污染生態(tài)學(xué)三、四章習(xí)題分析

1、污染生態(tài)學(xué)三、四章作業(yè)1、簡述生物對污染物的吸收，富集和污染物對生物毒害的關(guān)系。第一，生物對污染物的吸收- 生物對污染物的富集- 污染物對生物的毒害作用，總的來說是這樣一個過程。第二，生物對污染物的吸收。（ 1）植物，葉片氣孔對大氣污染物的粘附和吸收；植物的根和葉對水溶性的污染物的吸收。（ 2）動物，通過呼吸道、消化道、皮膚等途徑將少量的污染物吸收，通過體內(nèi)肺泡的吞噬，腸道粘膜的吸收等。（ 3）微生物， 吸收污染物的主要方式是沉淀作用和絡(luò)合作用，將有毒的污染物轉(zhuǎn)化為微毒害或無毒化合物。第三，在吸收的基礎(chǔ)上，當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量無法轉(zhuǎn)化時就會富集。（1）生物體內(nèi)凡是能與污染物形成穩(wěn)定結(jié)合的物質(zhì)，都能增

2、加生物富集，從而消除或緩解毒害作用。 （ 2） 不同器官對污染物的富集有很大差異，不同物種對污染物的吸收積累狀況也不同。（3）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)，同時也受作用時間的影響。（4）生物體內(nèi)對污染物的富集作用是隨著食物鏈的營養(yǎng)級的增加，富集量逐漸增多，污染物在體內(nèi)的含量也就越來越多。第四，污染物對生物的毒害作用必須建立在生物體吸收和富集污染物的基礎(chǔ)上。2、污染物對生物的生理化毒害與遺傳（特別是DNA）毒害之間有何關(guān)系？（ 1）對植物生理化的影響污染物影響細(xì)胞膜的透性，從而影響植物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收污染物影響植物的光合作用重金屬中的鎘對呼吸作用干擾對呼吸酶的活性干擾污染物

3、對蒸騰作用有明顯影響鋅對吲哚乙酸有明顯的抑制作用使其活性降低污染物對植物的化學(xué)成分有明顯的變化（ 2）污染物對遺傳物質(zhì)的毒害細(xì)胞分裂和染色體的影響：大麥根尖經(jīng)Hg2+、 Cd2+、和Pd2+處理后，在所有濃度范圍內(nèi)一直表現(xiàn)出對細(xì)胞分裂的抑制表現(xiàn)為細(xì)胞有絲分裂指數(shù)不同程度下降。重金屬對根生長的抑制主要是由于抑制了細(xì)胞的有絲分裂。有絲分裂異常，染色體畸變：斷裂、粘聯(lián)含鎘種子萌發(fā)時，根尖細(xì)胞有絲分裂頻率隨著種子中鎘積累的增加而下降。根尖細(xì)胞有絲分裂頻率降低，表現(xiàn)為胚根生長緩慢或停止。有絲分裂頻率降低原因，可能是鎘的積累破壞了細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，抑制了DNA 和 RNA 的合成。對植物開花和雌雄生殖器官發(fā)育

4、影響最大。如5.4ug/m3會使花托畸變。4.18，4.28 ug/m3就會使雌蕊和雄蕊的74和11發(fā)生畸變。之間的關(guān)系：長期的生理化污染使其的遺傳物質(zhì)或者是遺傳方式發(fā)生改變，這是量變導(dǎo)致質(zhì)變。3、金屬哪些特征對生物產(chǎn)生的毒害程度起重要作用，為什么？. 離子化電壓越高，對生物潛在的毒性就超大。因為離子化電壓的值是以物質(zhì)在神經(jīng)調(diào)節(jié)的作用下，能否通過細(xì)胞膜作為標(biāo)準(zhǔn)。如35v的鋁、鎵等3價金屬進(jìn)入細(xì)胞時受到細(xì)胞膜的嚴(yán)密調(diào)控和控制；汞、 鎘、 鋅之所以容易進(jìn)入機(jī)體是由于有910v的高電壓；貴金屬氣體則有1124v高壓，能自由出入機(jī)體。. 越是沸點低的金屬越易發(fā)生彌散；同時金屬沸點越低，與一般有機(jī)物的沸

