污染物對(duì)生物的影響

關(guān)于污染物對(duì)生物的影響2

第一節(jié)污染物在生化和分子水平上的影響一、對(duì)蛋白酶的影響有蛋白酶的誘導(dǎo)合成和對(duì)酶活性的調(diào)節(jié)兩方面。（一）酶的誘導(dǎo)合成研究表明，一些有機(jī)親脂性化合物，如一些殺蟲(chóng)劑和多環(huán)芳烴，能增加酶的合成速度,此外，還可降低酶蛋白的分解，而增加酶蛋白的數(shù)量。污染物可影響生物有機(jī)體蛋白酶的數(shù)量，可在DNA轉(zhuǎn)錄和mRNA的翻譯水平上起作用。對(duì)酶合成的誘導(dǎo)和阻遏而影響酶的數(shù)量。

第2頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天3依據(jù)：（1）在污染物誘導(dǎo)過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)增生，微粒體蛋白含量增加，RNA和磷脂含量增加。（2）加入放線(xiàn)菌素D（蛋白質(zhì)合成抑制劑）污染物對(duì)蛋白合成的誘導(dǎo)作用消失。（3）施喂C14-Aa，微粒體蛋白質(zhì)合成速度增加。

第3頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天4例1：促進(jìn)逆境蛋白（Stressprotein）的合成在病原菌、化學(xué)物質(zhì)，以及干旱、低溫等不良條件作用下，生物有機(jī)體可誘導(dǎo)產(chǎn)生一系列新的蛋白質(zhì)，稱(chēng)逆境或應(yīng)激蛋白。如病原相關(guān)蛋白、熱休克蛋白、干旱逆境蛋白等。研究表明，亞砷酸、百草枯等農(nóng)藥可誘導(dǎo)相關(guān)的應(yīng)激蛋白，起保護(hù)作用。第4頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天5

例2：促進(jìn)金屬硫蛋白（Metallothionein）的合成金屬硫蛋白是一種位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的低分子蛋白，約含30%的半胱氨酸，Mr為6~7千，對(duì)熱穩(wěn)定，金屬含量高。這種蛋白廣泛存在于原生動(dòng)物、真菌、動(dòng)植物中。金屬硫蛋白對(duì)二價(jià)金屬離子有極高的親和力，在細(xì)胞內(nèi)起貯藏必需的微量金屬如Zn和Cu，還可結(jié)合有毒的Cd和Hg，保護(hù)細(xì)胞免受重金屬的毒害。第5頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天6（二）酶活性的調(diào)節(jié)有激活作用和對(duì)酶活性的抑制作用2個(gè)方面。

1、促進(jìn)的酶活性研究表明，參與相I和相II反應(yīng)酶的活性受許多污染物的誘導(dǎo)。此外，混合功能氧化酶系統(tǒng)、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶、尿二磷酸葡萄糖苷轉(zhuǎn)移酶和抗氧化防御系統(tǒng)酶系如SOD、CAT和POD等酶的活性，也受污染物的促進(jìn)。第6頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天7（1）混合功能氧化酶系統(tǒng)（MFO）調(diào)節(jié)1）組成和定位

定位：MFO存在于細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，肝臟活性較高。組成：CytP450，NADPH-CytP450還原酶（或NADH-Cytb5還原酶）和磷脂。其中：CytP450由多基因編碼，各物種不同，決定酶的形式，如P450E型，P450LM4型等，其與催化底物直接相連。NADPH-CytP450還原酶（或NADH-Cytb5還原酶）具催化功能，但不同物種有不同酶形式，如7-乙氧基異吩噁唑-O-脫乙基酶（ECOD）、芳烴羥化酶（AHH）等。第7頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天8

2）混合功能氧化酶系統(tǒng)生理作用其可參與體內(nèi)的膽固醇、膽汁酸、激素、維生素D的生物合成和代謝。許多外源性化合物，如多環(huán)芳烴和藥物，都可經(jīng)該酶系統(tǒng)代謝，形成極性大的產(chǎn)物而易從體內(nèi)排出。但注意有些污染物經(jīng)此酶系統(tǒng)代謝后，會(huì)形成高毒的致癌物。第8頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天93）混合功能氧化酶系統(tǒng)活性誘導(dǎo)3類(lèi)污染物：1）藥物誘導(dǎo)劑，主要是苯巴比妥型，包括許多藥物、殺蟲(chóng)子劑等。2）致癌物誘導(dǎo)劑，包括苯并芘等多種多環(huán)芳烴類(lèi)。3）甾族誘導(dǎo)劑，如螺王內(nèi)酯等。都可誘導(dǎo)混合功能氧化酶系統(tǒng)的活性。這些污染物質(zhì)還可在DNA轉(zhuǎn)錄水平、mRNA翻譯水平促進(jìn)混合功能氧化酶的合成，增加數(shù)量。第9頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天10（2）抗氧化防御系統(tǒng)酶

活性氧（activeoxygen）:指化學(xué)性質(zhì)活潑，氧化能力很強(qiáng)的含氧物質(zhì)的總稱(chēng)。生物體內(nèi)活性氧主要有超氧自由基（O2.-）、單線(xiàn)態(tài)氧（1O2）、羥自由基（.OH）和H2O2等。

自由基又稱(chēng)游離基（FreeRadical）：是指帶有未配對(duì)電子的原子、離子、分子、基團(tuán)和化合物等。它們的共同特點(diǎn)是帶有不成對(duì)的電子。生物體自身代謝產(chǎn)生的一類(lèi)自由基就稱(chēng)為生物自由基。

第10頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天11

正常情況下，ROS的產(chǎn)生和清除在動(dòng)態(tài)平衡之中，ROS的積累，對(duì)正常的生理代謝有破壞作用。在長(zhǎng)期進(jìn)化中，生物有機(jī)體完善了防御過(guò)氧化損傷的系統(tǒng)。

非酶系統(tǒng)：GSH、VtC、VtE和β-胡蘿卜素等.

