第三章污染物對(duì)生物的影響

1第三章污染物對(duì)生物的影響2當(dāng)污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的組分、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生某些影響，稱為污染生態(tài)效應(yīng)。1）生物個(gè)體污染效應(yīng)指環(huán)境污染對(duì)生物的影響表現(xiàn)在生物個(gè)體層次上的反應(yīng)。2）生物群落污染效應(yīng)指環(huán)境污染在生物種群以上層次上的反應(yīng)。3）生態(tài)系統(tǒng)污染效應(yīng)指環(huán)境污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的影響。第一節(jié)污染物對(duì)生物的影響機(jī)制3污染物種類不同，生態(tài)系統(tǒng)與生物個(gè)體千差萬(wàn)別，使得污染物對(duì)生物的影響機(jī)制多種多樣。物理機(jī)制污染物質(zhì)可以在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)生滲濾、蒸發(fā)、凝聚、吸附、解吸、擴(kuò)散、沉降、放射性蛻變等多種物理過(guò)程，伴隨這些物理過(guò)程，生態(tài)系統(tǒng)的某些因子的物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，從而影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，導(dǎo)致各種生態(tài)效應(yīng)發(fā)生。比如：熱污染。42.化學(xué)機(jī)制

主要指化學(xué)污染物質(zhì)與生態(tài)系統(tǒng)中的無(wú)機(jī)環(huán)境各要素之間發(fā)生的化學(xué)作用，導(dǎo)致污染物的存在形式不斷發(fā)生變化，從而使其對(duì)生物的毒性及產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)隨之改變。如：重金屬的不同氧化態(tài)（亞砷酸鹽毒性高于砷酸鹽）；氧化還原電位和pH的不同（水稻對(duì)鎘的吸收隨pE的增加和pH的降低而增加），一些污染物的光化學(xué)過(guò)程，會(huì)造成不同的生態(tài)效應(yīng)。53.生物學(xué)機(jī)制——指污染物進(jìn)入生物體以后，對(duì)生物體的生長(zhǎng)、新陳代謝、生理生化過(guò)程所產(chǎn)生的各種影響。如對(duì)植物的細(xì)胞生育、組織分化以及植物體的吸收機(jī)能、光合作用、呼吸作用、蒸騰作用、反應(yīng)酶的活性、次生物質(zhì)代謝等過(guò)程的影響。生物體的累積、富集機(jī)制生物吸收、代謝、降解與轉(zhuǎn)化機(jī)制64.綜合機(jī)制

污染物進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，往往綜合了多種物理、化學(xué)和生物學(xué)的過(guò)程，并且往往是多種污染物共同作用，形成復(fù)合污染效應(yīng)。7(1)協(xié)同效應(yīng)——一種或多種污染物的毒性效應(yīng)因另一種污染物的存在而增加的現(xiàn)象。例如．混合功能氧化酶被胡椒基丁醚抑制，增加擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯的毒性，其毒性增加為60倍和200倍，這是因?yàn)楹坊∶岩种屏藬M除蟲菊酯和氨基甲酸酯的解毒系統(tǒng)，從而增加其毒性。又如，農(nóng)藥馬拉硫磷和苯硫磷，苯硫磷能抑制肝臟中降解馬拉硫磷的酯酶，使馬拉硫磷的降解受阻，毒性增強(qiáng)。8(2)加和效應(yīng)——多種污染物混合所產(chǎn)生的生物學(xué)作用強(qiáng)度等于其中各化學(xué)污染分別產(chǎn)生的作用強(qiáng)度的總和。在這種類型中，各化學(xué)物質(zhì)之間均可按比例取代另一種化學(xué)物質(zhì)。因此，當(dāng)化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)相近，性質(zhì)相似，靶器官相同或毒性作用機(jī)理相同時(shí)，其生物學(xué)效應(yīng)往往呈相加作用。例如，一定劑量的化學(xué)物質(zhì)A和B同時(shí)作用于機(jī)體，若A引起10％的動(dòng)物死亡，B引起40％動(dòng)物死亡，那么，根據(jù)相加作用，在100只動(dòng)物中將死亡50只，只存活50只如甲拌磷與乙酰甲胺磷；谷硫磷與苯硫磷（敵百蟲），丙烯腈和氰氫酸9(3)獨(dú)立作用效應(yīng)——多種化學(xué)污染物各自對(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒性作用的機(jī)理不同，互不影響。由于各種化學(xué)物質(zhì)對(duì)機(jī)體的侵入途徑、方式、作用的部位各不相同，因而所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)也彼此無(wú)關(guān)聯(lián)，各種化學(xué)物質(zhì)自然不能按比例相互取代，故獨(dú)立作用產(chǎn)生的總效往往低于相加作用，但不低于其中活性最強(qiáng)者。例如，化學(xué)物質(zhì)A和B分別引起10％和40％的死亡率，那么100只活的動(dòng)物中，經(jīng)A作用，尚存活90只，經(jīng)B作用后，死亡動(dòng)物應(yīng)為90*40％，即36只，故此時(shí)存活動(dòng)物為54只?？梢?，獨(dú)立作用與相加作用不同。如乙醇與氯乙烯：前者引起肝細(xì)胞的線粒體脂質(zhì)過(guò)氧化；而后者引起的是微粒體脂質(zhì)過(guò)氧化10(4)拮抗效應(yīng)——生態(tài)系統(tǒng)中的污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的毒性效應(yīng)因另一種污染物的存在而降低?；騼煞N化學(xué)污染物相互干擾，使混合物的生物作用或毒性作用的強(qiáng)度低于兩種化學(xué)污染物任何一種單獨(dú)輸入機(jī)體的強(qiáng)度。例如，在酸性條件下，鋁離子(A13+)對(duì)植物苗根具很高毒性，并能誘導(dǎo)過(guò)氧化物歧化酶(SOD)，當(dāng)加入一定量的鈣離子(Ca2+)后，大大降低了鋁離子的毒性，SOD活性顯著降低。因此，常常在酸雨地區(qū)的土壤中加入鈣，防治酸雨的危害。兩種化合物中一個(gè)可以激活另一化合物的代謝酶，使其毒性降低。如小鼠先給予苯巴比妥后，再經(jīng)口給以久效磷，使后者的LD50增加一倍以上，即久效磷的毒性降低。第二節(jié)

環(huán)境污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響

1.概述：環(huán)境污染對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的主要影響一是污染直接影響了物種的生存和發(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(jí)生產(chǎn)，從而使依托強(qiáng)大初級(jí)生產(chǎn)量才能建立起的各級(jí)消費(fèi)種群失去了足夠的物質(zhì)和能量支持，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能趨于簡(jiǎn)單化，自我調(diào)節(jié)能力下降。

