最新第三章污染物的生物效应检测PPT
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环境污染生物效应
❖ 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。
❖ 转化的形式
物理转化： 化学转化：各种化学反应 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
按污染产生的原因
交通污染
生活污染
环境污染生物效应
环境效应——环境污染所导致的环境变化
– 环境污染不仅具体的指有害物质或因子进入环境 系统，导致其结构和功能不利于人类及生物正常生 存和发展的变化，而且也包含各种变化所衍生的环 境效应。
环境效应按环境变化的性质可以分为：
❖ 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。
– 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。
环境污染生物效应
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
• 难溶态
环境污染生物效应
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。不同生命体对污染物敏感度不同；生命体不 同部位对污染物富集能力不同，污染物浓度不同。
环境污染生物效应
1.2.3 污染物在环境中的转化（Transformation of Pollutant）
• 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：
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。
❖ 转化的形式
物理转化： 化学转化：各种化学反应 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
按污染产生的原因
交通污染
生活污染
环境污染生物效应
环境效应——环境污染所导致的环境变化
– 环境污染不仅具体的指有害物质或因子进入环境 系统，导致其结构和功能不利于人类及生物正常生 存和发展的变化，而且也包含各种变化所衍生的环 境效应。
环境效应按环境变化的性质可以分为：
❖ 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。
– 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。
环境污染生物效应
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
• 难溶态
环境污染生物效应
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。不同生命体对污染物敏感度不同；生命体不 同部位对污染物富集能力不同，污染物浓度不同。
环境污染生物效应
1.2.3 污染物在环境中的转化（Transformation of Pollutant）
• 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：
污染物生物效应检测
32
第三十二页，课件共102页
1、哺乳动物急性毒性试验： （1）实验材料：小鼠和大鼠，若进行毒物皮试实验，还可用家
兔和豚鼠。 （2）确定动物全活和全致死量
查阅文献中与受试物的类似物的LD50 (LC50)，一般以3倍之差 配制三个剂量组进行预试验（1/3 LD50 ， LD50 ,3 LD50 ），每组3
3
第三页，课件共102页
生物测试意义： 1）研究多种污染物联合作用的生物效应。 2）监测环境质量的变化。
3）制订环境质量标准。 4）对制订排污标准，以及对污染物生态风险评价有重要意义。
4
第四页，课件共102页
但注意：
（1）污染物结构、性质、毒作用机理不同，同一种生物对不同污 染物的反应不同。 （2）不同生物解毒机制、及能力不同，因而不同生物对相同污染 物有不同的反应。 （3）不同发育阶段的生物对同种污染物的反应也不同。
物质危害性的大小一般与物质进入体内的能力和数量有关， 挥发性小，易溶于水或血液中，并能迅速达到中毒浓度的物质的 危害性大。
21
第二十一页，课件共102页
（二）毒性参数 1、常用毒性参数 （1）致死剂量或致死浓度(LD，lethal dose or LC，lethal concentration)