酶學(xué)系統(tǒng)：超氧物岐化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX）、谷胱甘肽還原酶（GR）以及抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）等。第11頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天12谷胱甘肽（GSH，三肽）分子結(jié)構(gòu)第12頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天131）超氧物岐化酶（SOD）反應(yīng)機(jī)理是：與酶相連的金屬Cu2+交替地氧化或還原，催化快速的岐化反應(yīng)，迅速地將有毒的O2.-轉(zhuǎn)化為分子氧。

第13頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天14SOD種類(lèi)SOD廣泛分布于生命有機(jī)體中。無(wú)論從低等到高等生物，從細(xì)菌到真菌，從藻類(lèi)到高等植物，仍至人類(lèi)都有SOD的存在。三種類(lèi)型的SOD：I）Cu/ZnSOD:主要存在于真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中，如高等植物、動(dòng)物、人細(xì)胞質(zhì)中。II）Mn-SOD：存在于真核細(xì)胞的線(xiàn)粒體、細(xì)菌中。III）Fe-SOD：只存在于原核細(xì)胞中，如海藻中的螺旋藻。第14頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天15

SOD活性的誘導(dǎo):許多化學(xué)污染物能誘導(dǎo)SOD的活性

I）大氣污染物如O3。II）H2O2和有機(jī)超氧化物等直接作用氧化物。III）多環(huán)芳烴等氧化還原循環(huán)化合物。如在酸性條件下或在Al脅迫下，植物菌根的SOD活性會(huì)增加。（2）CAT和POD第15頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天162）CAT和POD催化反應(yīng)在SOD作用下，O2.-岐化而形成H2O2，在生物體內(nèi)，在有Fe2+等過(guò)渡金屬離子存在下，H2O2可與O2.-通過(guò)Harber-Weiss反應(yīng)生成氧化能力更強(qiáng)的.OH，.OH會(huì)直接攻擊細(xì)胞膜脂的不飽和脂肪酸，引起過(guò)氧化作用。過(guò)氧化氫酶:能有效地清除生物體內(nèi)的H2O2對(duì)細(xì)胞氧化作用，可保護(hù)細(xì)胞免受.OH毒害作用。第16頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天17

過(guò)氧化物酶:也能清除植物體內(nèi)的H2O2。POD通過(guò)催化H2O2氧化其它底物而消耗H2O2。細(xì)胞內(nèi)有多種形式的過(guò)氧化物酶如：IAA過(guò)氧化物酶、抗壞血酸過(guò)氧化物酶和GSH過(guò)氧化物酶等?；钚哉T導(dǎo):在植物暴露于百草枯的細(xì)胞組織中，CAT活性也明顯升高；當(dāng)暴露于SO2、O3和NO2等大氣污染物下時(shí)，植物體內(nèi)的GSH過(guò)氧化物酶活性顯著增加。

第17頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天183）抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX，Ascorbateperoxidase)APX存在于細(xì)胞質(zhì)、葉綠體的類(lèi)囊體中。APX對(duì)H2O2的Km值較低，對(duì)H2O2的親和力高。其與脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）和谷胱甘肽還原酶（GR）一起進(jìn)行葉綠體內(nèi)的ASA-GSH循環(huán)，清除H2O2。

第18頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天192、抑制酶活性（1）酶活性抑制機(jī)理1）不可逆性抑制:污染物與酶蛋白活性中心功能基團(tuán)不可逆的結(jié)合而引起。有機(jī)磷抑制膽堿酯酶活性的機(jī)理:有機(jī)磷農(nóng)藥分子中的帶負(fù)電的磷原子易與膽堿酯酶活性中心的Ser殘基的羧基結(jié)合，形成磷?；憠A酯酶，結(jié)合相當(dāng)穩(wěn)定；另外，有機(jī)磷農(nóng)藥分子中帶正電荷的部分可與膽堿酯酶的帶負(fù)電部分-氨基酸殘基側(cè)鏈羧基結(jié)合，因而使酶失去分解乙酰膽堿的作用。第19頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天20