污染對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的階段影響

污染作用的時(shí)期水平效應(yīng)程度可能的后果剛開始不明顯沒有低水平相對(duì)沒有影響生態(tài)系統(tǒng)可以作為污染物的貯存庫(kù)，并能同化處理污染物明顯毒害水平如果污染持續(xù)作用，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)植物的光和作用水平降低，敏感物種對(duì)昆蟲、真菌侵襲的抵抗能力降低生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)明顯受到影響；對(duì)外來(lái)不利環(huán)境因素的抵御能力降低污染作用增加并持續(xù)發(fā)展抗性種類代替了敏感種類。由于對(duì)傳粉生物的影響，很多異花授粉植物難以完成授粉作用生態(tài)系統(tǒng)保持原系統(tǒng)最低限度的結(jié)構(gòu)，但功能已不健全。如果污染停止，可以在一個(gè)世紀(jì)內(nèi)恢復(fù)其原有功能污染高強(qiáng)度持續(xù)作用大型植物基本全部死亡，有毒物質(zhì)在生物體內(nèi)大量積累生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變，生物地球化學(xué)循環(huán)難以進(jìn)行。如果污染停止，生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)需要很長(zhǎng)時(shí)間特別嚴(yán)重的高強(qiáng)度污染長(zhǎng)期持續(xù)作用除了細(xì)菌、藻類等高抗污染的種類，極少有其它生物可以生存生態(tài)系統(tǒng)萬(wàn)群解體。它的恢復(fù)需要的時(shí)間尺度要以地質(zhì)年代來(lái)計(jì)量二、結(jié)構(gòu)效應(yīng)在污染脅迫的作用下，很多生態(tài)系統(tǒng)的物種數(shù)量和分布發(fā)生顯著變化，部分物種的正常生理功能也會(huì)改變，從而對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化主要包括空間結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)變化。空間結(jié)構(gòu)變化是指生態(tài)系統(tǒng)水平和垂直上的變化，包括生物群落遷移，景觀破碎等。某些污染常常引起群落物種的大量消亡或更替，從而使原有的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的逆向演替。比較典型的就是森林生態(tài)系統(tǒng)，例如加拿大北部針葉林在二氧化硫污染作用下，大面積退化為草甸草原；北歐大面積針闊混交林在二氧化硫污染作用下退化為灌木草叢。二、結(jié)構(gòu)效應(yīng)我國(guó)內(nèi)蒙烏拉山林區(qū)演替趨勢(shì)據(jù)史料記載，距今一百多年以前這里曾密布著以油松、側(cè)柏等針葉樹為主的原始森林，林中植被繁茂。然而長(zhǎng)期以來(lái)由于人們的毀林開礦、超載放牧屢禁不止，特別是兩次較大的森林火災(zāi)，致使烏拉山林區(qū)生態(tài)系統(tǒng)整體發(fā)展態(tài)勢(shì)呈逆向演變趨勢(shì)。從烏拉山林場(chǎng)1982年和2002年的森林資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比來(lái)看，烏拉山林區(qū)林地面積2002年比1982年減少13.7%，年均減少0.7%；疏林地面積減少0.5%；灌木林面積減少27.4%，年均減少1.3%，而且現(xiàn)有天然林分質(zhì)量極差，針葉樹種所占比重減少，闊葉樹種所占比重增加，且林區(qū)內(nèi)80%以上的現(xiàn)存林分屬成過(guò)熟林，有的已成老殘林，森林資源質(zhì)量下降，數(shù)量減少，植被逐年退化和死亡。二、結(jié)構(gòu)效應(yīng)2.營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)變化是指生態(tài)系統(tǒng)中各生物成分間通過(guò)食物鏈和食物網(wǎng)發(fā)生直接和間接的聯(lián)系，保持著結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性；如果食物網(wǎng)中某一條食物鏈發(fā)生了障礙，就會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響生態(tài)系統(tǒng)功能。重金屬的污染常常導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)中的浮游植物的種類發(fā)生變化，這種變化會(huì)影響到植食性動(dòng)物群落的組成和結(jié)構(gòu)，甚至通過(guò)食物鏈導(dǎo)致更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的結(jié)構(gòu)變化。二、結(jié)構(gòu)效應(yīng)3.污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響除了直接毒性作用外，還可以通過(guò)影響種間關(guān)系而起作用，如捕食、寄生、共生以及競(jìng)爭(zhēng)等。例如，研究表明殺蟲劑不但能直接改變害蟲的種群結(jié)構(gòu)，還對(duì)其捕食性天敵的群落結(jié)構(gòu)造成影響。例如吡蟲啉、抗芽威和氧化樂果三種殺蟲劑降低了麥田亞蚜蟲種群的多樣性指數(shù)和均勻度，而且蚜蟲的捕食性天敵（瓢蟲類、食蚜蠅、草蛉和蜘蛛等）的多樣性指數(shù)也相應(yīng)下降。三、功能效應(yīng)1.污染對(duì)初級(jí)生產(chǎn)量的影響(森林、農(nóng)田)表3—5UV—B輻射對(duì)不同田間春小麥生物量及其分配的影響

三、功能效應(yīng)2.污染對(duì)食物鏈的影響物種間營(yíng)養(yǎng)相互關(guān)系直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)等過(guò)程的運(yùn)轉(zhuǎn)

環(huán)境污染往往會(huì)引起食物網(wǎng)簡(jiǎn)單化、食物鏈縮短或不完整，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)生產(chǎn)力降低、物質(zhì)循環(huán)速度下降或中斷、能量流動(dòng)不暢或效率下降，生態(tài)系統(tǒng)的平衡能力和自我調(diào)節(jié)能力降低。

三、功能效應(yīng)浮游動(dòng)物藻類二氧化碳食菌原生動(dòng)物細(xì)菌溶解有機(jī)碳異源碳圖3—11浮游生物群落食物網(wǎng)簡(jiǎn)圖（引自Havens，K.E.，1994）在牧食鏈中，藻類和多數(shù)浮游動(dòng)物消失，只有少量的取食小型浮游動(dòng)物和大型藻類的橈足類（Mesocyciops

edax）幸存下來(lái)在腐食食物鏈中，食菌的原生動(dòng)物如鞭毛蟲和纖毛蟲消失

除藻劑硫酸銅對(duì)自然浮游生物群落食物鏈的影響。食物鏈的破壞阻斷了微生物碳源向更高營(yíng)養(yǎng)劑傳遞。三、功能效應(yīng)一些化學(xué)污染物或重金屬在生態(tài)環(huán)境中的殘留會(huì)通過(guò)食物鏈和生物富集作用影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，危及人類健康。

三、功能效應(yīng)3.污染對(duì)物質(zhì)循環(huán)的影響在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中，污染物的介入會(huì)影響物質(zhì)循環(huán)的某些環(huán)節(jié)，如微生物種群結(jié)構(gòu)的變化，這必將導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的降低。如：重金屬對(duì)土壤微生物利用能源碳的影響。

三、功能效應(yīng)3.污染對(duì)物質(zhì)循環(huán)的影響

研究表明，多種污染物可以損害固氮菌的固氮作用。如一些除草劑在推薦濃度下會(huì)威脅固氮微生物的生存和影響固氮作用。在400mg/L（推薦濃度）的丙草胺和利谷隆作用下，大豆根瘤菌(Rhizobium

