環(huán)境生物學(xué)南開大學(xué)第三章污染物對生物的影響課件

環(huán)境生物學(xué)第三章污染物對生物的影響

Caswell（1996）：一個水平上發(fā)生的過程的機(jī)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(yīng)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(yīng)提供有價值的線索。

生化反應(yīng)：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(hù)性反應(yīng)：免疫（過敏反應(yīng)）、應(yīng)激（急）反應(yīng) 非防護(hù)性反應(yīng)：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(xué)和分

水平上的影響生化反應(yīng)一、對生物機(jī)體酶的影響

1、酶的誘導(dǎo) 許多環(huán)境污染物能誘導(dǎo)生物機(jī)體內(nèi)一些酶活性和含量增加，在這些污染物中，大多屬于有毒、有害的有機(jī)化合物，如：多氯聯(lián)苯（PCBs）、多環(huán)芳烴（PAHs）、表面活性劑等。 酶誘導(dǎo)的三基因假說：結(jié)構(gòu)（轉(zhuǎn)錄mRNA）、操縱（去阻遏，控制轉(zhuǎn)錄速度）、調(diào)節(jié)（形成阻遏蛋白，中止轉(zhuǎn)錄）

外源物與阻遏蛋白形成復(fù)合物，不能中止轉(zhuǎn)錄過程，使酶蛋白合成增加。第一節(jié)污染物在生物化學(xué)和分

水平上的影響生化反應(yīng)第一節(jié)污染物在生物化學(xué)和分

水平上的影響生化反應(yīng)

b、抗氧化防御系統(tǒng)酶(1)超氧化物歧化酶（SOD）是一類高誘導(dǎo)酶，催化O2ˉ生成H2O2，消除活性氧?；钚匝酰簬в?～3個電子的分子氧還原產(chǎn)物，主要有：·OH、O2ˉ和H2O2

自由基：帶有奇數(shù)電子的原子或基團(tuán)（freeradical）。 脂質(zhì)過氧化：多不飽和脂肪酸與自由基反應(yīng)，形成脂質(zhì)自由基。

自由基的損害機(jī)制：改變膜結(jié)構(gòu)，膜蛋白變性，攻擊DNA第一節(jié)污染物在生物化學(xué)和分

水平上的影響生化反應(yīng)

(2)谷胱甘肽過氧化酶（GPx）以H2O2為底物，催化形成H2O，消除H2O2

(3)

過氧化氫酶（Ct）只能分解H2O2

c、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（GSTs）

是污染物在體內(nèi)生物轉(zhuǎn)化相Ⅱ過程中的重要酶，具有許多同工酶。生理作用是與不同的親電性化合物或一些相Ⅰ代謝產(chǎn)物結(jié)合產(chǎn)生水溶性化合物，易于排出體外，因此起到解毒作用。第一節(jié)污染物在生物化學(xué)和分

水平上的影響生化反應(yīng)

2、酶的抑制作用與酶的誘導(dǎo)作用相反，一些環(huán)境污染物可抑制酶的活性。普通的情況是：低劑量的環(huán)境污染物起誘導(dǎo)作用，高劑量的環(huán)境污染物起抑制作用。酶的抑制作用分為：不可逆抑制：與酶蛋白的活性中心功能基團(tuán)不可逆結(jié)合。非競爭性抑制：增加底物濃度，不能使抑制作用逆轉(zhuǎn)。競爭性抑制：增加底物濃度，抑制作用減弱。

第一節(jié)污染物在生物化學(xué)和分

水平上的影響生化反應(yīng)

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(tuán)與污染物結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)化學(xué)損傷。此外，還可以誘導(dǎo)一些功能蛋白的產(chǎn)生，如產(chǎn)生應(yīng)激蛋白和金屬硫蛋白。這些蛋白可以保護(hù)生物機(jī)體抵抗污染物的損害，是防護(hù)性生化反應(yīng)。

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(dǎo)。

第一節(jié)污染物在生物化學(xué)和分

水平上的影響生化反應(yīng)

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(fù)（改變）破壞被固定

DNA加合物DNA突變第二節(jié)污染物在細(xì)胞和器官水平上的影響一、對細(xì)胞的影響

表現(xiàn)為對細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的改變1、對細(xì)胞膜的影響：脂質(zhì)過氧化（通透性、離子泵）2、對細(xì)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(xì)胞死亡。（個體死亡稱為身體死亡somaticdeath）

第二節(jié)污染物在細(xì)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(dǎo)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(xì)胞、單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞）可離開血管進(jìn)入受損組織，這也可以指示炎癥。

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(biāo)。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(yīng)激：在一個生物系統(tǒng)中，由所有非特異性的、誘導(dǎo)出來的變化組成的綜合癥（Selye，1956）。應(yīng)激是在應(yīng)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(yīng)期、適應(yīng)或抵抗期、衰竭期。

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(jī)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(jìn)化適應(yīng)的結(jié)果第四節(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(yīng)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二、生物的適應(yīng)機(jī)制

1.抗性：短期適應(yīng)（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(yīng)與微進(jìn)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(yīng)：形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理、遺傳 適應(yīng)的代價：生態(tài)、生理、進(jìn)化

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(qiáng)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(dǎo)因子（人能控制的因子）3.

累積效應(yīng)：量變－質(zhì)變 4.放大效應(yīng)：未知因素的作用 5.滯后效應(yīng)：長期影響 6.適應(yīng)組合：自我調(diào)節(jié)與協(xié)同變化第五節(jié)化學(xué)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(fēng)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(jī)理 5.流行病學(xué)調(diào)查研究 6.綜合性指標(biāo)

第五節(jié)化學(xué)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(yīng)劑量（標(biāo)準(zhǔn)） 結(jié)果的表達(dá)：簡單比較、等效線圖

四、測