理論提升(生物)

第五章污染物在生物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化理論提升微生物在污染物降解中的作用環(huán)境污染物的毒性微生物在污染物降解中的作用

微生物可以催化氧化或降解有機(jī)污染物或轉(zhuǎn)化金屬元素的存在形態(tài)，這是環(huán)境中有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化的重要過程，微生物在金屬遷移轉(zhuǎn)化過程中也具有重要作用中。通過生物轉(zhuǎn)化、降解，污染物的毒性隨之變化。有的可能轉(zhuǎn)化成毒性更強(qiáng)的物質(zhì)，而有的轉(zhuǎn)化成毒性更弱的物質(zhì)，即有惡性轉(zhuǎn)化（生物活化）和良性轉(zhuǎn)化（生物解毒）兩種作用。

如無機(jī)汞化物在微生物作用下可轉(zhuǎn)化成毒性更大的甲基汞；而抗汞微生物則可將甲基汞轉(zhuǎn)變成毒性較小的無機(jī)汞。微生物在污染物降解中的作用一、微生物的生理特征

1、微生物的種類：細(xì)菌、真菌、藻類

細(xì)菌：原核微生物，分為自養(yǎng)細(xì)菌、異養(yǎng)細(xì)菌。

真菌：類似植物但缺乏葉綠素的非光合生物。

藻類：低等植物，能進(jìn)行光合作用。

細(xì)菌和真菌被認(rèn)為是還原劑類，能使化合物分解為更簡(jiǎn)單的形式，從而維持其自身的生長(zhǎng)和代謝過程所需能量。相對(duì)于高等生物，細(xì)菌和真菌對(duì)能量的利用率很高。

藻類被劃分為生產(chǎn)者，能把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來。微生物在污染物降解中的作用2、微生物的生長(zhǎng)規(guī)律（1）停滯期：菌體逐漸增大，不分裂或很少分裂，也有的不適應(yīng)新的環(huán)境而死亡，微生物的增長(zhǎng)速率較慢。（2）對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期：營(yíng)養(yǎng)豐富，代謝旺盛，細(xì)胞分裂最快，生長(zhǎng)速率達(dá)到最大，總菌數(shù)以幾何級(jí)數(shù)增加。微生物的生長(zhǎng)曲線

1—停滯期；2—對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期；3—靜止期；4—內(nèi)源呼吸期總菌數(shù)活菌數(shù)

12

3

4細(xì)菌數(shù)目（對(duì)數(shù)）培養(yǎng)時(shí)間微生物在污染物降解中的作用2、微生物的生長(zhǎng)規(guī)律（3）靜止期（穩(wěn)定期）：繁殖速率逐漸下降，死亡數(shù)目逐漸上升，當(dāng)增殖速率與死亡速率相等時(shí)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，細(xì)菌總數(shù)不再增加。微生物的生長(zhǎng)曲線

1—停滯期；2—對(duì)數(shù)增長(zhǎng)期；3—靜止期；4—內(nèi)源呼吸期總菌數(shù)活菌數(shù)

12

3

4細(xì)菌數(shù)目（對(duì)數(shù)）培養(yǎng)時(shí)間（4）內(nèi)源呼吸期：營(yíng)養(yǎng)耗盡，代謝產(chǎn)物和有毒物質(zhì)積累，毒害作用增強(qiáng)，死亡率大于繁殖率，微生物只能依靠體內(nèi)原生質(zhì)的氧化，獲得生命活動(dòng)所需能量，數(shù)量逐漸減少。微生物在污染物降解中的作用二、生物轉(zhuǎn)化中的酶

酶是生物催化劑，能使化學(xué)反應(yīng)在生物體溫度下迅速進(jìn)行。絕大多數(shù)的生物轉(zhuǎn)化是在機(jī)體酶的參與和控制下完成的。

底物（基質(zhì)）：在酶催化下發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)（1）酶的定義：由細(xì)胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。酶促反應(yīng)：在酶的作用下，底物發(fā)生的轉(zhuǎn)化反應(yīng)各種酶都有一個(gè)活性部位，活性部位的結(jié)構(gòu)決定了該種酶可以和什么底物結(jié)合，即酶對(duì)底物有高度的選擇性或?qū)Ｒ恍?。微生物在污染物降解中的作用酶與底物結(jié)合，形成酶-底物的復(fù)合物，復(fù)合物能分解成一個(gè)或多個(gè)與起始物質(zhì)不同的產(chǎn)物，而酶不斷地被再生出來，繼續(xù)參加酶促反應(yīng)。

