北师大环境科学概论课件(八)-生态毒理学

上一章的回顾

•环境污染的物理扩散方式-点、线、面

•物理性环境污染的类型与危害-噪声、放射性、电磁

•物理性环境污染的控制技术-空气净化器、污水处理厂、垃圾填埋场、垃圾焚烧厂

只是污染的转移和搬运，

没有真正的净化环境

忽视了环境物理-化学-生物全过程管理

生态毒理学-以淡水生态系统为例

刘静玲

2017.11.24

School Of Environment，Beijing Normal University

北京师范大学环境学院

•科学概念：

淡水生态系统：物理-化学-生物过程

城市水系：海绵城市

简介

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淡水生态系统生态毒理学（Ecotoxicology of Freshwater Ecosystems）

☐研究不同环境污染物对于生态系统损害的定量化规律与防护对策

☐揭示环境污染物在分子、细胞、器官、个体及种群等水平的毒性作用及其机制

☐筛选对生态系统安全有预警作用的生态标志物

☐为环境损害的监测、水体污染的治理以及生态工程的实施提供科学依据和措施，为环境标准和环境法规的制定提供科学依据，为合法处理环境纠纷提供有效证据

目录

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1 淡水生态系统

2 环境污染物在水中的迁移、转化和生物富集

3 环境污染物的毒性效应

4 淡水生态毒理学研究方法

5 流域生态风险评估

6 基于生态系统模型的水生态风险评价

淡水生态系统1

1.淡水生态系统结构

河流、湖泊、水库、溪流、湿地

等内陆淡水水体

2.淡水生态系统特点及主要污染物

淡水生态系统特点

1以淡水-土壤为其主要环境介质

2淡水生物在水中具有明显的分层分布现象

3光能利用率较低

淡水生态系统主要污染物

1物理性环境污染物：非溶解性环境污染物、热污染、放射性污染；

2化学性环境污染物：有机污染物（苯类化合物、卤烃类化合物、油类），无机污染物（砷、铜、铅、镉、汞、氰化物、等金属及其化合物）；

3生物性污染物：致病细菌，致病病毒，寄生虫等。

环境污染物在水中的迁移、转化和生物富集2

1.污染物在淡水体系中的归趋和降解过程

有毒有害有机物

挥发

光解

水解

生物降解

向颗粒物上分配、吸附

沉积

生物富集

有机物输入

有机物输出

污染物在水环境中的迁移、转化和归趋

1.生物富集：水生生物从周围环境吸收并积累某种元素或难降解的物质，使其在机体内的浓度超过周

围环境中浓度的现象。常用生物富集系数（BCF ）

表示。BCF=C b /C e

C b /C e ——有机体及其周围环境中污染物的浓度

2.影响生物富集的因素：

☐污染物的性质：水溶性、脂溶性、化学稳定性等☐生物：种类、大小、器官、性别、发育阶段等☐

环境条件：pH 、DO 、温度、盐度、水硬度、光照等

生物富集

挥发流出

沉降

再悬浮

悬浮颗粒PCB 吸附PCB

掩埋

溶解PCB

降解

溶解PCB

降解扩散

活性

沉积层

掩埋

沉积层

输

入

PCB在水体中的迁移转化、降解过程（董玉瑛和雷炳莉，2005a ）浮游植物

浮游动物

无脊椎动物

鱼

生物富集

PCB在淡水水体中的生物富集过程水生动物：鳃、消化道及体表吸收水生植物：根、茎和叶的表面

污染物的迁移转化方式主要有物理、化学、生物三种方式，

可以通过挥发、扩散、混合、沉降、凝聚、吸附、溶解、沉淀、水解、配位、氧化、还原、光化学反应生物吸收、累积、代谢和降解等作用，实现其在环境中的迁移和转化。

生物吸收、富集及降解

•生物主动吸收（Bio-active absorption）又称代谢吸收或主动运输，是细胞利用生物体特有的代谢（呼吸）作用所产生的能量做功而进行的吸收作用。这时细胞可以从低浓度的外界溶液选择吸收元素或化合物累积在高浓度的生物体内。

•生物富集及降解

生物富集（bio-concentration ）

•是指生物从周围环境（水体、土壤、大气）吸收并积累某种元素或难降解的物质，使其在有机体内的浓度超过周围环境中浓度的现象。

•生物富集常用生物富集系数或浓缩系数（ＢＣＦ）表示，即生物体内污染物的浓度与其生存环境中该污染物浓度的比值。

ＢＣＦ＝cｂ／cｅ

式中：cｂ、cｅ———有机体及其周围环境中污染物的浓度。

2.生物有效性

指化学物质对于生物体的可接触性及对生物的潜在毒性，化学物质进入生物体的能力

与生物体种类、介质特性、暴露时间和途径有关系

生物有效性

结合态污染物

游离态污染物

有机体吸收

污染物

特定点位发生

生物反应生

物

膜

结合释放

生物有效性过程（Ehlers和Luthy ，2003a）

环境污染物的毒性效应3

1.分子水平毒性效应

生物细胞DNA损伤、基因转录水平的变化、蛋白质结构及功能的改变及酶活性的变化

不同浓度的Cd 和Pb单一及联合暴露

对日本沼虾的氧化损伤及交互作用

☐Cd与同浓度Pb联合时，致死毒性增强；

☐超氧化物歧化酶（SOD）活性均受到胁

迫抑制；

☐过氧化氢酶（CAT）活性整体受胁迫激

活；

☐肝胰腺中金属硫蛋白（MT）和丙二醛

(MDA)对重金属的敏感性要高于肌肉；

☐重金属单一毒性要高于联合毒性，其中

Cd对肝胰腺毒性最大，Pb对肌肉毒性

最大。