乙酰膽堿酯酶（acetylcholinesterase）作用：乙酰膽堿酯酶主要存在于神經(jīng)末梢突觸間隙，也存在于神經(jīng)元內(nèi)和紅細(xì)胞中。乙酰膽堿是一種神經(jīng)介質(zhì)。當(dāng)神經(jīng)末梢受刺激時(shí)，釋放乙酰膽堿，與膽堿受體結(jié)合，發(fā)揮神經(jīng)-肌肉的興奮傳遞作用。隨后，乙酰膽堿即被膽堿酯酶水解而失去作用。如果膽堿酯酶的作用被抑制，就會(huì)發(fā)生乙酰膽堿過(guò)剩而集聚現(xiàn)象，引起膽堿能神經(jīng)過(guò)度興奮、類(lèi)似有機(jī)磷中毒的表現(xiàn)。第20頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天212）競(jìng)爭(zhēng)性抑制若污染物與酶作用底物有相似的分子結(jié)構(gòu)，和酶活性中心的結(jié)合部位相同，則會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制。作用特點(diǎn)：底物濃度增加可減弱污染物對(duì)酶活性的抑制作用。如：氨基喋呤是合成氨基酸的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，而5-氟尿嘧啶和6-巰基嘌呤是合成嘧啶和嘌呤的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。第21頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天223）非競(jìng)爭(zhēng)性抑制污染物與酶分子的結(jié)合位置與底物的結(jié)合位置不同，因而增加底物濃度不能逆轉(zhuǎn)污染物對(duì)酶活性的抑制作用。最常見(jiàn)的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制是某些污染物與酶分子中的半胱氨酸殘基的巰基的可逆性結(jié)合，引起酶構(gòu)象的改變。此外，CO、氰化物、疊氮化鈉與Cytaa3氧化酶分子中的鐵結(jié)合，而阻止呼吸電子傳遞，也是一種非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。第22頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天23

4）經(jīng)降低或減少輔酶或輔基的合成，抑制酶活性許多酶的活性依賴(lài)輔酶或輔基的合成。如丙酮酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶、乙醇脫氫酶、乳酸脫氫酶需NAD+；葡萄糖-6-磷酸脫氫酶，6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶需NADP+；琥珀酸脫氫酶需FAD。研究證實(shí)，Pb可減少體內(nèi)NAD和NADP合成；砷和有機(jī)錫可與硫辛酸結(jié)合，使α-酮戊二酸氧化脫羧反應(yīng)受阻。

第23頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天245）一些金屬離子是許多酶的輔基或激活劑，污染物與這些金屬離子結(jié)合，從而抑制酶的活性。RUBPCase、烯醇化酶活性需Mg2+激活；Ca2+可激活丙酮酸脫氫酶活性；PEP羧激酶需Mn2+和Mg2+；IAA氧化酶分子中有Mn2+。氟化物能與Mg2+形成復(fù)合物，使受Mg2+激活的烯醇化酶受抑制；再例CS2代謝生成二乙基二硫代氨甲酸，能結(jié)合Cu離子，而抑制多巴胺-β-羥化酶活性，干擾腎上腺素的合成。第24頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天25腎上腺素腎上腺素的一般使心臟收縮力上升，心臟、肝、和筋骨的血管擴(kuò)張，皮膚、粘膜的血管收縮，是拯救瀕死的人或動(dòng)物的必備品。由人體腎上腺釋放。當(dāng)人經(jīng)歷某些刺激（例如興奮，恐懼，緊張等）分泌出這種化學(xué)物質(zhì)，能讓人呼吸加快，心跳與血液流動(dòng)加速，瞳孔放大，為身體活動(dòng)提供更多能量，使反應(yīng)更加快速。

第25頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天26（2）常見(jiàn)抑制蛋白酶活性的污染物1）抑制ATPase活性物質(zhì)生物有機(jī)體有多種ATPase，如H+-ATPase，K+-ATPase、Ca2+-ATPase和Na+-ATPase等。發(fā)現(xiàn)水生生物、鳥(niǎo)類(lèi)、哺乳類(lèi)的多種組織的ATPase活性受污染物如有機(jī)氯農(nóng)藥DDT、多氯聯(lián)苯、增塑劑、煉油廢水等的抑制。ATPase已成為評(píng)價(jià)污染的指標(biāo)。

第26頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天272）抑制乙酰膽堿酯酶（AchE）物質(zhì)有機(jī)磷農(nóng)藥和氨基甲酸酯農(nóng)藥對(duì)高等和低等動(dòng)物的AchE都有明顯的抑制作用，而導(dǎo)致神經(jīng)功能的破壞。AchE活性的抑制可改變水生生物的呼吸、游泳能力、攝食能力和社會(huì)關(guān)系，改變鳥(niǎo)類(lèi)的行為、內(nèi)分泌功能和繁殖等，導(dǎo)致無(wú)脊椎動(dòng)物的死亡和種群的變化。第27頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天283）抑制蛋白磷酸化酶物質(zhì)蛋白磷酸化酶催化蛋白酶的脫磷酸化作用，而蛋白酶的磷酸化受蛋白激酶的催化。已知蛋白質(zhì)的磷酸化和去磷酸起信號(hào)傳遞作用，控制著動(dòng)、植物的生長(zhǎng)發(fā)育。多種化學(xué)物質(zhì)可抑制蛋白磷酸化酶的活性。如微囊藻毒素、豆蔻酸乙酸大戟二萜酯（TPA，促癌物）都可抑制蛋白磷酸化酶的活性，而激活蛋白酶C和抑制蛋白磷酸化酶的活性可促進(jìn)腫瘤的形成。第28頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天29二、對(duì)生物大分子結(jié)構(gòu)的影響（一）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的化學(xué)損傷蛋白質(zhì)中有許多氨基酸帶有活性基團(tuán)，如-OH、-NH2、胍基、巰基等，是維持蛋白質(zhì)構(gòu)型和酶催化活性所必需的。許多污染物及其代謝產(chǎn)物易與這些基團(tuán)反應(yīng)，而破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，造成組織和器官功能的喪失。第29頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天30常見(jiàn)有：1）細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)及通透性發(fā)生改變；2）亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能損傷；3）影響酶的催化功能，進(jìn)而引起代謝異常和障礙；4）引起機(jī)體特殊的免疫反應(yīng)；5）導(dǎo)致遺傳毒性和引起機(jī)體繁殖功能障礙等。第30頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天31第31頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天32（二）DNA結(jié)構(gòu)的化學(xué)損傷由于DNA分子中的堿基、糖和磷酸易受化合物的攻擊，形成共價(jià)結(jié)合加合物，因而造成結(jié)構(gòu)的化學(xué)損傷，基因功能的改變。DNA結(jié)構(gòu)的改變主要包括堿基置換、堿基丟失、鏈斷裂等。研究表明，污染嚴(yán)重的水體沉積物可導(dǎo)致底棲魚(yú)類(lèi)DNA加合物的形成，而且，DNA加合物的形成與魚(yú)類(lèi)腫瘤的形成有很好的相關(guān)性。第32頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天33化學(xué)物質(zhì)性質(zhì)不同可引起DNA結(jié)構(gòu)不同的變化：

