生态毒理学

课程安排及教学大纲 (II)
有毒物质生态危害的治理、恢复、复原、改造，以及化学毒物的 管理和法规； 复习、答疑。 授课方式：课堂教学(多媒体 多媒体)； 授课方式：课堂教学 多媒体 ； 成绩评定方法： 期末考试70%(开卷 ；(2) 平时作业练习 开卷)； 平时作业练习30%。 成绩评定方法：(1) 期末考试 开卷 。
环境污染物简单分类
物理性污染 生物性污染 化学性污染
电离辐射、电磁辐射、 电离辐射、电磁辐射、 噪声污染， 噪声污染，放射性元素 细菌和病毒污染、 细菌和病毒污染、动物 和植物毒素 工业化学品、 工业化学品、农业化学 日用化学品、 品、日用化学品、医用 化学品、 化学品、军事化学武器
不同阶段毒性的基础框架示意图
生态毒理学
北京大学环境学院：刘文新 2003年 月～2003年 2003年2月～2003年6月 办公室：逸夫贰楼3656房间 办公室：逸夫贰楼3656房间 电话：62765103； 电话：62765103； 电子邮件：wxliu@urban.pku.edu.cn 电子邮件：wxliu@urban.pku.edu.cn
教学参考资料 (I)
(I) 专著： 专著： 《环境毒理学》，孟紫强主编，中国环境科学出版社，2000。 《Environmental Toxicology》, D. A. Wright, P. Welbourn, 2002. 《Principle of Ecotoxicology》, C. H. Walker, 2nd edition, 2001. 《Fundamentals of Ecotoxicology》, M. C. Newman, 1998. 《Ecotoxicology: Ecological Fundamentals, Chemical Exposure and Biological Effects》, G. Schüürman, B. Markert, 1998. 《Ecotoxicology: The Study of Pollutants in Ecosystems》, F. Moriarty, 3rd edition, 1999. 《Ecotoxicology of Organic Contaminants》, E. Bacci, 1994. 《Ecotoxicology in Theory and Practice》, V. E. Forbes and T. L. Forbes, 1994. 《Handbook of Ecotoxicology》, D. J. Hoffman, 1995. 《Handbook of Ecotoxicology》, P. Calow ed., 1993. 《Handbook of Estimation Methods in Ecotoxicology》, S. E. Jørgensen, B. Halling−Sørensen, 1998. 《英汉毒理学词典》，江泉观，1995。
教学参考资料 (II)
《环境生物毒理学》，张毓琪，陈叙龙，1993。 《现代毒理学进展》付立杰主编，2001。 《毒理学》张铣，刘毓谷，1997。 …… (II) 期刊： 期刊： 《Ecotoxicology》 《Environmental Toxicology and Chemistry》 《Human Ecological Risk Assessment》 《Environmental Science and Technology》 《Marine Pollution Bulletin》 《Ecotoxicology and Environmental Safety》 《J. Environmental Quality》 ……
课程概述Leabharlann Baidu
基本概念 历史沿革 发展趋势 分支学科 研究层次 基本方法论
基本概念：有毒物，选择毒性， 基本概念：有毒物，选择毒性，毒性作用分类
