污染生態(tài)學(xué)考題大綱

1、1.污染生態(tài)學(xué)：以生態(tài)系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，用生物學(xué)、化學(xué)、數(shù)學(xué)分析等方法研究在污染條件下生物與環(huán)境之間相互關(guān)系及其規(guī)律的一門學(xué)科。（污染的生態(tài)系統(tǒng)是其研究對象）2.污染生態(tài)學(xué)的研究內(nèi)容1. 污染物在生物體內(nèi)的生物過程2. 環(huán)境污染的生物防治與修復(fù)3. 環(huán)境污染的生物指示、監(jiān)測和評價3.污染生態(tài)學(xué)的任務(wù)1. 闡明污染物在生物體內(nèi)的生物過程，為環(huán)境污染控制提供理論依據(jù)2. 尋求解決環(huán)境污染問題的生態(tài)學(xué)途徑3. 建立和完善污染環(huán)境的生物監(jiān)測評價體系4.污染生態(tài)學(xué)的研究方法？把生態(tài)系統(tǒng)作為一個整體來研究生物與受污染環(huán)境之間的相互關(guān)系，但在具體研究時常把它“分解”為各個單元進行研究，最后綜合為整體。野外調(diào)查

2、、受控實驗、多學(xué)科交叉、新技術(shù)的運用5.污染生態(tài)學(xué)側(cè)重于研究污染條件下生物的生物過程和生態(tài)效應(yīng)，核心是分析環(huán)境中的污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為及其對生物的影響，目的是要利用生物控制污染和改善環(huán)境質(zhì)量，并對環(huán)境質(zhì)量進行綜合評價和預(yù)測，提出生態(tài)規(guī)劃和管理對策。6.植物對污染物的吸收（一）植物對氣態(tài)污染物的粘附和吸收粘附的數(shù)量決定于植物表面積的大小和粗糙程度；吸收主要通過氣孔和葉孔進入植物體，積累后并對這些部位產(chǎn)生傷害。（二）植物對水溶態(tài)污染物的吸收1、水溶態(tài)污染物到達(dá)植物根（或葉）表面兩個途徑：1. 質(zhì)體流(mass flow)途徑：污染物隨蒸騰拉力，在植物吸收水分時與水一起到達(dá)植物根部；2. 擴散途

3、徑：通過分子擴散而到達(dá)根表面。2、水溶態(tài)污染物進入細(xì)胞的過程一種是被動的擴散，物質(zhì)順著本身的濃度梯度或細(xì)胞膜的電化學(xué)勢流動；一種是物質(zhì)的主動傳遞過程，這種傳遞需要能量。3. 污染物透過細(xì)胞膜過程的物理化學(xué)解釋植物吸收環(huán)境中的污染物有兩種方式：一種是細(xì)胞壁等質(zhì)外空間的吸收，一種是污染物透過細(xì)胞質(zhì)膜進入細(xì)胞的生物過程。1. 不帶電荷分子的跨膜擴散  (2)帶電離子的跨膜擴散  3. 離子被動運輸 離子運輸 促進運輸 (4)主動運輸4.7.污染物在植物體內(nèi)的遷移一般認(rèn)為穿過根表面的無機離子到達(dá)內(nèi)皮層可能有兩種通路：第一條為非共質(zhì)體通道，即無機離子和水在根內(nèi)橫向遷移，到達(dá)內(nèi)皮層是通

4、過細(xì)胞壁和細(xì)胞間隙等質(zhì)外空間；第二條是共質(zhì)體通道，即通過細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)流動和通過細(xì)胞之間相連接細(xì)胞質(zhì)通道。8.動物對污染物的吸收與遷移污染物通過動物細(xì)胞膜的方式有兩大類：被動運輸與特殊轉(zhuǎn)運。被動運輸包括：簡單擴散和濾過作用；特殊轉(zhuǎn)運分為：載體轉(zhuǎn)運、主動運輸、吞噬和胞飲作用。吞噬作用：某些固態(tài)物質(zhì)與細(xì)胞膜上某種蛋白質(zhì)有特殊親和力，當(dāng)其與細(xì)胞膜接觸后，可改變這部分膜的表面張力，引起細(xì)胞膜外包或內(nèi)凹將固態(tài)物質(zhì)包圍進入細(xì)胞；胞飲作用：吞食細(xì)胞外液的微滴和膠體物質(zhì)(即液態(tài)物質(zhì)，特別是蛋白質(zhì)) 通過這種方式進入細(xì)胞。動物機體對污染物質(zhì)的吸收 (一)經(jīng)呼吸道吸收 (二)經(jīng)消化管吸收(三)經(jīng)

