第二章 生物富集(修改)

（一）生物体内能与污染物结合的物质
2. 蛋白质和氨基酸也具有与重金属及某些农药相结
合的位点。氨基酸含有羧基和氨基，它们都能与
金属相结合而形成金属螯合物 。
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。
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，降低了污染物的活性，从而加速生物的吸收，增加富集量。
3、到目前为止，我国科学家仅发现砷超积累的植物
超吴淞草、大叶进口边草；锌、隔超积累的植物 东南景天；隔超积累的植物龙葵；锰超积累的植
物赏陆；铅、隔超积累的植物宝山堇菜。
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东南景天
龙 葵
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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、
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二、污染物的性质
污染物具有化学稳定性和高脂溶性是生物富集的重要条件
生物对污染物的解毒能力（即污染物的生物稳定性）的不同
影响生物富集
污染物渗透能力强弱的差异性即在生物体内穿透能力的强弱
影响污染物在生物体内富集的部位不同
基质溶液中，污染物可给态（可溶性）数量的多少直接影响
第一节 生物富集的概念 第二节 生物富集机制 第三节 研究生物富集的方法
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生物放大作用（ Bio-magnification）
许多有机和无机污染物在生物体内的浓度远远大于其
在环境中的浓度，并且只要环境中的这种污染物继续 存在，生物体内污染物的浓度就会随着生长发育时间 的延长而增加。
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(一) 污染物具有化学稳定性和高脂溶性是生物 富集的重要条件
举例： 1964年夏，日本发生的米糠油事件，就
是因为在米糠油脱臭过程中，作为热载体的多氯 联苯400（kc-400，以含氯48%的四氯联苯为主要
成分的PCB混合物）大量混入米糠油，人们食用
后引起PCB及有关化合物的亚急性中毒。
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（五）超量积累的植物
(3) 植物吸收的重金属大部分分布在地上部，即有较
高地上部/根浓度比率，生长快，生物量大;
(4) 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. (5) 能同时富集几种金属； (6) 具有抗虫抗病能力。
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（五）超量积累的植物
剩下初始时一半所消耗的时间。
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（一）生物体内能与污染物结合的物质
6. 由于生物特有的生物学特性，可以降低污染物的
毒性，从而使其在体内富集。表现为：
（ 1 ）污染物和生物体中某些成分结合（络合、螯 合），不能再参加代谢活动，使污染物失去毒性， 从而可以在生物体内富集；
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研究结果表明, 随隔浓度的增加, 4种高等水生植物 体内镉的富集量也增加； 但富集系数在水中镉浓度为 0.005mg/L时达到最大值，然后急速下降。 见表2-9。
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三、污染物的浓度和作用时间
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三、污染物的浓度和作用时间
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。
所以，污染物在食物链中产生了流动、积累和放大过
程。
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第一节 生物富集的概念
生物富集 (bio-enrichment)( 又称生物浓缩： bio-
植物的吸收和富集
重金属作为一类特殊的污染物，具有显著的不同于其他污染
物的特点
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三、污染物的浓度和作用时间
(一) 污染物的浓度与生物体内污染物的富集量
生物体内污染物的富集量与环境中污染物的浓度成正相 关，但富集系数与环境中污染的浓度没有显著的正相关性， 相反有随污染物浓度增高而逐渐下降的趋势。
结构形式、分子量、溶解度或溶解性质、物理稳 定性、化学稳定性、生物稳定性、在溶液中的扩
散能力和在生物体内的迁移能力等。
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(一) 污染物具有化学稳定性和高脂溶性是生物 富集的重要条件
1、有些污染物具有很高的理化和生物稳定性，其
理化性质能在环境中和在生物体内的迁移过程中 长时间保持稳定。难以被化学降解和生物降解，
concentration): 生物个体或处于同一营养级的许
多生物种群，从周围环境中吸收并积累某种元素
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 ， 叫 做 生 物 富 集 (bioenrichment) ， 又 称 生 物 浓 缩 （ bio-
concentration）。
极易通过食物链而大量累积
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(一) 污染物具有化学稳定性和高脂溶性是生物 富集的重要条件
2、有些污染物属脂溶性物质，在水中溶解度很低 ，
这类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。极易通过
食物链而大量累积。 3、有些污染物具有较高的水溶性，易于生物降解， 因此，这类污染物都不能在生物体内富集，主要残留 在水中。如酚类物质、除草剂
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（一）生物体内能与污染物结合的物质
4. 生物对复杂有机化合物的富集能力与其体内存在
的分解该类物质的酶的活性有关。酶活性愈强，
则愈不易富集；酶活性愈弱，则愈易富集。
例如，鱼对某些农药的富集能力强是因为鱼体内环氧化物水 化酶和艾氏剂环氧化酶的活性小于人类、鸟、昆虫的缘故，如 表2-1。
不同
污染物穿透力强弱存在差异性。
如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。见表2-10、2-11
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二、污染物的性质
（四） 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 在施铅后，土壤中可溶性铅的含量与施铅量成正相 关；根吸收和富集的铅的数量与可溶性铅量显著相关， 相关系数r基本在0.9以上。见书上表2-12。
的物质。有些物质（如酚类）在生物体内易于降解， 因而不易积累；而有些物质（如有机氯化合物、金属 元素等污染物）在生物体内不易被降解，可在生物体 内以原来的形态或其他形态长时间存在。 结果导致这
类物质在生物体内积累。
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第二节
