污染物對生物的影響

第二章污染物對生物的影響本章將討論以下內容：污染物在生物化學和分子水平上的影響污染物在細胞和器官水平上的影響污染物在個體水平上的影響污染物在種群和群落水平上的影響化學污染物對生物的聯(lián)合作用污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第1頁。第一節(jié)污染物在生物化

學和分子水平上的影響生物系統(tǒng)的各級生物學水平：生物分子細胞器細胞組織器官器官系統(tǒng)個體種群群落生態(tài)系統(tǒng)

污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第2頁。生化反應：結構改變，形成新化合物，不可逆。分子作用：結合，改變功能，多數可逆。防護性反應：免疫（過敏反應）、應激（急）反應非防護性反應：不能自我調節(jié)；過量的情況（p69））污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第3頁。一、對生物機體酶的影響1、什么是酶（enzyme）？酶是一種特殊的蛋白質，在生物體內對代謝活動起催化作用，本身不發(fā)生變化。受酶作用的物質稱為基質（底物），在酶作用下的反應稱為酶促反應。2、酶和污染物的相互作用污染物進入機體后，一方面在酶的催化下，進行代謝轉化，另一方面也導致體內酶活性改變，影響酶的數量和活性。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第4頁。3、污染物對酶輔助因子的影響一些污染物能與酶的輔助因子——金屬離子作用，從而使輔助因子失活，影響到酶的活性。例如：氰化物等能與細胞色素酶中的鐵離子結合，形成穩(wěn)定絡合物，而抑制細胞色素的酶活性，使其不能傳遞電子，則細胞內的氧化代謝過程中斷，使機體不能利用氧，出現內窒息性缺氧。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第5頁。4、對酶活性中心的影響污染物還能和酶的其它活性基團結合如汞和砷與某些酶的活性基團結合就很牢固，從而使酶失去活性。5、破壞酶的結構有些污染物能夠取代酶分子中的某些成分，從而使酶失去活性。如鈹的毒作用機理就是能取代某些酶分子中的鎂和錳，破壞了酶的正常結構，使酶失去活性。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第6頁。6、與酶激活劑作用有些酶需要激活劑才能表現活性。酶激活劑往往是金屬離子，凡是能與激活劑作用的污染物都能抑制酶的活性。7、污染物與基質競爭同種酶而抑制酶的作用污染物與底物有相似的結構，也能與酶形成復合物，從而競相和酶發(fā)生作用。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第7頁。8、酶的誘導許多環(huán)境污染物能誘導生物機體內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。 酶誘導的三基因假說：結構（轉錄mRNA）、操縱（去阻遏，控制轉錄速度）、調節(jié)（形成阻遏蛋白，中止轉錄）

外源物與阻遏蛋白形成復合物，不能中止轉錄過程，使酶蛋白合成增加。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第8頁。a、混合功能氧化酶（MFO）是污染物在生物體內進行生物轉化相Ⅰ過程的關鍵酶系。

水平命名法marker

DNACYP1A1mRNACYP1A1DNA探針

PrP-4501A1抗體（ELISA）酶活性EROD/AHH催化檢驗

污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第9頁。b、抗氧化防御系統(tǒng)酶活性氧：帶有2～3個電子的分子氧還原產物，主要有：·OH、O2ˉ

和H2O2

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

自由基的損害機制：改變膜結構，膜蛋白變性，攻擊DNA

(1)超氧化物歧化酶（SOD）是一類高誘導酶，催化O2ˉ生成H2O2

，消除活性氧。

污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第10頁。(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、谷胱甘肽轉移酶（GSTs）

是污染物在體內生物轉化相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代謝產物結合產生水溶性化合物，易于排出體外，因此起到解毒作用。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第11頁。9、酶的抑制作用與酶的誘導作用相反，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不可逆結合?？赡嬉种疲何廴疚锱c酶蛋白的結合是可逆的。非競爭性抑制：增加底物濃度，不能使抑制作用減弱。競爭性抑制：增加底物濃度，抑制作用減弱。腺三磷酶乙酰膽堿酯酶δ-氨基乙酰丙酸脫氫酶蛋白磷酸酶污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第12頁。二、對生物大分子的影響1、與受體結合污染物及其活性代謝產物可直接與生物的膜受體或細胞質受體共價結合，如與糖蛋白、磷脂蛋白或其他特殊蛋白結合，導致化學性損傷，從而影響受體功能，引起一系列生物學反應。受體（receptor）：能正確識別固有的外界信息，并用適當方式將外界信息轉換成生物信息的感受器。原義：生物體感受外界物理、化學刺激，并轉變成神經沖動的感受器。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第13頁。2、與蛋白質（酶）結合蛋白質中許多氨基酸帶有的活性基團與污染物結合，導致蛋白質化學損傷。此外，還可以誘導一些功能蛋白的產生，如產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。

污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第14頁。3、對脫氧核糖核酸（DNA）的影響外源化合物與DNA相互作用及產生突變的過程（四個階段）：修復（改變）破壞被固定