酶+底物?酶-底物的復(fù)合物?酶+底物（2）酶催化反應(yīng)的特點(diǎn)?專一性：一種酶只對(duì)一種底物或一類底物起催化作用脲酶只能催化尿素的水解，蛋白酶只能催化蛋白質(zhì)的水解。?高效性：酶催化反應(yīng)的速率比化學(xué)催化劑高107~1013倍蔗糖酶催化蔗糖水解速率比強(qiáng)酸催化速率高2×1012倍。微生物在污染物降解中的作用?多樣性：由酶的專一性決定的，生物體內(nèi)存在各種各樣的化學(xué)反應(yīng)，而每一種酶只催化一種或一類反應(yīng)。

?酶催化需要溫和的外界條件：常溫、常壓，接近中性酸堿度酶是蛋白質(zhì)，比化學(xué)催化劑更容易受到外界條件的影響而喪失催化效能，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫等都能使酶喪失活性，Cu2+、

Hg2+等重金屬離子也能使酶鈍化而失去活性。（3）酶的分類

◆根據(jù)酶存在于細(xì)胞的不同部位，分為胞內(nèi)酶和胞外酶

◆按催化反應(yīng)的類型，分為氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶、合成酶。微生物在污染物降解中的作用

◆根據(jù)酶的成分，分為單成分酶和雙成分酶。

?單成分酶只含蛋白質(zhì)，雙成分酶由蛋白質(zhì)（酶蛋白）和非蛋白質(zhì)的輔助因子（輔基或輔酶）組成，輔酶的成分是金屬離子、含金屬離子的有機(jī)化合物或小分子的復(fù)雜有機(jī)物。

?輔酶與蛋白質(zhì)成分有機(jī)結(jié)合在一起，才具有酶的催化作用。如果環(huán)境因素?fù)p壞了輔酶，也會(huì)影響酶的正常功能。?輔酶與蛋白質(zhì)構(gòu)成酶的整體，輔酶起傳遞電子、原子或某些化學(xué)基團(tuán)的功能，蛋白質(zhì)成分起著專一性和催化高效率的功能。微生物在污染物降解中的作用

三、微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解作用1、耗氧有機(jī)物的微生物降解生物殘?bào)w、糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等較易生物降解的有機(jī)物質(zhì)。有機(jī)物質(zhì)通過生物氧化以及其他的生物轉(zhuǎn)化，變成更小更簡(jiǎn)單的分子過程。微生物在污染物降解中的作用1、耗氧有機(jī)物的微生物降解(1)糖類的微生物降解單糖二糖多糖葡萄糖、果糖C6H12O6蔗糖、麥芽糖C12H22O11淀粉、纖維素(C6H10O5)n通式Cx(H2O)y糖類是生物活動(dòng)的能量供應(yīng)物質(zhì)，細(xì)菌可以利用它作為能量的來源。微生物在污染物降解中的作用(1)糖類的微生物降解降解過程①多糖水解成單糖②單糖酵解生成丙酮酸③丙酮酸的轉(zhuǎn)化微生物在污染物降解中的作用(1)糖類的微生物降解①多糖水解成單糖(C6H10O5)n+n/2H2On/2C12H22O11

淀粉

乳糖

淀粉糖化酶水解纖維素

纖維二糖

纖維素水解酶水解C12H22O11+H2O2C6H12O6

乳糖葡萄糖

水解酶微生物在污染物降解中的作用(1)糖類的微生物降解②單糖酵解生成丙酮酸（有氧或無氧）C6H12O6乳酸菌H3C-CHOH-COOH

酶和輔酶[O]2H3C-CHOH-COOH(乳酸)CH3COCOOH(丙酮酸)+H2O③丙酮酸的轉(zhuǎn)化有氧條件CH3COCOOH+5/2O2乙酰輔酶A[O]3CO2+2H2O微生物在污染物降解中的作用

TCA循環(huán)：丙酮酸通過酶促反應(yīng)轉(zhuǎn)化成乙酰輔酶A。乙酰輔酶A與草酰乙酸反應(yīng)轉(zhuǎn)化成檸檬酸。檸檬酸通過一系列轉(zhuǎn)化最后生成草酰乙酸，接著進(jìn)行新一輪的轉(zhuǎn)化。這種生物轉(zhuǎn)化的途徑稱為TCA循環(huán)。

