质量的污染状况评估 “八五”期间 全国湖泊富营养化状况评价，开展污水净化治理研究 “九五”期间 “三河”（淮河、海河、

16、辽河）、“三湖”（太湖、巢湖、滇池）的治理与恢复 “十五”期间 实施“三河”、“三湖”水污染防治我国生态毒理学发展概况我国生态毒理学发展概况现代科学技术发展对环境毒理学发展的影响现代科学技术发展对环境毒理学发展的影响细胞生物学分子生物学生物化学生物物理学细胞、亚细胞、分子水平研究遗传毒性、发育毒性从器官水平研究一般毒性研究基因组学，蛋白组学代谢组学等生物学技术先进的分析设备神经行为学，脏器毒理学等实验方法的进步现代技术在环境毒理学领域的应用现代技术在环境毒理学领域的应用应用膜片钳技术研究细胞膜离子通道的影响荧光标记法研究细胞膜结构和功能自旋共振技术直接测定生物样品中的自由基核磁共振技术研究生物

17、大分子构象，或直接观察环境污染物在动物体内的代谢转化过程 近年来，人类基因组、小鼠基因组及水稻基因组测定的完成，随着各种动、植物基因组学基因组学和蛋白质组学的研究进展，环境基因组学、环境蛋白质组学及环境酶学、环境代谢组学正在兴起。 这些研究领域的迅速发展，促进了现代环境毒理学的发展。组学研究组学研究环境基因组学环境基因组学 人类某些基因对环境因子具有特定的反应。这种反应影响着人类对有害环境因子（特别是环境化学物）的易感性（环境应答基因或环境易感基因）。 环境易感基因是与环境相互作用，环境易感基因结构或多态性与人类疾病之间关系等，人们知之甚少。开展环境基因组学的研究。将是环境毒理学家面临的新任务

18、。 环境与基因的交互作用环境与基因的交互作用环境基因组学研究环境基因组学研究 利用高效碱基测序技术，对选择的靶基因在不同人群中进行再测序，了解该基因的多态性及其频率，分析该基因多态性的形成与环境因素的关系，研究基因多态性与功能的关系，调查和研究基因多态性与人群疾病之间的关系，定量建立环境基因疾病之间的关系网络，达到预防控制公害病或环境病、更好地保护易感人群的目的。 从基因水平研究环境污染物的毒性作用机制，阐明公害病或环境病发生与发展的分子机制。 41生态毒理学展望生态毒理学展望科学目标 知识创新 在解释性原理的基础上、对生物圈中污染物及其效应的知识进行有机的总结技术目标 技术创新实践目标 学科贡献开发和应用生态毒理学研究的新方法，深入理解污染物在生物圈中的归趋和效应 运用现有的知识和技术阐明生态影响，解决当前存在的实际生态问题