5、點差就越小，它們相互間作用的可能性就越大。因為按照Tranton 的法則， 以蒸發(fā)潛力熱表示化合物的凝聚力，即越是沸點低的金屬，其凝聚力越小，每個分子和原子都易于分離。為了使金屬進(jìn)入機(jī)體或與機(jī)體發(fā)生反應(yīng)，首先要使分子或原子進(jìn)行彌散。. 離子的毒性和離子的價數(shù)有關(guān)。金屬陽離子的偶數(shù)價離子對機(jī)體的親和性高，奇數(shù)價的親和性則相對較低，陰離子正相反。尤其是3價陽離子在正常的生理狀態(tài)下易被排出體外4、化學(xué)元素間為什么會出現(xiàn)拮抗和協(xié)同關(guān)系？有哪些因素影響化學(xué)元素間拮抗和協(xié)同關(guān)系？（一）元素之間出現(xiàn)拮抗和協(xié)同的關(guān)系：（ 1）、兩元素之間由于直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生拮抗例如，As、 Hg、 Cd、 Ad 及 S

6、b 等對 Se 的拮抗， 其機(jī)制可能是重金屬與Se 反應(yīng)生成相應(yīng)的As?Se?、 HgSe、 CdSe等難解離的化合物，從而導(dǎo)致Se 的生物活性消失； 其表現(xiàn)為Se不能被生物吸收或含Se酶 （如谷胱甘肽過氧化物酶）中的Se被奪走，Se無法發(fā)揮生物活性作用。（ 2）、破壞金屬酶的輔基或金屬蛋白的蛋白質(zhì)活性基團(tuán)而產(chǎn)生拮抗某元素作用于金屬酶的輔基或金屬蛋白的蛋白質(zhì)活性基團(tuán)，使酶或蛋白質(zhì)受到破壞，從而實現(xiàn)對酶或蛋白質(zhì)中有益金屬元素的間接拮抗作用（ 3）、使金屬酶反應(yīng)體系受阻而產(chǎn)生拮抗由于某一元素的作用，使金屬酶反應(yīng)體系中的一環(huán)受阻，從而產(chǎn)生對另一元素的間接拮抗 如 Cu對 Mo的拮抗，它們在細(xì)胞里的相

7、互關(guān)系如圖1 從圖可見，含 Mo的脫氫酶（如黃嘌呤脫氫酶）使代謝物氧化并產(chǎn)生H?O?在正常情況下，H?O?在含 Fe 的過氧化氫酶的作用下，迅速分解為H?O和 O?，而當(dāng)存在過量Cu 時，便抑制過氧化氫酶，從而造成細(xì)胞內(nèi)H?O?的毒性積累根據(jù)誘導(dǎo)和抑制理論，過剩的過氧化氫將反過來抑制破壞含Mo的脫氫酶，從整體上看就造成Cu Mo 拮抗現(xiàn)象。（ 4）、相似原子結(jié)構(gòu)的元素在有機(jī)絡(luò)合物中相互取代而造成的拮抗在生物體中相似原子結(jié)構(gòu)的元素在有機(jī)絡(luò)合物中相互取代而造成的拮抗作用。（二）影響化學(xué)元素間拮抗和協(xié)同關(guān)系的因素在生物體中相似原子結(jié)構(gòu)的元素在有機(jī)絡(luò)合中互相取代而造成的拮抗作用，拮抗元素生成絡(luò)合物的配