TCA循環(huán)是生物體內(nèi)物質(zhì)糖、脂肪或氨基酸有氧氧化的主要過程。因?yàn)樵谶@個(gè)循環(huán)中幾個(gè)主要的中間代謝物是含有三個(gè)羧基的檸檬酸，所以叫做三羧酸循環(huán)，又稱為檸檬酸循環(huán)，簡(jiǎn)稱TCA循環(huán)。微生物在污染物降解中的作用(1)糖類的微生物降解③丙酮酸的轉(zhuǎn)化CH3COCOOH+2[H]厭氧乳酸菌無氧條件：自身作受氫體被還原為乳酸或以其轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物作受氫體，生成簡(jiǎn)單有機(jī)酸、醇、CO2等。CH3CH(OH)COOH乳酸或CH3COCOOHCO2+CH3CHOCH3CHO+2[H]CH3CH2OH受氫體：得到電子的物質(zhì)供氫體：失去電子的物質(zhì)CH3COCOOH+2[H]CO2+CH3CH2OH微生物在污染物降解中的作用(1)糖類的微生物降解生成二氧化碳和水（有氧氧化）多糖有機(jī)酸、二氧化碳、醇（無氧氧化）單糖丙酮酸小結(jié)：糖類經(jīng)過微生物的作用，在有氧氧化下，能被完全氧化為二氧化碳和水，降解徹底；在無氧氧化下，氧化不完全，生成簡(jiǎn)單有機(jī)酸、醇、酮等，降解不徹底，這一過程稱為發(fā)酵。糖類發(fā)酵生成大量簡(jiǎn)單有機(jī)酸，使pH值下降，屬于酸性發(fā)酵，發(fā)酵具體產(chǎn)物取決于產(chǎn)酸菌種類和外界條件。微生物在污染物降解中的作用（2）脂肪和油類的微生物降解

脂肪和油類是由脂肪酸和甘油合成的酯，常溫下，脂肪呈固態(tài)，油呈液態(tài)。脂肪和油類比糖類難降解。①脂肪和油類水解成脂肪酸和油②甘油的轉(zhuǎn)化③脂肪的轉(zhuǎn)化丙酮酸丙酮酸的轉(zhuǎn)化有氧氧化無氧氧化β-氧化TCA循環(huán)降解過程微生物在污染物降解中的作用（2）脂肪和油類的微生物降解①脂肪和油類水解成脂肪酸和甘油

CH2COOR

CHCOOR’+3H2OCH2COOR’’

CH2OHRCOOH

CHOH+R’COOHCH2OHR’’COOH②甘油的轉(zhuǎn)化：與單糖降解類似CH2OHCHOHCH3COCOOH（丙酮酸）CH2OH有氧或無氧微生物在污染物降解中的作用丙酮酸生成二氧化碳和水（有氧條件下）有機(jī)酸、二氧化碳、醇（無氧條件下）③脂肪酸的轉(zhuǎn)化在有氧氧化條件下，經(jīng)過β-氧化及酶促作用，最后完全氧化成二氧化碳和水。

在無氧氧化條件下，脂肪酸通過酶促反應(yīng)往往以其轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物作受氫體而被不完全氧化，形成低級(jí)的有機(jī)酸、醇、二氧化碳。微生物在污染物降解中的作用β-氧化：脂肪酸在β-碳原子上進(jìn)行氧化，然后α-碳原子和β-碳原子之間鍵發(fā)生斷裂。每進(jìn)行一次β-氧化作用，分解出一個(gè)二碳片段，生成較原來少兩個(gè)碳原子的脂肪酸。微生物在污染物降解中的作用（3）蛋白質(zhì)的微生物降解降解過程①蛋白質(zhì)水解成氨基酸②氨基酸脫氨成脂肪酸③脂肪酸的轉(zhuǎn)化微生物在污染物降解中的作用（3）蛋白質(zhì)的微生物降解①蛋白質(zhì)水解成氨基酸

HOR’

