《第1章污染物在生态系统中的行为ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第1章污染物在生态系统中的行为ppt课件.ppt（110页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、,第一章 污染物在生态系统中的行为,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（Environmental Pollution）,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,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。
2、如热岛效应、温室效应、噪声、地面沉降等。,二、环境效应（Environmental Effect）,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
3、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（Pollution Source）,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
4、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（Priority Pollutant）：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
5、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
6、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,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
7、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,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
8、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,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,ATP,2、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。,练一练：请以最快速度填好以下表格,（二）污染物的
9、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）2.5m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）0.5m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0.5m，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
10、肠，其次是胃。,小肠切片,（1）小肠很长，长约56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pH6、胃液pH2，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
11、附属器,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：,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,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。内皮细胞还被一层连续不断的基膜包围着。基膜之外更有许多星形胶质细胞的血管周足(
12、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
13、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。,外源性化合物,一级代谢产物,相反应,结合产物,相反应,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,3、生物转化的反应类型,相反应,相反应：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
14、露。,（一）氧化反应1、微粒体混合功能氧化酶(microsomal mixed function oxidase，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。Cyt P450（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Cyt b-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：,A、脂肪族羟化,
15、P,O,O,N,C,H,3,C,H,3,N,C,H,3,C,H,3,P,N,C,H,3,C,H,3,N,C,H,3,C,H,3,O,o,P,O,O,N,C,H,3,C,H,3,N,C,H,3,C,H,3,P,N,CH,2,OH,C,H,3,N,C,H,3,C,H,3,O,八甲磷,N-羟甲基八甲磷,毒性增加10倍,B、芳香族羟化,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：,环氧氯乙烯不稳定，生物半衰期1.6min，游离态的环氧氯乙烯可以形成氯乙醛，或被水解，或与谷胱甘肽结合而便于排出，或直接作用于DNA等生物大分子。,氨基上的一个H与氧结合,芳香族羟化,N-羟化
16、,D、N-羟化反应,a-苯胺,硫醚类化合物，S原子被氧化，形成亚砜、砜,E、S-氧化反应,R-S-R R-S-R R-S-R,硫醚,亚砜,砜,这类反应在有机醚、氨基甲酸酯、有机磷与氯烃类农药中均可见到。例如，农药内吸磷在体内进行此类反应，其产物亚砜型内吸磷和砜型内吸磷毒性比母体高5-10倍。,伯胺类化合物，在邻近N原子的C原子上发生氧化,F、氧化脱氨基反应,G、氧化脱卤反应,R-CH2X RCHO+HX,R-CH2-NH2R-CHO+NH3,卤代烃氧化成卤代醇，不稳定，脱去卤素,DDT DDE（性质稳定，无杀菌能力）,2、非微粒体氧化,醇脱氢酶：存在于胞液中：RCH2OH+NAD(P)+RCH
17、O+HAD(P)H2+(2)醛脱氢酶：存在于肝细胞线粒体和胞液中：RCHO+NAD(P)+RCOOH+HAD(P)H2+(3)胺氧化酶：主要存在于线粒体 单胺氧化酶：RCH2NH2+ORCHO+NH3+H2O 二胺氧化酶：催化二胺类氧化形成醛。,（二）还原反应,含S基团还原,（1）硝基还原反应,微粒体还原,（2）偶氮还原反应 R-N=N-R R-NH2+RNH2（3）还原性脱卤 CHCl3 CH2Cl2,1、醛类、酮类和醇类的还原反应,酮 仲醇,乙醇 乙醛,醇脱氢酶,非微粒体还原,羰基还原酶,2、含硫基团还原反应,三硫磷亚砜 三硫磷杀虫剂,（三）水解反应 水解酶：酯酶及酰胺酶等分布在血浆、肝、
18、肾、肠、肌肉和神经组织中。,水解反应,酯类水解反应,酰胺类水解反应,脂肪族水解脱卤反应,环氧化物的水化反应,1、酯类水解反应 RCOOR+H2ORCOOH+ROH 有机磷农药在体内代谢的主要方式。如磷酸酯酶能使各种有机磷酸酯和硫代磷酸酯水解，生成相应的烷基磷酸及烷基硫代磷而失去毒性。2、酰胺类水解反应 R-CO-NH-R+H2O R-COOH+RNH2 如农药乐果的水解反应,3、脂肪族水解脱卤反应：DDT水解脱卤 DDE 毒性降低、可继续转化为易排泄物，人体吸收的DDT，60%可经此途径转化。4、环氧化物的水化反应：水化反应(水合反应)：含双键或三键化合物在酶催化下与水分子结合。H2C=CH2
19、+H2O CH3CH2OH 芳烃类和脂肪族烃类化合物 环氧化物 二氢二醇化合物,O,水化反应酶,相反应,相反应：指具有一定极性的外源化学物与细胞内物质结合的反应。,相反应（结合反应）,(一)葡糖醛酸结合 葡糖苷酸结合物是高度水溶性，易于从尿和胆汁排泄。,(二)硫酸结合,硫酸基转移酶,外源外学物的硫酸结合物主要经尿排泄，少部分从胆汁排泄。,硫酸酯,乙酰基供体：乙酰CoA 芳香族胺类化合物 乙酰化衍生物,(三)乙酰化作用,乙酰基转移酶,与氨基酸结合有两类毒物，即羧酸和芳香羟胺。羧酸必须首先经酰基辅酶A合成酶催化，需要ATP和乙酰辅酶A，活化生成酰基辅酶A硫酯，再由N-乙酰转移酶-催化与氨基酸如甘氨
20、酸、谷氨酸、牛磺酸的氨基反应，形成酰胺键。羧酸的氨基酸结合是解毒反应。,(四)氨基酸结合,甘氨酸酰基转移酶,+HSCoA,(五)甲基化作用 甲基化反应可分为N-，O-，S-甲基化。这种结合形成的产物虽然可能比母体毒物水溶性降低，但一般都能使毒物解毒。,甲基供体：S-腺苷蛋氨酸(SAM),甲基转移酶,(六)谷胱甘肽结合,谷胱甘肽-S-转移酶（GST）能催化GSH与含有亲电子C、N、S、O的化学毒物反应，生成结合物。GSH结合物具有极性和水溶性，可经胆汁排泄，并可经体循环转运至肾。在肾内GSH结合物经一系列酶催化反应变为硫醚氨酸衍生物，由尿排泄。,GSH,+,Br,H,O,H,Br,H,OH,H,
21、SG,溴苯环氧化物,结合产物,引起外源性化合物水溶性的增加，加速其排泄：相反应通常仅导致水溶性少量增加，但多数相反应可导致外源性化学物的水溶性显著增加，易于通过肾脏经尿液或随同胆汁混入粪便排出体外；生物转化能改变外源性化学物的毒性：代谢解毒：经生物转化大部分外源化学物的代谢产物，毒性降低，易于排出体外。代谢活化：经生物转化其毒性被增强的现象。生成亲电子剂、自由基、亲核剂、氧化还原剂。生物转化酶的诱导及其活性升高可加速内源性化合物的代谢，导致机体生理功能异常。,4、,生物转化意义,生物浓缩（Bioconcentration）：生物通过非吞食方式，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物,使其在生
22、物体内的浓度超过环境中的浓度的现象。,影响生物浓缩系数的因素：,KBCF=,物质在生物体内浓度,物质在环境介质中浓度,生物浓缩系数：,1、在物质性质方面：降解性、脂溶性、水溶性等2、在生物特征方面：种类、大小、性别、器官、生长发育阶段等3、在环境条件方面：温度、盐度、pH、氧含量等,第四节 污染物质的生物浓缩、积累和放大,生物积累,生物积累（Bioaccumulation）是指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些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。,研究的意义 生物机体对化学性质稳定的物质的积累性可作为环境监测的一种指标，用以评
