污染生态学第四章分析

第二节 动物的抗性机制
• 二、动物对污染物的结合钝化 • 乙酰化是各种芳香胺类、酰阱类(如异烟阱、2－萘胺)等污染物 的重要生物转化途径，使氨基的活性作用减弱，从而达到解毒 的目的。
• 谷胱甘肽是机体内存在的一种最重要的非蛋白琉基。它具有重 要的生理功能，其解毒作用的机制主要有三个方面：
为亲电子物质或其他氧化代谢物提供琉基，形成无毒的加成物。例如 ，还原型谷胱甘肽中的琉基可以与污染物中的碳原子结合，还可以与 亲电子的金属离子结合，所以是重要的解毒物质。 阻断亲电子污染物及共代谢物与重要的生物大分子的共价结合，使其 保持正常代谢。 对脂质过氧化作用的抑制及对自由基的清除。
第一节 植物的抗性机制
• 三、植物对污染物的代谢转化作用 • 虽然植物具有拒绝吸收、结合钝化环境污染物的 抗性机制，但在污染物浓度较高，体内的“结合 座”达到饱和的情况下，为了避免受害，植物对 污染物的代谢转化作用就变得必不可少。
第一节 植物的抗性机制
• 三、植物对污染物的代谢转化作用
• 机体内酶促反应，可以转化成低毒或无毒物质，或转化为 水溶性物质而利于排出体外——解毒作用。 • 污染物在生物体内酶的作用下，通过氧化、还原、水解、 脱烃、脱卤、经基化和异Leabharlann Baidu化作用，逐步代谢为毒性较低 或完全无毒的物质。
第一节 植物的抗性机制
• 一、植物的避性 • （二）、植物对土壤污染物的避性
• 2．改变氧化还原
• 金属价态的变化与土壤氧化还原状态有关。许多金属离 子在土壤中以多种价态存在如铜、铬、汞、镉以及类金属 砷等在。不同价态的重金属的和生理生态毒性和溶解性、 吸收性不同，
有的植物具有改变根际氧化还原状态的机制。
• (一)、细胞壁的作用 • 细胞壁是结合、固定污染物的重要部位。因为细胞壁果胶 质中的多聚糖醛酸和纤维素分子的羧基、醛基等基团都能 够与重金属等毒物结合。 • 如：Hg、Pd、Zn、Cu、Cd都可以结合在细胞壁的纤维素和 木质素上，减少移动性。
第一节 植物的抗性机制
• 二、植物对污染物的结合钝化作用
• 方式：分泌、气孔、脱落
第一节 植物的抗性机制
• 六、植物的其他保护系统
• 1、自由基的清除 • 2、诱导抗性物质的产生。如ABA，抗性蛋白
第一节 植物的抗性机制
• 七、植物的抗性指标
• 植物的抗性指标有以下几个方面：
(1)形态结构指标 如气孔构造、栅栏和海绵组织的比例、角质层 和木栓层的厚度及根套的有无等。
污染生态学
第四章 生物对环境污染物的抗性
第四章 生物对环境污染物的抗性
• 环境中各种污染物质对生活于其中的生物体都是一种逆境 胁迫，会在包括分子、细胞、组织、器官、个体、种群以 及生态系统等各个组织层次上对生物产生多方面的影响。 • 长期生活在其中的生物体也会在结构、生理生化及遗传上 发生变异，产生适应性和抵抗力，这就是生物耐性或抗性 （tolerance）。
第四章 生物对环境污染物的抗性
• • • • • • • 抗性途径主要有一下几类： 拒绝吸收（避性）植物可以拒绝盐分、重金速进入体内 结合钝化 螯和 代谢转化 代谢解毒 排除体外 分泌型 改变代谢途径 分子水平调节：有些抗性基因原来以极低的频率存在，在 污染选择下它能在短短几个世代内迅速扩大基因频率，从 而提高了群体对污染的高抗性。 • 这些途径单独、或同时在生物体内作用
第一节 植物的抗性机制
• 一、植物的避性 • （二）、植物对土壤污染物的避性 • • 1、根际pH的变化 根际PH的变化从多方面影响着根际环境：
植物生长以及根际土壤中各种矿质养分的化学和生物学有效性； 根系对重金属元素毒害作用的忍耐程度：


根系对营养元素的吸收作用；
根际微生物的种类、数量以及根际曲的活性等。 根际pH的变化在一定程度上调节着植物对土壤污染物的吸收。
第一节 植物的抗性机制
• 一、植物的避性 • 将污染物排斥于体外，使其不能进入体内，这是一种最简 捷最有效的方法，无需消耗大量的物质和能量。 • 对不同的污染物和不同的植物种类，其防止污染物进入体 内的途径和方法不同。