生物富集机制
影响生物富集的主要因素有：生物的特性、污染
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二、污染物的性质
（二）生物对污染物的解毒能力（即污染物的 生物稳定性）的不同影响生物富集
解毒能力愈强，则富集能力愈弱；反之则富集能
力愈强。
解毒能力又与污染物的化学结构有关。
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二、污染物的性质
（三）污染物渗透能力强弱的差异性即在生物体内
穿透能力的强弱影响污染物在生物体内富集的部位
一、生物学特性
（一）生物体内能与污染物结合的物质
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、能与污染物相结合的活性物质的
活性强弱和数量多寡。
1. 糖类物质中的葡萄糖和果糖等，其分子结构中都
有醛基（果糖是酮糖，但易变为醛糖）；重金属
离子易被还原，和糖类结合形成不溶性化合物。
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超过一定的浓度时，它们才可以被称作污染物。
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二、污染物的性质
3、有些重金属为生物生长发育所非必需，它们具有与许多
矿质营养元素相同或相似的外层电子层结构，能通过扩散 和细胞膜渗透而进入生物体内，发生生物积累。 4、环境中的某些重金属可在微生物的作用下转化为毒性 更强的重金属化合物，如汞的甲基化作用。 5、重金属在进入生物体内后，不易被排出，在食物链中的 生物放大作用十分明显。
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。
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（二）不同器官
1、对3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＞骨骼＞头＞肌肉。表2-2
2、水稻铅污染模拟试验的结果表明，各器官铅的富 集量差别很大。各器官含铅量的大小次序为：根 ＞叶＞茎＞谷壳＞米。 （见表2-4）。
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（二）不同器官
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（二）不同器官
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一、生物学特性
（三）不同生育期
生物在不同生育期接触污染物，体内富集量有明
显差异。
1、根对铅的富集以拔节期施铅富集量最高，其富集 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施铅最高。
1、冶炼厂下风向林地土壤上植物中汞的含量和分布 进行了研究，发现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。
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(四) 不同生物种
2、木本植物对土壤汞污染防治功能。结果表明，加
拿大杨树对土壤中的汞具有较强的吸收富集能力， 几种杨树富集汞的强弱顺序为加拿大杨＞晚花杨
（一）生物体内能与污染物结合的物质
（2）体内污染物在生物酶的作用下通过氧化、还原、
水解、脱烃、脱卤、苯环羟基化和异构化过程， 毒性降低，甚至彻底分解，失去毒性，从而加速
生物的吸收，增加生物富集量。
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一、生物学特性
（二）不同器官
生物的不同器官对污染物的富集量有很大差 异。这是因为各类器官的结构和功能不同，与污
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（一）生物体内能与污染物结合的物质
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（一）生物体内能与污染物结合的物质
5. 金属元素在各类生物体内的半衰期长短不同，能
直接影响生物富集量。金属元素在各类生物体内 的富集量规律为随半衰期时间的延长而增加。
半衰期：是指某种特定物质的浓度经过某种反应降低到
＞旱杨＞辽杨。
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(四) 不同生物种
3、淡水鱼的砷的富集系数 3～30和10～ 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。表2-8
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一、生物学特性
（五）超量积累的植物
1、超量积累植物(hyperaccumulator)：能超量吸收和 积累重金属的植物称为超量积累植物。 这类植物现已发现了360多种，其中大多数为十字 花科植物，以超量积累Ni的植物最多，约有150种。
物的性质、污染物的浓度和作用时间，以及环境
特点是主要的、决定性因素。
生物学特性 污染物的性质 污染物的浓度和作用时间 环境特点 富集与食物链
生物学习性：生物在某
种条件或环境中长期养
成的特性 生物学特性：生物雨生 俱来的特有的内在的品 质，是模糊的，抽象的
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见下图2-1。
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（三）不同生育期
2、谷壳和糙米的富集量以结实期施铅富集量最高，
其富集顺序为：结实期＞苗期＞拔节期＞抽穗期
＞分蘖期。
注意：结实期接触污染物，禾谷类可食性部分富集污 染物量最高，要引起足够重视。
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一、生物学特性
(四) 不同生物种
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二、污染物的性质
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二、污染物的性质
（五）一类特殊的污染物 — 重金属的显著特点 (不同
与其它污染物）
1、重金属在环境中不会被降解，只会发生形态和价态变 化，同时，重金属在土壤环境中的迁移能力很差。
2、 许多重金属是生物生长发育所必需的营养元素，只有在
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第一节 生物富集的概念
富集系数或浓缩系数: 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。生物富集常用
富集系数或浓缩系数来表示 。
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第一节 生物富集的概念
生物富集的原因
生物从环境中吸收营养物质以满足其生长发育的同时，
还会主动和被动从环境中吸收许多生长发育所非必需
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（五）超量积累的植物
2、超量积累植物有几个主要特征：
（1）体内某一元素Байду номын сангаас度大于一定的临界值，能在体内
富集高浓度的污染物，对某种重金属的累积量较普通
作物多10～500倍以上；
(2) 即使在污染物浓度较低时也有较高的富集速率， 尤其在接近土壤正常重金属含量水平即非污染情况下， 植株仍有较高的吸收速率，且须有较高的运输能力；