环境生物学

根据有机物在水体中分解变化和DO的变化，可把受 污河流分成几段:
清洁区：未受污染 分解区 腐败区 恢复区
1.2.4 污染物的生物地球化学循环

生物地球化学循环的概念
指生物的合成作用和矿化作用所引起的污染物周而复始的循环运 动过程。 注：合成作用指生物（主要是绿色植物）将吸收的环境化学物质 转变为生物体本身的有机物质的过程。 矿化作用指生物通过代谢作用（包括微生物的分解作用）将生物 体的有机物质转化为无机物质或简单的有机物。

循环过程 循环机理
1.3 污染物在生物体内的生物转运和生物转化
1.3.1生物转运

生物转运（Bio－transport or Biotransport）的概念
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生物转运：是指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。这些过程都需要通 过细胞的膜结构。 细胞膜（生物膜）有多种：细胞质膜、内质网膜、线粒体膜、 核膜等； 它们基本的化学组成、分子结构、功能有共同的特 征。 一般细胞膜由蛋白质分子和脂质分子（主要是磷脂类）组成


植物吸收的主要途径：
（1）根部吸收以及随后随蒸腾流而输送到植物各部分； （2）通过植物叶片上的气孔从周围空气中吸收污染物，是植物 对大气污染物吸收的主要方式； （3）有机化合物的蒸汽经过植物地上部分表皮渗透而摄入体内

污染物的体内分布
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指环境污染物随血液或其它体液的流动，分散到全身各组织 细胞的过程。 指进入机体的环境污染物及其代谢产物被机体清除的过程。 排泄的主要途径是通过肾脏进入尿液和通过肝脏的胆汁进入 粪便，有的环境污染物还可随同呼出的气体、汁液等排出体 外。

什么是环境污染（Environmental Pollution）？
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通常，环境污染主要指人类活动所引起的环境质量下降而有 害于人类及其它生物的正常生存和发展的现象。而自然过程 引起的同类现象称为自然突变或异常。 废气污染 生物污染 废水污染 按污染物形态 固体废弃物污染 噪声污染

环境污染的分类
按污染物性质

相II反应的主要类型：
微生物对生物外源性物质的转化作用

微生物对生物外源性物质的转化主要有以下几种形式：
脱卤（主要是脱氯），如DDT的脱氯 还原，将生物外源性物质上的取代基，特别是硝基，进行还原； 水合反应，如对有机氰的水合反应，形成无毒的含氮有机化合物 图DDT的微生物转化 TNT的微生物转化
吞噬作用 表1－1 污染物透过细胞膜的方式
内吞物质为液体
内吞物质为固体物质
污染物的吸收（Absorption of Pollutant）：指污染物在 多种因素影响下，自接触部位透过体内细胞膜进入血液 循环的过程。

动物吸收的主要途径有：呼吸系统、消化管和皮肤
（1）呼吸系统吸收特点: 吸收对象主要针对气体、蒸汽、气溶胶等形式的污染物。 吸收方式多以被动扩散的方式，通过呼吸膜吸收入血。 主要部位例如：肺，肺泡数量多，表面积大，遍布毛细 血管，便于污染物经肺迅速吸收进入血管。 （2）消化管吸收特点： 吸收对象主要为饮水和由大气、水、土壤进入食物链中 的污染物。 吸收方式多以简单扩散方式通过细胞膜而被吸收。 主要部位如胃和小肠。 （3）皮肤吸收：如有机磷农药可透过完整皮肤引起中毒。
1.2.1 污染物在环境中的迁移

迁移的定义：
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迁移是指污染物在环境中发生的空间位臵的移动及其引起的 富集、分散和消失的过程。 （1）人类活动过程中无意排放 （2）工业三废 （3）人类活动过程中故意应用 进入环境的污染物可以在各个环境要素（水、气、土）中发 生迁移并输送到很远的距离。污染物的长距离传送，往往由 局部性污染引发区域性污染甚至全球性污染，这也是环境污 染成为当代主要环境问题的原因之一。

相II过程（反应）
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外源性化合物
过程I （相I反应） 排出体外 一级代谢物 过程II （相II反应）
结合产物 （二级代谢物）
毒害作用
图1－5 生物转化过程示意图

相I反应的主要类型：
氧化反应：微粒体混合功能氧化酶参与的反应，例如脂肪族羟化 非微粒体反应 还原反应：微粒体还原 非微粒体还原 水解反应

细胞质膜结构图
污染物透过细胞膜的方式
特点 浓度梯度 方式 有无载体 是否耗能 其它特点
简单扩散
滤过过程 主动转运 易化扩散
高浓度低 浓度（顺）
无
否
脂溶性有机化合物的 主要转运方式
通过膜上的亲水性孔 道
低浓度高 浓度（逆）
高浓度低 浓度（顺）
有 有
耗能 否
水溶性大分子化合物 的主要方式
胞饮作用
无机配位体：OH－、Cl－、CO32-、HCO3－等 有机配位体：

配合作用
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生物降解作用
土壤中的转化
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土壤是环境中微生物最活跃的场所，故生物降解起重要作用。
氧垂曲线（Oxygen Sag Curve）

氧垂曲线的定义
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在河流受到有机物污染时，由于有机物的氧化分解作用，水 体的DO发生变化。从污染源到河流下游一定距离内，可绘制 一条DO逐渐变化的曲线，称之为氧垂曲线。

污染物进入环境的途径包括：
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注：
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污染物在环境中的迁移方式
机械迁移 （1）水的机械迁移作用 （2）气的机械迁移作用 （3）重力的机械迁移作用 物理－化学迁移 ★污染物在环境中迁移的最重要的形式。 （1）溶解－沉淀作用、络合－螯合作用、吸附－ 解吸作用、氧化－还原作用、水解作用 （2）化学分解、光化学分解、生物化学分解 生物迁移 例：生物通过食物链对重金属的放大积累作用