japonicum)的存活率分別下降了27.4%和57.8%；百草枯、苯胺靈和阿特拉津在正常使用劑量下也會(huì)抑制這類微生物的生長(zhǎng)。重金屬污染也會(huì)抑制固氮菌的作用，砷對(duì)土壤的固氮強(qiáng)度有抑制作用，當(dāng)投加到土壤中砷的含量多于30mg/kg時(shí)，固氮強(qiáng)度下降約50%。四、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系一種認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)的功能受到物種多樣性的影響或控制。MacArthur(1955)提出的多樣性-穩(wěn)定性假說(shuō)(diversity-stabilityhypothesis)。該假說(shuō)認(rèn)為物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性密切相關(guān)，直線并非表示穩(wěn)定性與多樣性之間呈嚴(yán)格的線性關(guān)系，它只表示穩(wěn)定性隨物種豐富度的上升而增加（圖3—14a.1）Ehrlich(1981)提出了鉚釘假說(shuō)(rivethypothesis)。該假說(shuō)認(rèn)為系統(tǒng)中所有物種對(duì)系統(tǒng)功能維持都具有雖然小但重要的作用，就像一架飛機(jī)上的一個(gè)個(gè)鉚釘。污染脅迫使個(gè)體和物種消失，其作用可以比擬為飛機(jī)失去鉚釘，每失去一個(gè)鉚釘，將相應(yīng)的削弱一份整體功能。隨著物種滅絕數(shù)量的增加，生態(tài)系統(tǒng)受損程度將逐漸加速地上升（圖3—14a.2）。圖3—14a的曲線3為冗余假說(shuō)。該假說(shuō)認(rèn)為對(duì)于一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，存在一個(gè)物種多樣性下限，這個(gè)下限是維持生態(tài)系統(tǒng)正常功能所必需的。當(dāng)系統(tǒng)的多樣性高于此下限時(shí)，物種數(shù)的增加或減少對(duì)系統(tǒng)功能沒有多少影響。當(dāng)污染使某些物種消失時(shí)，其他物種可以完成該消失物種的功能，因此，雖然生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性下降，但生態(tài)系統(tǒng)功能不受影響。圖3-14物種多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系a.1.多樣性-穩(wěn)定性假說(shuō);2.鉚釘假說(shuō);3.冗余假說(shuō);b.不確定假說(shuō)四、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系另一種認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)功能更多地是受到物種組成(物種的生物學(xué)特征)等因素的控制，在物種多樣性與系統(tǒng)功能之間可能不存在必然聯(lián)系或存在不確定關(guān)系。不確定假說(shuō)(hypothesis)是Lawton(1994)提出的(圖3—14b)。該假說(shuō)認(rèn)為是物種的屬性，而非物種豐富度，對(duì)系統(tǒng)功能起著關(guān)鍵的作用。所以當(dāng)系統(tǒng)中物種豐富度減小時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)功能可能會(huì)發(fā)生不可預(yù)料的變化，即物種豐富度與系統(tǒng)功能之間不存在簡(jiǎn)單的單調(diào)關(guān)系，或者說(shuō)存在不確定的關(guān)系。以滇池為例，20世紀(jì)70年代中期以后，隨著人為活動(dòng)的加劇，滇池湖水日益富營(yíng)養(yǎng)化，湖泊水質(zhì)惡化，導(dǎo)致水生植物群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和退化，原來(lái)的優(yōu)勢(shì)物種如海菜花、輪藻等已絕跡，范草、馬來(lái)眼子菜、苦草等已到瀕臨消失的邊緣，耐污種如鳳眼蓮、喜旱蓮子草和龍須眼子菜等大發(fā)展形成單優(yōu)勢(shì)群落。水生植物物種多樣性也大幅度下降，由原來(lái)的100余種減少到20余種，而藍(lán)藻“水華”也時(shí)有發(fā)生。第三節(jié)污染物在種群和群落水平的影響一、對(duì)生物種群的影響1.種群密度變化污染物可導(dǎo)致個(gè)體數(shù)量的減少，種群密度下降。如有毒污染物引起生物個(gè)體死亡率增加、繁殖率下降，最終導(dǎo)致種群密度下降。但污染物也能導(dǎo)致個(gè)體數(shù)量的增加和種群密度上升。典型例證：例如，農(nóng)藥的濫用造成天敵減少，容易引起害蟲大爆發(fā)湖泊中氮、磷元素大量增加，引起藻類暴長(zhǎng)，發(fā)生“水華”。除草劑西瑪津，使土壤中無(wú)脊椎動(dòng)物數(shù)目降低33~50%，在使用西瑪津3~4個(gè)月后，同未施藥的土壤比較，蚯蚓、雙翅目、鞘翅目幼蟲和螨等在數(shù)目上有顯著減少。一、對(duì)生物種群的影響2。污染物能影響種群的性別比例和年齡結(jié)構(gòu)例如，研究表明，31種類固醇激素(16種雄性激素和15種雌激素)可誘導(dǎo)9科34種雌雄異體魚類和6科13種雌雄同體魚類的性逆轉(zhuǎn)。又如英國(guó)的15個(gè)污水處理廠出水可使雄鯉魚中形成卵黃蛋白原，出現(xiàn)雌性化特征。大量研究表明魚類的早期生命階段(卵一幼魚)比成魚對(duì)污染物更敏感，種群年齡結(jié)構(gòu)趨于老化。3.遺傳結(jié)構(gòu)的變化化學(xué)污染物通過(guò)引起遺傳突變和非遺傳性的毒性作用使種群的數(shù)量減少。如：樺尺鑊19世紀(jì)時(shí)，環(huán)境沒有受到污染前樺尺蠖是淺色的，淺色型樺尺蠖與環(huán)境色彩一致，不易被鳥類所捕食，而黑色個(gè)體型在淺色環(huán)境中容易被鳥類所發(fā)現(xiàn)而被淘汰。當(dāng)環(huán)境發(fā)生了變化時(shí)，黑色個(gè)體型在污染成黑色的樹皮上不易暴露而生存，導(dǎo)致該基因頻率升高。這說(shuō)明環(huán)境的變化導(dǎo)致了遺傳結(jié)構(gòu)的改變，使種群的基因頻率發(fā)生了定向的變異。

一、對(duì)生物種群的影響二、對(duì)生物群落的影響

群落是指在一定時(shí)間內(nèi)，居住在一定區(qū)域或生境內(nèi)的各種生物種群相互關(guān)聯(lián)、相互影響的有規(guī)律的一種結(jié)構(gòu)單元。污染物可導(dǎo)致群落組成和結(jié)構(gòu)的改變，包括優(yōu)勢(shì)種變化、生物量、豐度、種的多樣性等等

1.優(yōu)勢(shì)種在群落中優(yōu)勢(shì)度大的即為群落優(yōu)勢(shì)種，它在群落功能中占重要的位置。群落中物種優(yōu)勢(shì)度通過(guò)物種的密度、蓋度、頻度和生產(chǎn)量來(lái)反映。

圖3—10蓋草能污染農(nóng)田土壤動(dòng)物優(yōu)勢(shì)類群的垂直變化(線蟲和彈尾)注：01,02,03是指樣地號(hào)(施藥前一天、施藥后一天和施藥后十天).A是指土壤0-10cm層；B10-20cm；C20-30cm；D30-40cm.2.耐污種是指只在某一污染條件下生存的物種。如顫蚓、蜂蠅幼蟲等僅在有機(jī)物豐富的水體中生活，繁衍。這類生物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與機(jī)能，適于在低氧條件下生活。顫蚓頭部鉆在污泥中攝食，尾部露在污水中不停擺動(dòng)進(jìn)行呼吸；蜂蠅幼蟲具有長(zhǎng)的尾巴露在水表面，通過(guò)尾部的氣管進(jìn)行呼吸活動(dòng)。

3.敏感種指對(duì)環(huán)境條件變化反應(yīng)敏感的物種。這類生物對(duì)環(huán)境因素的適應(yīng)范圍比較狹窄，環(huán)境條件稍有變化即不能忍受而死亡。如大型水生無(wú)脊椎動(dòng)物中石蠅椎蟲、石蠶蛾幼蟲和蜉蝣稚蟲等都喜在清潔的水體中生恬，一旦水體受污染、溶解氧不足時(shí)就不能生存。圖1乙草胺對(duì)不同營(yíng)養(yǎng)類型線蟲密度的影響Fig.1TheEffectoftheAcetochlor

ontheNumberofDifferentTrophicGroupsNematode隨著時(shí)間的推移食細(xì)菌線蟲的密度變化不大，對(duì)環(huán)境抗干擾和恢復(fù)能力較強(qiáng)，線蟲群落總數(shù)的減少主要是由于植食性線蟲、食真菌線蟲、捕食/雜食性線蟲密度的減少引起的，食真菌線蟲、捕食/雜食性線蟲兩類線蟲對(duì)乙草胺污染較為敏感。農(nóng)藥和重金屬對(duì)土壤自由線蟲營(yíng)養(yǎng)類群和群落指數(shù)的影響4.對(duì)群落組成和結(jié)構(gòu)改變一般是耐污種在污染環(huán)境中增多而敏感種逐漸消失，狹污性種群被廣污性種群所代替，群落組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變例如，在嚴(yán)重污染的第二松花江的哈達(dá)灣江段，1982年研究結(jié)果表明，喜污性的普通等片藻代替了喜清水性的顆粒直鏈藻，并出現(xiàn)了耐污種泥污顫藻，耐污性的綠眼蟲代替了清水性的浮游動(dòng)物，還出現(xiàn)了耐污性的萼花臂尾輪蟲和壺狀臂尾輪蟲，同時(shí)魚類區(qū)系也發(fā)生了變化。4.對(duì)群落組成和結(jié)構(gòu)改變污染物可導(dǎo)致群落的優(yōu)勢(shì)種變化，從而影響群落的組成和結(jié)構(gòu)。增溫前增溫后浮游植物硅藻門的直鏈藻、金藻門的錐節(jié)藻藍(lán)、綠藻夏季為銅綠微囊藻和水花束絲尊；浮游動(dòng)物象鼻蚤和劍水蚤底棲動(dòng)物搖蚊幼蟲、大型螺蚌數(shù)量多，寡毛類數(shù)量很少大型蚌類減少，而小型螺數(shù)量增加，蜉蝣目幼蟲消失魚類以鯉鯽魚為優(yōu)勢(shì)種。鯽魚數(shù)量銳減，被小型的雜魚所代替5.對(duì)群落物種多樣性的影響春甘藍(lán)化防田與自控田節(jié)肢動(dòng)物群落特征指數(shù)比較

