《环境生物学》(孔繁翔版)总结

环境生物学：研究生物与受人类干扰的环境之间相互作用规律及其机理的科学,是环境科学的一个分支学科。对象---生物与受人类干扰的环境之间相互关系，目的---为人类维护生态健康，保护和改善环境，为合理利用自然和自然资源提供科学基础，促进环境和生物的相互关系以有利于人类的生存和社会的可持续发展。方法---①野外调查和试验②实验室试验③模拟研究。环境污染：有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统的结构和功能发生改变，对人类以及其它生物的生存和发展产生不利影响的现象。优先控制污染物：由于有毒物质品种繁多，不可能对每一种污染物都制定控制标准，因而提出的在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制的对象。污染物迁移：污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散、消失的过程。污染物在环境中的迁移方式机械迁移（水、气、重力）；物理化学迁移（最重要的形式）；生物迁移（吸收、代谢、生长、死亡等）。污染物形态：环境中污染物的外部形状、化学组成和内部结构的表现形式。污染物转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转变为另一种物质的过程。转化形式有物理、化学、生物转化。在大气中，以光化学氧化、催化氧化反应为主；在水体中，氧化还原作用，配合作用，生物降解作用；在土壤中，生物降解为主。氧垂曲线:在河流受到大量有机污染时,由于有机物这种氧化分解作用,水体溶解氧发生变化,随着污染源到河流下游一定距离内,再到原来的溶解氧水平,可绘制成一条溶解氧下降的曲线(清洁区,分解区,腐败区,恢复区,清洁区)。生物转运：环境污染物经各种途径和方式同生物机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。方式：被动转运（简单扩散和滤过）生物膜不起主动作用,不消耗细胞的代谢能量；特殊转运（主动运输和易化扩散）具有特定结构的环境污染物和生物膜中蛋白质构成的载体形成可逆性复合物进行转运,生物膜又主动选择性；胞饮作用（吞噬作用和胞饮作用）生物膜变形。方式浓度梯度有无载体是否耗能其他特点简单扩散高浓度-低浓度(顺)无否脂溶性有机化合物的主要方式滤过过程无否通过膜上的亲水基孔道主动转运低浓度-高浓度(逆)有耗能水溶性大分子化合物的主要方式异化扩散高浓度-低浓度(顺)有否胞饮作用内吞物质为液体吞噬作用内吞物质为固体物质污染物的吸收：动物1、呼吸系统吸收：（1）气体和蒸气——化合物，被动扩散（2）气溶胶——被动扩散；2、消化管吸收3、皮肤吸收——吸收途径：（1）通过表皮脂质屏障（2）通过汗腺、皮脂腺和毛囊等皮肤附属器直接进入真皮吸收阶段：第一阶段：穿透相，污染物透过表皮进入真皮第二阶段：吸收相，污染物由真皮进入乳头层毛细血管植物途径：（1）根部吸收以及随后随蒸腾流而输送到植物各部分；（2）暴露在空气中的植物地上部分，主要通过植物叶片上的气孔从周围空气中吸收污染物；（3）有机化合物蒸气经过植物地上部表皮渗透而摄入体内。生物转化：是指外源化合物进入生物机体后在有关酶系统的催化作用下的代谢变化过程。外源化合物：除营养元素及维持正常生理功能和生命所必需的生命物质以外,存在于环境之中,可与机体接触并进入机体,引起机体发生生物学变化的物质。过程：一般分为I、II两个连续的作用过程。在过程I（相I反应）中，外源化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其化学结构，形成某些活性基团或进一步使这些活性基团暴露。在过程II（又称相II反应）中，相I反应产生的一级代谢物在另外的一些酶系统催化下通过上述活性基团与细胞内的某些化合物结合，生成结合产物，极性有所增强，利于排出。相II反应：又叫结合反应，指在酶的催化下，外源化合物的相I反应产物或带某些基团的外源化合物与细胞内物质的结合反应。