有毒物(toxicant, poison)：在一定条件下，较小剂量即能够对机体产生损害作 有毒物 用或使机体出现异常反应的外源化学物称为有毒物。毒物与非毒物之间没有 绝对界限。 毒性、选择性毒性及其原因：毒性是指外源化合物与机体接触或进入机体内 的易感部位后，能引起损害作用的相对能力。损害作用愈大，毒性愈大。 选择性(Selective toxicity)。其 在一定条件下，外源化学物对机体的毒性具有选择性 选择性 原因：(1) 物种和细胞差异；(2) 不同生物或组织器官对外源化学物或其毒性 代谢产物的蓄积能力不同；(3) 不同生物或组织器官对外源化学物在体内生物 转化过程的差异；(4) 不同生物或组织器官对外源化学物造成的伤害的修复能 力存在差异。 毒性作用分类：(a) 速发(immediate)或迟发(delayed)性作用；(b) 局部(local)或 毒性作用分类 全身(systemic)作用；(c) 可逆(reversible)或不可逆(irreversible)作用；(d) 对形 态(morphologic)或功能(functional)的影响；(e) 过敏性反应(hypersensitivity)或 称变态反应(allergic reaction)：是指病理性免疫反应。引发反应的外源化学物 称为过敏原(allergen)。高敏感性：少数个体对某种外源化学物具有高反应性 (hyper-reactivity)或高感受性(hyper-susceptibility)，与过敏性不同。高耐受性 (hyper-resistibility)；(f) 特异体质反应(idiosyncratic reaction)：指机体产生的一 种遗传性异常反应。 剂量可以指给予机体的数量、与机体接触(exposure)的数量、吸收进入机体的 剂量 数量或在靶器官中的含量或浓度。
观察到的生物组织不同类型的关系
细胞
组织
个体
种群
群落
情形A
“嵌套形式”，细胞效应即意味着所有生物水平的效应，这代表一种过于简化的过 嵌套形式” 细胞效应即意味着所有生物水平的效应， 嵌套形式 程。
细胞 细胞 组织
组织
个体 个体
种群 种群
群落 群落
情形B 情形C
情形B和C中的竖条纹区域代表不确定性 (Uncertainty)。 次级生物体的响应(如酶活性或免疫响应的改变)可能代表从健康反应到一 种压迫(stress)的广谱效应。因此，发现这种响应和有机体适应性的定量关 系是困难的。从个体外推至种群或群落代表另一类问题(如情形C)。 研究的难点表现如何在亚细胞或生理水平上观察个体生物幸存力的相关变 研究的难点 化；还表现在将基于个体的毒性效应(通常是实验室检测方法)外推至观察 的种群或群落水平。
污染物对某一区域的一般作用
对生态系统中已自然定居且适应的活的组分而言，区域适宜性降 低； 对某些物种和群体产生与污染物强度和类型有关的负面影响； 群落结构改变，而且一般地物种数目降低； 生态系统中的能量流与物质流改变； 具有较长生命跨度的较大有机体消失； 具有短生命跨度的机会性物种出现，表现为时间和空间上种群大 波动，例如赤潮。 污染物毒害作用通常与三个环境因素相关 三个环境因素相关： 三个环境因素相关 (1) 过度的植物生产量；(2) 去氧还原作用；(3) 对有机体的毒性 或类似的生理毒害作用。 100% 0 因素1 因素3 因素2
动力学阶段 初始反应 排泄 去毒性作用 代谢 吸收 前毒物 毒物
＋
动态阶段 生物生化响应
生物合成
a, b, c, etc
生理响应 和
靶标 (受体)
更改靶标
A, B, C, etc
行为响应
脂储藏
有毒物的某些重要的生化和生理效应
细胞膜 1功能：构成具有特定穿透性的屏障，调节传输系统，控制物质进出细胞的传输速 率和程度；2毒性响应：破坏或修改膜穿透性；扰动控制传输系统。 酶 1功能：高度特异蛋白用以催化介质间细胞代谢的化学反应；2毒性响应：可逆或不可 逆酶抑制反应。 脂(lipid)代谢 1功能：涉及细胞膜结构，细胞功能和代谢过程；2毒性响应：扰动导致破坏 代谢 肝功能。 蛋白生物合成 1功能：涉及氨基酸组分在多肽链中特定的排列顺序；2毒性响应：压迫蛋 白合成容量。 微粒(microsomal)酶系统 1功能：肝脏中的代谢多酶系统以及外源化合物的生物转运；2毒 酶系统 微粒 性响应：激发或抑制酶功能。 控制过程和生长 1功能：激素等控制细胞生物合成和生物异化的途径和速率；2毒性响应： 控制酶的结构或活性改变，破坏激素的合成、存储、释放或隔绝，降低生长速率。 糖(carbohydrate)代谢 1功能：糖酵解(glycolysis)，柠檬酸或三羧酸循环，己糖单磷酸 代谢 (HMP)或戊糖单磷循环(葡萄糖降解)，酸肝糖分解；2毒性响应：破坏氧化和糖酵解。 呼吸作用 1功能：生物氧化为活细胞提供能量；2毒性响应：特定点位电子传输抑制，氧 化磷酸化作用不耦合或被抑制。