親電性化合物（帶正電荷）主要攻擊鳥(niǎo)嘌呤的N7和C8、胞嘧啶的N3和腺嘌呤的-NH2基；

親核性化合物（帶負(fù)電荷）主要攻擊胞嘧啶、胸腺嘧啶的C5位；

自由基主要攻擊腺嘌呤和鳥(niǎo)嘌呤的C8位和嘧啶堿基的5，6位雙鏈。

第33頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天34化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致DNA的損傷：1)反映了作用于DNA的多種化合物的綜合效應(yīng)。2)反映了化學(xué)物質(zhì)在體內(nèi)的代謝、組織中的分布、生物可利用性和解毒作用等。3)還反映了有機(jī)體對(duì)DNA損傷的修復(fù)能力。

損傷的DNA可以被有機(jī)體自身修復(fù)，有多種途徑修復(fù)DNA。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)有較為完善的DNA修復(fù)路徑，分別是核苷酸切除修復(fù)、堿基的直接插入、重組修復(fù)等。第34頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天35（1）核苷酸切除修復(fù)細(xì)胞內(nèi)有多種特異的“核酸內(nèi)切酶”，可識(shí)別DNA的損傷部位，在其附近將DNA單鏈切開(kāi)，再由“外切酶”將損傷鏈切除，由“聚合酶”以完整鏈為模板進(jìn)行修復(fù)合成，最后有“連接酶”封口。若一部分DNA單鏈斷裂，還可僅由“DNA連接酶”（ligase）參與而完全修復(fù)。第35頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天36（2）堿基的直接插入若DNA鏈上嘌呤的脫落造成無(wú)嘌呤位點(diǎn)，能被“DNA嘌呤插入酶（insertase）”識(shí)別結(jié)合，在K+存在的條件下，催化游離“嘌呤或脫氧嘌呤核苷”插入到嘌呤的脫落位點(diǎn)生成糖苷鍵。催化插入的堿基有高度專(zhuān)一性、與另一條鏈上的堿基嚴(yán)格配對(duì)，使DNA完全恢復(fù)。第36頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天37（3）重組修復(fù)或復(fù)制后修復(fù)

對(duì)于雙鏈斷裂損傷的DNA，細(xì)胞必須利用雙鏈斷裂修復(fù)，即重組修復(fù)。通過(guò)與姐妹染色單體正?？截惖耐粗亟M來(lái)恢復(fù)正確的遺傳信息。人類(lèi)有23對(duì)染色體，其中22對(duì)是常染色體，1對(duì)性染色體。同源染色體是指分別來(lái)自父本和母本大小、形狀都相似的染色體。第37頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天38第38頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天39第39頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天40（三）脂質(zhì)結(jié)構(gòu)變化1、脂類(lèi)的結(jié)構(gòu)（1）脂肪（甘油三酯）（2）磷脂

第40頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天41（3）固醇類(lèi)（膽固醇、豆固醇等）膽固醇：是環(huán)戊烷多氫菲衍生物。在神經(jīng)組織、肝、腎、脾和表皮組織含量高。人體的各種組織都能合成膽固醇，其中以肝和小腸作用最強(qiáng)。第41頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天42

膽固醇是動(dòng)物組織細(xì)胞所不可缺少的重要物質(zhì)，它不僅參與形成細(xì)胞膜，而且是合成膽汁酸、維生素D以及甾體激素（雄激素-睪丸酮，雌激素）的原料。

1）膽固醇經(jīng)代謝形成膽酸，再與甘氨酸和?；撬峤Y(jié)合，轉(zhuǎn)化為膽汁酸，膽汁酸主要存在于腸、肝循環(huán)系統(tǒng)，在脂肪代謝中起著重要作用。

2）膽固醇可經(jīng)一系列轉(zhuǎn)化形成腎上腺皮質(zhì)激素、雌二醇、雌三醇、雌酮等雌性激素和睪酮和雄酮等雄性激素。第42頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天43