5、皮膚及其他途徑的吸收9.微生物對污染物的吸收污染物連接到微生物細(xì)胞壁上有三種作用機制：   離子交換反應(yīng)、沉淀作用和絡(luò)合作用。10.影響植物吸收、遷移污染物的因素一、植物種的生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性1. 不同植物種對污染物的吸收、積累量差異很大2. 生態(tài)類型之間對污染物吸收的差異比較復(fù)雜3. 同一植物的不同部位吸收污染物也有差異4. 、污染物的種類及其形態(tài)差異植物對有些元素容易吸收而對另一些元素很難吸收。三、pH土壤中絕大多數(shù)重金屬都是以難溶態(tài)存在，它的可溶性受pH控制。1. 、氧化還原電位重金屬是過渡元素，在不同的氧化還原狀態(tài)下，有不同的形態(tài)五、土壤陽離子交換量增加土

6、壤有機質(zhì)含量，提高土壤對陽離子的固定率，就能減少植物對鎘等重金屬的吸收。六、污染物間的不同效應(yīng)(一)相加作用(addition)(二)協(xié)同作用(synergism) (三)頡頏作用(antagonism) (四)獨立作用(independent joint action) MM1+M2(1-M1)或Ml-(1-M1)(1-M2)。七、土壤性質(zhì)的影響1. 土壤類型和特性不同，能影響植物根系對污染物的吸收。2. 土壤中有機質(zhì)含量越多，提供了更多的能沉淀、絡(luò)合污染物的基團，從而對污染物吸附能力越強，根系吸毒量就越少。3. 不同類型的金屬離子，被土壤吸附的數(shù)量、強弱是不同的。4. 金屬離子形成有機螯合

7、物后，植物對它們的吸收主要取決于所形成螯合物的溶解性八、根際微生物的作用根際是根土界面不足1mm到幾毫米范圍的微區(qū)土壤，是植物根系與土壤接觸的微域環(huán)境。植物對重金屬的吸收能夠通過2種相互增效的方法來提高：一種是通過微生物產(chǎn)生含fe細(xì)胞、分泌生物表面活化劑及有機酸等來提高金屬在土壤中的移動性，促進植物吸收高濃度的金屬；另一種則主要通過與促進植物生長的根際細(xì)菌和叢枝菌根真菌關(guān)聯(lián)性來提高植物的生物量，從而增加重金屬的積累量。真菌也能促進植物對重金屬的吸收；叢枝菌根真菌也能增加植物對重金屬的吸收11.生物富集(bio-enrichment)或生物濃縮(bio-concentration)：生物個體或處

8、于同一營養(yǎng)級的許多生物種群，從周圍環(huán)境中吸收并積累某種元素或難分解的化合物，導(dǎo)致生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象。12.生物積累：同一生物個體在生長發(fā)育的不同階段生物富集系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。13.生物放大 ：在同一食物鏈上，生物富集系數(shù)從低位營養(yǎng)級到高位營養(yǎng)級逐級增大的現(xiàn)象。14.生物富集機制1. 、生物學(xué)特性  生物體內(nèi)能與污染物結(jié)合的物質(zhì)糖類物質(zhì)葡萄糖和果糖等，其分子結(jié)構(gòu)中都有醛基(果糖是酮糖，但易變?yōu)槿┨?；在還原性環(huán)境中，重金屬離子易被還原，導(dǎo)致活性下降，并和糖類結(jié)合形成不溶性化合物。蛋白質(zhì)和氨基酸也具有與重金屬及某些農(nóng)藥相結(jié)合的位點。一股認(rèn)為蛋白質(zhì)所含有的

