第二章污染物对生物地影响

*第二章污染物对生物的影响*第一节污染物在生物化学和分子水平上的影响* 污染物的生物转化环境化学物质在机体组织或器官中，在系列酶作用下转化为各种代谢产物的过程。

作用：●通常：转化⇒极性及水溶性增加易于排泄毒性降低或消失生物失活(bio-inactivation)●例外：转化⇒水溶性降低、毒性增加生物活化(bio-acivation)。

特点：●酶促反应过程；●生物转化的多样性；●转化的连续性。

反应场所：●主要在肝内进行、其次是在肾和肺内。

* 生物转化的反应类型*第一相反应：从亲脂性到极性（一）氧化：最重要的1相反应（一）氧化反应1、MFOS催化的氧化反应●MFOS(microsomal mixed function oxidase system)：微粒体混合功能氧化酶●主要存在于肝细胞内质网中；●特异性低：可催化几乎所有环境化学物的氧化反应；* MFOS酶的结构示意图(1) 组成：由多种酶构成的多酶系统。

●Cyt P450（P448)●NADPH（辅酶II）●Cyt b-5●NADH （辅酶I）●环氧化物水化酶；●黄素蛋白单加氧酶（FAD)(2) 反应A、脂肪族羟化RCH3 RCH2OH* B、芳香族羟化一、生物机体酶的影响（一）酶活性的诱导1. 混合功能氧化酶（MFO）*混合功能氧化酶是污染物在体内进行生物转化相Ⅰ过程中的关键酶系．*是电子传递系统，存在于大多数组织的细胞内质网上，肝脏中的活性较其他组织中活性要高．*活性诱导剂：药物诱导剂苯巴比妥型，致癌物诱导剂３－甲基胆蒽型，甾族诱导剂2. 抗氧化防御系统酶（1）超氧化歧化酶（SOD）许多化学污染物能诱导SOD活性：大气污染物，直接作用氧化物，氧化还原循环化合物（2）谷胱甘肽过氧化酶（GP X）（3）过氧化氢酶（Ct）* 3. 谷胱甘肽转移酶谷胱甘肽转移酶是污染物在体内进行生物转化相Ⅱ过程中的重要酶．（二）酶的抑制作用*酶活性的抑制可分为不可逆性抑制，非竞争性抑制和竞争性抑制．－不可逆性抑制是由于污染物与酶蛋白的活性中心功能基因不可逆性结合引起的．－非竞争性抑制是一种可逆性抑制，污染物与酶分子的结合位置不是底物的结合位置，因此增加底物浓度，不能使抑制作用逆转．－竞争性抑制的特点是，当底物浓度增加时，抑制作用减弱．强弱取决于抑制剂的浓度与底物浓度的相对比例．－除上述抑制外，有些污染物是通过生成中间代谢物抑制酶活性，造成化学损害．1. 腺三磷酶（ATPase）2. 乙酰胆碱酯酶（AchE）3.δ-氨基乙酰丙酸脱氢酶（ALAD）4. 蛋白磷酸酶二、对生物大分子的影响1. 对蛋白质影响蛋白质化学损伤后的生物学效应细胞膜结构及通透性改变；引起各亚细胞结构和功能损害；影响酶的催化功能，进而引起代谢异常及能量供应障碍；导致遗传毒害；引起机体特殊的免疫反应；引起机体繁殖功能障碍．2. 对脱氧核糖核酸（DNA）影响（1）光复活修复（2）切除修复（3）复制后修复3. 脂质的过氧化*第二节污染物在细胞和器官水平上的影响*一、对细胞的影响（一）对细胞膜的影响首先，污染物引起的膜脂过氧化作用导致细胞膜的损伤．其次，污染物可影响细胞膜的离子通透性（二）对细胞器的影响1. 线粒体污染物不仅可以引起细胞线粒体膜和嵴的形态结构的改变，而且可以影响线粒体的氧化磷酸化和电子传递功能．2. 光面内质网和糙面内质网二、对组织器官的影响（一）靶器官（二）对组织器官的影响*第三节污染物在个体水平上的影响一、死亡在一定的剂量或浓度作用下，污染物能引起动物死亡，这样的剂量或浓度被称为致死浓度剂量或致死浓度．*死亡比例的的大小（死亡率）作为指标，用以评价污染物的毒性大小*多种因素影响污染物对动物的致死效应二、对行为的影响行为毒性（behavioral toxicity)-- 指一种污染物使得动物一种行为改变超过正常变化的范围* 2. 对鸟类行为的影响* 损害鸟的平衡和协调性（有机磷农药导致神经系统中毒）* 对领地的失控和不能照顾后代* 三、对繁殖的影响*环境激素, 外源性雌激素，或环境内分泌干扰物(Environmental endocrine disrupters) －－指存在于环境中的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，能干扰和破坏野生动物和人分泌功能，导致野生动物繁殖障碍，甚至能诱发人类重大疾病。