①绝对致死剂量或浓度 （LD100，Absolute lethal dose or LC100 ，Absolute lethal concentration）
6
第六页，课件共102页
1) 测试目的：
（1）快速估计污染物的毒性；（2）评价几种毒物的相对 毒性；（3）评价不同生物对不同条件如温度、pH的相对敏 感性等。
主要用于测定半致死浓度(LC50)、或半抑制浓度(IC50) 或 半效应浓度(EC50)。 2) 时间设定 ： 一般小于1周，如 一般水蚤类< 2d，藻类< 3d，鱼
第三十二页，课件共102页
1、哺乳动物急性毒性试验： （1）实验材料：小鼠和大鼠，若进行毒物皮试实验，还可用家
兔和豚鼠。 （2）确定动物全活和全致死量
查阅文献中与受试物的类似物的LD50 (LC50)，一般以3倍之差 配制三个剂量组进行预试验（1/3 LD50 ， LD50 ,3 LD50 ），每组3
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生物测试意义： 1）研究多种污染物联合作用的生物效应。 2）监测环境质量的变化。
3）制订环境质量标准。 4）对制订排污标准，以及对污染物生态风险评价有重要意义。
4
第四页，课件共102页
但注意：
（1）污染物结构、性质、毒作用机理不同，同一种生物对不同污 染物的反应不同。 （2）不同生物解毒机制、及能力不同，因而不同生物对相同污染 物有不同的反应。 （3）不同发育阶段的生物对同种污染物的反应也不同。
物质危害性的大小一般与物质进入体内的能力和数量有关， 挥发性小，易溶于水或血液中，并能迅速达到中毒浓度的物质的 危害性大。
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第二十一页，课件共102页
（二）毒性参数 1、常用毒性参数 （1）致死剂量或致死浓度(LD，lethal dose or LC，lethal concentration)
①绝对致死剂量或浓度 （LD100，Absolute lethal dose or LC100 ，Absolute lethal concentration）
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第六页，课件共102页
1) 测试目的：
（1）快速估计污染物的毒性；（2）评价几种毒物的相对 毒性；（3）评价不同生物对不同条件如温度、pH的相对敏 感性等。
主要用于测定半致死浓度(LC50)、或半抑制浓度(IC50) 或 半效应浓度(EC50)。 2) 时间设定 ： 一般小于1周，如 一般水蚤类< 2d，藻类< 3d，鱼
第三章有机污染物的环境生态效应
第三章有机污染物的环境生物效应环境效应是指在环境要素作用下环境受到影响的现象及其后果。
环境因素的变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生态效应。
大量工业废水排入江、河、湖、海，对生态系统产生毒性作用，使鱼类受害而减少甚至绝灭；任意砍伐森林，会造成水土流失，产生干旱、风沙灾害，同时使鸟类减少，害虫增多；致畸、致癌、致突变物质的污染引起畸形和癌症患者增多。
这些都是污染物环境生态效应的表现。
污染物在生物体内的富集放大及生物迁移的过程是导致环境生物效应的主要原因。
第一节有机污染物在生物体内的迁移（资料来源王焕校，2000）一、有关生物对污染物吸收、迁移的几个基本概念1．安全浓度生物与某种污染物长期接触，仍未发现受害症状，这种不会产生症状的污染物浓度称为安全浓度。
2．最高允许浓度生物在整个生长发育周期内，或者是对污染物最敏感的时期内，该污染物对生物的生命活动能力和生产力没有发生明显的影响的最高浓度，称为最高允许浓度。
3．效应浓度超过最高允许浓度，生物开始出现受害症状，接触毒物时间越长，受害越重。
这种使生物开始出现受害症状的浓度称为效应浓度。
EC50、EC70、EC90 分别代表在该浓度下有50％、70％、90％的个体出现特殊效应。
4．致死浓度当污染物浓度继续上升到某一浓度，生物开始死亡，这时的浓度称为致死浓度。
LC50、LC70、LC90、LC100 分别代表毒害致死50％、70％、90％、100％的个体的阀门。
二、植物对有机污染物的吸收与迁移（一）植物对污染物的吸收1．植物对气态污染物的粘附和吸收植物能粘附和吸收气态污染物。
植物粘附污染物数量，主要取决于植物表面积和粗糙程度。
污染物能通过叶面气孔或径部皮孔进入植物体内。
2．植物对水溶态污染物的吸收植物吸收水溶态污染物的器官是根，但叶片也能吸收水溶性污染物。
水溶性污染物主要通过两个途径达到根表面：（1）质体流途径，即污染物随蒸腾拉力，在植物吸收水分时与水一起到达植物根部；（2）扩散途径，即通过扩散作用而到达根部。
