最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件

環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響1

Caswell（1996）：一個水平上發(fā)生的過程的機制來自其下一級，而這個過程的結(jié)果又在它上一級水平得到體現(xiàn)。Jagoe（1996）：所有毒性效應都開始于與生物分子的相互作用。Newman（2003）：如果存在多種污染物，生化上的改變可以為究竟哪一種污染物產(chǎn)生了效應提供有價值的線索。

生化反應：結(jié)構(gòu)改變，形成新化合物，不可逆。 分子作用：結(jié)合，改變功能，多數(shù)可逆。 防護性反應：免疫（過敏反應）、應激（急）反應 非防護性反應：不能自我調(diào)節(jié)；過量的情況

第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應Caswell（1996）：一個水平上發(fā)生的過程的機制來2最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件3最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件4最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件5最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件6最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件7最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件8第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應

2、與蛋白質(zhì)（酶）結(jié)合蛋白質(zhì)中許多氨基酸帶有的活性基團與污染物結(jié)合，導致蛋白質(zhì)化學損傷。此外，還可以誘導一些功能蛋白的產(chǎn)生，如產(chǎn)生應激蛋白和金屬硫蛋白。這些蛋白可以保護生物機體抵抗污染物的損害，是防護性生化反應。

金屬硫（巰）蛋白：位于胞液內(nèi)的低分子蛋白，半胱氨酸（巰基）含量極高，對熱穩(wěn)定，金屬含量高?？杀籆d,Cu,Zn,Hg,Co,Ni,Bi,Ag所誘導。

第一節(jié)污染物在生物化學和分

9第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應

2、對脫氧核糖核酸（DNA）的影響外源化合物與DNA相互作用及產(chǎn)生突變的過程（四個階段）：修復（改變）破壞被固定

DNA加合物DNA突變第一節(jié)污染物在生物化學和分

10第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響一、對細胞的影響

表現(xiàn)為對細胞結(jié)構(gòu)和功能的改變1、對細胞膜的影響：脂質(zhì)過氧化（通透性、離子泵）2、對細胞器的影響a、線粒體：膜系統(tǒng)損傷，嵴減少、變小b、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：破壞膜結(jié)構(gòu)，核 糖體脫落

3、壞死（necrosis)：疾病或損傷引起的細胞死亡。（個體死亡稱為身體死亡somaticdeath）

第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響一、11第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響二、對組織器官的影響

1、靶器官污染物進入機體后，只對部分器官產(chǎn)生毒作用，這些器官稱為靶器官。*經(jīng)積累最先達到效應閾值的器官。2、對組織器官的影響表現(xiàn)效應的器官：可以是多器官，含受體，或間接作用。

蓄積器官：污染物積累量（濃度）高于其他器官。

第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響二、對組織器官12第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響

3、炎癥（inflammation）：熱、紅、腫、痛熱：與變溫動物無關(guān)。紅：只與紅色血液動物有關(guān)。受損區(qū)域的血管膨脹，增加該區(qū)域的血液流量，導致紅和熱。腫：血液中液體經(jīng)血管壁流入發(fā)炎組織的結(jié)果。痛：組織腫脹的壓力所造成。白血球（中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞）可離開血管進入受損組織，這也可以指示炎癥。

第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響3、炎13第三節(jié)污染物在個體水平上的影響一、死亡

在污染物一定劑量或濃度作用下，引起動物的死亡，這樣的劑量或濃度稱為致死劑量或致死濃度。二、對行為的影響

1、回避行為2、捕食行為3、警惕行為4、其它行為

第三節(jié)污染物在個體水平上的影響一、死亡14第三節(jié)污染物在個體水平上的影響三、對繁殖的影響

1、蛋殼的厚薄指數(shù)：一個評價污染物對鳥類繁殖影響的敏感指標。2、環(huán)境激素（內(nèi)分泌干擾）四、對生長和發(fā)育的影響 影響攝食和生理代謝，消耗能量五、（Selye）應激：在一個生物系統(tǒng)中，由所有非特異性的、誘導出來的變化組成的綜合癥（Selye，1956）。應激是在應激源的影響下，身體試圖重新建立或保持內(nèi)穩(wěn)態(tài)的一組特殊的變化（Adams,1990）?？煞譃?個階段：警覺反應期、適應或抵抗期、衰竭期。