8、位數(shù)、離子半徑、離子體積以及半徑比率等值都非常接近， 這就提供了它們之間相互取代的基本條件，所不同的只是它們的晶格能和電離勢差別較大，而正是這兩個常數(shù)的差別，決定了元素間生物拮抗能力的大小、晶格能和電離勢數(shù)值大，元素生成的絡(luò)合物就穩(wěn)定，就不易被晶格能、電離勢小的元素所取代；反之亦然。33、植物對污染物的代謝轉(zhuǎn)化作用5、舉例哪些有機(jī)污染物、重金屬及其他污染物對生物的毒害作用，如何防控這些污染物？（一）就拿動物來舉例說明這些污染物的毒害作用。（ 1）重金屬的毒害作用。重金屬元素能粘積在魚鰓的表面，造成魚鰓得上皮和粘液細(xì)胞的貧血和營養(yǎng)失調(diào)，從而能影響和破壞魚類的呼吸器官，導(dǎo)致呼吸功能減弱。（ 2）有

9、機(jī)污染物，主要是農(nóng)藥。 例如有機(jī)氯能使許多鳥類蛋殼變薄，降低了鳥類的繁殖速度，限制了鳥類的數(shù)量，甚至導(dǎo)Pb,Cd都能是魚類魚脊彎曲。（二）防控措施。（ 1）重金屬?？梢岳梦⑸锏某恋碜饔脤⑺恋硐聛恚纬蔁o機(jī)難溶的化合物；生物體內(nèi)富集的作用，將他積累下來；在生產(chǎn)源頭處，減少重金屬的使用和在使用后加強(qiáng)處理技術(shù)的改進(jìn)。（ 2）有機(jī)污染物。減少使用，利用科學(xué)技術(shù)減少污染物的使用；在使用后進(jìn)行無害處理，加強(qiáng)環(huán)保意識；利用植物和微生物合成一些五毒的有機(jī)化合物。（ 3）其他污染物。將污染物換成清潔環(huán)保的能源，加大法制力度，增強(qiáng)人們的意識。6、生物對污染物的抗性通過哪些途徑實現(xiàn)？答：一、植物的抗性機(jī)制1、

10、植物的避性植物有多種組織污染物進(jìn)入體內(nèi)的方法，如關(guān)閉氣孔，分泌有機(jī)質(zhì)，增厚植物外表皮等。2、植物對污染物的結(jié)合鈍化作用植物拒絕吸收污染物的保護(hù)作用并不是牢不可破的。但污染物進(jìn)入植物體內(nèi)以后， 還會遇到生物體其他的抵抗作用。抗性植物具有使進(jìn)入到體內(nèi)的污染物變成安全、 低毒的結(jié)合態(tài)的機(jī)制，使污染物不能達(dá)到敏感分子或器官，也不參加代謝， 正常的新陳代謝可免遭擾亂。細(xì)胞壁、 細(xì)胞膜和細(xì)胞中的其他成分均具有這種結(jié)合鈍化作用。雖然植物具有拒絕吸收、結(jié)合鈍化環(huán)境污染物的抗性機(jī)制，但在污染物濃度較高， 體內(nèi)的“結(jié)合座”達(dá)到飽和的情況下， 為了避免受害，植物對污染物的代謝轉(zhuǎn)化作用就變的必不可少了。不少外來有毒物

11、質(zhì)通過機(jī)體內(nèi)酶促反應(yīng)，可以轉(zhuǎn)化成低毒或無毒物質(zhì)，或轉(zhuǎn)化為水溶性物質(zhì)而利于排出體外，生物對外來毒物的這種防御機(jī)能稱為解毒作用。4、植物在污染物存在下改變代謝途徑、發(fā)生遺傳變異、降低污染物與靶分子的親和力改變代謝方式是生物抵抗環(huán)境污染物毒害的有效措施之一。例如，耐硒植物在硒脅迫下能夠改變蛋白質(zhì)的代謝方式，是其不受硒的干擾，保證植物正常生活。而不耐硒的植物因蛋白質(zhì)的正常合成受破壞而受害。5、植物對污染物及其代謝產(chǎn)物的排除作用環(huán)境中的污染物進(jìn)入生物體后，其排出作用主要有以下幾種：（1）生物體對污染物來說只是一個通道，污染物進(jìn)入體內(nèi)后不經(jīng)過任何轉(zhuǎn)化即排出體外。（2）污染物進(jìn)入體內(nèi)后很快與體內(nèi)物質(zhì)結(jié)合后排