3）膽固醇在腸粘膜細(xì)胞中在脫氫酶作用下，形成7-脫氫膽固醇，經(jīng)紫外線(xiàn)照射就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫S生素D3。維生素D缺乏會(huì)導(dǎo)致少兒佝僂病和成年人的軟骨病。癥狀包括骨頭和關(guān)節(jié)疼痛，肌肉萎縮，失眠，緊張以及痢疾腹瀉。（4）鞘脂類(lèi)由脂肪酸和鞘氨醇或其衍生物組成，如神經(jīng)酰胺、鞘磷脂等，不含甘油，但具極性頭部和非極性的尾，是動(dòng)植物細(xì)胞膜重要組分。第43頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天442、污染物對(duì)脂質(zhì)影響多種污染物如大氣污染物O3、NO2，水體污染物CCl4、Cd等進(jìn)入有機(jī)體后，細(xì)胞和亞細(xì)胞膜系統(tǒng)的磷脂能發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化作用，結(jié)果導(dǎo)致亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞、膜通透性的增加，以及功能的喪失，如線(xiàn)粒體崩潰，溶酶體破裂等。

第44頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天45影響機(jī)制許多污染物如鹵代烴、多環(huán)芳烴在細(xì)胞內(nèi)代謝會(huì)形成自由基，如氧自由基（·OH、H2O2）,組成膜的磷脂含豐富的多烯脂肪酸側(cè)鏈，易受氧自由基的攻擊，而發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化作用，是一個(gè)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。1）自由基攻擊多烯脂肪酸側(cè)鏈的亞甲基（-CH2-），形成脂質(zhì)自由基（L·）。第45頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天46

2）脂質(zhì)自由基（L·）直接或經(jīng)共振后與分子O2反應(yīng)，形成脂質(zhì)過(guò)氧自由基（LOO·）。3）脂質(zhì)過(guò)氧自由基與相鄰飽和脂肪酸的亞甲基上的H作用，生成脂質(zhì)過(guò)氧化氫（LOOH）和一個(gè)新的脂質(zhì)過(guò)氧自由基（LOO·）。4）脂質(zhì)過(guò)氧化氫經(jīng)分子內(nèi)環(huán)化和酯解生成丙二酯、其他酯類(lèi)和酮類(lèi)，導(dǎo)致多烯脂肪酸的迅速降解。

第46頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天47

第二節(jié)污染物在細(xì)胞、器官和個(gè)體水平上的影響一、對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的影響1、細(xì)胞膜的影響污染物引起膜脂過(guò)氧化作用導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)的損傷，而影響膜的功能。如擬除蟲(chóng)菊酯和DDT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)。

第47頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天482、線(xiàn)粒體的影響可引起線(xiàn)粒體膜和嵴形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變，從而影響電子傳遞和氧化磷酸化功能。如殺蟲(chóng)雙可導(dǎo)致家蠶絲腺細(xì)胞線(xiàn)粒體的嵴減少，體積變小。甲基汞處理大鼠子宮，線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)蛋白下降，呼吸功能和標(biāo)志酶活性被抑制。

第48頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天49第49頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天503、對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和微體的影響污染物經(jīng)代謝產(chǎn)生自由基，可導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和微體膜的一些重要組分被破壞。如黃曲霉毒素、芳香胺和PAH等能引起核糖體從粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上脫落，而影響對(duì)蛋白質(zhì)合成的控制。

第50頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天514、對(duì)微管、微絲等細(xì)胞器的影響污染物對(duì)微管、微絲、高爾基體、溶酶體等其它細(xì)胞器也有影響。如污染物可解體溶酶體,導(dǎo)致細(xì)胞自溶。微管主要成分是微管蛋白，起細(xì)胞骨架的作用。在纖毛、鞭毛中的微管與運(yùn)動(dòng)有關(guān)；而神經(jīng)細(xì)胞中的微管可能與支持和神經(jīng)遞質(zhì)的運(yùn)輸有關(guān)。微絲的成分是肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白，是肌纖維的運(yùn)動(dòng)蛋白。與細(xì)胞質(zhì)的流動(dòng)、變形運(yùn)動(dòng)有關(guān)。

第51頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天52第52頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天53二、對(duì)組織器官的影響1、對(duì)植物器官的影響植物吸收大氣污染物，如SO2、O3、氟化氫、乙烯等后，導(dǎo)致組織壞死，表現(xiàn)為葉面出現(xiàn)枯斑，造成花、果實(shí)、蕾和葉片的脫落。農(nóng)藥污染也能影響植物組織和器官的生長(zhǎng)。出現(xiàn)黃化失綠、卷葉、枯斑、落葉、落花、落果、畸形、根短粗肥大、缺少根毛等癥狀。