第三節(jié)污染物在個體水平上的影響三、對繁殖的影響15第四節(jié)污染物對種群和群落的影響一、對生物種群的影響

種群：具有空間特征、數(shù)量特征、遺傳特征種群密度：單位面積或單位空間內(nèi)的個體數(shù)量。1.數(shù)量(密度)： a.敏感物種(抗性差)，數(shù)量下降。b.耐性物種(抗性強)，有波動，但能保持。c.機會物種(往往是不需要的)，數(shù)量上升。

第四節(jié)污染物對種群和群落的影響一、對生物種群的16第四節(jié)污染物對種群和群落的影響

物種競爭能力： K-選擇者：種群穩(wěn)定，圍繞K值波動。出生力低，壽命長，個體大。 （天敵） r-選擇者：機會種，與K-選擇者相反。（害蟲） 中間類型： r-K在自然界是一個連續(xù)系統(tǒng)，長期進化適應的結(jié)果第四節(jié)污染物對種群和群落的影響物種競爭能17第四節(jié)污染物對種群和群落的影響

2.結(jié)構(gòu)：a.年齡（幼體死亡，繁殖率下降）b.性別比例（環(huán)境激素作用）3.遺傳結(jié)構(gòu)：基因多樣性下降、遺傳缺陷4.競爭關(guān)系：種內(nèi)（空間、食物） 種間（食物網(wǎng)關(guān)系、生態(tài)位）

生態(tài)位（niche）：一個生物單位（個體、種群或物種）生存條件的總集合體?！斑m應性的總和”，“生物在群落和生態(tài)系統(tǒng)中的位置和狀況”。5.對寄生影響：刺激、抑制、無作用第四節(jié)污染物對種群和群落的影響218第四節(jié)污染物對種群和群落的影響二、生物的適應機制

1.抗性：短期適應（耐性） 外部排斥：回避、拒絕吸收 內(nèi)部忍耐：結(jié)合固定、代謝、蓄積 2.適應與微進化：（種內(nèi)的分化－物種改變） 多樣性下降：三個水平（基因、物種、生態(tài)） 對污染的適應：形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理、遺傳 適應的代價：生態(tài)、生理、進化

第四節(jié)污染物對種群和群落的影響二、生物的適應機制19第四節(jié)污染物對種群和群落的影響三、對群落的影響：結(jié)構(gòu)、生物量、生態(tài)價值

1.優(yōu)勢種2.生物量3.生物多樣性：生態(tài)穩(wěn)定性、異質(zhì)性（時間、空間）、生物完整性（多個指標的綜合）

第四節(jié)污染物對種群和群落的影響三、對群落的影響20第四節(jié)污染物對種群和群落的影響四、對受損系統(tǒng)的分析：

1.干擾的強度：量－效關(guān)系，環(huán)境質(zhì)量評價2.影響范圍和規(guī)模：局部、小干擾的刺激作用3.

作用速度和干擾頻度 4.干擾持續(xù)的時間和干擾發(fā)生的時刻第四節(jié)污染物對種群和群落的影響四、對受損系統(tǒng)的21第四節(jié)污染物對種群和群落的影響五、生物與受損環(huán)境的相互關(guān)系：

1.環(huán)境因子的綜合作用：各因子之間的關(guān)系2.主導因子（人能控制的因子）3.

累積效應：量變－質(zhì)變 4.放大效應：未知因素的作用 5.滯后效應：長期影響 6.適應組合：自我調(diào)節(jié)與協(xié)同變化第四節(jié)污染物對種群和群落的影響五、生物與受損環(huán)22第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用

一、研究聯(lián)合作用的主要領(lǐng)域 1.生態(tài)與健康風險評價 2.實驗與分析模型 3.危害早期檢測方法 4.發(fā)生機理 5.流行病學調(diào)查研究 6.綜合性指標

第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用23第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用二、定性概念：可發(fā)生在毒效應過程中的任何階段， 暴露階段、動力學階段、效應（作用）階段 化學作用和生物學作用 劑量與次序 類型： 獨立作用 相加作用 協(xié)同作用（增強作用） 拮抗作用第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用二、定性概念24第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用

三、定性模型： 毒性單位的概念：TU=D

/ED

D：試驗所用劑量；ED：某一效應劑量（標準） 結(jié)果的表達：簡單比較、等效線圖

四、測定方法（定量研究）： R=預期值/實測值（假設(shè)為簡單相加,R＝1） R<0.4（0.57）拮抗 R>2.5（1.75） 協(xié)同 0.4<R<2.5相加（多數(shù)為部分相加）第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用 三、定性模型：25第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用