6.對(duì)群落演替的影響如武漢東湖由于受富營(yíng)養(yǎng)化的影響，湖中的植物由草型轉(zhuǎn)變?yōu)樵逍?湖底退化為次生裸地。再如農(nóng)田連續(xù)使用農(nóng)藥，改變了農(nóng)田的群落結(jié)構(gòu)。吳競(jìng)侖（2006）研究表明，連續(xù)4年施用7種不同的除草劑，影響了雜草群落的演替過(guò)程，雜草優(yōu)勢(shì)種群發(fā)生了明顯變化。連續(xù)施用異丙草胺、乙草胺和苯噻酰草胺等三種單劑處理，稗草的優(yōu)勢(shì)度值下降，主要闊葉類雜草、一年生莎草科雜草和多年生水莎草優(yōu)勢(shì)度值均高于對(duì)照區(qū)，而施用磺酰脲類的芐嘧磺隆處理的結(jié)果則與它們相反。第四節(jié)污染物在個(gè)體水平上的影響污染物對(duì)生物個(gè)體水平的影響對(duì)動(dòng)物的影響：死亡、行為改變、繁殖下降、生長(zhǎng)和發(fā)育抑制、疾病敏感性增加和代謝速率變化對(duì)植物的影響：生長(zhǎng)減慢、發(fā)育受阻、失綠黃化、早衰等一、死亡

在一定的劑量或濃度作用下，污染物能引起動(dòng)物死亡，這樣的劑量或濃度被稱為致死劑量或致死濃度。銅引起50％水生生物死亡的濃度范圍：枝角類為5～300ug/l軟體動(dòng)物為40～9000ug/l。汞引起這兩類生物50%死亡的濃度范圍：枝角類為0.02～40ug/l軟體動(dòng)物為90～2000ug/l。

一、死亡主要的影響因素有：污染物的種類及其物理化學(xué)性質(zhì)生物種類污染物作用的時(shí)間例子：鎳在96小時(shí)引起剛孵化出的鯉魚苗死亡的濃度為6.10mg/l，而對(duì)體長(zhǎng)4～5cm的幼魚為35.0mg/L溫度增高會(huì)增加污染物的致死效應(yīng)；氮在堿性條件形成非離子氨(NH3)對(duì)生物致死效應(yīng)明顯，而在酸性條件下形成銨離子，對(duì)水生生物則無(wú)明顯毒害。

水質(zhì)條件（水溫、pH、硬度和溶解氧）多種污染物的綜合作用二、對(duì)行為的影響(一)對(duì)水生生物行為的影響當(dāng)一種污染物或其他因素(如溫度、光照、輻射)使得動(dòng)物一種行為改變超過(guò)正常變化的范圍時(shí)，就產(chǎn)生了行為毒性(BehavioralToxicity)。水環(huán)境污染可影響的水生生物行為主要有：對(duì)污染物的回避行為、捕食行為、學(xué)習(xí)行為、警惕行為和社會(huì)行為。研究較多的是回避行為、捕食行為和警惕行為。(一)對(duì)水生生物行為的影響回避行為是指水生動(dòng)物，特別是游泳能力強(qiáng)的水生動(dòng)物，能主動(dòng)避開受污染的水區(qū)，游向未受污染的清潔水區(qū)的行為。目前已知能對(duì)污染物產(chǎn)生回避反應(yīng)的水生動(dòng)物主要是各種魚、蝦、蟹，此外，水生昆蟲也有一定的回避能力。(一)對(duì)水生生物行為的影響不同的水生動(dòng)物對(duì)同一種污染物的回避能力差異很大。如雜色鱒對(duì)DDT有較強(qiáng)的回避能力，閾值為0.005mg/L；食蚊魚次之，閾值為0.1mg/L；草蝦完全不回避。水生生物的活動(dòng)類型、生理狀態(tài)和水溫變化都能影響回避反應(yīng)的強(qiáng)度，如細(xì)鱗大麻哈魚在海水中對(duì)原油的回避閾值11.5℃時(shí)僅為1.6mg/L，7.5℃時(shí)達(dá)16mg/L一般來(lái)說(shuō)，水生生物對(duì)污染物的回避閾值低于污染物對(duì)水生生物的致死濃度。如鯽魚對(duì)殺螟松(農(nóng)藥)的回避閾值是10ug/L，比致死濃度低兩個(gè)多數(shù)量級(jí)。(一)對(duì)水生生物行為的影響但有的污染物超過(guò)致死濃度，生物也不回避，如異狄氏劑濃度超過(guò)致死濃度時(shí)，食蚊魚和草蝦也不回避。水生生物的回避能力在實(shí)驗(yàn)室和野外也存在差異性，如在受銅、鋅污染的一條加拿大河流中，野外現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的閾值為實(shí)驗(yàn)室閾值的18倍。(二)對(duì)鳥類行為的影響

對(duì)鳥類行為影響最典型的污染物是有機(jī)磷農(nóng)藥/乙酰膽堿酯酶(Ache)的活性例如受有機(jī)磷農(nóng)藥污染的歐驚鳥，當(dāng)腦組織中Ache活性被抑制50％時(shí)，一些行為發(fā)生改變，表現(xiàn)為姿態(tài)效應(yīng)改變。這里的姿態(tài)是指歐驚鳥體息時(shí)一足站立。受污染的歐驚鳥在休息時(shí)一足站立時(shí)間明顯改變(姿態(tài)效應(yīng))，這是由于有機(jī)磷農(nóng)藥影響了歐驚鳥的神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致了鳥的平衡和協(xié)調(diào)性的損害。

(二)對(duì)鳥類行為的影響鳥類行為改變還表現(xiàn)在對(duì)領(lǐng)地的失控和不能照顧它們的后代。例如，Bushy等研究有機(jī)磷殺蟲劑對(duì)加拿大新不倫瑞克地區(qū)云杉中的白喉麻雀的影響。對(duì)13對(duì)噴灑農(nóng)藥區(qū)的鳥和7對(duì)附近未噴灑農(nóng)藥對(duì)照區(qū)的鳥進(jìn)行跟蹤，結(jié)果表明，噴灑區(qū)的成年白喉麻雀減少三分之一，主要是在噴灑區(qū)白喉麻雀放棄了它們領(lǐng)地或死亡。同時(shí)發(fā)現(xiàn)處在繁殖期鳥的育雛方式受到破壞和舍棄孵蛋，結(jié)果是幼鳥的數(shù)量只有對(duì)照區(qū)的四分之一。

三、對(duì)繁殖的影響對(duì)動(dòng)物而言，一般表現(xiàn)為產(chǎn)卵(仔)數(shù)、孵化率和幼體存活率下降以及繁殖行為變化等。生物機(jī)體繁殖損害最終導(dǎo)致種群數(shù)量下降，甚至導(dǎo)致物種滅絕。又如有機(jī)磷殺蟲劑可影響家燕的精子數(shù)量，在連續(xù)4個(gè)1.5小時(shí)喂食含有機(jī)磷殺蟲劑的食物后，家燕精子數(shù)下降了30％。在鳥類中，污染物影響鳥類繁殖一個(gè)典型的效應(yīng)是鳥蛋殼變薄。有機(jī)氯殺蟲劑、多氯聯(lián)苯、汞、鋁等污染物也能產(chǎn)生鳥蛋殼變薄的效應(yīng)，有機(jī)氯殺蟲劑導(dǎo)致鳥蛋殼變薄的機(jī)理也已清楚，主要是阻礙了鈣(ca)向殼腺細(xì)胞的運(yùn)輸。目前，蛋殼變薄巳作為一個(gè)敏感指標(biāo)評(píng)價(jià)污染物對(duì)鳥類繁殖的影響，稱之為蛋殼的厚薄指數(shù)DDTs/二惡英對(duì)水鳥的影響