第53頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天54第54頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天552、對(duì)動(dòng)物組織器官的影響污染物對(duì)動(dòng)物器官的損傷，常以肝、腎、神經(jīng)、血液、呼吸器官、消化器官和繁殖器官等作為研究對(duì)象。但影響相當(dāng)復(fù)雜。已知：Cd：主要影響動(dòng)物的肝臟和腎臟，引起骨痛病。Hg：主要影響動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)，引起水俁病。Pb：可損傷動(dòng)物的造血骨髓，干擾血紅素的合成而引起貧血；還可損傷神經(jīng)系統(tǒng)，而引起末梢神經(jīng)炎，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)障礙。第55頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天563、不同器官對(duì)毒物的作用1）對(duì)器官產(chǎn)生直接的毒作用：靶器官污染物進(jìn)入有機(jī)體后，對(duì)各器官并不產(chǎn)生同樣的毒作用，而只對(duì)部分器官產(chǎn)生直接毒作用，此器官稱(chēng)靶器官（TargetOrgan）.DDT的靶器官為中樞神經(jīng)系統(tǒng)和肝臟。2）蓄積污染毒物：蓄積器官蓄積器官是污染毒物在動(dòng)物體內(nèi)的蓄積部位，其特點(diǎn)是濃度顯著高于其它器官。如DDT為有機(jī)氯農(nóng)藥，主要蓄積在脂肪組織中，因而脂肪組織就為DDT的蓄積器官。第56頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天573）表現(xiàn)毒作用：效應(yīng)器官污染物作用于靶器官,不一定由靶器官表現(xiàn)出癥狀。污染物進(jìn)入有機(jī)體后，能表現(xiàn)毒作用的器官為效應(yīng)器官（effectiveOrgan）。若其毒作用由靶器官表現(xiàn)出來(lái)，則此靶器官還為效應(yīng)器官。如有機(jī)磷農(nóng)藥的靶器官為神經(jīng)系統(tǒng)，抑制膽堿酯酶活性，表現(xiàn)為瞳孔縮小、流涎、肌肉顫動(dòng)，則效應(yīng)器官為瞳孔、唾液腺和橫紋肌。第57頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天58三、在個(gè)體水平上的影響污染物對(duì)植物個(gè)體的影響表現(xiàn)為生長(zhǎng)發(fā)育受阻、失綠黃化、早衰等。而對(duì)動(dòng)物個(gè)體的影響表現(xiàn)為生長(zhǎng)和發(fā)育受阻、行為異常、繁殖能力下降和死亡等。（一）對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的影響污染物會(huì)阻止生長(zhǎng)發(fā)育或?qū)е滤劳觥？捎蒙L(zhǎng)指示器（SFG，ScopeforGrowth）表示：P=A-(R+U)。生物要正常生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖，P一定要大于為0。P:SFR;A:從食物中獲得的總能量;R:呼吸對(duì)能量的消耗;U:排泄過(guò)程消耗的能量。

第58頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天591、污染物通過(guò)影響生物有機(jī)體食物的攝取當(dāng)生物有機(jī)體從食物獲得的能量超過(guò)有機(jī)體維持正常生理代謝所需的能量時(shí)，生物有機(jī)體將利用能量進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖，反之，不能生長(zhǎng)發(fā)育或?qū)е滤劳觥?、能量消耗過(guò)多：但有些污染物雖然不影響生物有機(jī)體對(duì)食物的攝取和生理代謝,而由于機(jī)體對(duì)污染物的解毒,需消耗大量的能量,仍能導(dǎo)致生長(zhǎng)和發(fā)育的受阻。例：0.9mg/L的Zn能明顯抑制淡水端足目鉤蝦的SFG,導(dǎo)致后代體重下降。第59頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天60（二）對(duì)行為產(chǎn)生影響：行為毒性水環(huán)境污染可影響水生生物的行為，表現(xiàn)出對(duì)污染物的回避和捕食、警惕、學(xué)習(xí)、社會(huì)行為的改變。當(dāng)一種污染物或其它因素使得動(dòng)物行為超過(guò)正常變化的范圍時(shí)，產(chǎn)生了行為毒性（BehavioralToxicity）。1、回避行為

回避行為：指水生生物特別是游泳能力強(qiáng)的水生動(dòng)物，能主動(dòng)避開(kāi)受污染的水區(qū)域，游向未受污染的清潔水區(qū)域的行為。第60頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天61

（1）已知魚(yú)、蝦、蟹和水生昆蟲(chóng)都有一定回避能力。但各種生物對(duì)同一種污染物的回避能力差異很大，與水生生物的活動(dòng)類(lèi)型、生理狀態(tài)有關(guān)。如對(duì)DDT，雜色鱒回避能力大于食蚊魚(yú)，草蝦完全不回避。（2）水生生物回避能力還與水溫變化有關(guān)。如細(xì)鱗大麻哈魚(yú)對(duì)海水中原油的回避閾值11.5℃時(shí)為1.6mg/L,7.5℃時(shí)為16mg/L。第61頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天62生物回避的結(jié)果：1）生物回避可改變某水域水生生物的種類(lèi)和組成，以及自然分布，打破原有生態(tài)平衡。2）一些經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)失去索餌和產(chǎn)卵場(chǎng)所，影響?hù)~(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)和繁殖。3）不回避的水生生物生長(zhǎng)發(fā)育受阻，甚至死亡。第62頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天632、對(duì)捕食行為的影響