23、价污染物对环境的影响，研究污染物在环境中的迁移转化规律。,积累原则 任何机体在任何时刻，机体内某种元素或难分解化合物的浓度水平取决于摄取和消除这两个相反过程的速率，摄取量如大于消除量，就发生生物积累。,思考：下面这两个柱形图反应了什么问题，如何来解释这种现象？,生物放大（Biomagnification）同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物富集某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级数提高而增大的现象。生物放大的产生 生态系统食物链的物质流动原理。,1ppm=1mg/kg=1mg/L,第五节 生物对污染物在环境中行为的影响,生物污染（Biological Pollution
24、）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,这种污染称为生物污染。,生物污染,非典：严重急性呼吸综合征（Severe Acute Respiratory Syndromes）又称传染性非典型肺炎，简称SARS,一、环境中的病原微生物,密切接触是主要传播途径。以近距离飞沫传播和直接接触呼吸道分泌物、体液传播多见。气溶胶传播，即通过空气污染物气溶胶颗粒这一载体在空气中作中距离传播，是经空气传播的另一种方式，严重流行疫区的医院和个别社区爆发即通过该途径传播。,非典期间，儿子在母亲节去探望被隔离的当护士的母亲,上海甲肝大流行，发生于198
25、8年春季的上海市，主要由市民食用受到甲肝病毒污染的毛蚶引起，此次疫情共造成超过30万人感染和31人死亡。,甲型肝炎病毒(Hapatitis A virus,HAV),软体动物门（Mollusca）双壳纲(Bivalvia)列齿目(Taxodonta)蚶科(Arcidae)毛蚶属海产经济贝类。,沙门氏菌属(Salmonella),2013年10月11日美国媒体报道，美国加州三地生产的生鸡肉最近引发沙门氏菌感染，18个州至少已有278人因此染病。,2012年10月21日西双版纳傣族自治州民族中学389人聚集性腹泻定性为沙门氏菌感染引起的聚集性腹泻事件。,2013年6月13日，四川眉山映天学校386
26、人由沙门氏菌污染食品引起的感染性腹泻。,霍乱弧菌（V.cholera）,是人类霍乱的病原体,霍乱是一种古老且流行广泛的烈性传染病之一。曾在世界上引起多次大流行，主要表现为剧烈的呕吐，腹泻，失水，死亡率甚高。,二、微生物代谢产物与环境污染,硫化氢（H2S）,酸性矿井水,硝酸和亚硝酸,微生物毒素,硫酸盐,硫化氢（H2S）,反硫化细菌,厌氧菌,1、硫化氢（H2S）,2013年6月15日内江市威远县连界镇车站附近一小区内，由该小区某一栋楼居民花钱请来清理下水道的五名工人，一名工人进入化粪池后，一直不见出来，其余4名工人先后进入化粪池救人，但5人不幸遇难，初步调查他们系沼气中毒。,有机硫化物,2、煤矿酸
27、性矿井水(Acid mine Water),硫化物矿物（FeS2）和有机硫,酸性矿井水,化学氧化,耐酸细菌（硫杆菌）,氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans,T.f),反硝化需要厌氧环境，需有机物作为碳源；pH一般为中性至微碱性。,3、硝酸和亚硝酸,硝化作用,硝化分为两个阶段：2NH3+3O2 2H+2NO2-+2H2O+能量 2NO2-+O2 2NO3-+能量,硝化菌和亚硝化菌均为化能自氧细菌，对pH高度敏感。最适生长pH:亚硝化菌为79，硝化菌为58。当环境pH高于9.5时，硝化菌受抑制，亚硝化菌仍能活动，环境中因此会积累有毒的亚硝酸盐。,亚硝化菌,硝化菌,氮肥
28、,硝酸根,水,婴儿,高铁血红蛋白症,胃内酸度低,硝酸盐还原菌,亚硝酸,亚铁变高铁,婴儿高铁血红蛋白症成因,4、微生物毒素,微生物毒素是指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素。细菌、放线菌、真菌和藻类中都有一些产生毒素的种类，由于微生物毒素污染食品和环境，危害人类健康，近年来受到人们的高度重视。,黄曲霉毒素（AFT）是一组代谢产物，已确定结构的有17种，其中B1毒性最大。黄曲霉毒素是主要由黄曲霉和寄生曲霉产生的次生代谢产物，极耐高温，加热至280度以上才开始分解。,黄曲霉毒素（AFT）,黄曲霉毒素B1,肉毒毒素是肉毒杆菌产生的含有高分子蛋白的神经毒素，是目前已知在天然毒素和合成毒剂中毒性最强烈
29、的生物毒素，它主要抑制神经末梢释放乙酰胆碱，引起肌肉松弛麻痹，特别是呼吸肌麻痹是致死的主要原因。,肉毒毒素（Botulinum Toxin，AX）,金黄色葡萄球菌(Staphyloccocus aureus Rosenbach)是人类的一种重要病原菌，隶属于葡萄球菌属（Staphylococcus），可引起多种严重感染。金黄色葡萄球菌产生的肠毒素很稳定，不易被破坏。金葡菌可产生A、B、C、D、E、F等多种肠毒素。,葡萄球菌肠毒素,2009年9月3日，柳州地区民族高中部分师生及周边居民50多人食物（米粉）中毒事件的“罪魁祸首”已经确定，致病菌为金黄色葡萄球菌。,2000年 日本雪印公司奶粉、低脂肪牛奶、酸奶等3种牛奶制品被查出金黄色葡萄球菌毒素，造成1.5万名消费者中毒，所有产品被迫全部召回。,某些种系的藻类为了生存会产生一些使食藻动物拒食或毒化的有毒次级代谢物化学毒素。,含有毒素的藻类通过食物链毒化海洋鱼、贝类，人类食用染毒的贝类可发生食物中毒或死亡。与有害赤潮相关的赤潮藻毒素(贝毒素)中毒主要有五大类：麻痹性贝毒中毒腹泻性贝毒中毒神经性贝毒中毒记忆丧失性贝毒中毒西加鱼毒中毒,藻类毒素,水华蓝藻（微囊藻属、鱼腥藻属）,赤潮甲藻（石房蛤毒素）,