9、酸性氨基酸比堿性氨基酸多，其等電點接近于pH5。如果在中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)往往呈陰離子狀態(tài)，易和金屬陽離子結(jié)合在能與重金屬結(jié)合的蛋白質(zhì)中，最重要的是金屬硫蛋白及類金屬硫蛋白。作為細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)存在，不存在于一般體液中。脂類含有極性酯鍵，這類酯鍵能和金屬離子結(jié)合而形成絡(luò)合物或螯合物，從而把重金屬貯存在脂肪內(nèi)。核酸是極性化合物，既含有磷酸基又含有堿性基團，屬兩性電解質(zhì)。在一定的pH條件下能解離而帶電荷，所以能和金屬離子結(jié)合。因此，盡管生物體內(nèi)核酸含量不多，但仍是生物富集的重要原因之一。生物對復(fù)雜有機化合物的富集能力與其體內(nèi)存在的分解該類物質(zhì)的酶的活性有關(guān)。酶活性越強，則越不易富集；酶活性越弱，則越易富

10、集金屬元素在各類生物體內(nèi)的半衰期長短不同，能直接影響生物富集量。富集還和某些元素的代謝有關(guān)1. （）不同器官對三種魚(鰱魚、草魚、鯉魚)的研究證明，在相同鉛濃度下，三種魚各部位的富集規(guī)律都一致，即鰓內(nèi)臟骨骼頭肌肉1. （）不同生育期在水稻的不同生育期施鉛，根對鉛的富集順序為：拔節(jié)期分蘗期苗期抽穗期結(jié)實期。葉片和莖對鉛的富集也以拔節(jié)期最高。谷殼和糙米的富集量則不同，都是以結(jié)實期施鉛富集量最高，其富集順序為：結(jié)實期苗期拔節(jié)期抽穗期分蘗期。1. （）不同生物種生物體吸收污染物后，由于其特有的生物學(xué)特性，可以降低污染物的毒性，從而使其在體內(nèi)富集。主要表現(xiàn)為：污染物和生物體中某些成分結(jié)合(絡(luò)合、螯合)，

11、不能再參加代謝活動，使污染物失去毒性，從而可以在生物體內(nèi)富集；體內(nèi)污染物在酶的作用下通過氧化、還原、水解、脫烴、脫鹵、苯環(huán)羥基化和異構(gòu)化過程，毒性降低，甚至徹底分解，失去毒性，從而加速生物的吸收，增加生物富集量。（五）超量積累的植物這類植物有三個主要特征：體內(nèi)某一元素濃度大于一定的臨界值；植物吸收的重金屬大部分分布在地上部，即有較高的地上部/根濃度比率；在重金屬污染的土壤上這類植物能良好的生長，一般不會發(fā)生重金屬毒害現(xiàn)象。除以上主要特點外，生物有機體的大小、性別、食性、食量、生活區(qū)域、脂肪含量及生長發(fā)育季節(jié)等也都會影響生物對污染物的富集。1. 、污染物的性質(zhì)  污染物的價態(tài)、形態(tài)、結(jié)

12、構(gòu)形式、相對分子質(zhì)量、溶解度或溶解性質(zhì)、物理穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性、在溶液中的擴散能力和在生物體內(nèi)的遷移能力等?；瘜W(xué)穩(wěn)定性和高脂溶性是生物富集的重要條件。重金屬作為一類特殊的污染物，具有顯著的不同于其他污染物的特點：首先，重金屬在環(huán)境中不會被降解，只會發(fā)生形態(tài)和價態(tài)變化，在土壤環(huán)境中的遷移能力很差，故在環(huán)境中長期存在。其次，許多重金屬是生物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，如銅、鋅、鉻等，具有很強的生物富集效應(yīng)。只有在超過一定的濃度時、才可以被稱為污染物，會產(chǎn)生更高的生物積累，并對生物的生長發(fā)育產(chǎn)生副作用。有些重金屬為生物生長發(fā)育非必需，它們具有與許多礦質(zhì)營養(yǎng)元素相同或相似的外層電子層結(jié)構(gòu)，能

