污染生態(tài)學_第1章

1、研究生物系統(tǒng)與被污染的環(huán)境之間研究生物系統(tǒng)與被污染的環(huán)境之間系統(tǒng)相互作用的機理和規(guī)律及采用生態(tài)學原理系統(tǒng)相互作用的機理和規(guī)律及采用生態(tài)學原理和方法對污染環(huán)境進行控制和修復的科學。和方法對污染環(huán)境進行控制和修復的科學。 污染生態(tài)學是以生態(tài)系統(tǒng)污染生態(tài)學是以生態(tài)系統(tǒng)理論為基理論為基礎礎，用生物學、化學、數(shù)學分析等方，用生物學、化學、數(shù)學分析等方法研究在污染條件下生物與環(huán)境之間法研究在污染條件下生物與環(huán)境之間灼相互關(guān)系。灼相互關(guān)系。第一章第一章 污染物在生物體內(nèi)的污染物在生物體內(nèi)的 遷移規(guī)律遷移規(guī)律 生物體對污染物生物體對污染物吸收、遷移吸收、遷移是研究污染是研究污染物在生物體內(nèi)富集、毒害以及生物體

2、解毒、物在生物體內(nèi)富集、毒害以及生物體解毒、抗性作用的基礎是污染物對生物體產(chǎn)生抗性作用的基礎是污染物對生物體產(chǎn)生生理、生態(tài)、遺傳及分子毒性效應的第一生理、生態(tài)、遺傳及分子毒性效應的第一步。步。 本章介紹污染物的基本概念、性質(zhì)、分本章介紹污染物的基本概念、性質(zhì)、分類以及生物對污染物的吸收、遷移規(guī)律，類以及生物對污染物的吸收、遷移規(guī)律，最后闡述影響植物吸收、遷移污染物的幾最后闡述影響植物吸收、遷移污染物的幾個主要因素。個主要因素。 三、污染物的分類三、污染物的分類1、來源分：、來源分：自然、人為自然、人為2、環(huán)境因素分：、環(huán)境因素分：大氣、水土、土壤大氣、水土、土壤3、形態(tài)分：、形態(tài)分：氣體、液體

3、、固體氣體、液體、固體4、性質(zhì)分：、性質(zhì)分：化學、物理、生物化學、物理、生物5、物理化學性質(zhì)的變化分：、物理化學性質(zhì)的變化分： 一次、二次一次、二次 p5第二節(jié)第二節(jié) 有關(guān)生物對污染物吸收有關(guān)生物對污染物吸收 遷移的幾個基本概念遷移的幾個基本概念生物與某種污染物長期接觸，仍未發(fā)現(xiàn)受害癥生物與某種污染物長期接觸，仍未發(fā)現(xiàn)受害癥狀這種不會產(chǎn)生受害癥狀的濃度稱為狀這種不會產(chǎn)生受害癥狀的濃度稱為安全濃度安全濃度生物在整個生長發(fā)育周期內(nèi)，或者是對污染物最敏生物在整個生長發(fā)育周期內(nèi)，或者是對污染物最敏感的時期內(nèi)，污染物對生物的生命活動能力和生產(chǎn)力感的時期內(nèi)，污染物對生物的生命活動能力和生產(chǎn)力沒有發(fā)生明顯影

4、響的濃度，稱為沒有發(fā)生明顯影響的濃度，稱為最高允許濃度最高允許濃度50、70、80 、90，表示改濃度下有50、70、80、90的生物出現(xiàn)受害癥狀一、植物對污染物的吸收一、植物對污染物的吸收 （一）（一） 植物對大氣污染物的黏附和吸收植物對大氣污染物的黏附和吸收 種類：種類：SO2、NOx 光化學煙霧、飄塵、浮塵降塵。光化學煙霧、飄塵、浮塵降塵。 過程：過程：1、黏附和吸收、黏附和吸收 2、氣孔、皮孔進入。、氣孔、皮孔進入。 （二）植物對水溶態(tài)污染物的的吸收（二）植物對水溶態(tài)污染物的的吸收 1，污染物到達植物根部，污染物到達植物根部 途徑兩個：途徑兩個：1）、質(zhì)體流途徑）、質(zhì)體流途徑（主要途徑