12、出體外。（3）污染物經(jīng)過氧化、還原、水解后直接排出體外。（4）污染物經(jīng)過體內(nèi)氧化、還原、水解后再與其他物質(zhì)結(jié)合后排出體外。植物將污染物及其代謝物排出體外途徑很多，如活的植物對于金屬、類金屬的排出往往通過根系分泌作用，而氣態(tài)污染物可以通過葉面呼吸帶走，對于農(nóng)藥等有機(jī)軛合物則可以通過葉片或其他器官的衰老脫落而排出體外。6、植物的其他保護(hù)系統(tǒng)二、動物的抗性機(jī)制1、動物對污染物的避性動物對污染物的避性可以通過行為或生理的方式表現(xiàn)出來，通常毒物經(jīng)吸收后方能產(chǎn)生效應(yīng)。動物具有排斥環(huán)境中的污染物，使其不能進(jìn)入體內(nèi)的機(jī)制。但對于可以自由活動的動物來說，從行為上主動避開污染環(huán)境也是更為有效的措施。2、動物對污染

13、物的結(jié)合鈍化污染物可以經(jīng)消化道、消化管、皮膚和其他一些途徑進(jìn)入體內(nèi)。毒物在體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄過程的是一個極為復(fù)雜的過程，涉及許多屏障，其中之一是污染物在動物體內(nèi)經(jīng)多種方式被結(jié)合、固定下來，使其不能達(dá)到敏感位點（稱“靶細(xì)胞”或“靶組織”）。3、動物對污染物的分解轉(zhuǎn)化污染物進(jìn)入動物體后，在體內(nèi)經(jīng)過水解、氧化、 還原或加成等一系列代謝過程，改變其原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)，生理活性也相對減弱，加速了從體內(nèi)排泄的過程。通常， 轉(zhuǎn)化是將親脂的外源性污染物轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水物質(zhì)，以降低其通過細(xì)胞膜的能力，從而加速其排出。4、動物對污染物的排泄作用污染物及其代謝產(chǎn)物從動物體內(nèi)排出的主要途徑是經(jīng)過腎隨尿排出，其次是經(jīng)過

14、肝、 膽通過消化管隨糞便排出，也通過皮膚隨汗液排出。揮發(fā)性污染物及其代謝物可以通過呼吸道隨呼出氣體排出。三、微生物的抗性機(jī)制1、微生物對污染物的避性環(huán)境污染物對微生物各個部分都會受到不同程度的影響，而微生物則有避開污染物的能力，這取決于微生物的生理學(xué)、形態(tài)學(xué)和生態(tài)學(xué)特性。（ 1）形態(tài)學(xué)避性: 有些微生物具有莢膜，它是污染物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)最終要的屏障。生活于污染條件下、具有耐污性的微生物，其莢膜有增厚的趨勢，這就使它們在形態(tài)學(xué)上能夠避開對其生存和繁殖不利的環(huán)境污染物。（2） 生理學(xué)避性: 微生物在環(huán)境污染脅迫下，能夠從體內(nèi)分泌出某些具有絡(luò)合或分解轉(zhuǎn)化污染物能力的有機(jī)物質(zhì)，使污染物的移動性降低或極性改

