第1章-污染物在生态系统中的行为

第一章污染物在生态系统中的行为第一节环境污染概述第二节污染物在环境中的迁移与转化第三节污染物在生物体内的转运与转化第四节污染物质的生物浓缩、积累和放大第五节生物对污染物在环境中行为的影响第一节环境污染概述本节将讨论以下内容：环境污染污染源污染物优先污染物一、环境污染（EnvironmentalPollution）什么是环境污染？•环境污染主要指有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统结构与功能发生变化，对人类以及其他生物生存和发展产生不利影响的现象。•而自然过程引起的同类现象称为自然突变或异常。环境污染的分类生物污染化学污染物理污染按污染物性质废气污染废水污染固体废弃物污染噪声污染辐射污染按污染物形态大气污染水体污染土壤污染按环境要素生产污染生活污染按产生的原因全球性污染区域性污染局部污染按涉及范围环境生物效应：指各种环境因素变化而导致生态系统变异的结果。如：恐龙灭绝环境化学效应：在多种环境条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果。如：酸雨、光化学烟雾等。环境物理效应：物理作用引起的环境效果。如热岛效应、温室效应、噪声、地面沉降等。二、环境效应（EnvironmentalEffect）环境效应：环境污染所导致的环境变化。中生代恐龙突然灭绝酸雨臭氧（O3）、醛、酮、酸、过氧乙酰硝酸酯（PAN）光化学烟雾碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）参与光化学反应过程的一次污染物（HC、NOx）和二次污染物（O3、醛、酮、酸、PAN）的混合物所形成的烟雾污染现象叫做光化学烟雾。热岛效应城市和工业区固体燃料的燃烧释放大量的热量，加上建筑群和街道的辐射热量，致使城市的气温高于周围地带，这一现象称为热岛效应。污染源是指造成环境污染的污染物发生源，通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害影响的场所、设备、装置或人体。工业污染源农业污染源交通运输污染源生活污染源三、污染源（PollutionSource）自然污染源人为污染源污染源自然污染源工业污染源农业污染源交通污染源生活污染源居民用小煤炉生活污染源生活污水直排入河生活污染源金家河受污染，生活污水未经处理就排放按排放污染的种类有机污染源、无机污染源、热污染源、噪声污染源、放射性污染源和同时排放多种污染物的混合污染源等。按污染的主要对象大气污染源、水体污染源和土壤污染源等；按排放污染物的空间分布方式点污染源（集中在一点或一个可当作一点的小范围排放污染物）、面污染源（在一个大面积范围排放污染物）。污染源的其他分类四、污染物（Pollutant）污染物定义指进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化，直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。污染物分类1、按污染物的来源：自然来源的污染物和人为来源的污染物。2、按受污染物影响的环境要素：大气污染物、水体污染物、土壤污染物等。3、按污染物的形态：气体污染物、液体污染物和固体废物。4、按污染物的性质：化学污染物、物理污染物和生物污染物。5、按污染物在环境中物理、化学性状的变化：一次污染物和二次污染物。优先污染物（PriorityPollutant）：•指在众多的污染物中筛选出的潜在危险大的作为优先研究和控制对象的污染物，亦称优先控制污染物。•主要针对下列污染物：有毒有机化学污染物、生物难降解性物质、具有生物积累性、三致性的污染物。美国是最早开展优先监测的国家。早在70年代中期，就在“清洁水法”中明确规定了129种环境优先污染物，它一方面要求排放优先污染物的工厂采用最佳可利用技术，控制点源污染排放。另一方面制定环境质量标准，对各水域实施优先监测。其后又提出了43种空气优先污染物名单。