魚(yú)類(lèi)需用視覺(jué)來(lái)鑒別，搜尋和捕捉獵物，用味覺(jué)來(lái)處理食物。這些捕食行為受污染物的影響?；瘜W(xué)污染物可影響搜索獵物的感覺(jué)系統(tǒng)和策略，降低捕食能力?？捎绊憣?duì)獵物的選擇，降低捕捉獵物的效率。污染物還可影響其味覺(jué)，而延長(zhǎng)捕捉后對(duì)食物的處理時(shí)間。用Pb和Zn喂養(yǎng)斑馬魚(yú)，用烷基苯磺酸去垢劑喂養(yǎng)旗魚(yú)，都可降低它們捕食后的處理時(shí)間。第63頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天643、對(duì)警惕行為的影響水生生物為了逃避被捕食，都具有一定的警惕能力。警惕能力的下降，就導(dǎo)致容易被捕食。研究表明，溫度、殺蟲(chóng)劑、五氯苯酚和Cd等污染物可降低水生生物的警惕性，增加被捕食的危險(xiǎn)。第64頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天65（三）對(duì)繁殖的影響1、對(duì)動(dòng)物繁殖的影響污染物可對(duì)生物有機(jī)體繁殖造成影響。對(duì)動(dòng)物而言，表現(xiàn)為：1）產(chǎn)卵（仔）數(shù)，2）孵化率，3）幼體存活率的下降。繁殖行為的改變，最終導(dǎo)致種群數(shù)下降，甚至導(dǎo)致物種的滅絕。例:多氯聯(lián)苯可抑制魚(yú)類(lèi)卵巢的發(fā)育，降低魚(yú)類(lèi)血液中雌激素和卵黃蛋白原的含量，導(dǎo)致胚胎和幼體發(fā)育障礙；表2-7：水環(huán)境污染對(duì)魚(yú)類(lèi)繁殖的影響。DDT可誘導(dǎo)雄鷗胚胎的雌性化，輸卵管和卵巢組織發(fā)育畸形。

第65頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天662、對(duì)人類(lèi)生殖的影響環(huán)境中存在一些天然和人工合成的污染物具有動(dòng)物和人類(lèi)激素的功能，這些物質(zhì)能干擾和破壞野生動(dòng)物和人類(lèi)的內(nèi)分泌功能，導(dǎo)致繁殖障礙。這些物質(zhì)稱(chēng)環(huán)境激素或外源性雌激素或環(huán)境內(nèi)分泌干擾物。環(huán)境激素對(duì)人體危害之一，是引起多種形式雄性生殖系統(tǒng)發(fā)育障礙，如性腺發(fā)育不良、睪丸萎縮，增加睪丸癌的發(fā)病率。

第66頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天67（1）植物源雌激素植物體產(chǎn)生并具弱激素活性，它們以非甾體結(jié)構(gòu)為主。1）異酮類(lèi)，如染料木橫酮、染料木苷、黃豆黃原、黃豆苷、雞豆苷素等；2）木質(zhì)素；3）擬雌內(nèi)醇：這些物質(zhì)由豆科植物、茶和人參產(chǎn)生。這些植物源雌激素對(duì)動(dòng)物和人內(nèi)源雌激素、脂肪酸的代謝產(chǎn)生影響，還可導(dǎo)致牛羊不育不孕和肝臟疾病。

（2）動(dòng)物源雌激素主要是從動(dòng)物和人尿中排出的一些性激素，如17-β-雌二醇、孕酮、睪酮等。

第67頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天68（3）人工合成雌激素許多人工合成的化合物具有激素活性，廣泛存在于環(huán)境之中。這些物質(zhì)有：1）有二甲基已烯酚、已烷雌酚、乙炔基雌二醇等，它們是類(lèi)固醇衍生物，與雌二醇結(jié)構(gòu)相似。2）殺蟲(chóng)劑，如DDT、氯丹、硫丹等。3）化工產(chǎn)品：多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳烴。4）非離子表面活性劑：烷基苯酚化合物如4-辛基酚等。5）塑料添加劑，如鄰苯二甲酸酯等。6）食品添加劑，如硝苯甲苯等。第68頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天69（四）死亡在一定劑量或濃度作用下，污染物能引起動(dòng)物死亡，這樣的劑量或濃度被稱(chēng)為致死劑量或致死濃度。死亡率常被作為一個(gè)重要的生物學(xué)指標(biāo)，用以評(píng)價(jià)污染物的毒性。但：（1）不同污染物可引起同一種動(dòng)物死亡率各不相同。因?yàn)槲廴疚锓N類(lèi)和理化性質(zhì)、在生物體中的代謝和毒作用的機(jī)理不同。如:Cu引起水生生物枝角類(lèi)和軟體動(dòng)物死亡50%的濃度分別為5~300μg/L和40~9000μg/L，而Hg則分別為0.02~40和90~2000μg/L。

第69頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天70（2）同一種污染物也可導(dǎo)致動(dòng)物不同的死亡率。不同生物、生理狀態(tài)、發(fā)育年齡都會(huì)影響污染物的致死作用。如Ni在96h引起剛孵化鯉魚(yú)苗死亡濃度為6.1mg/L,而對(duì)體長(zhǎng)4~5cm幼魚(yú)為35.0mg/L.（3）水質(zhì)條件如水溫、pH、硬度和溶解度也影響死亡率。例如氮在堿性條件下形成NH3對(duì)生物致死效應(yīng)明顯，而在酸性條件下形成銨，對(duì)水生生物無(wú)明顯的毒害作用。（4）污染物的作用時(shí)間。自然作用時(shí)間愈長(zhǎng)，死亡率愈高。