生物污染监测.ppt
环境监测技术
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材料科学与化学工程学院
半数忍受限度（TLm），即半数存活浓度。求TLm值的 简便方法是将试验鱼存活半数以上和半数以下的数据与相应 试验液毒物（或污水）浓度绘于半对数坐标纸上（对数坐标 表示毒物浓度，算术坐标表示存活率），用直线内插法求出。
毒物浓度 / Байду номын сангаасmg·L-1)
10.0 7.5 5.6 4.2 3.2 2.4 对照组
硅藻指数0～50为多污带；硅藻指数50～100为 α-中污带；硅藻指数100～150为β-中污带；硅藻 指数150～200为轻污带。
2019/12/8
环境监测技术
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（二）污水生物系统法
材料科学与化学工程学院
将受有机物污染的河流按照污染程度和自净过程，自上 游向下游划分为四个相互连续的河段，即多污带段、α-中 污带段、β-中污带段和寡污带段，每个带都有自己的物理、 化学和生物学特征。根据这些特征进行判断。
试验溶液的温度要适宜，对冷水鱼为12～28℃， 对温水鱼为20～28℃。同一试验中，温度变化为 ±2℃。
试验溶液中不能含大量耗氧物质，要保证有足够 的溶解氧，对于冷水鱼不少于5mg/L，对于温水鱼 不少于4mg/L。
试验溶液的pH值通常控制在6.7～8.5之间。 配制试验溶液和驯养鱼用水应是未受污染的河水
对水环境进行生物监测的主要目的: 了解污染对水生生物的危害状况，判别和测定水 体污染的类型和程度，为制定控制污染措施，使水环 境生态系统保持平衡提供依据。
2019/12/8
环境监测技术
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采样断面和采样点的布设原则
材料科学与化学工程学院
断面要有代表性 尽可能与化学监测断面相一致 考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性
环境生物学环境污染的生物效应课件
02 环境污染现状及危害
环境污染现状
01
02
03
大气污染
工业废气、汽车尾气等排 放导致大气中颗粒物、二 氧化硫、氮氧化物等污染 物含量超标。
水体污染
工业废水、生活污水等未 经处理直接排放，造成江 河湖海等水体富营养化、 重金属超标等问题。
土壤污染
农药、化肥的过度使用， 工业固体废弃物的堆放等 导致土壤中有毒有害物质 积累。
环境生物学环境污染的生物效应课 件
目录
• 环境生物学概述 • 环境污染现状及危害 • 生物对环境污染响应机制 • 不同类型污染物对生物影响 • 环境污染下生物多样性变化 • 环境监测与治理技术应用 • 总结与展望
01 环境生物学概述
环境生物学定义与发展
定义
环境生物学是研究生物与环境之间 相互作用的科学，探讨生物如何适 应环境以及环境如何影响生物的生 存、生长和繁殖。
染物。
转运过程
污染物在生物体内被转运至各个 组织和器官。例如，通过血液循 环系统，污染物可被输送至全身
各个部位。
代谢过程
生物体内的代谢系统对污染物进 行转化和降解。这包括生物转化 作用，如氧化、还原、水解等， 以及生物累积作用，即污染物在
生物体内的积累。
污染物在生物体内积累与放大
生物放大
某些污染物在食物链中逐级传递并浓缩，导致高营养级生物体 内污染物浓度显著高于低营养级生物。这种现象被称为生物放 大作用。
群落结构变化
群落垂直结构变化
污染环境下，植物群落的层次结构可能发生变化，如乔木层减少、 灌木层和草本层增加。
群落水平结构变化
污染物的扩散和分布不均可能导致生物群落在水平方向上的异质性 增加，出现斑块状分布。
环境污染生物监测--101(共97张PPT)
பைடு நூலகம்
假设某废水实验结果
每组鱼数（尾）
试验鱼死亡数 24（h） 48（h） 96(h)
10
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—
5.2% 4.7% 4.4%
安全浓度=
安全浓度=
24hL5C00.3 (24hL5C0/48hL5C0)3
48hL5C00.3 (24hL5C0/48hL5C0)2
（三）生物测试法
• 利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的反应或生理 机能的变化，来评价水体污染状况，确定毒物安全浓度的 方法称为生物测试法。
• 有静水式生物测试和流水式生物测试两种。