原苏联卫生部于1975年公布了水体中有害物质最大允许浓度，其中有机物质73种，后来又补充了30种，共103种；有机物378种，后又补充了118种，共496种。实施10年后公布了修改后的561种有机污染物在水中的极限容许浓度。联邦德国于1980年公布了120种水中有毒污染物名单，并按毒性大小分类。日本1986年底，环境厅公布了1974-1985年间对600种优先有毒化学品环境安全性检查，其中检出率高的有毒污染物为189种。我国在进行研究和参考国外经验的基础上也提出来首批68种化学污染物列为优先污染物。污染物无意释放（交通、火灾）废物排放（三废）故意应用（杀虫剂、尿素）思考：污染物是如何进入环境的，在环境中有哪些行为？第二节污染物在环境中的迁移与转化污染物在环境中的迁移迁移方式影响因素机械迁移物理-化学迁移生物迁移内部因素外部因素污染物的迁移：指污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失过程。内因：污染物自身的理化性质，包括组成该物质的元素所具有的组成化合物的能力、形成不同的电价离子的能力、水解能力、形成络合物的能力和被胶体吸附的能力。外因：环境的酸碱条件、氧化还原条件、胶体的种类和数量、络合配位体的数量和性质。污染物的形态难溶态离子态代换态胶体有机结合态固溶胶气溶胶水溶胶泡沫乳状液悬浮体胶体溶液1、按污染物的化学组成和内部结构：单质和化学态2、按物理性状和结构：固体、流体和射线3、按污染物的形态和功能：污染物在环境中的转化污染物的转化定义：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成另一种物质的过程。转化形式：1）物理转化：蒸发、渗透、凝聚、吸附以及放射性元素的蜕变2）化学转化：氧化-还原反应、水解反应、络合反应、光化学反应3）生物转化：通过生物的吸收和代谢作用而发生的变化第三节污染物在生物体内的转运与转化吸收分布呼吸系统吸收消化管吸收皮肤吸收植物吸收肾脏排泄胆汁排泄其他排泄排泄生物转化生物转运消除（一）污染物通过生物膜的方式被动转运特殊转运膜泡转运一、生物转运1、被动转运：生物膜不起主动作用，不消耗细胞的代谢能量。包括简单扩散和滤过作用两种方式。滤过作用ATP2、特殊转运：生物膜上的载体和污染物形成可逆复合物进行转运，生物膜有主动选择性。包括主动转运和易化扩散两种形式。主动转运易化扩散高浓度低浓度胞吞胞吐3、膜泡转运：某些大分子与颗粒性物质被包裹在囊泡中进行转运，因此称为膜泡运输。方式差异被动转运特殊转运膜泡转运简单扩散滤过作用主动转运易化扩散胞吞胞吐方向动力载体实例练一练：请以最快速度填好以下表格方式差异被动转运特殊转运膜泡转运简单扩散滤过作用主动转运易化扩散胞吞胞吐方向高低高低低高高低外内内外动力浓度差浓度差能量浓度差能量能量载体不需要不需要需要需要不需要不需要实例脂溶性有机化合物分子直径小于亲水性孔道直径的水溶性化合物水溶性大分子化合物葡萄糖进入红细胞颗粒状物质，液滴，白细胞吞噬病菌颗粒状物质，液滴，细胞中入侵病毒的清除（二）污染物的吸收吸收是污染物质从机体外，通过各种途径通透体膜进入血液的过程。吸收主要途径是呼吸管、消化管和皮肤。上呼吸道：鼻、咽、喉下呼吸道：气管、主支气管、肺内各级支气管喉1.呼吸管吸收肺泡是肺实现气体交换的结构和功能单位呼吸膜=肺泡上皮细胞+毛细血管内皮细胞不同形态的气态污染物经呼吸系统吸收机理（1）2.5m颗粒粒径10m，进入上呼吸道，会留在鼻咽部，易通过人体活动排出（2）0.5m颗粒粒径2.5m，进入支气管，粘于粘液层并排出（3）颗粒粒径0.5m，深入肺部，部分被溶出进入体液气体和蒸汽：与呼吸膜两侧分压有关气溶胶和颗粒状物质：与颗粒大小有关2.消化管吸收吸收主要部位在小肠，其次是胃。小肠切片（1）小肠很长，长约5－－6米；（2）小肠内有许多皱襞和绒毛，增大了小肠吸收的表面积；（3）小肠绒毛襞很薄，只由单层上皮细胞组成，同时含有的丰富的毛细血管有利于吸收。小肠是主要吸收部位的原因？小肠强大的吸收功能影响消化管吸收的因素：污染物浓度和性质pH：小肠液pH≈6、胃液pH≈2，有机弱碱在小肠中吸收比胃中快；虽然有机酸在胃中比在小肠中利于吸收，但小肠吸收面积大且血流速快，因此还是小肠中吸收快。