第70頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天71

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

種群（population）指在一定時(shí)間內(nèi)占據(jù)一定空間的同種生物的所有個(gè)體，例亞洲、非洲人種。物種:是可以互交繁殖的相同生物形成的自然群體,即可自由交配產(chǎn)生可育后代的一群生物個(gè)體。例人種、水稻物種、小麥物種等。因此,一個(gè)物種可以有多個(gè)種群。種群具有三個(gè)基本特征：空間、數(shù)量和相同的遺傳特證。污染物通過(guò)對(duì)生物體在分子、細(xì)胞、組織器官和個(gè)體水平上的影響，可在種群水平上表現(xiàn)出來(lái)，使種群在數(shù)量、密度、結(jié)構(gòu)、性別比例、遺傳和競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系發(fā)生改變。第71頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天721、種群密度的改變

種群密度：指單位面積或單位空間內(nèi)的同種個(gè)體數(shù)量。一般來(lái)說(shuō)，污染物導(dǎo)致個(gè)體數(shù)量的減少，種群密度的下降。可能的原因：1)生物個(gè)體的死亡；2)繁殖率下降；3）污染物引起捕食關(guān)系的改變。但注意：污染物也可導(dǎo)致某些種群數(shù)量的增加和種群密度的上升。例：農(nóng)藥的濫用造成天敵減少，引起害蟲(chóng)大爆發(fā)；湖泊中N、P元素增加，可引起藻類(lèi)的暴長(zhǎng)，發(fā)生“水華”。第72頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天732、影響種群的性別比例環(huán)境激素可導(dǎo)致野生動(dòng)物的性逆轉(zhuǎn)，而改變種群的性別比。有報(bào)道指出，16種雄性激素和15種雌性激素可誘導(dǎo)9科34種雌雄異體魚(yú)類(lèi)和6科13種雌雄同體魚(yú)類(lèi)發(fā)生性逆轉(zhuǎn)。第73頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天743、種群的年齡結(jié)構(gòu)老化長(zhǎng)期污染可使青年個(gè)體減少，老年個(gè)體比例增加，種群結(jié)構(gòu)趨于老化。1）污染物可引起魚(yú)類(lèi)胚胎死亡和孵化率下降。2）幼體魚(yú)對(duì)污染物敏感，死亡率高于成魚(yú)。第74頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天75二、對(duì)生物群落的影響群落(Community):在一定生活環(huán)境中的所有生物種群的總和稱(chēng)生物群落，是各種生物種群的集合。群落加自然環(huán)境就是生態(tài)系統(tǒng)。

1、生物群落的結(jié)構(gòu)特征

（1）群落的物種組成：不同群落物種的數(shù)目和種類(lèi)是不同的，其是區(qū)別不同群落的主要特征。例海洋生物群落不同與農(nóng)田生物群落。群落中物種數(shù)目的多少稱(chēng)豐富度。而群落中不同物種的相對(duì)比例稱(chēng)相對(duì)豐度。在區(qū)域內(nèi)某種生物的個(gè)體數(shù)量與區(qū)域面積之比稱(chēng)頻度。在群落所在區(qū)域內(nèi)所有植物的在地面的投影面積與區(qū)域總面積之比稱(chēng)蓋度。

第75頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天76（2)種間關(guān)系

一個(gè)群落中各物種間的關(guān)系極其復(fù)雜。有競(jìng)爭(zhēng)、捕食、寄生和互利共生等關(guān)系。

例競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系：兩種或兩種以上的生物相互競(jìng)爭(zhēng)資源空間的現(xiàn)象稱(chēng)競(jìng)爭(zhēng)。如象與獅爭(zhēng)奪水源地。一般生境、生活習(xí)性相近和物種競(jìng)爭(zhēng)激烈。

植物之間的相生相克現(xiàn)象。固氮菌和豆科植物的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系。第76頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天(3)群落的空間結(jié)構(gòu)

群落中的每個(gè)種群都選擇生活在群落中的具有適宜生態(tài)條件的結(jié)構(gòu)層次上，就構(gòu)成了群落的空間結(jié)構(gòu)。群落的結(jié)構(gòu)有水平結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)之分。垂直結(jié)構(gòu)：群落在空間垂直方面的配置狀態(tài)，其最顯著的特征是成層現(xiàn)象。森林群落的垂直結(jié)構(gòu)主要決定于植物的生活型有關(guān)。生活型不同，植物在空中占居的高度以及在土壤中到達(dá)的深度就不同。第77頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天

水平結(jié)構(gòu)：群落的水平配置狀況或水平格局，其主要表現(xiàn)特征是鑲嵌性。是群落內(nèi)部環(huán)境因子的不均勻性造成的。群落的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中的資源的利用就越充分，群落的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，群落內(nèi)部的生態(tài)位就越多，群落內(nèi)部各種生物之間的競(jìng)爭(zhēng)就相對(duì)不那么激烈，群落的結(jié)構(gòu)也就相對(duì)穩(wěn)定一些。第78頁(yè),共87頁(yè)，2024年2月25日，星期天792、污染對(duì)群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變受污染后，耐污種逐漸增多，而敏感種逐漸消失；狹污性種群被廣污性種群所代替；優(yōu)勢(shì)種也發(fā)生變化。原有生物與環(huán)境中的生物關(guān)系發(fā)生了改變，而影響了群落的組成和結(jié)構(gòu)。如在嚴(yán)重污染的松花江的哈達(dá)灣江段，出現(xiàn)喜污性的普通等片藻、泥污顫藻、綠眼蟲(chóng)、萼花臂尾輪蟲(chóng)和壺狀臂尾輪蟲(chóng)；清水的顆粒直鏈藻和浮游動(dòng)物消失。