按水流方式：静水式和流水式
按测试时间分类：急性试验和慢性试验
按受试活体分类：水生生物和发光细菌等
分类
1、水生生物毒性试验
不限于在采集点采集，而是在拟评价或监测的河段把各 种低栖大型无脊椎动物尽量采到。
BI≥20，为清洁水区；
10＜BI＜20，为轻度污染水区； 6＜BI≤10，为中等污染水区； 0＜BI≤6，为严重污染水区。
生物种类多样性指数
该指数的特点是能定量反映群落中生物的种类、数 量及种类组成比例变化信息。
① 马格里夫多样性指数计算式为：
细菌较多，每毫升在10万 个以上
摄食细菌动物占优势，肉 食性动物增加，对溶氧和 pH变化表现出高度适应性 ，对氨有一定耐性，对硫 化氢耐性较弱
出现蓝藻、绿藻、接合藻 、硅藻等
仍以微型动物占大多数
假设某废水实验结果
每组鱼数（尾）
试验鱼死亡数 24（h） 48（h） 96(h)
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24hL5C00.3 (24hL5C0/48hL5C0)3
48hL5C00.3 (24hL5C0/48hL5C0)2
（三）生物测试法
• 利用生物受到污染物质危害或毒害后所产生的反应或生理 机能的变化，来评价水体污染状况，确定毒物安全浓度的 方法称为生物测试法。
• 有静水式生物测试和流水式生物测试两种。
按水流方式：静水式和流水式
按测试时间分类：急性试验和慢性试验
按受试活体分类：水生生物和发光细菌等
分类
1、水生生物毒性试验
不限于在采集点采集，而是在拟评价或监测的河段把各 种低栖大型无脊椎动物尽量采到。
BI≥20，为清洁水区；
10＜BI＜20，为轻度污染水区； 6＜BI≤10，为中等污染水区； 0＜BI≤6，为严重污染水区。
生物种类多样性指数
该指数的特点是能定量反映群落中生物的种类、数 量及种类组成比例变化信息。
① 马格里夫多样性指数计算式为：
细菌较多，每毫升在10万 个以上
摄食细菌动物占优势，肉 食性动物增加，对溶氧和 pH变化表现出高度适应性 ，对氨有一定耐性，对硫 化氢耐性较弱
出现蓝藻、绿藻、接合藻 、硅藻等
仍以微型动物占大多数
污染物的生物效应检测PPT文档130页
16、云无心以出岫，鸟倦飞而知还。 17、童孺纵行歌，斑白欢游诣。 18、福不虚至，祸不易来。 19、久在樊笼里，复得返自然。 20、羁鸟恋旧林，池鱼思故渊。
污染物的生物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应检测
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
污染物的生物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应检测
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❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
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死亡率（％）
反应强度（％）
剂量－效应关系和剂量－反应关系曲线图
100
100
50
50
剂量
剂量
图3-1剂量－反应曲线（直线型）图3-2 剂量－反应曲线（抛物线型）
100
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50
死亡率（概率单位）
死亡率（％）
对数剂量
对数剂量
图3-3 剂量－反应曲线（S形线型） 图3-4 剂量－反应曲线
第三章污染物的生物效应检测
四、生物测试的标准化 1、影响生物测试结果的因素：受试生物；
试验条件；实验室差异 2、测试方法标准化的优点：实验可比性；
重复性；精确性；可靠性
第三章污染物的生物效应检测
第二节 一般毒性试验
一、基本概念
1、毒物（Toxicant）的概念 一定条件下，较小剂量即可引起不良生物反
应的外来化学物质。 2、中毒（Intoxication）
– 注释1：所利用的生物反应包括分子、细胞、组织、 器官、个体、种群、群落、生态系统各级水平上的 反应。
– 注释2：生物测试不同于常规的物理、化学检测。 前者能够测定污染物对生物机体的影响，而后者只 能测定污染物的浓度。
第三章污染物的生物效应检测
2、特点：长期、综合 3、生物测试的结果可表明（以水环境为例）： • 环境状况对水生物的适合度（最适、耐受、
6、毒物单位与分级： mg/L, mg/kg, mg/m2 分级：按急性毒性，人为分级。与染毒方 式有关。
第三章污染物的生物效应检测