H2N-C-C-N-C-COOH+H2OR-CHCOOH+R’-CHCOOH

RHHNH2NH2斷裂水解酶微生物在污染物降解中的作用（3）蛋白質(zhì)的微生物降解②氨基酸脫氨轉(zhuǎn)化成脂肪酸

NH2OHR-C-COOH+H2OR-CH-COOH+NH3Hα-羥基脂肪酸比原酸少一個(gè)碳的飽和脂肪酸有氧氧化

NH2R-C-COOH+O2R-COOH+NH3+CO2

H微生物在污染物降解中的作用無氧氧化

NH2R-C-COOH+2[H]R-CH2-COOH+NH3H

NH2R-C-COOHR-CH=CH-COOH+NH3H飽和脂肪酸不飽和脂肪酸微生物在污染物降解中的作用（3）蛋白質(zhì)的微生物降解③脂肪酸的轉(zhuǎn)化在有氧氧化條件下，經(jīng)過β-氧化及酶促作用，最后完全氧化成二氧化碳和水。在無氧氧化條件下，脂肪酸通過酶促反應(yīng)往往以其轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物作受氫體而被不完全氧化，形成低級(jí)的有機(jī)酸、醇、二氧化碳。微生物在污染物降解中的作用（3）蛋白質(zhì)的微生物降解

小結(jié)：蛋白質(zhì)經(jīng)過微生物的作用，在有氧氧化下，可被徹底降解成為二氧化碳、水和氨（或銨根離子）；在無氧氧化下，通常是酸性發(fā)酵，生成簡(jiǎn)單有機(jī)酸、醇、二氧化碳等，降解不徹底。蛋白質(zhì)含有硫時(shí)，在有氧氧化下還可形成硫酸，無氧氧化下還有硫化氫產(chǎn)生。糖類葡萄糖丙酮酸乙酰輔酶A蛋白質(zhì)低級(jí)醇CO2有機(jī)酸草酰乙酸檸檬酸氨基酸脂肪酸延胡索酸三羧酸循環(huán)異檸檬酸脂肪酸脂肪琥珀酸

α-酮戊二酸微生物在污染物降解中的作用在有氧氧化條件下，可徹底降解成為成CO2和水；在無氧氧化條件下，不完全降解，形成低級(jí)的有機(jī)酸、醇等。如果條件許可，在產(chǎn)氫菌和產(chǎn)乙酸菌作用下，可被轉(zhuǎn)化成乙酸、甲酸、氫氣和二氧化碳，再經(jīng)產(chǎn)甲烷菌的作用產(chǎn)生甲烷。小結(jié)：糖類、脂肪、蛋白質(zhì)的微生物降解TCA循環(huán)（三羧酸循環(huán)）是生物體內(nèi)物質(zhì)糖、脂肪或氨基酸有氧氧化的主要過程。微生物在污染物降解中的作用糖類脂肪蛋白質(zhì)生成二氧化碳和水（有氧）有機(jī)酸、醇、二氧化碳（無氧）乙酸、甲酸、氫氣、二氧化碳產(chǎn)氫菌、產(chǎn)乙酸菌產(chǎn)甲烷菌甲烷CH3COOHCH4

+CO2CO2+4H2

CH4+2H2O微生物在污染物降解中的作用

有毒有機(jī)污染物質(zhì)主要指具有生物毒性的有機(jī)污染物，不僅對(duì)生物和人類具有明顯的毒性，能引起急性、慢性中毒，有些還有“三致”作用。2、有毒有機(jī)污染物的生物轉(zhuǎn)化和微生物降解

進(jìn)入生物體的有毒有機(jī)污染物質(zhì)，一般在細(xì)胞或體液內(nèi)進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化生成代謝物。生物轉(zhuǎn)化的結(jié)果：一方面使有機(jī)毒物的水溶性和極性增加易于排出體外；另一方面也會(huì)改變有機(jī)毒物的毒性，多數(shù)毒性減少，少數(shù)毒性增加。◆有毒有機(jī)污染物的生物轉(zhuǎn)化微生物在污染物降解中的作用有機(jī)毒物的生物轉(zhuǎn)化途徑復(fù)雜多樣，主要反應(yīng)類型是氧化、還原、水解和結(jié)合反應(yīng)四種。有機(jī)毒物生物轉(zhuǎn)化的第一階段反應(yīng)：通過氧化、還原、水解反應(yīng)將活潑的極性基團(tuán)引入親脂的有機(jī)毒物分子中，使之不僅具有比原毒物更高的水溶性和極性，而且還能與機(jī)體內(nèi)某些內(nèi)源性物質(zhì)進(jìn)行結(jié)合反應(yīng)，形成水溶性更高的結(jié)合物而容易排出體外。第二階段反應(yīng)：第一階段反應(yīng)的產(chǎn)物或具有適宜功能基團(tuán)的原毒物進(jìn)行的結(jié)合反應(yīng)。微生物在污染物降解中的作用（1）烴類的微生物降解①正烷烴的降解碳原子數(shù)大于1的正烷烴，降解途徑有三種：通過烷烴的末端氧化，或次末端氧化或雙端氧化，逐步生成醇、醛及脂肪酸，而后經(jīng)過β氧化進(jìn)入TCA循環(huán)，最終降解成二氧化碳和水。甲烷的降解：