主要反应：相I反应（代谢反应）：氧化反应，还原反应，水解反应；相II反应：葡萄糖醛酸化，硫酸化，甲基化等等。生物浓缩：生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。生物积累：生物在其整个代谢活跃期通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象。生物放大：在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象。浓缩系数：BCF，指生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度的比值。（可用以表示生物浓缩的程度）机理：污染物通过生物呼吸、食物和皮肤吸收等多种途径进入生物体内，然后通过血液循环分散至生物体的各个部位，被生物的多种器官和组织吸收浓缩。生物各种器官和组织对某污染物的浓缩程度，取决于该物质在血液中的浓度，生物组织与血液对该物质的亲合性的差异以及生物组织对该物质的代谢。生物污染：对人和生物有害的微生物、寄生虫等病原体和变应原等污染水、气、土壤和食品，影响生物产量和质量，危害人类健康，这类污染称为生物污染。生物对环境污染物作用的双重性（举例）？（1）生物引起的环境污染：a环境中的病原微生物。[霍乱弧菌对饮水的污染易导致霍乱暴发流行。]病原微生物使人、家禽、家畜和植物致病；b水体富营养化[赤潮，水华]。水体富营养化影响水体外观、气味、水生生物，产生毒素，污染饮用水；c微生物代谢产物环境污染[肉毒梭菌产生的肉毒毒素属剧毒物质，易引发食物中毒。]如H2S气体难闻且使人中毒，酸性矿水危害周围生物，硝酸和亚硝酸致病致癌，微生物毒素污染食品。（2）生物对环境的净化：a对有机物的生物降解[分解者对粪便尸体的分解作用]；b重金属的生物转化[汞砷硒的氧化、还原和甲基化]。汞Hg：在有氧条件下，某些细菌使元素汞氧化或使二价汞还原为元素汞；在甲基钴氨素参与下使汞甲基化；汞的甲基化与其脱甲基化过程保持动态平衡。砷As：某些细菌氧化亚砷酸盐为砷酸盐，毒性减弱；在土壤中三价砷氧化为五价；霉菌使砷化物甲基化形成剧毒的三甲基砷。污染物进入机体之后,首先引起机体的一系列的生物化学变化两种:1防护性生化反应用来保护生物体抵抗污染物的伤害机理：通过降低细胞中游离的污染物浓度，从而防止或限制细胞组成部分可能的有害反应，消除对机体的影响。2非防护性生化反应不起保护作用防护性混合功能氧化酶的诱导加快新陈代谢，生成水溶性代谢物，从而加快排泄。金属硫蛋白的生成增加对金属的束缚速度从而降低金属的生物利用率。非防护性乙酰胆碱酯酶的抑制作用50%以上因抑制作用而产生可见的毒性效应。DNA加合物的生成若导致突变会发生损害作用。1.何谓酶的诱导和抑制作用？诱导作用：污染物使酶的合成速度增加，或降低酶蛋白的分解。举例：被多氯联苯和多环芳烃污染的河水对鱼的混合功能氧化酶具有诱导作用。抑制作用：污染物与酶的中心功能基团结合而抑制酶的活性。举例：DDT对Na+/K+ATPase（腺三磷酶）和Mg-ATPase有抑制作用。2.阐述污染物对生物大分子的影响。污染物及其活性代谢物可直接与生物大分子反应，共价结合（蛋白质、核酸、脂肪酸等），导致生物大分子的化学性损伤，从而影响生物大分子的功能，引起一系列生物学反应，产生毒性效应。抑制生物大分子的合成。3.污染物在细胞水平上的影响有哪些？（1细胞膜2细胞器：线粒体光面内质网和粗糙内质网）表现为对细胞结构和功能的改变：引起细胞膜脂过氧化作用导致细胞膜损伤；影响细胞膜的离子通透性；与细胞膜上受体结合，干扰受体正常生理功能（细胞膜）。引起线粒体膜和嵴形态结构的改变，影响氧化磷酸化和电子传递功能；污染物经代谢活化产生自由基，导致内质网结构和微粒体膜的一些重要组分（如MFO）的破坏；阻碍叶绿素合成，加速叶绿素分解，破坏叶绿体超微结构，影响光合作用；影响微管、微丝、高尔基体等其他细胞器（细胞器）。4.靶器官？对生物组织器官的影响。