蛋殼變薄孵化率降低小鳥生存率降低三、對(duì)繁殖的影響（影響繁殖的物質(zhì)種類）1．天然雌激素和合成雌激素天然雌激素是從動(dòng)物和人尿中排出的一些性激素，如雌二醇、孕酮、睪酮。合成激素包括與雌二醇結(jié)構(gòu)相似的類固醇衍生物，如二甲基已烯酚(DES)、己烷雌酚、乙炔基雌二醇、炔雌醚等，也包括結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的同型物，即非甾體激素。這些物質(zhì)主要來(lái)自口服避孕藥和促家畜生長(zhǎng)的同化激素。早在70年代環(huán)境學(xué)家就開始研究水環(huán)境中天然雌激素和合成激素對(duì)飲用水的污染問題。例如，英國(guó)曾對(duì)9條河流和8種飲用水樣進(jìn)行檢測(cè)，在二條河水中檢出了炔雌酮，濃度為17ng/L，在一條河水樣品和飲用水樣中檢出了孕酮，濃度為6ng/L。

三、對(duì)繁殖的影響（影響繁殖的物質(zhì)種類）2．植物雌激素這類物質(zhì)是某些植物產(chǎn)生，并具弱激素恬性的化合物，以非甾體結(jié)構(gòu)為主。這些化合物主要有異酮類、木質(zhì)素和擬雌內(nèi)醇。產(chǎn)生這些化合物的植物有豆科植物、茶和人參等。研究報(bào)道認(rèn)為，中國(guó)和日本等是食用豆制品較多的國(guó)家，而乳腺痛、冠心病和前列腺癌等激素依賴性疾病的發(fā)病率較歐美國(guó)家低，這可能是植物激素所誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)起作用的結(jié)果。然而植物激素過(guò)多也能引起生殖系統(tǒng)傷害和疾病。

三、對(duì)繁殖的影響（影響繁殖的物質(zhì)種類）3．具有雌激素活性的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)許多人工合成的化學(xué)物質(zhì)具有激素活性，廣泛存在于環(huán)境之中，這些物質(zhì)具有弱雌激素活性，也是常見污染物。這類物質(zhì)主要包括：①殺蟲劑，如DDT、氧丹、硫丹、毒殺酚、狄氏劑、開蓬等。DDT最早被證明具有雌激素活性。②多氯聯(lián)苯(PCBs)和多環(huán)芳烴(PAHs)。PCBs是一類非常復(fù)雜的混合物，共有209個(gè)異構(gòu)體，多數(shù)PCBs混合物表現(xiàn)激素作用。具有雌激素活性，某些PCB也具有甲狀腺激素的活性。③非離子表面活性劑中烷基苯酚化合物，如4—壬基酚、4—辛基酚、4—壬基—苯、氧基—雙氧乙烯醚和4—壬基—苯氧基乙酸等。這類非離子表面活性劑大量用于洗滌劑、油漆該、殺蟲劑和化妝品。④塑料添加劑，如鄰苯二甲酸酯。⑤食品添加劑(抗氧化劑)，如丁苯、丁化羥基回香醚、4—硝苯甲苯、2，4—二氯苯酚等。⑥工業(yè)廢水和生活污水，如漂白紙漿廢水、石油化工廢水和城市污水等，這些廢水含有上述具激素活性的化合物，因此具雌激素活性。三、對(duì)繁殖的影響（影響繁殖的物質(zhì)種類）

環(huán)境激素可使野生動(dòng)物性發(fā)育和雄性生殖器異常，導(dǎo)致繁殖成功率下降。例如，PCBs可抑制魚類卵巢發(fā)育、降低魚類血液中雌激素和卵黃蛋自厚的含量，導(dǎo)致胚胎和幼體發(fā)育障礙；DDT誘導(dǎo)雄鷗胚胎的雌性化，即畸形卵巢組織和輸卵管的發(fā)育，鷹不營(yíng)巢和不哺育幼鳥。英國(guó)環(huán)境署對(duì)英國(guó)31條河流的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，污水處理廠排放口下游的雄性虹鱒魚發(fā)生雌性化，喪失雄性生殖力。除對(duì)野生動(dòng)物的影響外，環(huán)境激贏對(duì)人體有嚴(yán)重的危害。危害之一是引起多種形式的雄性生殖系統(tǒng)發(fā)育障礙，如性腺發(fā)育不良、阜丸萎縮和睪丸癌發(fā)生率有明顯增加。環(huán)境激素與人類許多重大疾病發(fā)生有關(guān)，如高血壓、腫瘤等。對(duì)環(huán)境雌激素且其危害的研究已成為當(dāng)前生態(tài)毒理學(xué)、分子生物學(xué)、環(huán)境醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉的一個(gè)十分活躍的前沿領(lǐng)域，井已受到各國(guó)政府和世界組織的高度重視。

螺的雄性化現(xiàn)象正常的雄性個(gè)體雄性化的雌性個(gè)體1ng/L的TBT就導(dǎo)致軟體動(dòng)物的雄性化精巢卵巢雄性生殖器雄性生殖器瀕危北極露脊鯨中出現(xiàn)嚴(yán)重的雄性雌性化現(xiàn)象美國(guó)大湖水貂、北極地區(qū)的北極熊、荷蘭瓦登海海豹等種群數(shù)量下降。哺乳類雄性雌性化

兩棲類的雌雄同體現(xiàn)象的普遍性由于阿特拉津的污染，美國(guó)有10-92%雄性野生蛙表現(xiàn)出精巢發(fā)育延遲或雌雄同體Nature,2003

美國(guó)白鱘/中華鱘等許多珍稀瀕危物種中出現(xiàn)雌雄同體，雄性比例下降,物種瀕臨滅絕瀕危珍稀魚類00.511.5270-80s90s雄性在種群中的比例00.511.5200.511.52中華鱘白鱘/雌雄同體經(jīng)濟(jì)魚類雌雄同體的高頻出現(xiàn)ovum石斑魚、劍尾魚、比目魚、鯔魚等多種重要經(jīng)濟(jì)魚類的野生種群中發(fā)現(xiàn)雌雄同體高頻發(fā)生，致使這些種群的繁殖力下降，種群數(shù)量銳減LiaodongBayBohaiBay天津北京河北雌雄同體發(fā)生率31%10%23%50%59%LaizhouBayDalianBeidaihe四、對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育的影響污染物對(duì)生長(zhǎng)和發(fā)育的影響通?？赏ㄟ^(guò)生長(zhǎng)指示器(scopeforGrowth，SFG)來(lái)測(cè)定。SFG是反映生物機(jī)體能量獲取利用和代謝的綜合指標(biāo)，可以用下列公式表示：SFG=A-(R+U)A從食物獲得的能量R呼吸作用的能量損失U排泄作用的能量損失四、對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育的影響三丁基錫在2ng/L以上，貝類(Mytilusedulis)隨暴露濃度升高SFG減少，表明生長(zhǎng)發(fā)育受阻；重金屬Zn0.9mg/L能明顯抑制淡水端足目鉤蝦的SFG，導(dǎo)致后代體重下降，長(zhǎng)期暴露導(dǎo)致鉤蝦的種群數(shù)量和生存。