CH4→CH3OH→HCHO→HCOOH→CO2+H2O◆有毒有機(jī)污染物的微生物降解微生物在污染物降解中的作用正烷烴→醇→醛→脂肪酸→CO2+H2O?烷烴的末端氧化：首先通過氧化烷烴的一個(gè)甲基（末端碳原子）變?yōu)橄鄳?yīng)的醇，再依次氧化為相應(yīng)的醛和脂肪酸，脂肪酸經(jīng)過β氧進(jìn)入TCA循環(huán)，最終降解成二氧化碳和水。?烷烴的雙末端氧化：兩端同時(shí)被氧化。?烷烴的次末端氧化：氧化烷烴末端的第二個(gè)碳，形成仲醇，再依次氧化成酮和酯，酯水解成伯醇。微生物在污染物降解中的作用②烯烴的降解

烯烴的降解途徑主要是：烯烴的飽和末端氧化和烯烴的不飽和末端雙鍵環(huán)氧化。?烯烴的飽和末端氧化，再經(jīng)與正烷烴（C>1）相同途徑，形成不飽和脂肪酸。?烯烴的不飽和末端雙鍵環(huán)氧化成環(huán)氧化合物，再經(jīng)開環(huán)形成二醇至脂肪酸，脂肪酸經(jīng)過β氧進(jìn)入TCA循環(huán)，最終降解成二氧化碳和水。微生物在污染物降解中的作用③苯的微生物降解

第一步：在單加氧酶的作用下使芳香環(huán)羥基化形成雙酚中間產(chǎn)物；

第二步：形成的雙酚中間產(chǎn)物在二加氧酶的作用下，環(huán)的2個(gè)碳原子上各加1個(gè)氧原子，使環(huán)打開，形成相應(yīng)的有機(jī)酸；第三步：有機(jī)酸經(jīng)過酶促反應(yīng)，最終降解成二氧化碳和水。微生物在污染物降解中的作用微生物在污染物降解中的作用◆烴類降解的難易順序a.烯烴最易降解，烷烴次之，芳烴較難，多環(huán)芳烴更難，

脂環(huán)烴最為困難。b.烷烴中，正構(gòu)烷烴比異構(gòu)烷烴易降解；直鏈烷烴比支鏈烷烴容易降解。c.芳香烴中，苯的降解比烷基苯類及多環(huán)化合物困難。微生物在污染物降解中的作用（2）農(nóng)藥的降解

進(jìn)入環(huán)境中的農(nóng)藥，首先對(duì)環(huán)境中的微生物有抑制作用，與此同時(shí)，環(huán)境中的微生物也會(huì)利用農(nóng)藥為能源進(jìn)行降解作用，使各種農(nóng)藥徹底分解而最后消失。農(nóng)藥的生物降解對(duì)環(huán)境質(zhì)量的改善十分重要。環(huán)境中微生物的種類繁多，各種農(nóng)藥在不同條件下，分解形式多種多樣，主要有氧化、還原、水解、脫鹵、及脫烴等作用。微生物在污染物降解中的作用（2）農(nóng)藥的降解

①氧化作用：氧化是通過氧化酶的作用進(jìn)行，形成環(huán)氧化物，如微生物催化轉(zhuǎn)化艾氏劑為狄氏劑，或把羥基引入芳環(huán)上。

②還原作用：有些農(nóng)藥在厭氧條件下可發(fā)生還原作用，如氟樂靈分子中的硝基被還原成氨基。

③水解作用：農(nóng)藥進(jìn)行生物降解的第三種重要步驟，酯和酰胺常發(fā)生水解。

④脫鹵作用：細(xì)菌參與的羥基置換鹵素原子的反應(yīng)。有機(jī)氯代烴類農(nóng)藥降解的主要反應(yīng)。微生物在污染物降解中的作用（2）農(nóng)藥的降解