靶器官：污染物进入机体后，对各器官并不产生同样的毒作用，而只对部分器官产生直接毒作用，这些器官称为靶器官。影响：植物吸收大气污染物后，导致叶组织的坏死，表现为叶面出现点、片伤害斑，造成叶、蕾、花、果等器官的脱落；农药污染也能对植物器官和组织产生影响。对动物组织器官的影响较为复杂，如Pb损害造血器官和神经系统，Cd影响肝脏和肾脏，引起骨痛病；Hg引起水俣病，影响神经系统。5.行为毒性：当一种污染物或其他因素（温度、光照、辐射等）使得动物一种行为改变超过正常变化的范围时，产生行为毒性。影响：影响回避行为，使生物的分布区系改变，打乱原有的生态系统系统平衡；影响捕食行为，造成获得的资源减少，进一步导致生物发育和繁殖受阻；影响学习行为；影响警惕行为，增加生物死亡率，导致种群数量下降；影响社会行为。对鸟类（有机磷农药）：姿态效应的改变，对领地的失控，不能照顾后代等。环境激素：环境中存在一些天然物质和人工合成的环境污染物具有动物和人体激素的活性，这些物质能干扰和破坏野生动物和人的内分泌功能，导致野生动物繁殖障碍，甚至能诱发人类的重大疾病，这些物质被称为环境激素。种类：天然雌激素和合成雌激素；植物雌激素；具有雌激素活性的环境化学物质。危害：可使野生动物的性发育和雄性生殖器异常；使鱼类等发生性逆转，导致繁殖成功率下降；引起人体多种形式的雄性生殖系统发育障碍；与人类许多重大疾病的发生有关。三、1.生物测试：指系统地利用生物的反应测定一种或多种污染物或环境要素单独或联合存在时，所导致的影响或危害。基本类型：短期生物测试、中期生物测试、长期生物测试。短期生物测试：将被测试的生物在短时间内暴露于高浓度的污染物下，测定污染物对生物机体的影响。指标：半数致死浓度、半数抑制浓度、半数效应浓度作用：可为中期或长期试验时所应使用的毒物浓度提供必要的依据。形式：静止式、流动式中期生物测试：介于短期和长期之间的一种生物实验方法，大多数情况下采用流动式。长期生物测试：指在低浓度污染物作用下，暴露时间要尽可能长达受试生物的整个生活史的一类生物测试，又称全生活史生物测试。动物要从一个卵期到下一代的卵期或更长时间内连续进行。常使用最敏感的几个阶段进行。生物测试的意义：监测环境质量的变化，确定单一污染物的安全浓度，研究多种污染物的联合作用的生物效应，制定污染物的排放标准和环境质量标准，污染物的生态风险评价标准与基准的比较2.受试生物的选择条件：对试验毒物或因子具有敏感性；地理分布广泛，数量多，易获得；具有重大生态学价值；易于培养和繁殖；生物学背景资料丰富，已被清楚了解；对试验毒物或因子的反应能被测定，并有标准测定方法或技术；具有重要经济价值和旅游价值并考虑与人类食物链的联系；考虑受试生物的个体大小和生活史长短；考虑是否曾经受污染。半数致死剂量：LC50，能引起一群动物的50%死亡的最低剂量。蓄积系数：分次给受试物后引起50%受试动物出现某种毒效应的总剂量（ΣLD50（n））与一次给受试物后引起50%受试动物出现同一效应的剂量（LD50（1））的比值，即蓄积系数K=ΣLD50（n）/LD50（1）最大无作用剂量：化学物在一定时间内，按一定方式与机体接触，按一定检测方法或观察指标，不能观察到任何损害作用的最高剂量。最小有作用剂量：能使机体发生某种异常变化所需的最小剂量（即，能使机体开始出现某种毒性反应的最低剂量）。急性毒性试验和慢性毒性试验的一般程序。急性毒性试验：选择受试生物；预试验及确定剂量组；染毒方式；观察指标；确定LD50；试验结果评价。急性毒性试验：研究化学物质大剂量一次染毒或２４ｈ内多次染毒动物所引起的毒性试验。慢性毒性试验：选定试验动物并分组；确定染毒剂量和实验期限；选定染毒途径；观察指标；试验评价。12·慢性毒性试验：以低剂量外来化合物，长期与实验动物接触，观察其对实验动物所产生的生物学效应的试验。致突变效应：某些物质引起生物体的遗传物质发生基因结构改变的作用。致畸效应：致畸物通过母体作用于胚胎而引起胎儿畸形的现象。致癌效应：环境中的物理、化学、生物等因素作用于生物体引起生物体发生肿瘤的作用。毒物：只有一种物质达到中毒剂量时才是毒物中毒：各种毒性作用的综合表现毒性：指一种物质引起