几种重要的形态分类
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污染物的分布

污染物的分布
定义：指污染物在环境多组分间分布，不仅指在环境空间的浓度 分布，而且还指污染物不同形态、不同相态之间的分配。 例：汞形态的分布
1.2.3 污染物在环境中的转化 （Transformation of Pollutant）

转化的定义
指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。
工业污染源 农业污染源 交通运输污染源 生活污染源

图1-1 污染源示意图
污染物的自然来源（Natural Source ） : 自然界向环境排放， 如：活动的火山或矿床；
污染物的人为来源（Artificial Source ） : 来自人类活动，影 响范围广、危害大，如工业三废
农业
交通
• •

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
小结
环境污染的特点： 影响范围大 作用时间长 污染物浓度低、情况复杂 污染容易、治理难
1.2 污染物在环境中的迁移与转化

影响迁移的因素：

内部因素
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污染物自身的物理化学性质：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能力、水解能力、形 成络合物的能力、被胶体吸附的能力 原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物的键性、 溶解度等都是影响迁移的主要理化参数。
酸碱条件 氧化－还原条件 胶体的种类、数量 络合配位体的数量、性质

生物转化的过程

相I过程（反应）
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外源性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（－OH、－SH、 －COOH、－NH2）或进一步使这些活性基团暴露。 相I过程产生的一级代谢物在另外的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（二级代 谢物）或带有某些基团的外源性化合物与细胞内物质结合反 应。

外部因素
1.2.2 污染物的形态和分布 （Form and Distribution of Pollutant）

污染物的形态
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定义：指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。 污染物的存在形态包括： 价态，如Cr（VI）、 Cr（III） 化合态，如有机汞和无机汞 结构态，如同分异构体 络合态 离子态 代换态 胶体 有机结合态 难溶态
工业
污染物（Pollutant）

污染物
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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。

生产性污染物和生活污染物 一次污染物和二次污染物： • 二次污染物是指进人大气的一次污染物之间相互作用或一次 污染物与正常大气组分发生化学反应，以及在太阳辐射线的 参与下引起光化学反应而产生的新的污染物，它常比一次污 染物对环境和人体的危害更为严重。 优先污染物（Priority Pollutant）：

污染物的排泄
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3.2 污染物在体内的生物转化

生物转化（Biotransformation）的概念
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生物转化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。

注1：外源化合物（Xenobiotic compounds） 指除了营养元素及维持正常生理功能和生命所必需的物质以外， 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。又叫外来化合物或外源性生物活性物质。例如：药 物、日用化学品、食品添加剂、环境污染物等。 生物外源性物质是指那些人工合成的，具有不被现有降解酶系所 识别和作用的分子结构和化学键序列的化合物，简而言之，就是 不能被生物降解的化合物。如DDT、六六六、多氯联苯、染料、 塑料、合成橡胶等。 注2：内源性化合物指生物机体正常的生理活动产生的物质。 注3：酶（Enzyme）是由活细胞产生的，能在体内和体外起同样催化作 用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。 注4：生物转化的主要场所是肝脏，其它有肺、胃、肠、皮肤等。
生wk.baidu.com的多种污染物的混合物。
光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧(O3)和过氧乙酰硝酸酯 (peroxyacetylnitrates , PAN)。
例二：酸雨（Acid Rain）
图1－2光化学烟雾实例
图1-3光化学烟雾形成过程
NO2（微量） 刺激眼睛 NO2 + UV → NO2 * NO* → NO + O 2 O + O 2 → O3 O3 + NO → NO2 + O2 O3 + HC → ↓ 醛类及其它氧化物 醛类

转化的形式
物理转化： 化学转化 生物转化

转化的结果：
两种可能：污染物转化为无毒物质或易降解结构 污染物的毒性增强或转化为难降解结构
大气中的转化

大气中的转化：以光化学氧化、催化氧化反应为主 例一：光化学烟雾（Photochemical Smog）
光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应
水体中的转化
水体中的转化主要通过下列途径： 氧化－还原作用
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天然水体本身是一个氧化－还原体系，含有多种无机、有机氧化 剂和还原剂，如DO、Fe3+、Mn4+、S2－、有机化合物等，对污染 物的转化起重要作用。 水体中的氧化还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中 重要污染物的性质。如：厌氧性湖泊 水体中的许多氧化还原反应均为微生物催化反应。
第一篇 环境污染的生物效应
第一章 环境污染物在生态系统中的行为
本章将讨论以下内容：

环境污染概述 污染物在环境中的迁移与转化 污染物在生物体内的生物转运和生物转化 污染物在生物体内的浓缩、积累和放大 生物对污染物在环境中行为的影响
1 环境污染物在生态系统中的行为
1.1 环境污染概述
O3
复杂的有机化合物
紫外光 NO
汽车排气 HC NO2
太阳 紫外光
HC + O2 + NO2 + UV ↓ O3 + 甲醛 + PAN + 氧化产物 O3 伤害植物 PAN 伤害植物 刺激眼睛
氧化产物
聚合与核长大
气溶胶 光雾
甲醛、 丙稀醛等 刺激眼睛
图1－4 酸沉降形成示意图
自然源、电厂 以及内燃机等 排放出的污染 物在大气中发 生化学反应产 生导致酸沉降 的化学物质。
化学污染 物理污染
辐射污染
环境效应——环境污染所导致的环境变化



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。 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。如热污染、 噪声污染等。
污染源（Pollution Source）