第三章_生物富集 2.

第二章 生物富集
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第一节 生物富集的概念
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第二节 生物富集的机制
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第三节 生物富集的研究方法
第一节 生物富集的概念
• 生物富集（bio-enrichment）
又称生物浓缩（bio-concentration），是指生物机 体或处于同一营养级的许多生物种群，从周围环境中有选择 吸收和蓄积某种元素或难分解的化合物，导致生物体内该物 质的浓度超过环境中浓度的现象。
• 薛森栋等对美国华盛顿州Tocoma冶炼厂下风向枫林地
• 土壤上植物中的汞的含量和分布进项研究，研究菌耳和地
• 衣因为具有很强的吸收痕量元素的能力，比同一区域内的
• 树木可吸收累积更多的汞。
• 黄会一等研究表明，几种杨树富集汞的强弱顺序为：
• 加拿大杨＞晚花杨＞早杨＞辽杨。
• 8种水生植物对铜的吸收规律为：
链两个水平上进行。前述的许多富集规律就是在个体水
平研究的基础上得出的。
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生物富集的研究，无论在哪个水平上进行，都可以采
取野外采样调查、室内分析的方法和室内模拟实验的方
法。
• 前者的优点在于污染物的富集是各种因素综合作用的结 果，与实际情况相符；后者的优点在于影响富集的各种因 素便于控制，便于分析各个因素各自的作用和它们的综合 作用。
二、污染物的浓度和作用时间
富集量不仅与污染物浓度有关，还与作用时间密切相 关。污染物的浓度越高，作用时间越长，则生物体内污染 物富集量也愈多。
三、环境条件
• 环境条件有：pH值、风向、风速、湿度、温度、水流 方向、水速等； • 环境要素通过影响生物的生长发育和污染物的性质来间
接影响污染物的生物富集，土壤重金属作物效应的区域差 异就是环境要素作用的结果。
以致人死命。
在研究环境污染时，除了监测水、大气、土壤污染物
外，还要注意低浓度污染物的长时间作用，以及污染物在生
态系统中沿食物链逐级富集的规律。
第二章 生物富集
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第一节 生物富集的概念
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第二节 生物富集的机制
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第三节 生物富集的研究方法
第三节、研究生物富集的方法
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生物富集的研究，可在个体（单独生物种）和食物
参考资料:
• 朱泮民主编，李冰冰，刘瑞芳副主编.环境生物学.黄河水 利出版社.
• 王焕校主编.污染生态学.高等教育出版社. • http://wenku.baidu.com/view/a3b41ed4b14e852458fb5763.ht
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•谢谢欣赏！
氨基酸：1）、含有羧基和氨基，它们都能与金属相结合 而形成金属螯合物。 2）、许多氨基酸还含有一N基、一SH 基等，也都能与金属结合形成复杂的金属螯合环。
在能与重金属结合的蛋白质中，最重要的是金属硫蛋白及 类金属硫蛋白。
• （3）脂类含有极性酯键，这类酯键能和金属离子结
合而形成络合物或螯合物，从而把重金属贮存在脂肪内。
• 生物富集常用富集系数或浓缩系数来表示 ：
富集系数＝Ci/C0
附： C----生物体内污染物的浓度 C0——生存环境中该污染物浓度
• 生物积累（bio-accumulation）
同一生物个体在其整个代谢活跃期中的不同阶段，机 体内来自环境的元素或难分解化合物的浓缩系数不断增加的 现象。
生物积累使这些物质的蓄积随该生物体的生长发育而 不断增多。科学家们研究得最多的是生物体从环境中积累有 毒重金属和难以分解的有机农药。
• 苦草（2种）＞黑藻＞喜旱莲子草＞大藻＞心叶水车前＞ 水车前。
海洋生物比淡水生物所富集的砷要多得多。各种淡水鱼的 砷的富集系数3—30和10一40。海洋生物砷的富集系数则比 这些淡水鱼及甲壳动物要高出10—100倍