15、變，從而不容易進(jìn)入微生物體內(nèi)。或者污染物在微生物分泌的胞外酶作用下，在體外就被分解轉(zhuǎn)化成無毒無害的物質(zhì)。2、微生物對污染物的分解轉(zhuǎn)化微生物對環(huán)境污染物的抗性途徑主要是分解和轉(zhuǎn)化，將它們轉(zhuǎn)變成為無毒害或低毒害作用的物質(zhì)，甚至將污染物作為營養(yǎng)或獲得能源的物質(zhì)。（ 1）微生物對金屬離子的轉(zhuǎn)化作用：環(huán)境中金屬離子長期存在的結(jié)果使自然中形成了一些特殊微生物，它們對有毒金屬離子具有抗性，可以使金屬離子發(fā)生轉(zhuǎn) 化。對微生物而言，這是一種很好的解毒作用。（ 2） 微生物對有機(jī)污染物的分解轉(zhuǎn)化作用：當(dāng)前已知的環(huán)境污染物達(dá)數(shù)十萬種，其中大部分是有機(jī)化合物。微生物能夠分解轉(zhuǎn)化這些物質(zhì)，降低污染物的生物毒性或使其毒性

16、完全消失。長期生活于污染環(huán)境中的微生物甚至對這些污染物產(chǎn)生了依賴性，它們以各種各樣的有機(jī)污染物為碳源或氮源。3、微生物對污染物的結(jié)合、鈍化作用在重金屬脅迫環(huán)境中，生物體內(nèi)普遍存在金屬硫蛋白、類金屬硫蛋白和重金屬螯合多肽。4、微生物對污染物的外排微生物除了分解、轉(zhuǎn)化污染物外，還能夠?qū)⑦M(jìn)入體內(nèi)的污染物排除體外。7、比較植物、動物、微生物對環(huán)境污染物抗性的異同。對環(huán)境污染物抗性的相同點植物動物微生物（一）對污染物的抗性機(jī)制都是外部排斥和內(nèi)部忍耐的綜合結(jié)果。一方面通過形態(tài)學(xué)機(jī)制、生理生化機(jī)制、生態(tài)學(xué)機(jī)制等將污染物擋于體外；另一方面通過結(jié)合固定、代謝解毒、分室作用等過程將污染物在體內(nèi)富集、解毒的過程。對

17、環(huán)境污染物抗性的不同點途徑植物動物微生物拒絕吸收 （避性）.不同氣態(tài)污染物，通道是葉的氣孔和角質(zhì)層，主要是氣孔阻礙作用。.土壤污染物，植物的根際效應(yīng)行為和生理的方 式有皮膚，毛發(fā)阻擋主動避開的方式形態(tài)學(xué)（莢膜）生理上（沉淀作用，胞外絡(luò)合作用，細(xì)胞壁結(jié)合作用）結(jié)合鈍化作用通過細(xì)胞壁，細(xì)胞膜和細(xì)胞中的其他成分結(jié)合反應(yīng)（葡萄糖醛酸，硫酸，乙?；?，甲基化，甘氨?；?和谷胱谷肽的形成）轉(zhuǎn)錄蛋白 特異核苷酸識別排出體外根系分泌作用，葉面呼吸葉片或其他衰老器官脫落腎排泄，肝膽排泄，呼吸道排泄，其他途徑排泄（腸道，皮膚毛孔，汗液和唾液等）質(zhì)粒（結(jié)合蛋白）改變代謝途徑改變蛋白質(zhì)的代謝方式，利用酶其他途徑自由