5、）（主要途徑） 2）、擴散）、擴散 （二）、植物對水溶態(tài)污染物的吸收（二）、植物對水溶態(tài)污染物的吸收 1、污染物到達植物表面（根和葉）、污染物到達植物表面（根和葉） 到達根的表面兩個途徑：到達根的表面兩個途徑： A、 質(zhì)體流途徑（質(zhì)體流途徑（ mass flow） 在蒸騰拉力的作用下，隨水流到達根的表面在蒸騰拉力的作用下，隨水流到達根的表面。 B、擴散途徑、擴散途徑 濃度梯度的擴散到達表面。濃度梯度的擴散到達表面。 重金屬移動速度重金屬移動速度(擴散擴散)是很慢的（是很慢的（Zn2+：310-10cm/s,Mn: 310-8 cm/s ），只），只是靠近根部的重金屬才能通過擴散作用到達根表是靠

6、近根部的重金屬才能通過擴散作用到達根表面。面。 所以污染物主要通過質(zhì)體流途徑到達根表面。所以污染物主要通過質(zhì)體流途徑到達根表面。 1)1)、污染物在細胞壁上的吸附、污染物在細胞壁上的吸附二、污染物在植物體內(nèi)的遷移二、污染物在植物體內(nèi)的遷移 無機物從表皮到中柱（橫向移動）的兩個途無機物從表皮到中柱（橫向移動）的兩個途徑：徑： 非共質(zhì)體通道：非共質(zhì)體通道：細胞壁和胞間隙運動。水和無機離子細胞壁和胞間隙運動。水和無機離子 共質(zhì)體通道：胞內(nèi)原生質(zhì)體流動和胞間連絲共質(zhì)體通道：胞內(nèi)原生質(zhì)體流動和胞間連絲 不同的物質(zhì)途徑不同：不同的物質(zhì)途徑不同：鎘以共質(zhì)體方式運動鎘以共質(zhì)體方式運動 鉛以非共質(zhì)體方式運動鉛以

7、非共質(zhì)體方式運動 在植物橫切面上：在植物橫切面上： 表皮（皮層和內(nèi)皮層）中表皮（皮層和內(nèi)皮層）中PdPd2+2+高，向中柱高，向中柱內(nèi)降低，以非共質(zhì)體運輸。擴散運動。內(nèi)降低，以非共質(zhì)體運輸。擴散運動。進入中柱的進入中柱的PdPd主要集中在導管的薄壁細胞中，而主要集中在導管的薄壁細胞中，而導管的很少。導管的很少。鎘鎘CdCd，不同：，不同： 在玉米幼苗根中：皮層的少，中柱的大。在玉米幼苗根中：皮層的少，中柱的大。在中柱中：導管的大，木質(zhì)部薄壁細胞的少。在中柱中：導管的大，木質(zhì)部薄壁細胞的少。說明主動運輸為主、在高濃度是鎘可以通過共質(zhì)說明主動運輸為主、在高濃度是鎘可以通過共質(zhì)體運輸。體運輸。有研究

8、發(fā)現(xiàn)，在較低濃度鉛處理時(100 mgL處理玉米5天)，玉米葉肉細胞內(nèi)只沉積少量鉛；而經(jīng)高濃度鉛處理(1000凹L時)，在葉片維管束內(nèi)的導管中有大量鉛沉積。在透射電鏡下，發(fā)現(xiàn)鉛主要沉積在導管壁上，導管內(nèi)沉積鉛量較少。還發(fā)現(xiàn)從導管向外直到周圍的葉肉細胞，鉛的沉積雖大為減少(彭鳴等1989)。因此，鉛主要通過本質(zhì)部導管到達葉片。 進入葉導管的鉛跨過維管束鞘，進入葉肉細胞；葉肉細胞壁的部分鉛進入細胞后，沿葉綠體外膜沉積，少數(shù)進入葉綠體，沉積在類囊體上。 在葉肉紉胞中沉積的鉛，有一部分通過篩管進入可食部分。有實驗證明、豆科植物根吸收的鋅經(jīng)導管輸送到成熟葉片，經(jīng)沉淀后，有一部分進入篩管而運到可食部分。而

9、水稻的Zn經(jīng)根的導管上升似乎是通過莖節(jié)直接轉(zhuǎn)移到篩管，再轉(zhuǎn)移到幼嫩器官。篩管進行短距離運輸。葉片吸收的重金屬通過導管向下運輸。表18 ，p920影響因素：影響因素： 1 1、物質(zhì)的形態(tài)和結(jié)合方式在植物體內(nèi)運輸和儲存、物質(zhì)的形態(tài)和結(jié)合方式在植物體內(nèi)運輸和儲存。 絡和活離子狀態(tài)。 2 2、吸收部位：根吸收的部位不同，向地上部移動的、吸收部位：根吸收的部位不同，向地上部移動的速率也有差異速率也有差異。 如小麥根尖端14cm區(qū)域吸收的離子最易向地上部轉(zhuǎn)移；由更成熟的部位吸收的離子，移動速度就僵得多。 3 3、 和植物的發(fā)育階段有關(guān)，幼小部位吸收的物質(zhì)和植物的發(fā)育階段有關(guān)，幼小部位吸收的物質(zhì)易向上遷移易