5)、超积累植物
重金属超量积累植物：植物能超量吸收和积累重金属 这
类植物有三个主要特征：
例如:
• 土壤水分过多，污染物以还原态为主，活性受到抑制， 富集量减少。土壤水分过少，污染物的可给态数量少，富 集量亦因此而减少。
• 土壤pH低，有利于污染物的活化，富集量增加。 • 土壤中有机质和矿质元素的大量存在，会极大地降低植
物富集重金属的数量。 • 不同类型的土壤，对不同种类的有机和无机污染物具有
• 二、调查实验研究
确定一个污染区，以污染原为中心，调查污染物在环 境(气、水、土)中的含量、时空分布规律；生物对环境中污 染物的富集规律以及污染物在生态系统中沿食物链逐级富集 的规律以及对人体的危害。 1）环境调查：大气，土壤，水 2）植物：环境调查的同时，采集野生和栽培植物，最好采
集相同的植物便于比较。 3）动物：采集动物的肉和内脏等敏感部位。
• （1）糖类
单糖分子结构中都有醛基（果糖是酮糖，但易变为醛 糖），二糖中的麦芽糖、乳糖，多糖中的纤维素等都是由半 缩醛羟基与醇羟基缩合而成，其分子结构中部具有1，4—苷 键，并因此保留一个半缩醛羟基，使其中一个单糖有可能转 变为醛式而具有还原性。
在还原性环境中，重金属离子易被还原，导致活性下 降，并和糖类结合形成不溶性化合物。
内的迁移过程中长时间的保持稳定，难以被化学降解和生物 降解，极易通过食物链而大量积累。
脂溶性高的污染物与生物接触时，能迅速地被吸收，并 贮存在脂肪中，很难被分解，也不易排出体外。
主要物质有：DDT（氯化碳氢化合物）、有机氯农药、 PCB（多氯联苯）、甲基汞等。
2）、污染物渗透能力
• 污染物渗透能力强弱即在生物体内穿透能力的 强弱决定了污染物在生物体内富集的部位不同。
第二章 生物富集
20201211111 张俊萍 2013200050
主讲人： 张俊萍 合作成员：李 慧
2013200050 2013200031
对于一个受污染的生态系统而言，处于不同营养级上的 生物体内的污染物浓度，不仅高于环境中污染物的浓度， 而且具有明显的随营养级升高而增加的现象。污染物在食 物链中的流动和积累，对人类的健康造成了很大的威胁， 因此，研究污染物的生物积累现象及其机制，具有十分重 要的意义。
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第二节 生物富集的机制
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第三节 生物富集的研究方法
第二节 生物富集机制
影响生物富集的因素很多：生物种的生物学特 性、污染物的性质、生物器官和组织、污染物的 浓度和作用时间，以及环境特点是主要的、决定 性的因素。
一、生物种的生物学特性
1）生物体内能与污染物结合的物质
不同种的生物对物质的富集程度是不一样的。 生物富集主要决定于生物本身的特性，特别是生物 体内存在的、能与污染物结合而形成稳定化合物的某类物质 的活性强弱和数量多少。生物体内凡是能和污染物形成稳定 结合物的物质，都能增加生物富集量。生物体内有很多组分 都能和污染物特别是重金属相结合而形成稳定的结合物，从 而消除或化解重金属的毒害作用。 这类物质有糖类、蛋白质、氨基酸、脂类、核酸等。
异。水稻对铅的富集顺序为：
• 拔节期＞分蘖期＞苗期＞抽穗期＞结实期。
• 叶片和茎对铅的富集量也以拔节期铅最高。
• 谷壳和糙米的富集量则不同．都是以结实期铅富集量
最高，其富集顺序为：
• 结实期＞苗期＞拔节期＞抽穗期＞分蘖期。
• 小麦对六六六的吸收也一样。
4）、不同生物物种
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不同生物种对污染物的吸收累积存在差异。
（2）蛋白质和氨基酸
蛋白质和氨基酸也具有与重金属及某些农药相结合的潜 位。
• 等电点：两性离子所带电荷因溶液的pH值不同而改变， 当
两性离子正负电荷数值相等时，溶液的pH值即其等电点。 一股认为蛋白质所含有的酸性氨基酸比碱性氨基酸多，其等 电点接近于pH值为5。如果在中性环境中，蛋白质往往呈阴 离子状态，易和金属阳离子结合—离子吸附作用。
• 高粱一毛虫一绿藻一瓶螺
• 将放射性标记农药涂在石英砂、植物上或直接加入水相 中。间隔一定时间后，测定砂和水中各种生物的放射性标记 农药及其代谢产物。实验的目的是： • (1) 水相中放射性农药的污染速度； • (2) 在生态系统中．农药对生物的毒害作用； • (3) 水相和各种生物体内，放射性农药代谢、变化情 • 况； • (4) 测定农药在各生物体内的富集系数