18、基的清除； 誘導(dǎo)抗性物的產(chǎn)生8、如何理解生物對污染物的吸收、累積、解毒與抗性的關(guān)系？生物對污染物的抗性機(jī)制是外部排斥和內(nèi)部忍耐的綜合結(jié)果。生物處于污染脅迫條件下，一方面通過形態(tài)學(xué)機(jī)制、生理生化機(jī)制、生態(tài)學(xué)機(jī)制等將污染物阻擋于體外；另一方面通過結(jié)合固定、代謝解毒、分室作用等過程將污染物在體內(nèi)富集、解毒，這兩方面的綜合結(jié)果形成抗性。其中生物的解毒是抗性的基礎(chǔ)，解毒能力強(qiáng)的生物一般都具有較強(qiáng)的抗性，但解毒不是抗性的全部，抗性強(qiáng)的生物不一定解毒能力就強(qiáng)。毒物在機(jī)體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄過程是一個極為復(fù)雜的過程，涉及許多屏障、其中之一是污染物在動物體內(nèi)經(jīng)多種方式被結(jié)合、固定下來，使其不能達(dá)到敏感位點

19、（ 稱“靶細(xì)胞”或“靶組織”） ； 牡順是雙殼類淺海底棲動物。翁煥新 （1996） 研究了重金屬在牡蠣中的生物積累特性，發(fā)現(xiàn)重金屬在貝殼中的積累量很高。 這在一定程度上緩解了重金屬對牡煩機(jī)體的毒害。有些污染物進(jìn)入動物體內(nèi)后被固定在骨骼中。各種脂溶性有毒污染物進(jìn)入組織后，多數(shù)要與體內(nèi)的某些化合物或基團(tuán)結(jié)合，使毒性減低，極性和水溶性增加，從而可以迅速隨尿液或汗液排出體外。植物的抗性機(jī)制Macnair M R(1978) 參考了大量文獻(xiàn)后，將抗件途徑歸納為三個方面即：避性例如，植物可以防止重金屬進(jìn)入體內(nèi)；鰲合或代謝轉(zhuǎn)化進(jìn)入體內(nèi)的污染物，使其失去毒性；改變細(xì)胞的生理生化過程，使其對毒物的敏感性降低植物

20、對污染物及其代謝產(chǎn)物的排出作用生物體對污染物來說只是一個通道，污染物進(jìn)入體內(nèi)后不經(jīng)過任何轉(zhuǎn)化即排出體外。污染物進(jìn)入體內(nèi)后很快與體內(nèi)物質(zhì)結(jié)合后排出體外。污染物經(jīng)過氧化、還原、水解后直接排出體外。污染物經(jīng)過體內(nèi)氧化、還原、水解后再與其他物質(zhì)結(jié)合后排出體外。動物對污染物的分解轉(zhuǎn)化污染物進(jìn)入動物體后，在體內(nèi)經(jīng)過水解、氧化、還原或加成等一系列代謝過程，改變其原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)，生理活性也相對減弱，加速了從體內(nèi)排泄的過程。通常，轉(zhuǎn)化是將親脂的外源性污染物轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水物質(zhì)，以降低其通過細(xì)腦膜的能力，從而加速其排出。不少有機(jī)磷化合物主要以這種方式在體內(nèi)解毒。如敵百蟲或敵敵良等農(nóng)藥污染物進(jìn)入動物體內(nèi)后，尿中常有二甲基磷酸排出；對硫磷及其體內(nèi)的氧化物對氧磷，在水解時均產(chǎn)生對硝基酚，并由尿排出；樂果等含酰胺基的有機(jī)磷農(nóng)藥可經(jīng)酰胺酶水解而解毒。動物對污染物的排泄作用腎排泄肝膽排泄呼吸道排泄其他途徑排泄微生物對污染物的避 性 微生物形態(tài)學(xué)性避性- 莢膜 生理學(xué)避性1 沉淀作用，2胞外絡(luò)合作用，3 細(xì)胞壁結(jié)合作用微生物對污染物的分解轉(zhuǎn)化，微生物對污染物的外排：微生物除了分解、轉(zhuǎn)化污染物外，還能夠?qū)⑦M(jìn)入體內(nèi)的污染物排出體外。生物對環(huán)境中污染物吸收后，有些污染物會積累在生物體中，吸收和積累污染物是前提，而環(huán)境中各種各樣的污