10、向上遷移 王煥校等(1990)在水稻不同發(fā)育階段施硝酸鉛，結(jié)果以拔節(jié)期施鉛的地上部含鉛量最高。4 4、土壤或培養(yǎng)液中離子濃度的高低。、土壤或培養(yǎng)液中離子濃度的高低。 濃度過高時，離子向地上部運輸?shù)乃俾氏鄳冃　Ｍ寥乐须x子濃度高低影響離子的形態(tài)：環(huán)境中重金屬元素濃度低時，則以絡合成有機絡合物的形態(tài)遷移，并按第二種通路進行向效移動，在高濃度情況下，是以游離的離子態(tài)形式存在，主要是按非代謝的第一種通路移動。當離子進入內(nèi)皮層中柱周圍的細胞內(nèi)，就會在這里沉積，使移動速度變侵。 根是植物吸收重金屬的主要器官，大量的重根是植物吸收重金屬的主要器官，大量的重金屬分布在根部。流動性大的元素則可向上運輸金屬分布在

11、根部。流動性大的元素則可向上運輸?shù)角o、葉、果實中。到莖、葉、果實中。如鎘的吸收（楊居榮等，如鎘的吸收（楊居榮等，1994)1994) 作物吸收作物吸收CdCd量及自根部向地上部的轉(zhuǎn)運比量及自根部向地上部的轉(zhuǎn)運比率決定和其率決定和其耐受性耐受性機制有關(guān)：吸收量相對較低，機制有關(guān)：吸收量相對較低，并且大部分果積在根部較少向地上部移動的作并且大部分果積在根部較少向地上部移動的作物，耐受性相對較強；反之易向地上部輸送的作物，耐受性相對較強；反之易向地上部輸送的作物，耐受性差物，耐受性差( (表表1 17)7)。 2、重金屬的物理形態(tài)不同，植物對其吸收、重金屬的物理形態(tài)不同，植物對其吸收、遷移的方式不同

12、。遷移的方式不同。 植物可吸收大氣汞，也可吸收土壤汞。當植物汞源于氣汞時，其地上部汞含量高于根部；源于土壤時，則根汞高于地上部汞第四節(jié)第四節(jié) 動物對污染物的吸收與遷移動物對污染物的吸收與遷移二、動物機體對污染物質(zhì)的吸收二、動物機體對污染物質(zhì)的吸收動物對污染物的吸收一般是通過呼吸道、消化管、皮膚等途徑(一一) 經(jīng)呼吸道吸收經(jīng)呼吸道吸收 空氣中的污染物進入呼吸道后通過氣管進入肺部，其中直徑小于5nm的粉塵顆粒能穿過肺泡被吞噬細胞所吞食；部分毒物如苯并(a)花、石棉、鈹?shù)饶茉诜尾块L期停留，會使肺部致敏纖維化或致癌；肺泡總面積約55m2，是皮膚的40倍。肺泡上皮細胞膜對脂溶性、非脂灣性分子及離子都具有

13、高度的通透性。因此，當肺泡中吸人的污染物達到一定量，容易進人血液很快引起中毒。當然，肺泡壁有豐富的毛細血管網(wǎng)，能起到部分解毒的作用。吸收的物質(zhì)： NO2、SO2、O3 汞蒸氣等，(二二)、經(jīng)消化管吸收、經(jīng)消化管吸收 消化管是動物吸收行染物的主要途徑，整個消化管對污染物都有吸收能力，但主要吸收部位是在胃和小腸，一般情況下主要出小腸吸收，因小腸粘膜上有微絨毛，可增加吸收面積約600倍。 腸道吸收因污染物化學形念不同而有很大差異腸道吸收因污染物化學形念不同而有很大差異。例如，甲基汞和乙基汞被腸道的吸收量遠高于離子態(tài)汞。因為有機汞是脂溶性，能隨脂類物質(zhì)被消化管吸收，其吸收率達95以上； 而無機汞中的離