• （4）核酸在生物富集中具有十分重要的作用。核酸
是极性化合物，既含有磷酸基又含有碱性基团，属两性电解 质。在一定的pH条件下能解离而带电荷，所以能和金属离
子 结合。 • 污染物质和上述生物各组分结合，并被固定在生物体 各部位，降低污染物的活性，从而加速生物的吸收，增加 富集量。
2）、不同器官
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生物的不同器官对污染物的富集量有很大差异。这
• 也可以将两种方法结合，互相印证。
一、模拟研究
• 研究方法：
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在一个容器内，栽培和放养若干种生物，并按食物、
营养关系组成若干条食物链。在这样一个小小的生态系统
中，研究污染物在食物链中的迁移、富集规律。
实验设计
玻璃缸一只（25cm×30cm×50cm）,内装15kg石英砂 作陆 相，加入一定量营养液做水相。陆相中栽种50株高粱苗，并 放入若干毛虫。水相中放养一定量的藻类、浮游生物、瓶螺 、孑孓和食蚊鱼。组成两条食物链： • 高粱一毛虫一硅藻一浮游生物一孑孓一食蚊鱼
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a 体内某一元素浓度大于一定的临界值；
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b 植物吸收的重金屑大部分分布在地上部，即有较高
的地上部／根浓度比率；
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c 在重金属污染的土壤上这类植物能良好的生长，一
般不会发生重金属毒害现象。
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除以上主要特点外，生物有机体的大小、性别、食
• 性、食量、生活区域、脂肪含量及生长发育季节等也都会
• 影响生物对污染物的富集。
穿透力强的农药多富集于果肉、米粒；穿透力弱的种 类则多停留在果皮、米糠之中。
水溶性越高，越易穿透。
3）污染物可给态
基质溶液中，污染物可给态(可溶性)数量的多少直接影 响植物的吸收和富集。
根吸收和富集的铅的数量与可溶性铅量显著相关。
4）重金属不易分解，易富集，易生物放大
重金属在进入生物体内后，不易排出，在食物链中的 生物放大作用十分明显，在较高营养级的生物体内可成千万 倍地富集起来，然后通过食物链进入人体，在人体的某些器 官中蓄积起来造成慢性中毒，影响人体健康。
不同的降解、吸附和淋溶作用，因而影响土壤生物和植物 对污染物的生物积累。 • 气态污染物主要通过气孔进人植物体，凡是能影响光合 作用的因素均能影响气态污染物在植物体内的积累。
五、富集与食物链
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在生态系统内，污染物沿食物链流动过程中，含量逐
级增加，其富集系数万倍增加。即使污染物在环境中的浓度
很低，没有超标，但在生态系统中通过食物链逐级富集，可
球果蔊菜（Cr，As）
•
Cu ）
芥菜（Pb，Cr、Cd、Ni、Zn，
圆锥南芥（Cd）
长绒毛委陵菜（Zn）
二、污染物的性质
污染物的性质主要包括污染物的价态、形态、结构形
式、相对分子量、溶解度或溶解性质、稳定性（物理、化学、
生物）、在溶液中的扩散能力和在生物体内的迁移能力。
1）、化学稳定性和脂溶性是富集的重要条件。 化学性质稳定的物质，其理化性质能在环境中和生物体
• 生物放大（bio-magnification）
在同一食物链上，高位营养级生物机体内来自环境元 素或难分解化合物的浓缩系数比低位营养级生物增加的现象。
生物放大一词是专指具有食物链关系的生物说的，如 果生物之间不存在食物链关系，则用生物浓缩或生物积累来 解释。
第二章 生物富集
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第一节 生物富集的概念
是因为各类器官的结构和功能不同，与污染物接触时间的长
短、接触面积的大小等也都存在很大差异。
• 对三种鱼（鲢鱼、草鱼、鲤鱼）的研究证明，在相同
铅浓度下，三种鱼各部位的富集规律都一致：
• 即鳃＞内脏＞骨筋＞头＞肌肉。
水稻对Pd的吸收为：根>叶>茎>谷壳>米
3）、不同生育期
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生物在不同生育期接触污染物；体内富集量有明显差