13、通過擴散和細(xì)胞膜滲透而進入生物體內(nèi)，發(fā)生生物積累。這類重金屬在環(huán)境中只要微量存在，即可產(chǎn)生毒性效應(yīng)，影響生物的生長發(fā)育。 第三，環(huán)境中的某些重金屬可在微生物的作用下轉(zhuǎn)化為毒性更強的重金屬化合物，如汞的甲基化作用。 第四，重金屬在進入生物體內(nèi)后，不易被排出，在食物鏈中的生物放大作用十分明顯，在較高營養(yǎng)級的生物體內(nèi)可成千萬倍地富集起來，然后通過食物鏈進入人體，在人體的某些器官中蓄積起來造成慢性中毒，影響人體健康。污染物的濃度和作用時間生物體內(nèi)污染物的富集量與環(huán)境中污染物的濃度成正相關(guān)，但富集系數(shù)與環(huán)境中污染的濃度沒有顯著的正相關(guān)性，相反有隨污染物濃度增高而逐漸下降的趨勢富集量不

14、僅與污染物濃度有關(guān)，還與作用時間密切相關(guān)。污染物的濃度越高，作用時間越長，則生物體內(nèi)污染物富集量也超多。1. 、環(huán)境特點  環(huán)境要素通過影響生物的生長發(fā)育和污染物的性質(zhì)來間接影響污染物的生物富集，土壤重金屬作物效應(yīng)的區(qū)域差異就是環(huán)境要素作用的結(jié)果。土壤環(huán)境對植物的富集作用有十分重要的影響。氣態(tài)污染物主要通過氣孔進人植物體，凡是能影響光合作用的因素均能影響氣態(tài)污染物在植物體內(nèi)的積累。 魚體內(nèi)積累的幾乎都是甲基汞。魚體內(nèi)富集的甲基汞多少和湖底有機質(zhì)含量有關(guān)，湖底有機質(zhì)含量越高，則湖底甲基汞占總汞量越高而魚體含汞量越低富集與食物鏈在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，污染物沿食物鏈流動過程中，含量逐級增

15、加，其富集系數(shù)在各營養(yǎng)級中均可達(dá)到極其驚人的程度15.受害機制1. 、生物活性點位生物大分子中具有生物活性的基團和物質(zhì)。在生物大分子中的活性點位有：羧肽酶、堿性磷酸酶、碳酸酐酶、細(xì)胞色素C、血紅蛋白以及鐵氧還原蛋白等。二、重金屬對生物毒性效應(yīng)的分子機制金屬的生物中毒有兩種可能的分子機制：一是有毒金屬進攻生物大分子活性點位，取代活性點位上有益金屬，破壞了生物大分子正常的生理和代謝功能，造成生物的病變；二是有毒金屬鍵結(jié)合到生物大分子的去活性位置上，降低或消除了生物大分子(如酶)原有的生物活性，同樣使生物發(fā)生病變。三、金屬離子對生物大分子活性點位的競爭及其與金屬生物毒性的關(guān)系當(dāng)進人生物體內(nèi)的金屬不止

16、一種時，引起的生物毒性效應(yīng)除與金屬離子的種類、濃度以及金屬離子與生物大分子結(jié)合的部位有關(guān)外，還與這些金屬在生物體內(nèi)的聯(lián)合作用有關(guān)。1. 、分子、原子結(jié)構(gòu)理論解釋重金屬是過渡元素，都有d電子存在，而d電子在催化、磁性等方向都有特殊的性質(zhì)與效能。它對生物都是致毒的根源。這些重金屬如進入人體就會起催化作用，擾亂生理反應(yīng)，成為比原子能放射性更有害的污染物。因為原子能放射只是無機離子，而這些重金屬都有有機化的危險。有機氯農(nóng)藥和有機磷農(nóng)藥對生物毒害效應(yīng)的差別主要是前者為慢性中毒，后者主要是急性中毒。16.生物監(jiān)測是利用生物分子、細(xì)胞、組織、器官、個體、種群和群落等各層次對環(huán)境污染程度所產(chǎn)生的反應(yīng)來闡明環(huán)境