基本概念：环境、环境污染 基本概念：环境、
环境：特定主体周围的所有生物因子和非生物因子。 环境 环境因所研究主体的不同而可大可小，相对比例和尺度。 主体和环境也可相互转换：一个环境主体可以是另一主体的环境 因子，一个主体的环境因子在特别情形下，也可转化为主体。 小/微环境(microenvironment)：以某一特定生物个体为主体，则 该个体周围的各种生物、非生物因子构成该个体有限的小/微环 境； 大环境(macroenvironment)：以某一种群为主体，则该种群周围 的各种生物、非生物因子构成该种群的大环境。 环境污染：当物理、化学、和生物因素进入大气、水体、土壤等， 环境污染 且其数量、浓度、和持续时间超过环境的自净能力(selfpurification capacity)，以致影响生态平衡和人体健康，此时的环 境状态称为环境污染。 污染的原因可分为自然(自然灾害)和人为(“工业三废”：废气、 废水和废渣)污染。
0 100%
100% 0
种群的故障树(Fault Tree)分析图示 种群的故障树 分析图示
受影响种群 生长、发育、 生长、发育、死亡和生殖 直接影响 自然原因 有毒化学物 间接影响 自然原因 有毒化学物
短期影响
长期影响
短期影响
长期影响
直观了解一种化学物质对特定种群的影响方式
不同组织水平上有毒化学品效应关系的概念图解
课程安排及教学大纲 (I)
基本概念、发展历史及未来趋势，基本方法论； 有毒物质生物吸收的途径及动力学； 有关的生态系统原理； 普通(传统)毒理学的基本研究方法； 毒理学中的生态学方法； 环境优先污染物(有毒物)分类介绍I(重金属、类金属、有机态金属)； 环境优先污染物(有毒物)分类介绍II(持久性有机污染物POPs：1 农药)； 环境优先污染物(有毒物)分类介绍III(持久性有机污染物POPs：2 多环 ( ) III( POPs 2 芳烃PAHs)； 环境优先污染物(有毒物)分类介绍IV(持久性有机污染物POPs：3 多氯 联苯PCBs、二恶英Dioxin、内分泌干扰素Endocrine interferon， Endocrine Disruptive Substances，EDC等)； 其它环境污染物介绍(放射性物质、气相污染物、其它毒物)； 毒性的影响因素； 混合物毒性以及相关的复杂问题； 生态监测与预测模型； 技术适用性及研究方法的选择；个案/实例研究； 生态风险评价、环境健康危害及安全性评估的基本要素和步骤；
基本概念：环境污染与健康 基本概念：
环境污染对人体健康影响的主要特点 主要特点表现为：(1) 涉及面广，接 主要特点 触人口多；(2) 低剂量、长时间作用；(3) 多途径进入人体；(4) 多因素共存及联合作用(如加和作用、协同作用、促进作用、拮 抗作用或独立作用等)。 世界“八大公害病 八大公害病”(1930年比利时马斯河谷烟雾事件；1943年 八大公害病 美国洛杉矶光化学烟雾事件；1948年美国多诺拉烟雾事件；1952 年英国伦敦烟雾事件；1951年日本水俣病事件；1955年日本四日 市哮喘病事件；1968年日本米糠油事件)。其它如前苏联切尔诺 贝利核泄漏事故，印度博帕尔毒气泄漏事故等等。 环境公害的特点：(a) 人类活动造成的环境污染引发的疾患；(b) 环境公害的特点 流行特点可能是长期陆续发病，也可能出现急性爆发型疾病；(c) 新病种，有的机理不清，缺少特效治疗方法。 其它危害形式：(1) 急性中毒(有害化学物短时间、一次性、大剂 其它危害形式 量进入人体引发)和慢性中毒(低浓度、长时间、反复对机体作用)； (2) 致癌作用(Carcinogenesis)；(3) 致畸变作用(Teratology)；(4) 致 突变作用(Mutation)；(5) 间接危害，如恶化环境卫生条件、降低 农产品质量和产量、破坏生态平衡等间接危害人体健康和寿命。