⑤脫烴作用：與氧、硫或氮原子連著的烷基通過脫烴反應(yīng)去除。與碳原子相連的烷基一般不能由微生物過程直接脫去。

⑥環(huán)的斷裂：首先在單加氧酶的催化作用下加上一個(gè)羥基，再由二加氧酶的催化作用使環(huán)打開，形成相應(yīng)的有機(jī)酸。這是芳香環(huán)農(nóng)藥最后降解的決定性步驟。2,4-D的降解途徑

DDT的微生物降解途徑微生物在污染物降解中的作用3、微生物對(duì)重金屬元素的轉(zhuǎn)化作用存在形態(tài)：金屬汞、無機(jī)汞、有機(jī)汞毒性：無機(jī)汞<金屬汞<有機(jī)汞(甲基汞毒性最大)（1）汞的生物甲基化在好氧或厭氧條件下，水體底質(zhì)中某些微生物使二價(jià)無機(jī)汞鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧谆投谆倪^程。含汞廢水進(jìn)入水體，無機(jī)汞被顆粒物吸附進(jìn)入底泥，通過底泥中微生物體內(nèi)的甲基鈷氨素轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行汞的甲基化。甲基鈷氨素中的甲基以CH3-與Hg2+作用：汞微生物在污染物降解中的作用甲基鈷氨素中的甲基以CH3-與Hg2+作用：CH3CoB12CH3-

CH3Hg+（好氧條件下）Hg2+2CH3-

CH3HgCH3

（厭氧條件下）Hg2+水溶性，易被生物吸收難溶于水，易揮發(fā)，易散逸到大氣中。二甲基汞易光解為甲烷、乙烷和汞，故大氣中二甲基汞含量較少?！粼趐H值為4~5的弱酸性水中，二甲基汞可轉(zhuǎn)化為一甲基汞。微生物在污染物降解中的作用（2）還原作用抗汞微生物可使甲基汞、無機(jī)汞離子還原成金屬汞CH3HgCl+2[H]→CH4+Hg+HClCH3HgCH3+2[H]→2CH4+HgHgCl2+2[H]→Hg+2HCl汞的還原作用反應(yīng)方向與汞的生物甲基化方向相反，故稱為生物去甲基化。環(huán)境污染物的毒性環(huán)境污染物的毒性一、毒物的毒性

1、毒物：進(jìn)入生物機(jī)體后能使體液和組織發(fā)生生物化學(xué)的變化，干擾或破壞機(jī)體的正常生理功能，并引起暫時(shí)性或持久性的病理損害，甚至危及生命的物質(zhì)。

由于毒物作用的結(jié)果，使機(jī)體發(fā)生各種病變，稱為中毒。

毒物的這一定義受到多種因素的限制，如進(jìn)入機(jī)體的物質(zhì)數(shù)量、生物種類、生物暴露于毒物的方式等。限制因素的改變，有可能使毒物變成非毒物，反之亦然。

毒物與非毒物并不存在絕對(duì)的界限。環(huán)境污染物的毒性

毒物與非毒物并不存在絕對(duì)的界限。

從廣義上講，世界上沒有絕對(duì)有毒和絕對(duì)無毒的物質(zhì)，任何外源化學(xué)物只要?jiǎng)┝孔銐?，均可成為毒物?/p>

鈣在人體血清中的最適宜濃度是90~95mg/L，高于此范圍，會(huì)引起生理病理反應(yīng)，當(dāng)血清中鈣過高時(shí)，發(fā)生鈣過多癥，主要癥狀是是腎功能失常，血清中鈣過低時(shí)，發(fā)生鈣缺乏癥，引起肌肉痙攣、局部麻痹等。環(huán)境污染物的毒性氟斑牙

氟是人體所必需的微量元素，過量的氟化物進(jìn)入機(jī)體后，可使機(jī)體的鈣、磷代謝紊亂，導(dǎo)致低血鈣、氟骨癥和氟斑牙等一系列病理性變化。氟骨癥環(huán)境污染物的毒性超過一定壓力和時(shí)間的氧氣吸入，會(huì)發(fā)生氧中毒環(huán)境污染物的毒性正常人每天維持運(yùn)轉(zhuǎn)所需總水量為2500mL左右直接飲用水食物中的水代謝產(chǎn)生的水當(dāng)人體攝入的水的總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于排出的水量，從而導(dǎo)致水分在人體內(nèi)潴留，使血漿的滲透壓下降，循環(huán)血量增多——水中毒水——生命之源環(huán)境污染物的毒性◆一次攝入60g左右會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)電解質(zhì)紊亂而發(fā)?。弧粢淮螖z入200g以上，即可因電解質(zhì)嚴(yán)重紊亂而死亡。