17、狀況，從生物學(xué)的角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測和評價提供依據(jù)。17.生物監(jiān)測優(yōu)缺點優(yōu)點：1.能夠反映環(huán)境污染的綜合效應(yīng) 2.能夠反映環(huán)境污染的累積效應(yīng) 3.具有連續(xù)監(jiān)測的特點 4.具有經(jīng)濟性特點缺點：定量困難、靈敏度低、選擇性不強、時效性差。18.生物多樣性喪失的原因1. 遺傳多樣性喪失的原因1. 在污染條件下，種群的敏感性個體消失，這些個體所具有的特異性遺傳多樣性也因此不復(fù)存在，從而整個種群的遺傳多樣性水平下降。2. 污染引起種群的規(guī)模減小，由于遺傳漂變的發(fā)生，降低了種群的遺傳多樣性水平。3. 污染引起種群數(shù)量減小，以至于達(dá)到了種群的遺傳學(xué)瓶頸，即使種群最后實現(xiàn)了完全的適應(yīng)，并恢復(fù)到原來的種群數(shù)量，由

18、于建立者效應(yīng)，導(dǎo)致遺傳來源單一，使得遺傳變異性的來源也大大降低。2. 物種多樣性1. 污染物的直接毒害作用，阻礙生物的正常生長發(fā)育，使生物喪失生存或繁衍的能力2. 污染引起生境的改變，使生物喪失了生存的環(huán)境3. 生態(tài)系統(tǒng)中的富集和積累作用，使食物鏈后端的生物中毒難以存活或繁育等3. 生態(tài)系統(tǒng)多樣性1. 生態(tài)系統(tǒng)多樣性的喪失環(huán)境污染往往導(dǎo)致生境的單一化，從而生態(tài)系統(tǒng)多樣性的喪失也成必然2.生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性的降低主要表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨于簡單化，食物鏈簡化，食物鏈不完整；生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)路徑減少或不暢通，能量供給渠道減少、供給程度減少，信息傳遞受阻。導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性減低的原因主要有兩個，一是污

19、染直接影響物種的生存和發(fā)展，從根本上影響了生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)；二是污染大大降低了初級生產(chǎn)，從而使依托強大初級生產(chǎn)力才能建立起來的各級消費類群沒有足夠的物質(zhì)和能量支持，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能趨于簡單化。19.“指示生物”指對環(huán)境中的污染物能產(chǎn)生各種定性反應(yīng)，指示環(huán)境污染物的存在。“監(jiān)測生物” 不僅能夠反映污染物的存在，而且能夠反映污染物的量。監(jiān)測生物必然是指示生物20. 水體污染：進入水體的外來雜質(zhì)含量超過了水體的自凈能力，使水質(zhì)惡化，對人來環(huán)境和水的利用產(chǎn)生不良影響。21. 水體富營養(yǎng)化：指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊、河口、海灣等緩慢水體，導(dǎo)致某些

20、特征性藻類異常增殖。水體顏色加深，水體透明度下降，溶解氧降低，水質(zhì)變壞，魚類及其他生物大量死亡，水體呈魚腥氣味，從而破壞了水體的生態(tài)平衡，導(dǎo)致水體生物多樣性下降，單優(yōu)勢種群數(shù)量增加，水生生態(tài)系統(tǒng)失去原有價值。22.生物對污染物的結(jié)合鈍化：植物對污染物的結(jié)合鈍化（ 細(xì)胞壁的結(jié)合鈍化作用：細(xì)胞壁是結(jié)合、固定污染物的重要部位；細(xì)胞膜的結(jié)合鈍化作用；細(xì)胞質(zhì)和液泡的結(jié)合鈍化作用：細(xì)胞質(zhì)和液泡中具有許多能夠與污染物結(jié)合的“結(jié)合座”，當(dāng)部分污染物突破細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進入細(xì)胞質(zhì)后，就能夠和細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)、氨基酸的羧基、氨基、琉基及酚基等官能團結(jié)合，形成穩(wěn)定的整合物，從而起到鈍化作用。）動物對污染物的結(jié)合鈍化（各種脂溶性有毒污染物進入組織后，多數(shù)耍與體內(nèi)的某些化合物或基團結(jié)合，使毒性減低，極性和水溶性增加，從而可以迅速隨