四、對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育的影響盡管有些污染物不會(huì)危害生物機(jī)體攝食率和生理代謝，但由于機(jī)體對(duì)污染物的解毒，消耗了大量的能量，仍然能導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育障礙。Bengtson等研究了跳蟲的金屬解毒作用，分別用生長(zhǎng)在含0.30,90,300ug/g銅、鉛的營(yíng)養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基上的真菌來(lái)喂養(yǎng)這種跳蟲，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高濃度的重金屬使跳蟲積蓄金屬的腸細(xì)胞不斷脫落，生長(zhǎng)率下降，但死亡率有所降低。有機(jī)體以解毒機(jī)制來(lái)減少死亡率，然而不利于生長(zhǎng)發(fā)育，仍將會(huì)導(dǎo)致種群水平上明顯危害。第五節(jié)污染物在細(xì)胞和器官水平上的影響一、對(duì)細(xì)胞的影響研究污染物與細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能損傷的關(guān)系，不僅可以闡明污染物毒作用的本質(zhì)，而且可以評(píng)價(jià)污染物有害性及在早期警報(bào)污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響污染物對(duì)細(xì)胞的損傷，可表現(xiàn)為細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變

(一)對(duì)細(xì)胞膜的影響細(xì)胞膜由脂質(zhì)雙分子層和鑲嵌蛋白構(gòu)成其主要功能有：參與細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交換；細(xì)胞膜上會(huì)有多種受體，如某些激素受體、神經(jīng)遞質(zhì)受體；細(xì)胞膜攜帶有某種抗原，如組織相容性抗原及紅細(xì)胞膜上血型抗原等。

(一)對(duì)細(xì)胞膜的影響首先，污染物引起的膜脂過(guò)氧化作用導(dǎo)致細(xì)胞膜的損傷。例如，大氣污染物SO2經(jīng)氣孔進(jìn)入葉組織SO32—，和HSO3—被氧化為SO42—氧化過(guò)程產(chǎn)生了自由氧基，引起了膜脂的過(guò)氧化，從而傷害了膜系統(tǒng)。

(一)對(duì)細(xì)胞膜的影響其次，污染物可影響細(xì)胞膜的離子通透性例如，神經(jīng)信息傳導(dǎo)依賴于神經(jīng)細(xì)胞膜的Na+或K+通透，擬除蟲菊酯殺蟲劑和DDT均可作用于細(xì)胞膜的Na+通道，干擾Na+通過(guò)細(xì)胞膜，影響神經(jīng)傳導(dǎo)。再者，污染物與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，干擾了受體正常的生理功能。(二)對(duì)細(xì)胞器的影響

1．線粒體在真核細(xì)胞中，線粒體是氧化磷酸化部位，是細(xì)胞能量提供的場(chǎng)所。污染物不僅可以引起細(xì)胞線粒體膜和嵴的形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變，而且可以影響線粒體的氧化磷酸化和電子傳遞功能。例如，大鼠子宮內(nèi)給甲基汞，肝線粒體密度降低，線粒體膜結(jié)構(gòu)蛋白下降；呼吸功能和膜標(biāo)志酶活性抑制。又如，殺蟲雙是一種含氮類樂蟲劑，是沙蠶毒素的衍生物，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，然而，殺蟲雙對(duì)家蠶具有極高的毒性，在低劑量和長(zhǎng)期暴露后，可導(dǎo)致家蠶絹絲腺細(xì)胞線粒體形態(tài)結(jié)構(gòu)改變，電鏡觀察發(fā)現(xiàn)線粒體嵴減少、線粒體變小。(二)對(duì)細(xì)胞器的影響2．光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的重要功能之一是激素和外源性化合物的代謝。某些污染物經(jīng)代謝活化產(chǎn)生自由基，可導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和微粒體膜的一些重要組分如混合功能氧化酶的破壞。糙面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白質(zhì)合成的部位。多核糖體可附著于網(wǎng)上或游離于胞漿中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過(guò)附著或解離核糖體，控制蛋白質(zhì)合成。多種結(jié)構(gòu)的化學(xué)致癌物，如黃曲霉毒索、芳香胺和PAH等，能引起核糖體脫落，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成控制的改變。(二)對(duì)細(xì)胞器的影響3.其他除影響線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外，污染物還可影響微管、微絲、高爾基體、溶酶體等其他細(xì)胞器。例如，污染物導(dǎo)致溶酶體解體，有損害性的水解酶異常釋放，產(chǎn)生細(xì)胞損害。二、對(duì)組織器官的影響

(一)靶器官靶器官(TargetOrgan)：例如，放射性碘積累在哺乳動(dòng)物的甲狀腺中，可能引起甲狀腺痛；鎘積累在哺乳動(dòng)物肝和腎中，破壞腎細(xì)胞，引起蛋白尿(蛋白質(zhì)從尿排出)；甲基汞作用于哺乳動(dòng)物的腦，引起神經(jīng)性疾病(水俁病)。

(一)靶器官靶器官不一定是效應(yīng)器官。污染物作用于靶器官后，其毒作用直接由靶器官表現(xiàn)出來(lái)，則此靶器官是效應(yīng)器官。例如，有機(jī)磷農(nóng)藥作用于神經(jīng)系統(tǒng)（靶器官），會(huì)抑制膽堿酯酶活性，造成膽堿能神經(jīng)突觸處乙酰膽堿積累，結(jié)果表現(xiàn)為瞳孔縮小、流涎、肌束顫動(dòng)等（效應(yīng)器官）。

(一)靶器官靶器官也不同于蓄積器官，蓄積器官是污染物毒物在體內(nèi)的蓄積部位。污染物在蓄積器官內(nèi)的濃度高于其他器官，但對(duì)蓄積器官并不一定顯示毒作用。如DDT等有機(jī)氧農(nóng)藥的靶器官雖是中樞神經(jīng)系統(tǒng)和肝臟，但這類農(nóng)藥主要蓄積在脂肪組織中。靶器官可以是接觸、吸收毒物的器官，也可以是遠(yuǎn)離接觸、吸收部位的器官。如大氣污染物中的二氧化硫可直接刺激上呼吸道及氣管、支氣管，而大氣污染物中的鉛經(jīng)肺吸收后，卻主要作用于神經(jīng)系統(tǒng)和造血器官。(二)對(duì)組織器官的影響植物吸收大氣污染物后，導(dǎo)致葉組織的壞死，表現(xiàn)為葉面出現(xiàn)點(diǎn)、片傷害斑，造成葉、蕾、花、果實(shí)等器官脫落，如SO2、O3、氟化氫、乙烯等。氟化氫污染時(shí)，植物吸收的F隨蒸騰流轉(zhuǎn)移到葉尖和葉緣，在那里積累至一定濃度后就會(huì)使組織壞死，出現(xiàn)葉片脫落。乙烯使洋玉蘭的花瓣和花萼脫水枯萎。(二)對(duì)組織器官的影響污染物對(duì)植物組織和器官產(chǎn)生產(chǎn)生影響主要有：葉發(fā)生葉覆、穿孔、焦枯、黃化、失綠、褪綠、卷葉、厚葉、溶葉等；果實(shí)脫落、畸形等；花發(fā)生花瓣焦枯、落花等；根發(fā)生粗短肥大，缺少根毛表面高厚發(fā)脆等。Cu對(duì)大麥的毒害Mn

對(duì)果實(shí)的毒害(二)對(duì)組織器官的影響污染物對(duì)動(dòng)物組織器官的影響相當(dāng)復(fù)雜。常用于研究的器官有肝、腎、神經(jīng)、繁殖器官、血液、呼吸器官、消化器官、內(nèi)分泌器官。鉛(Pb)可損害動(dòng)物造血器官(骨髓)和神經(jīng)系統(tǒng)。引起貧血或出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和感覺障礙。鎘(Cd)主要影響動(dòng)物肝臟和腎臟，引起骨痛病。汞(Hg)主要影響動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)．引起水俁病。