*100种以上，农药DDT，二惡英和有机氯杀虫剂就属于一类环境激素*环境激素的分类：1. 天然雌激素和合成雌激素2. 植物雌激素3. 具有雌激素活性的环境化学物质*环境激素* 常见的环境激素*杀虫剂*多氯联苯（PCBs)和多环芳烃 (PAHs)*非离子表面活性剂种烷基苯酚化合物（洗涤剂、油漆、化妆品等）*塑料添加剂*食品添加剂*工业废水和生活污水* 四、对生长和发育的影响*引起生物机体的摄食率和生理代谢的危害*生物指示器（SFG) －反应生物机体能力和利用的综合指标*第四节污染物在种群和群落水平的影响一、对生物种群的影响*种群是在占据某一地区一定空间中同种个体的集合，具有三个基本特征：空间特征、数量特征和遗传特征*污染物对种群的影响表现为种群数量的密度改变、结构和性别比例的变化、遗传结构的改变和竞争关系的改变等.* 种群三大基本特征*空间特征：指种群有一定的分布区域和型式。

在分布范围内，环境条件适合种群的生存。

分布中心条件最合适，边缘地区则波动较大。

*数量特征：种群密度随时间而变动。

种群数量动态的形式多种多样，从理论上讲，大致可以分为如下几种形式：种群的增长；种群的动态平衡；种群的周期性波动；种群的不规则波动；种群数量的下降、种群的灭亡和种群灭绝。

这些形式与各种群特有的出生率、死亡率、生长率和年龄结构等特性有密切关系。

*遗传特征：种群是一个基因库，有一定的遗传组成和遗传特征。

种群在表观上的形态、生理、生态学现象，实质上是种群基因库在环境作用下适应、选择结果的反映。

种群的遗传特征也使种群之间保持形态、生理和生态特征上的差异。

*二、对生物群落的影响* 群落（community) －生存在一起并与一定的生存条件相适应的动植物的总体。

它包括植物、动物和微生物等各个物种的种群，共同组成生态系统中有生命的部分。

*生物群落=植物群落 + 动物群落+ 微生物群落*污染物可导致群落组成和结构的改变，包括优势种变化、生物量、丰度、种的多样性等.（一）优势种（dominant species）–在群落中优势度大的种群，优势度是确定物种在群落中生态重要性的指标优势度－确定植物优势度时，指标主要种的盖度和密度。

动物一般以个体数或相对多来表示。

（二）耐污种–指只在某一污染条件下生存的物种（三）敏感种－指对环境条件变化反应敏感的物种*Case: 江苏省生物环境状况报告（2004年）*2004年全省淮河、长江和太湖三大流域14条主要河流共71个断面的监测结果表明，我省主要水体底栖动物（除甲壳动物外）物种丰富度为92种，主要包括软体动物26种，水栖寡毛类14种，多毛类4种，摇蚊科44种和其它15种。

我省主要水体底栖动物物种丰富度虽然比较高，但是其水生态系统健康程度却不理想，生物完整性状况较差，清洁水体指示物种（即水污染敏感物种）数量极少，并且分布范围有限，大部分水体底栖动物组成以耐污种为主，优势种为极耐污的霍甫水丝蚓Limnodrilus hoffmeristeri，其最高密度达到22528个/米２（常州戚墅堰采样点），表明我省主要水体生态环境质量还有待于进一步改善。

*2006年广东省海洋环境质量公报*排污口邻近海域生态环境监测与评价结果显示，由于工业和生活污水的大量排海，特别是部分排污口的连续超标排放，致使排污口邻近海域生态环境持续恶化，部分排污口邻近海域生态环境质量处于极差状态，表现为海水质量为四类和劣四类、沉积物质量劣于三类国家标准、底栖生物群落结构退化、耐污种增多。

*第五节化学污染物对生物的联合作用*化学污染物对生物的联合作用一、协同作用 (synergistic effect)协同作用是指两种或两种以上化学污染物同时或数分钟内先后与机体接触,其对机体产生的生物学作用强度远远超过它们分别单独与机体接触所产生的生物学作用的总和.二、相加作用相加作用是指多种化学污染物混合所产生的生物学作用强度等于各化学污染分别产生的作用强度的总和.三、独立作用独立作用是指多种化学污染物各自对机体产生毒副作用的机理不同,互不影响.四、拮抗作用拮抗作用是两种或两种以上的化学污染物同时或数分钟内先后输入机体,其中一种化学污染物可干扰另一化学污染物原有的生物学作用,使其减弱,或两种化学物相互干扰,使混合物的生物作用或毒性作用的强度低于两种化学污染物任何一种单独输入机体的强度.五、联合作用的研究方法常用的方法:过筛试验等效应用图法计算法统计学方法直接描述,综合分析,做出判断* 思考题•举例说明污染物对酶的诱导和抑制作用•解释靶器官•何为环境激素？我们为何要重视环境激素？环境激素在饮用水中是否存在呢？•区分优势种，敏感种和耐污种•污染物对生物体有几种联合作用？对我们理解污染物的危害有什么作用？。