– 关闭气孔 – 分泌有机物改变根系周围的环境、降低污染物的吸收性 – 增厚表皮层、形成根套
第一节 植物的抗性机制
• 五、植物对污染物及其代谢产物的排出作用
• 排出作用主要有以下几种：
(1)生物体对污染物来说只是一个通道，污染物进入体内后不经 过任何转化即排出体外。 (2)污染物进入体内后很快与体内物质结合后排出体外。 (3)污染物经过氧化、还原、水解后直接排出体。 (4)污染物经过体内氧化、还原、水解后再与其他物质结合后排 出体外。
第一节 植物的抗性机制
• 二、植物对污染物的结合钝化作用
• 抗性植物具有使进入到体内的污染物变成安全、低毒的结 合态的机制，使污染物不能达到敏感分子或器官，也不参 加代谢，正常的新陈代谢可免遭扰乱。 • 细胞壁、细胞膜和细胞中的其他成分均具有这种结合钝化 作用。
第一节 植物的抗性机制
• 二、植物对污染物的结合钝化作用
• 动物的抗性机制也可以划分为：
拒绝吸收 结合钝化、 分解转化 排出体外
第二节 动物的抗性机制
• 一、动物对污染物的避性 • 动物对污染物的避性可以通过行为或生理的方式表现出来 • 动物具有排斥环境中的污染物，使其不能进人体内的机制 ，如皮肤、毛发对污染物具有阻挡作用，对于可以自由活 动的动物来说，从行为上主动避开污染环境也许是一种更 为有效的措施。 • 许多动物对环境胁迫较为敏感，并具有逃避毒害的本能。
• 金属离子与细服质中蛋白质和其他有机化合物中的琉基以及其 他基团有很强的亲和力，因此，进入体内的金属离子常与蛋白 质结合而降低毒性
第一节 植物的抗性机制
• 一、植物对污染物的结合钝化作用
• (三)细胞质和液泡的作用 • 屏蔽作用 相隔离作用：生物将污染物运输到体内特定部 位，使污染物与生物体内活性靶分子隔离是生物产生抗性 适应性的又一途径， • 液泡是主要的毒物隔离和代谢的场所
第二节 动物的抗性机制
• 二、动物对污染物的结合钝化
• 结合反应的主要有6种：
– 葡萄糖醛酸化反应 – 硫酸、 – 乙酰化、 – 甲基化、 – 甘氨酰基 – 谷胱甘肽的形成
第二节 动物的抗性机制
• 二、动物对污染物的结合钝化
• 结合反应的主要有6种：
– 葡萄糖醛酸化反应 – 葡萄糖醛酸化是动物体内(除猫外)最常见的解毒方式. – 例如，苯经过氧化后生成酚，然后与葡萄糖醛酸结合。 – 污染物主要通过醇或酚的羟基和羧基的氧、胺类的氮、含硫 化合物的硫与葡萄糖醛酸的第一位族结合成苷。污染物与葡 萄糖醛酸结合后活性降低，水溶性增加，易从尿和胆汁中排 除。
第一节 植物的抗性机制
• 一、植物的避性 • （二）、植物对土壤污染物的避性 • 3．根分泌物对污染物的结合、降解作用
• 根际游离金属离子与分泌物形成稳定的金属螯合物复合体， 使其活度就会降低。
• 如：耐铝小麦品种的根分泌高浓度的低分子二羧酸类物质 如琥珀酸、苹果酸、草酸。二羧酸是带正电荷金属离子的 潜在整合剂，从而能够阻止铝扩散进入根膜，这在保护植 物避免与铝结合中起着重要作用。
汞等重金属密集在根外的铁锰氧化膜中阻止进入根内。
第一节 植物的抗性机制
• 一、植物的避性 • （二）、植物对土壤污染物的避性 • 3．根分泌物对污染物的结合、降解作用
• 植物生长过程中一部分光合作用产物被转移到根部，并且 其中大部分通过根系分泌到根际中。
• 如有机酸、氨基酸、糖类物质、蛋白质、核酸以及大量其 他物质。能同根际土壤中的污染物结合，使其移动性降低 、毒性降低。
• 如对农药，有机物，降解为CO2和H2O
第一节 植物的抗性机制
• 三、植物对污染物的代谢转化作用
• （一）、植物对农药的分解转化 • 耐药性植物有代谢分解农药的作用，途径有：
•
• •
氧化、还原、水解、异构化和轭和化等。
（二）植物对其他有机物质的分解转化 石油、洗涤剂、塑料等有机物，藻类高等植物
第一节 植物的抗性机制
第一节 植物的抗性机制