14、子態(tài)和金屬末的吸收牢在20以下，人體為力14156，平均為7。Hg2+不易為腸劈吸收，主要是易與氨基酸(特別是含硫氨基酸)形成絡合物，不易被吸收即使進入腸道上表皮細胞的Hg2+也容易隨細胞的脫落勺糞便一起誹出體外。鎘在呼吸道的吸收率為10一14，消化管為5一10。腸道吸收可因某種物質(zhì)的存在而加強或腸道吸收可因某種物質(zhì)的存在而加強或減弱減弱。 當投以甲基汞時，當存在足夠的半胱氨酸就會促進腸道黏膜上的氯基酸特別是半胱氨酸的主動運輸。利用半胱氨酸與甲基汞的結(jié)合就能增加腸道對甲基汞的吸收。而乙醇對肺泡吸收汞有抑制作用，這是因為組織內(nèi)金屬汞轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機離子態(tài)汞要經(jīng)過氧化酶的作用，而乙醇能阻止氧化酶的氧化。

15、（三）、通過皮膚和其他途徑吸收（三）、通過皮膚和其他途徑吸收 皮膚吸收的少。一般通過擴散穿過表皮和真皮1、在不同部位積累、在不同部位積累 鎘在肝臟和腎臟中積累，和硫蛋白結(jié)合。鎘在肝臟和腎臟中積累，和硫蛋白結(jié)合。 汞和紅細胞和血漿中的蛋白質(zhì)結(jié)合，向各汞和紅細胞和血漿中的蛋白質(zhì)結(jié)合，向各部分運輸。特別是甲基汞。部分運輸。特別是甲基汞。 不同形態(tài)的汞在動物體內(nèi)的積累不同：不同形態(tài)的汞在動物體內(nèi)的積累不同： 有機汞，如甲基汞、低級烷基汞、對膜有機汞，如甲基汞、低級烷基汞、對膜的透性好易進入血液。的透性好易進入血液。 無機汞，易在腎臟積累，其次為肝臟、無機汞，易在腎臟積累，其次為肝臟、脾臟、甲狀腺。脾臟

16、、甲狀腺。 金屬汞進入人體后被氧化為無機汞。遍布金屬汞進入人體后被氧化為無機汞。遍布全身全身 三、污染物在動物體內(nèi)的遷移和排除三、污染物在動物體內(nèi)的遷移和排除2、排除、排除 糞便：糞便： 膽汁膽汁 消化管消化管 糞便糞便 尿尿 腎臟腎臟 尿液尿液 乳汁、汗腺、呼吸、毛發(fā)乳汁、汗腺、呼吸、毛發(fā)第五節(jié)第五節(jié) 微生物對污染物的吸收微生物對污染物的吸收 微生物是分布廣、種類多、繁殖快和生存能力強的一大類生物，微生物對污染物有著很強的吸收與分解能力。利用這一性質(zhì)，在環(huán)境污染的治理過程中已篩選出一批優(yōu)良的微生物品種。一、微生物細胞吸收污染物的機制一、微生物細胞吸收污染物的機制 污染物連接到微牛物細胞壁上有

17、三種作用機制： 離子交換反應 沉淀作用 絡合作用。二、影響微生物吸收污染物的因素二、影響微生物吸收污染物的因素培養(yǎng)液的培養(yǎng)液的PH、培養(yǎng)時間、污染物的濃度及培養(yǎng)溫、培養(yǎng)時間、污染物的濃度及培養(yǎng)溫度等都能影響微生物對污染物的吸收。度等都能影響微生物對污染物的吸收。1、PH值：值：芽技狀枝抱吸附芽技狀枝抱吸附AuAu3 3+ +的最適的最適pHpH是是5 5以下，該范圍內(nèi)吸附率以下，該范圍內(nèi)吸附率都在都在9797以上，隨以上，隨pHpH升高，吸附率降低升高，吸附率降低2 2、培養(yǎng)時間、培養(yǎng)時間細胞和含細胞和含AuAu溶液接觸溶液接觸5min5min吸附率達到吸附率達到87875 5，隨時間延長吸附

18、率增加隨時間延長吸附率增加較慢較慢3、濃度、濃度 AuAu濃度越低，吸附速度越快濃度越低，吸附速度越快( (圖圖l6)；一、植物種的生物學、生態(tài)學特征一、植物種的生物學、生態(tài)學特征1 1、不同植物種對污染物的吸收、積累量差異很。、不同植物種對污染物的吸收、積累量差異很。蕨類植物蕨類植物 吸收鎘的量特別多，體內(nèi)含鎘量可高達l 200 mgkg；雙子葉植物雙子葉植物 吸鎘的量也相當高，如向日葵、菊花體內(nèi)含鎘量可高達400 mg/kg和180mg/kg單子葉植物單子葉植物 含鎘量比雙子葉植物少。再如：再如： 在酸性土壤中，石松科植物的在酸性土壤中，石松科植物的鋪地蜈松、石鋪地蜈松、石松、地刷子、野牡