DNA加合物DNA突變污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第15頁。4、脂質過氧化脂質過氧化是細胞損傷的一種特殊方式,是由于產生了自由基而引起的,正常情況下,生物體內氧化、還原和酶促反應過程中，均可產生少量自由基，一般可被體內存在的抗氧化物質（如維生素C、維生素E）所對抗，對生物危害不大。當大量污染物（自由基）進入機體，造成機體抗氧化作用失衡，即可發(fā)生脂質過氧化，對生物體造成危害。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第16頁。第二節(jié)污染物在細胞和器官水平上的影響一、對細胞的影響表現為對細胞結構和功能的改變1、對細胞膜的影響污染物引起的脂質過氧化作用導致的損傷污染物可影響膜的離子通透性污染物與膜上的受體結合，干擾正常的生理功能污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第17頁。2、對細胞器的影響a、線粒體：膜系統(tǒng)損傷，嵴減少、變小b、光面內質網和糙面內質網：破壞膜結構，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污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第18頁。二、對組織器官的影響1、靶器官污染物進入機體后，只對部分器官產生毒作用，這些器官稱為靶器官。*經積累最先達到效應閾值的器官。2、對組織器官的影響

a、表現效應的器官：可以是多器官，含受體，或間接作用。

b、蓄積器官：污染物積累量（濃度）高于其他器官。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第19頁。c、靶器官不同于效應器官，污染物的毒作用可以通過靶器官表現出來，也可由另外的效應器官表現出來。靶器官不同于蓄積器官，污染物在蓄積器官內的濃度高于其他器官，但對蓄積器官并不一定顯示毒作用。d、對植物，表現為葉面出現點、片傷害斑，造成葉、蕾、花、果實等的脫落對動物，以重金屬污染為例：鉛可損害造血器官和神經系統(tǒng)，鎘可損害肝臟、腎臟，導致骨痛病污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第20頁。3、炎癥（inflammation）：熱、紅、腫、痛熱：與變溫動物無關。紅：只與紅色血液動物有關。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：血液中液體經血管壁流入發(fā)炎組織的結果。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。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第21頁。第三節(jié)污染物在個體水平上的影響污染物對植物在個體水平上的影響：主要表現為生長減慢、發(fā)育受阻、失綠黃化、早衰等污染物對動物在個體水平上的影響：主要表現為死亡、行為改變、繁殖下降、生長和發(fā)育抑制、疾病敏感性增加、代謝率變化污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第22頁。一、死亡1、衡量死亡的指標a、死亡率：死亡比例的大小，為評價污染物毒性大小的生物學指標b、致死劑量/濃度（LethalDose/Concentration）：能引起動物死亡的污染物的劑量或濃度。c、半數致死劑量/濃度（LD50/LC50）：能引起50％的動物死亡的污染物的劑量或濃度。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第23頁。2、影響致死效應的主要因素：a、污染物的種類及其物理化學性質b、生物的種類c、作用時間、水質條件，如溫度、硬度、溶解氧等d、多種污染物的綜合作用污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第24頁。二、對行為的影響1、行為毒性：指一種污染物或其他因素（如溫度、光照、輻射）使得動物一種行為超過正常變化的范圍。2、對水生生物行為的影響（p84）：回避行為：主動避污捕食行為：選擇、效率學習行為

警惕行為：逃避捕食社會行為污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第25頁。3、對鳥類行為的影響有機磷農藥可影響鳥的神經系統(tǒng)，導致鳥的平衡和協(xié)調性的損害。受污染的鳥類還可表現出對領地的失控和不能照顧后代。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第26頁。三、對繁殖的影響1、繁殖影響表現產卵數、孵化率、幼體存活率下降以及繁殖行為變化等2、蛋殼的厚薄指數：一個評價污染物對鳥類繁殖影響的敏感指標。3、環(huán)境激素（p87）：指具有動物和人體激素的活性，能干擾和破壞野生動物內分泌功能，導致繁殖障礙、誘發(fā)人類重大疾病的天然物質或人工合成物質。也叫做外源性雌激素或環(huán)境內分泌干擾物。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第27頁。環(huán)境激素的種類包括：天然雌激素和合成雌激素、植物雌激素、具有雌激素活性的環(huán)境化學物質注：具有雌激素活性的環(huán)境化學物質：如殺蟲劑、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、洗滌劑、塑料添加劑、食品添加劑等，工業(yè)廢水和生活污水往往含有上述物質。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第28頁。四、對生長、發(fā)育的影響1、污染物對生長和發(fā)育的影響影響攝食和生理代謝，消耗能量2、可通過生長指示器來測定，生長指示器（ScopeforGrowth,SFG）是反映生物機體能量獲取利用和代謝的綜合指標。P=A-(R+U)注：P——SFG；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污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第29頁。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。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第30頁。第四節(jié)污染物在種群和群落水平上的影響一、對生物種群的影響1、概念：種群（Population）是指在一定時空中同種個體的組合，具三個基本特征，空間特征、數量特征、遺傳特征種群密度：單位面積或單位空間內的個體數量。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第31頁。2、污染物對種群的影響表現為：1.數量(密度)：

a.敏感物種(抗性差)，數量下降。

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)，數量上升污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第32頁。2.結構：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.遺傳結構：基因多樣性下降、遺傳缺陷

4.競爭關系：種內（空間、食物） 種間（食物網關系、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、無作用污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第33頁。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 內部忍耐：結合固定、代謝、蓄積

2.適應與微進化：（種內的分化－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)結構、生理、遺傳 適應的代價：生態(tài)、生理、進化污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第34頁。三、對生物群落的影響1、基本概念（p90）群落（Community）優(yōu)勢種（DominantSpecies）耐污種敏感種污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第35頁。2、污染物對群落的影響表現在：a、群落組成和結構改變：耐污種增多，敏感種逐漸消失，狹污性種群逐漸被廣污性種群取代b、生物量的影響c、物種多樣性（SpeciesDiversity）的影響：生態(tài)穩(wěn)定性、異質性（時間、空間）、生物完整性（多個指標的綜合）注：物種多樣性指群落中物種的數目（豐富度）和各個物種的相對密度（群落的異質性）。污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第36頁。四、對受損系統(tǒng)的分析：

1.干擾的強度：量－效關系，環(huán)境質量評價

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)生的時刻污染物對生物的影響全文共43頁，當前為第37頁。第五節(jié)化學污染物對生物的聯(lián)合作用一、概念：指兩種或兩種以上化學