地下水砷污染情況新疆、西藏、內(nèi)蒙古、貴州等地暴露人口1400萬(wàn)，病人60萬(wàn)觀賞魚類的眼畸形（北京通縣）Absentrighteye,whichalsofoundinexperimentalfrogs(EST,2004,6290)DuetoFecesofHerons?暴露到城市污水處理廠后的眼畸變Normalexophthalmos2005年12月13日，在佳木斯市環(huán)境監(jiān)測(cè)站實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，國(guó)家環(huán)?？偩只瘜W(xué)品生態(tài)效應(yīng)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的劉征清博士（右）正在做松花江水污染對(duì)水中魚類環(huán)境影響的實(shí)驗(yàn)。二氧（雜）芑是一種工業(yè)副產(chǎn)品，是已知毒性最強(qiáng)的環(huán)境污染物之一和一種致癌或致畸雜環(huán)族碳?xì)浠衔铮瑢?duì)生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)有毒性。世界衛(wèi)生組織認(rèn)定，這種物質(zhì)一旦攝入體內(nèi)就很難排出。

2005年尤先科中毒政治事件(烏克蘭)

第六節(jié)污染物在分子水平和生物化學(xué)上的影響污染物進(jìn)入機(jī)體后導(dǎo)致的生物化學(xué)變化包括：

防護(hù)性生化反應(yīng)和非防護(hù)性生化反應(yīng)作用類型例子后果防護(hù)性混合功能氧化酶的誘導(dǎo)加快新陳代謝，生成水溶性代謝物，從而加速排泄金屬硫蛋白的生成增加對(duì)金屬的束縛速度，從而降低金屬的生物利用率非防護(hù)性乙酰膽堿酯酶的抑制作用50％以上因抑制而產(chǎn)生可見的毒性效應(yīng)DNA加合物的生成若導(dǎo)致突變會(huì)發(fā)生損害作用表2－1對(duì)污染物的防護(hù)性和非防護(hù)性生化反應(yīng)污染物對(duì)生物分子水平的影響主要表現(xiàn)在以下方面：干擾正常的受體——配體的相互作用受體（receptor）是許多組織細(xì)胞膜上的大分子成分，配體（ligand）是生物體內(nèi)的一些具有生物活性的化學(xué)物。正常情況下，受體與配體結(jié)合形成受體－配體復(fù)合物，產(chǎn)生一定的生物學(xué)效應(yīng)。生物膜損傷不少環(huán)境化學(xué)物通過(guò)改變膜脂流動(dòng)性，影響膜的通透性和鑲嵌蛋白質(zhì)的活性，改變其結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生生物效應(yīng)干擾細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)正常情況下細(xì)胞內(nèi)的鈣濃度較低（10－7～10－8mol/L），細(xì)胞外濃度較高（103mol/L

）。各種細(xì)胞毒物，如硝基酚、過(guò)氧化物、汞、鉛等重金屬離子均能干擾細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，引起細(xì)胞損傷和死亡。干擾細(xì)胞能量的合成一些環(huán)境污染物可干擾糖類的氧化，使細(xì)胞不能合成能被生物利用的ATP，ATP使細(xì)胞生命活動(dòng)得不到充足的能量供給脂質(zhì)過(guò)氧化(lipied

peroxidation)與自由基脂質(zhì)過(guò)氧化是細(xì)胞損傷的一種特殊方式,是由于產(chǎn)生了自由基而引起的,正常情況下,生物體內(nèi)氧化、還原和酶促反應(yīng)過(guò)程中，均可產(chǎn)生少量自由基，一般可被體內(nèi)存在的抗氧化物質(zhì)（如維生素C、維生素E）所對(duì)抗，對(duì)生物危害不大。當(dāng)大量污染物（自由基）進(jìn)入機(jī)體，造成機(jī)體抗氧化作用失衡，即可發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化，對(duì)生物體造成危害。與生物大分子共價(jià)結(jié)合共價(jià)結(jié)合可改變生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能，引起一系列生物學(xué)改變，特別是與酶蛋白、脂肪、核酸等重要生物大分子共價(jià)結(jié)合，能改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，影響其生理功能，甚至導(dǎo)致變性和細(xì)胞死亡。一、對(duì)生物大分子的影響

一、對(duì)生物大分子的影響最典型的方式是污染物及其活性代謝產(chǎn)物作為生物合成的“原料”，生物大分子結(jié)合，導(dǎo)致生物大分子組成的功能性異常。如D-半乳糖胺通常以乙酰化物存在于結(jié)構(gòu)多糖中，給動(dòng)物大劑量的D-半乳糖胺，D—半乳糖胺代謝物摻人糖蛋白及糖脂，產(chǎn)生細(xì)胞膜損害，最終發(fā)生動(dòng)物肝損害。除與生物大分子結(jié)合外，污染物及其活性代謝產(chǎn)物還可以抑制生物大分子的合成，例如，蛋白質(zhì)合成抑制、RNA合成抑制和DNA合成抑制。一、對(duì)生物大分子的影響1．對(duì)蛋白質(zhì)影響蛋白質(zhì)中許多氨基酸帶有活性基團(tuán)，如一OH基、胍基、一NH2、巰基等，這些氨基酸活性基團(tuán)在維持蛋白質(zhì)的構(gòu)型和酶的催化活性中起重要作用這些基團(tuán)易與污染物及其活性代謝產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)化學(xué)損傷，對(duì)細(xì)胞膜和亞細(xì)胞的損傷作用，最終可導(dǎo)致細(xì)胞死亡和組織壞死。一、對(duì)生物大分子的影響1．對(duì)蛋白質(zhì)影響如應(yīng)激蛋白(StressProteins)和金屬硫蛋白(Metallothionein)。這些蛋白質(zhì)可以保護(hù)生物機(jī)體抵抗污染物的損害，是防護(hù)性生化反應(yīng)。例如，魚類暴露于Zn、Cu、Cd等重金屬均能誘導(dǎo)體內(nèi)的金屬硫蛋白；魚暴露于Cd后，肝中金屬硫蛋白與水體Cd濃度呈正相關(guān)；對(duì)貝類研究發(fā)現(xiàn)，Cd積累與金屬硫蛋白有關(guān)，金屬硫蛋白在細(xì)胞內(nèi)Cd解毒中起重要作用等等因此，金屬硫蛋白的誘導(dǎo)是一種保護(hù)性生化反應(yīng)。一、對(duì)生物大分子的影響2．對(duì)脫氧核糖核酸(DNA)影響DNA可以受到不同途徑的損傷，如正常細(xì)胞活動(dòng)過(guò)程中的扭傷，紫外線和放射性物質(zhì)的直接損傷，外源性化合物及其活性代謝產(chǎn)物與DNA結(jié)合等等DNA發(fā)生損傷的生物學(xué)后果是嚴(yán)重的，但細(xì)胞本身具有修復(fù)能力，一旦損傷發(fā)生，修復(fù)能力迅速被誘導(dǎo)如果損傷的DNA不能被修復(fù)，則產(chǎn)生DNA結(jié)構(gòu)和功能影響，導(dǎo)致細(xì)胞死亡或細(xì)胞突變，產(chǎn)生遺傳疾病。

一、對(duì)生物大分子的影響外源性化合物及其活性代謝產(chǎn)物與DNA相互作用及產(chǎn)生突變有一定的順序，可分為四個(gè)階段：1形成DNA加合物(DNAAddcuts)；2可能會(huì)發(fā)生DNA的二次修飾，如鏈斷裂或DNA修復(fù)率提高；3DNA結(jié)構(gòu)的破壞被固定。在此階段，受影響的細(xì)胞常表現(xiàn)出功能的改變，最常見的染色體異常是姊妹染色體交換；4當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，外源性化合物造成的危害可導(dǎo)致DNA突變及其基因功能的改變。一、對(duì)生物大分子的影響DNA加合物的形成是產(chǎn)生DNA損傷最早期的作用，隨后產(chǎn)生的最重要影響是DNA結(jié)構(gòu)的改變，如堿基置換、堿基丟失、鏈斷裂等。DNA加合物作為一項(xiàng)生物指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)環(huán)境中化學(xué)污染物的遺傳毒性的研究日益受到重視。許多研究發(fā)現(xiàn)，污染嚴(yán)重的水體沉積物導(dǎo)致底棲魚類中DNA加合物形成，井表明DNA加合物形成與魚類腫瘤形成有很好的相關(guān)性。