19、丹科的野牡丹及鋪地錦松、地刷子、野牡丹科的野牡丹及鋪地錦能富集大量的鋁，有的競高達能富集大量的鋁，有的競高達1 1以上以上( (占占干重干重) )，而酸性土上生長的其他植物只有，而酸性土上生長的其他植物只有O O0505生長在含硒土壤上的黃芪，灰分中生長在含硒土壤上的黃芪，灰分中硒的含量可高達硒的含量可高達15000mg15000mgkgkg，而伴生的牧，而伴生的牧草卻小于草卻小于0.01mg0.01mgkgkg，兩者相差高達，兩者相差高達100100萬萬倍。倍。2 2、生態(tài)型之間的差異也很明顯、生態(tài)型之間的差異也很明顯。 把生長在冶煉廠的hisbiscuss的種和生長在非污染區(qū)的種同時栽種在

20、含鉛量相同的土壤上，結(jié)果前者比后者的吸鉛量要少得多。這是因為生長在污染區(qū)的生態(tài)型在生理、生化和遺傳上發(fā)生相應的變化，形成與環(huán)境相適應的抗鉛生態(tài)型。 濕生、沼生植物吸收重金屬量比中、早生植物少。 是因為它們生長在終年淹水的還原性土壤環(huán)境中，重金屬多與硫化物等結(jié)合、沉淀。植物不易吸收；中生、旱生植物的土壤處于氧化狀態(tài)，重金屬多呈離于態(tài)容易被吸收。 水生維管束植物對水體鉛污染吸收、富集鉛的能力與植物的生態(tài)習性有關(guān)：沉水植物整個植株都是吸收而，相對吸收量就比浮水、挺水植物高。 3、同一植物的不同部位吸收污染物也有差異：、同一植物的不同部位吸收污染物也有差異：如：第一葉位桑葉表面吸氟變化幅度(913ug

21、dm2)明顯大于第五葉位桑葉(424ugdm2)，這可能與它處于桑樹頂端，較易受環(huán)境因素影響有關(guān)，而第五葉位桑葉由于上面葉片的阻擋作用，其吸附氟變化量明顯減少。4、不同生育期吸收量差別很大、不同生育期吸收量差別很大如：水稻對鎘的吸收大部分在抽穗期、開花期和灌漿期： 二、污染物的種類及其形態(tài)差異二、污染物的種類及其形態(tài)差異1、元素的種類、元素的種類。 植物對有些元素容易吸收而對另一些愿素很難吸收。如：2 2、元素的價態(tài)。、元素的價態(tài)。同一元素的不同價態(tài)吸收系數(shù)差別很大。如：Cr6+Cr3+ ;CdSCdSO4CdI2M1+M2MM1+M2（三）拮抗作用三）拮抗作用兩種或兩種以上化學物質(zhì)同時作用于

22、生物體，兩種或兩種以上化學物質(zhì)同時作用于生物體，其結(jié)果每一種化學物質(zhì)對生物體作用的毒其結(jié)果每一種化學物質(zhì)對生物體作用的毒性反而減弱，其聯(lián)合作用的毒性小于單個性反而減弱，其聯(lián)合作用的毒性小于單個化學物質(zhì)毒性的總和。如二氯甲烷與乙化學物質(zhì)毒性的總和。如二氯甲烷與乙醇鐵和錳等。作用公式為醇鐵和錳等。作用公式為 MM1+M2。如如ZnCd互有拮抗，互有拮抗，ZnPd(四四) 獨立作用獨立作用 各單一化學物質(zhì)對機體作用的途徑、方式各單一化學物質(zhì)對機體作用的途徑、方式及其機制均不相同，聯(lián)合作用于某機體時，及其機制均不相同，聯(lián)合作用于某機體時，在機體內(nèi)的作用互不影響。但常出現(xiàn)在一種在機體內(nèi)的作用互不影響。但常出現(xiàn)在一種有毒物質(zhì)作用后使機體的抵抗力下降，而使有毒物質(zhì)作用后使機體的抵抗力下降，而使另一種毒物再作用時毒性明顯增強。另一種毒物再作用時毒性明顯增強。作用公式為作用公式為: :M MM1+M2(1M1+M2(1M1)M1)或或M Ml l(1(1M1)(1M1)(1M2)M2)。 七、土壤的性質(zhì)影響七、土壤的性質(zhì)影響3 3、金屬離子形成有機鰲合物后，植物對它們的吸收主、金屬離子形成有機鰲合物后，植物對它們的吸收主要取決于所形成整合物的溶解性要取決于所形成整合物的溶解性。 腐殖質(zhì)與鉛等重金屈結(jié)合，主要是因為腐館酸含有活性腐殖質(zhì)與鉛等重金屈結(jié)合，主