三、急性毒性试验（Acute Toxicity Test） 只研究结果，不研究机理，目的是找出
造成某特殊急性效应的剂量，为进一步开 展其他毒性实验提供设计依据。 1、急性毒性试验类型
表示一次染毒后，在一定时间内引起 受试动物死亡的剂量或浓度。
– 绝对致死剂量/浓度（LD100、LC100） – 半数致死剂量/浓度（LD50、LC50） – 最小致死剂量/浓度（MLD、MLC） – 最大耐受剂量/浓度（LD0、LC0 ）
第三章污染物的生物效应检测
2、无作用剂量（NOED: Maximum No－effect Level） 随实验方法的改进而变化（降低） a、最大无作用剂量（MNEL: Maximum No－effect
9、危害性（Hazard）：有毒物质在与机体 接触或使用的过程中，有引起中毒的可能 性。与风险（Risk)相近
10、危险性：某化学物质在正常生产和使用 条件下，能引起机体发生中毒的可能性。 偏重物质本身性质（与“毒性”相近）。
第三章污染物的生物效应检测
二、常用毒性试验参数 1、致死剂量/致死浓度：LD/LC
Level ）
每日容许摄入量（Acceptable Daily Intake） 最高容许浓度（Maximum Allowable Concentration）
b、最小有作用剂量（MEL: Minimal effect Level ） 3、毒作用带：一种根据毒性和毒性作用特点综合评 价外来物危险性的指标。是对LD50的补充。
生物体受到毒物作用引起功能或器质性改变 后出现的疾病状态称中毒。 3、毒性（Toxicity） – 指有毒物质接触或进入机体后，引起生物体
的易感部位产生有害作用的能力。
第三章污染物的生物效应检测
4、无损害作用：可逆的生物学变化，不引 起机体形态、生长发育和寿命的改变。
5、损害作用：不可逆的生物学变化，对某 些环境因素不利影响的易感性增强，代 谢速度降低和酶系的相对活力发生异常 改变。
生存） • 环境因素的作用强度 • 环境因素对毒物的影响
第三章污染物的生物效应检测
• 毒物对受测生物的毒性 • 水生物对污染物的敏感性 • 废水处理的效果 • 污染物允许排放量 • 有关水质标准和排放许可的验证
第三章污染物的生物效应检测
二、方式
暴露时间 暴露方式 效应
短期
静态
急性
中期
半静态 亚急性
– 急性毒作用带（Acute－toxic Effect Zone） – 慢性毒作用带（Chronic －toxic Effect Zone ）
第三章污染物的生物效应检测
4、半效应浓度：在一定时间内，引起50%受 试生物的某种效应变化的浓度。只有同种 效应才能比较。
5、半数抑制浓度：常用于对生长速率和活性 的抑制。
– 剂量－效应关系曲线：以剂量为横坐标，以表 示效应强度的计算单位为纵坐标
– 剂量－反应关系曲线：以剂量为横坐标，以表 示反应的百分率或比值为纵坐标
– 不同的化学物或同一化学物在不同条件下，其 剂量与效应或反应的相关关系不同，可呈现不 同类型的曲线（见图3-1，3-2，3-3，3-4）。
第三章污染物的生物效应检测
– 哺乳动物急性毒性试验（大小鼠、豚鼠、兔子） – 水生生物急性毒性试验（鱼类、水藻、水蚤） – 蚯蚓急性毒性试验
第三章污染物的生物效应检测
2、试验方法（p103） 材料与条件 实验设计 染毒方式 统计计算
第三章污染物的生物效应检测
四、亚急性与慢性毒性试验 必要性：机理探讨、敏感指标、多指标、综
第三章 污染物的生物效应检测
本章将讨论以下内容
• 生物测试及方式 • 一般毒性试验 • 生物的分子和细胞水平检测 • 生物致突变、致畸和致癌效应检测
第三章污染物的生物效应检测
第一节 生物测试及方法
一、生物测试（Bioassay）的概念、特点： 1、概念：指系统地利用生物的反应测定一种 或多种污染物或环境因素单独或联合存在时 所导致的影响或危害。
第三章污染物的生物效应检测
6、效应（Effect）
– 也称为作用，对个体而言，指接触一定剂量 化学物后，使机体产生的生物学改变。
7、反应（Response）
– 对群体而言，指接触一定剂量化学物后，产 生某种效应并达到一定强度的个体在群体中 所占的比例。
第三章污染物的生物效应检测
8、剂量－效应关系和剂量－反应关系
长期
动态
慢性
受试生物 单种 多种 模拟生态
第三章污染物的生物效应检测
三、受试生物
1、应满足的条件
– 受试生物敏感性 – 广泛的地理分布和足够的数量 – 重大生物学价值 – 易于在实验室培养 – 丰富的生物学背景资料 – 反应可测 – 经济及旅游价值
第三章污染物的生物效应检测
2、还应考虑到受试生物的个体大小和生活史 的长短，以前是否有过接触待测试物等异 常情况。