一、對(duì)生物大分子的影響環(huán)境污染水平與DNA加合物形成的程度以及最終效應(yīng)(遺傳疾病)之間的關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜。例如，盡管吸煙程度和DNA--BaP如合物數(shù)量之間關(guān)系明確，但DNA-BaP加合物與肺癌發(fā)生率之間的關(guān)系仍不很確定。以DNA加合物作為生物指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)環(huán)境中化學(xué)污染物的遺傳毒性，越來(lái)越受到人們的廣泛重視。

二、對(duì)生物機(jī)體酶的影響污染物對(duì)生物機(jī)體酶的影響什么是酶（enzyme）？酶是一種特殊的蛋白質(zhì)，在生物體內(nèi)對(duì)代謝活動(dòng)起催化作用，本身不發(fā)生變化。受酶作用的物質(zhì)稱為基質(zhì)（底物），在酶作用下的反應(yīng)稱為酶促反應(yīng)。酶和污染物的相互作用污染物進(jìn)入機(jī)體后，一方面在酶的催化下，進(jìn)行代謝轉(zhuǎn)化，另一方面也導(dǎo)致體內(nèi)酶活性改變，影響酶的數(shù)量和活性。另外有些環(huán)境污染物對(duì)酶有誘導(dǎo)作用。目前已發(fā)現(xiàn)多種環(huán)境污染物能誘導(dǎo)生物體內(nèi)一些酶的活性增加，例如：有機(jī)氯農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、表面活性劑、增塑劑和染料中間體等，均可對(duì)酶產(chǎn)生誘導(dǎo)作用。(一)酶活性的誘導(dǎo)由于環(huán)境中污染物眾多，有時(shí)含量極低，用化學(xué)法往往無(wú)法檢出，因而，污染水平與生物效應(yīng)之間的關(guān)系也很不清楚。然而，應(yīng)用酶活性的誘導(dǎo)作用，不僅能闡明污染物的作用機(jī)制、污染物的生物可利用性、污染物間的相互作用和生物機(jī)體的防御反應(yīng)等等，而且可以利用它作為分子水平上敏感性的生物指標(biāo)，來(lái)監(jiān)測(cè)污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的早期影響。

30年前，外源化合物（偶氮染料）—代謝速度增加—微粒體酶含量增加有機(jī)親脂性化合物+較長(zhǎng)生物半衰期表象：其誘導(dǎo)作用是增加酶的合成速度，或可能降低酶蛋白的分解。

(一)酶活性的誘導(dǎo)(一)酶活性的誘導(dǎo)在誘導(dǎo)過(guò)程中，細(xì)胞光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)明顯增生，微粒體蛋白含量增加及RNA與磷脂含量增加。當(dāng)加入蛋白質(zhì)合成抑制劑后(如放射菌素D，嘌呤霉素)，誘導(dǎo)作用消失。當(dāng)用放射性同位素標(biāo)記的氨基酸進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)在酶誘導(dǎo)活性增加時(shí)微粒體蛋白合成的速度增加。應(yīng)用RNA和DNA代謝抑制劑，發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)作用發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，并不需要新的DNA合成。(一)酶活性的誘導(dǎo)酶蛋白的合成受結(jié)構(gòu)基因、操縱基因和調(diào)節(jié)基因三種基因的控制。結(jié)構(gòu)基因含有酶蛋白合成信息，通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程指導(dǎo)酶蛋白的合成。結(jié)構(gòu)基因DNA轉(zhuǎn)錄成mRNA的速度由操縱基因控制。調(diào)節(jié)基因形成內(nèi)源基因阻遏(調(diào)節(jié))蛋白，作用于操縱基因使之失活，中止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程，進(jìn)而使酶蛋白合成停止。外源性化合物與調(diào)節(jié)基因形成復(fù)合物．使阻遏作用失效，故操縱基因不受阻遏，結(jié)構(gòu)基因指導(dǎo)酶蛋白合成增加。(一)酶活性的誘導(dǎo)許多環(huán)境污染物能誘導(dǎo)生物機(jī)體體內(nèi)一些酶活性增加:有機(jī)氯殺蟲劑、多氯聯(lián)苯(PCBs)、多環(huán)芳烴(PAHs)、表面活性劑、增塑劑和染料中間體等(一)酶活性的誘導(dǎo)目前研究較多的被誘導(dǎo)酶有：污染物在生物體內(nèi)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化過(guò)程中的相I和相Ⅱ酶：如混合功能氧化酶系(MFO)、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(GST)和尿二磷酸葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶(UDPGT)等等；抗氧化防衡系統(tǒng)的酶系：如過(guò)氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶等，以及動(dòng)物血清中的酶類。(一)酶活性的誘導(dǎo)混合功能氧化酶（MFO）MFO是污染物在體內(nèi)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化相I過(guò)程中的關(guān)鍵酶系，它們對(duì)人工化學(xué)品解毒發(fā)揮了重要作用。MFO引起的生物轉(zhuǎn)化的反應(yīng)特征相同，但底物、產(chǎn)物的化學(xué)特性差別很大，即具有多種催化功能。細(xì)胞色素P450、NADPH細(xì)胞色素P450還原酶和磷脂?；旌瞎δ苎趸福∕FO）的作用MFO存在于所有的脊椎動(dòng)物和大部分的無(wú)脊椎動(dòng)物中，其作用是代謝非極性的親脂性有機(jī)化合物，包括內(nèi)源性化合物和外源性化合物。從解毒作用來(lái)看，許多外源性化合物進(jìn)入體內(nèi)，經(jīng)MFO作用后發(fā)生各種變化，大多數(shù)被轉(zhuǎn)化成低毒易溶的代謝產(chǎn)物排出體外。但有的則變成高毒甚至致癌物。(一)酶活性的誘導(dǎo)例如，許多研究表明魚體內(nèi)的混合功能氧化酶的誘導(dǎo)反應(yīng)極為敏感，在污染水體中魚的EROD和AHH芳烴羥化酶活性都有明顯升高，并且魚體內(nèi)混合功能氧化酶的誘導(dǎo)有很好的劑量—效應(yīng)關(guān)系。早在20世紀(jì)70年代中期，就建立了以誘導(dǎo)魚體內(nèi)混合功能氧化酶活性來(lái)監(jiān)測(cè)海洋石油污染的方法?；旌瞎δ苎趸傅恼T導(dǎo)不僅受大量的天然化合物、人造化合物的誘導(dǎo)，也受到其他因素的影響，如溫度、食物等，因此，利用混合功能氧化酶的誘導(dǎo)監(jiān)測(cè)環(huán)境質(zhì)量的變化和污染物對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害，目前在野外現(xiàn)實(shí)環(huán)境中未廣泛開展，還在不斷地研究之中。(一)酶活性的誘導(dǎo)抗氧化防御系統(tǒng)酶（GSH，Vc；VE；胡蘿卜素）活性氧（ActiviatedOxygen）帶有2~3個(gè)電子的分子氧還原產(chǎn)物，主要有：·OH、O2、H2O2活性氧的控制和消除由體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧可為抗氧化防御系統(tǒng)控制，消除活性氧對(duì)機(jī)體的傷害作用。某些污染物如多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯可在生物體內(nèi)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化時(shí)產(chǎn)生大量活性氧。在一定范圍內(nèi)，這些活性氧可被體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)清除，但當(dāng)體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)不能消除這些活性氧時(shí)，它們可使DNA鏈斷裂、脂質(zhì)過(guò)氧化、酶蛋白失活等，從而引起機(jī)體氧化應(yīng)激或氧毒性?？寡趸烙到y(tǒng)酶（P73）超氧化物歧化酶（SOD）谷胱甘肽氧化酶（GPx）過(guò)氧化氫酶（Ct）(一)酶活性的誘導(dǎo)抗氧化防御系統(tǒng)酶許多研究表明，當(dāng)植物暴露于大氣污染物O3、SO2和NO2以及SO2和N02混合物時(shí)，植物體內(nèi)谷胱甘肽過(guò)氧化酶活性顯著地增加，已