• 一、植物的避性 • （二）、植物对土壤污染物的避性 • 4．根际效应的作用 • 根分泌物可为微生物提供能源物质，将大量具趋化作用的微生 物聚集在根周围，从而产生“根际效应”，其中有些微生物具 有净化土壤中污染物的作用。 • 菌根真菌和其他微生物，能够降解、转化环境污染物，如多氯 联苯、除草剂等有机污染物，而且能够吸收、富集环境中的金 属等无机污染物，从而降低根际环境中污染物的浓度，减少污 染物进入植物体的机会。 • 如：凤眼莲分泌多种氨基酸，使微生物有趋化作用，对酚类物 质有抗性。
• (二)、细胞膜的作用 • 细胞膜上的蛋白质、糖类和脂质也能够结合透过细胞壁的 污染物。 • 研究表明．当环境中的铅浓度相当大时，也有部分铅透过 细胞壁，在细胞膜上沉积下来。
第一节 植物的抗性机制
• 二、植物对污染物的结合钝化作用
• (三)细胞质和液泡的作用 • 细胞质和液泡中具有许多能够与污染物结合的“结合座”，当 部分污染物突破细胞壁和细胞膜进入细胞质后，就能够和细胞 质中的蛋白质、氨基酸的羧基、氨基、琉基及酚基等官能团结 合，形成稳定的整合物，从而起到钝化作用。 • 如农药中的－OH、－COOH、－NH2、＝NH、－SH和活性氯，和细 胞质和液泡中的物质结合 的。
(2)生理生化指标 如细胞膜透性、细胞质含水量、酶系统活性及 细胞内结合物质(如谷胱甘肽、类金属硫蛋白等)的含量等。
(3)生态学指标 如根的分布特性、根际效应状况等。
第二节 动物的抗性机制
• 外源性污染物进入动物体后，会给机体带来一系 列损伤和病变．甚至死亡。动物与植物一样．能 够对环境中的污染物作出一系列应答，以减少毒 物对自身的伤害，从而获得对污染环境的抗性。
第四章 生物对环境污染物的抗性
• 生物对污染物的抗性机制是外部排斥和内部忍耐的综合结 果。
– 外部排斥 通过形态机制生理生化机制、生态学机制将污染物排斥 在体外。 – 内部忍耐 通过代谢、固定代谢解毒、分室作用等过程将污染物在 体内富集、 解毒。
• 植物抗性机制涉及到： • 形态、解剖、细胞、分子等几个层次变化
如蚊子、苍蝇对杀虫剂的躲避、种群数量的变动
第二节 动物的抗性机制
• 二、动物对污染物的结合钝化
• 污染物可经呼吸道、消化管皮肤其他一些途径进人体内。 进入体内的物质有不同的途径进行钝化：
• 如污染物在动物体内经多种方式被结合、固定下来，使其 不能达到敏感位点(称“靶细胞”或“靶组织”)。 • 各种脂溶性有毒污染物进入组织后，多数与体内的某些化 合物或基团结合，使毒性减低，极性和水溶性增加，从而 可以迅速随尿液或汗液排出体外。
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第一节 植物的抗性机制
•
例：生长在锰污染土壤上的植物能够分泌具有氧化作用 的物质到根际环境，将Mn2+氧化成Mn4+而减轻毒性。
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例：水稻根表表明分泌氧和氧化性物质将土壤中大量的
Fe2+和Mn2+氧化成铁锰氧化物胶膜，一方面把根包被起来 以防止根系对Fe2+和Mn2+的过度吸收．另一方面把镉、铅、
• 四、植物在污染物存在下改变代谢途径、发生遗 传变异、降低污染物与靶分子的亲和力
• 改变代谢方式是生物抵抗环境污染物毒害的有效措施之一 。例如，
耐硒植物在硒胁迫下能够改变蛋白质的代谢方式，使其不受硒的 干扰，保证植物正常生活。而不耐硒的植物因蛋白质的正常合成 受破坏而受害。
生物体内与污染物作用的靶分子发生遗传突变，突变结果降低了 生物靶分子与污染物的亲和力，从而降低了今物对污染物的敏感 性，使生物产生对污染物的抗性。
第一节 植物的抗性机制
• 一、植物的避性 • （一）、对气态污染物的避性 • 气态污染物通过两个途径进入植物体内：气孔、表皮角质 层。 • 1、气孔阻碍作用 • 污染严重时关闭气孔，与脱落酸（ABA）含量变化有关 • 2、外表皮阻碍作用 • 角质层、表皮层、木栓层增厚 •
第一节 植物的抗性机制
• 一、植物的避性 • （二）、植物对土壤污染物的避性 • 植物对根系污染物的吸收抑制、机理主要是通过分泌体外 物质、改变环境的PH值、氧化还原电位等，降低污染物的 生物活性，或改变根际微生物种群的数量和种类。 • 如柠檬酸、无机磷酸盐，苹果酸，使污染物质形成不可溶 物质。