毒物A劑量（活性物質(zhì)）非競爭性拮抗競爭性或化學性拮抗功能或生理性拮抗獨立作用協(xié)同作用化合物B劑量（非活性物質(zhì)）第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用 毒物A劑量（活性26第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用

拮抗作用獨立作用部分相加作用相加作用協(xié)同作用化合物A劑量化合物B劑量第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用 拮抗作用獨立作用27階段思考題：作業(yè)1。污染物的化學和物理特性是如何影響他們在環(huán)境中的遷移、滯留、分布和歸趨的？2。生物如何減少和避免污染物危害導致的損傷性作用？階段思考題：作業(yè)1。污染物的化學和物理特性是如何影響他們在環(huán)28最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件29環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響30

Caswell（1996）：一個水平上發(fā)生的過程的機制來自其下一級，而這個過程的結(jié)果又在它上一級水平得到體現(xiàn)。Jagoe（1996）：所有毒性效應都開始于與生物分子的相互作用。Newman（2003）：如果存在多種污染物，生化上的改變可以為究竟哪一種污染物產(chǎn)生了效應提供有價值的線索。

生化反應：結(jié)構(gòu)改變，形成新化合物，不可逆。 分子作用：結(jié)合，改變功能，多數(shù)可逆。 防護性反應：免疫（過敏反應）、應激（急）反應 非防護性反應：不能自我調(diào)節(jié)；過量的情況

第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應Caswell（1996）：一個水平上發(fā)生的過程的機制來31最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件32最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件33最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件34最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件35最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件36最新環(huán)境生物學南開大學第三章污染物對生物的影響課件37第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應

2、與蛋白質(zhì)（酶）結(jié)合蛋白質(zhì)中許多氨基酸帶有的活性基團與污染物結(jié)合，導致蛋白質(zhì)化學損傷。此外，還可以誘導一些功能蛋白的產(chǎn)生，如產(chǎn)生應激蛋白和金屬硫蛋白。這些蛋白可以保護生物機體抵抗污染物的損害，是防護性生化反應。

金屬硫（巰）蛋白：位于胞液內(nèi)的低分子蛋白，半胱氨酸（巰基）含量極高，對熱穩(wěn)定，金屬含量高?？杀籆d,Cu,Zn,Hg,Co,Ni,Bi,Ag所誘導。

第一節(jié)污染物在生物化學和分

38第一節(jié)污染物在生物化學和分

水平上的影響生化反應

2、對脫氧核糖核酸（DNA）的影響外源化合物與DNA相互作用及產(chǎn)生突變的過程（四個階段）：修復（改變）破壞被固定

DNA加合物DNA突變第一節(jié)污染物在生物化學和分

39第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響一、對細胞的影響

表現(xiàn)為對細胞結(jié)構(gòu)和功能的改變1、對細胞膜的影響：脂質(zhì)過氧化（通透性、離子泵）2、對細胞器的影響a、線粒體：膜系統(tǒng)損傷，嵴減少、變小b、光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：破壞膜結(jié)構(gòu)，核 糖體脫落

3、壞死（necrosis)：疾病或損傷引起的細胞死亡。（個體死亡稱為身體死亡somaticdeath）

第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響一、40第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響二、對組織器官的影響

1、靶器官污染物進入機體后，只對部分器官產(chǎn)生毒作用，這些器官稱為靶器官。*經(jīng)積累最先達到效應閾值的器官。2、對組織器官的影響表現(xiàn)效應的器官：可以是多器官，含受體，或間接作用。

蓄積器官：污染物積累量（濃度）高于其他器官。

第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響二、對組織器官41第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響

3、炎癥（inflammation）：熱、紅、腫、痛熱：與變溫動物無關(guān)。紅：只與紅色血液動物有關(guān)。受損區(qū)域的血管膨脹，增加該區(qū)域的血液流量，導致紅和熱。腫：血液中液體經(jīng)血管壁流入發(fā)炎組織的結(jié)果。痛：組織腫脹的壓力所造成。白血球（中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞）可離開血管進入受損組織，這也可以指示炎癥。

第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響3、炎42第三節(jié)污染物在個體水平上的影響一、死亡