血流速度：对于脂溶性污染物，血流速度快，机体对污染物吸收速度大；一些极性污染物，脂溶性小，扩散为限速因素，对血流速度不敏感。3.皮肤吸收(2)通过汗腺、皮脂腺、和毛囊等皮肤附属器(1)污染物角质层透明层颗粒层生发层和基膜真皮污染物经皮肤吸收的两条途径：污染物经皮肤吸收的两个不同阶段：第一阶段：穿透相：表皮第二阶段：吸收相：真皮真皮毛细血管影响皮肤吸收的因素：污染物自身理化性质皮肤完整性化合物与皮肤接触条件4、植物对污染物的吸收（1）根部吸收（2）通过气孔吸收（3）植物地上部表皮渗透（三）污染物的分布1、和血浆蛋白结合，以结合态分布2、呈游离态分布DDD、六六六、有机氯化合物沉积在脂肪组织铅有90%沉积在骨骼中结合态游离态①脑毛细血管缺少一般毛细血管所具有的孔，或者这些孔既少且小。内皮细胞彼此重叠覆盖，而且连接紧密，能有效地阻止大分子物质从内皮细胞连接处通过。②内皮细胞还被一层连续不断的基膜包围着。③基膜之外更有许多星形胶质细胞的血管周足(终足)把脑毛细血管约85%的表面包围起来。这就形成了脑毛细血管的多层膜性结构，构成了脑组织的防护性屏障。脑毛细血管特点：血——脑屏障（四）污染物的排泄排泄是污染物质及其代谢物质向机体外的转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等，而以肾和肝胆为主。1、肾排泄肾小球被动滤过（肾小管重吸收）肾小管的主动转运（分泌）2、肝胆系统的胆汁排泄毒物肝实质细胞胆汁肠道粪便排出或进入肝肠循环肝肠循环：脂溶性毒物被重吸收，经门静脉回到肝脏再次随胆汁分泌，形成循环，延长毒物在体内的停留时间，毒性增加。3、经呼吸道排出一些气体和挥发性物质：主要通过简单扩散由肺排出。非可溶性颗粒物：肺泡细支气管支气管咽部随痰咳出或进入消化道。4、其它途径排出乳汁：有机碱、亲脂性有毒物唾液、汗液、头发、指甲、月经等二、污染物质的生物转化1、生物转化定义是指外源化合物进入生物有机体后在有关酶系统的催化作用下的代谢变化过程。外源化合物生物体相Ⅰ反应相Ⅱ反应解毒毒性加剧酶外源性化合物一级代谢产物相Ⅰ反应结合产物相Ⅱ反应毒害作用排出体外2、生物转化过程第一相反应第二相反应+结合反应氧化、还原和水解反应疏水基团亲水基团结合物质结合产物生物转化氧化还原水解结合相Ⅰ反应相Ⅱ反应外源化学物排出体外3、生物转化的反应类型相Ⅰ反应相Ⅰ反应：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（如-OH、-SH、-COOH、-NH2）或进一步使这些活性基团暴露。醛氧化反应醇氧化反应胺氧化反应氧化反应微粒体混合功能氧化酶非微粒体混合功能氧化酶脂肪族羟化芳香族羟化环氧化反应氧化性脱氨O-氧化反应S-氧化反应N-羟化反应氧化性脱烷基氧化性脱卤N-氧化反应（一）氧化反应1、微粒体混合功能氧化酶(microsomalmixedfunctionoxidase，MFO)产生：从内质网的碎片所得到的小型囊泡。必须将肝脏或其他组织磨碎(均质化)之后，才能得到微粒体。分布：主要存在于肝细胞内质网中特异性低MFO组成：由多种酶构成的多酶系统。CytP450（P448)--微粒体细胞色素P-450混合功能加氧酶NADPH（辅酶II）--还原型辅酶II细胞色素P-450还原酶Cytb-5—微粒体细胞色素b5依赖性单加氧酶NADH（辅酶I）--还原型辅酶II细胞色素b5还原酶环氧化物水化酶；黄素蛋白单加氧酶（FAD)MFO催化的反应：RH+NADPH+H++O2ROH+H2O+NADP+底物还原型辅酶Ⅱ氧化产物MFOA、脂肪族羟化POONCH3CH3NCH3CH3PNCH3CH3NCH3CH3O[o]POONCH3CH3NCH3CH3PNCH2OHCH3NCH3CH3O八甲磷N-羟甲基八甲磷毒性增加10倍ORCH3RCH2OHB、芳香族羟化[O]C6H5RRC6H4OH[O]C6H5RRC6H4OHOH[O]苯苯酚OH[O]苯苯酚苯胺、3，4-苯并芘、黄曲霉素均经此种方式转化C、环氧化反应脂肪族烯烃：CCC