在污染物一定劑量或濃度作用下，引起動物的死亡，這樣的劑量或濃度稱為致死劑量或致死濃度。二、對行為的影響

1、回避行為2、捕食行為3、警惕行為4、其它行為

第三節(jié)污染物在個體水平上的影響一、死亡43第三節(jié)污染物在個體水平上的影響三、對繁殖的影響

1、蛋殼的厚薄指數(shù)：一個評價污染物對鳥類繁殖影響的敏感指標。2、環(huán)境激素（內(nèi)分泌干擾）四、對生長和發(fā)育的影響 影響攝食和生理代謝，消耗能量五、（Selye）應激：在一個生物系統(tǒng)中，由所有非特異性的、誘導出來的變化組成的綜合癥（Selye，1956）。應激是在應激源的影響下，身體試圖重新建立或保持內(nèi)穩(wěn)態(tài)的一組特殊的變化（Adams,1990）?？煞譃?個階段：警覺反應期、適應或抵抗期、衰竭期。

第三節(jié)污染物在個體水平上的影響三、對繁殖的影響44第四節(jié)污染物對種群和群落的影響一、對生物種群的影響

種群：具有空間特征、數(shù)量特征、遺傳特征種群密度：單位面積或單位空間內(nèi)的個體數(shù)量。1.數(shù)量(密度)： a.敏感物種(抗性差)，數(shù)量下降。b.耐性物種(抗性強)，有波動，但能保持。c.機會物種(往往是不需要的)，數(shù)量上升。

第四節(jié)污染物對種群和群落的影響一、對生物種群的45第四節(jié)污染物對種群和群落的影響

物種競爭能力： K-選擇者：種群穩(wěn)定，圍繞K值波動。出生力低，壽命長，個體大。 （天敵） r-選擇者：機會種，與K-選擇者相反。（害蟲） 中間類型： r-K在自然界是一個連續(xù)系統(tǒng)，長期進化適應的結(jié)果第四節(jié)污染物對種群和群落的影響物種競爭能46第四節(jié)污染物對種群和群落的影響

2.結(jié)構(gòu)：a.年齡（幼體死亡，繁殖率下降）b.性別比例（環(huán)境激素作用）3.遺傳結(jié)構(gòu)：基因多樣性下降、遺傳缺陷4.競爭關(guān)系：種內(nèi)（空間、食物） 種間（食物網(wǎng)關(guān)系、生態(tài)位）

生態(tài)位（niche）：一個生物單位（個體、種群或物種）生存條件的總集合體。“適應性的總和”，“生物在群落和生態(tài)系統(tǒng)中的位置和狀況”。5.對寄生影響：刺激、抑制、無作用第四節(jié)污染物對種群和群落的影響247第四節(jié)污染物對種群和群落的影響二、生物的適應機制

1.抗性：短期適應（耐性） 外部排斥：回避、拒絕吸收 內(nèi)部忍耐：結(jié)合固定、代謝、蓄積 2.適應與微進化：（種內(nèi)的分化－物種改變） 多樣性下降：三個水平（基因、物種、生態(tài)） 對污染的適應：形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理、遺傳 適應的代價：生態(tài)、生理、進化

第四節(jié)污染物對種群和群落的影響二、生物的適應機制48第四節(jié)污染物對種群和群落的影響三、對群落的影響：結(jié)構(gòu)、生物量、生態(tài)價值

1.優(yōu)勢種2.生物量3.生物多樣性：生態(tài)穩(wěn)定性、異質(zhì)性（時間、空間）、生物完整性（多個指標的綜合）

第四節(jié)污染物對種群和群落的影響三、對群落的影響49第四節(jié)污染物對種群和群落的影響四、對受損系統(tǒng)的分析：

1.干擾的強度：量－效關(guān)系，環(huán)境質(zhì)量評價2.影響范圍和規(guī)模：局部、小干擾的刺激作用3.

作用速度和干擾頻度 4.干擾持續(xù)的時間和干擾發(fā)生的時刻第四節(jié)污染物對種群和群落的影響四、對受損系統(tǒng)的50第四節(jié)污染物對種群和群落的影響五、生物與受損環(huán)境的相互關(guān)系：

1.環(huán)境因子的綜合作用：各因子之間的關(guān)系2.主導因子（人能控制的因子）3.

累積效應：量變－質(zhì)變 4.放大效應：未知因素的作用 5.滯后效應：長期影響 6.適應組合：自我調(diào)節(jié)與協(xié)同變化第四節(jié)污染物對種群和群落的影響