?我國(guó)《國(guó)民營(yíng)養(yǎng)計(jì)劃(2017-2030)》提出到2030年，全國(guó)人均每日食鹽攝入量降低20%的行動(dòng)目標(biāo)。為達(dá)到上述目標(biāo)，我國(guó)目前推薦健康成年人每人每天的食鹽攝入量不超過6克。?世界衛(wèi)生組織建議成年人每日食鹽攝入量不超過5克。環(huán)境污染物的毒性“所有物質(zhì)都是毒物，非毒物是不存在的，只是劑量大小區(qū)分是毒物還是藥物”?！笆澜缟蠜]有無毒的物質(zhì)，只有無毒的使用方法”。

一般認(rèn)為，按人們?nèi)粘＝佑|的方式，以接觸較小劑量時(shí)，可引起生物體產(chǎn)生損害作用的物質(zhì)稱為毒物。

一般認(rèn)為毒性很強(qiáng)的毒物，如砒霜、蛇毒等也是臨床上常用的藥物。

有人說

人們就容易把一氧化碳、氰化物、砒霜等列入毒物范圍，而不會(huì)將食鹽、水、氧氣列入毒物。環(huán)境污染物的毒性

◆根據(jù)作用性質(zhì)，毒物分為刺激性毒物、腐蝕性毒物、窒息性毒物、致突變毒物、致癌毒物、致畸毒物、致敏毒物等。

◆毒物的種類按其作用于機(jī)體的主要部位，可分為作用于神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、肝、腎、眼、皮膚的毒物等。

◆毒物被吸收進(jìn)入生物體后，經(jīng)過代謝轉(zhuǎn)化形成代謝產(chǎn)物，排出體外。如果吸收總量大于轉(zhuǎn)化和排泄總量時(shí)，就會(huì)在體內(nèi)蓄積，當(dāng)在作用點(diǎn)達(dá)到一定濃度時(shí)，即可造成對(duì)機(jī)體的損害，使機(jī)體發(fā)生病變。環(huán)境污染物的毒性2、毒物的毒性和毒物劑量

◆毒性：毒物造成機(jī)體損害的能力。

不同的毒物毒性常有顯著的差別，同一毒物在不同的條件下的毒性，是有差別的。

◆影響毒物毒性的因素很多，而且很復(fù)雜。主要有毒物的化學(xué)結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)、毒物所處的機(jī)體因素、機(jī)體暴露于毒物的狀況、生物因素、生物所處的環(huán)境等。其中關(guān)鍵因素是毒物的劑量。環(huán)境污染物的毒性

◆毒物劑量：指有毒物在生物體的作用點(diǎn)上的總量，常用生物體單位體重暴露的毒物的量表示。

同一毒物的劑量不同，對(duì)機(jī)體造成的損害作用的程度也不同，劑量的概念必須與損害作用的程度相聯(lián)系。

◆半數(shù)致死劑量（LD50）：引起一群受試對(duì)象50﹪個(gè)體死亡所需劑量，單位為mg/kg體重。

◆最小致死量：指某實(shí)驗(yàn)總體的一組受試動(dòng)物中僅引起個(gè)別動(dòng)物死亡的劑量，單位為mg/kg體重。

◆用相同方式把某毒物給同一群實(shí)驗(yàn)動(dòng)物投入不同劑量，用累積死亡率的百分?jǐn)?shù)對(duì)劑量的常用對(duì)數(shù)作圖，得到劑量—效應(yīng)曲線。環(huán)境污染物的毒性

效應(yīng)：一定劑量的有毒物與機(jī)體接觸后所引起的生物學(xué)變化，如免疫功能、酶活性的變化等。3、劑量—效應(yīng)曲線根據(jù)生物體的功能層次，有毒物對(duì)生物機(jī)體的直接毒性效應(yīng)大致分為致死效應(yīng)、生長(zhǎng)效應(yīng)、生殖效應(yīng)、形態(tài)結(jié)構(gòu)效應(yīng)、行為效應(yīng)、致突變效應(yīng)。

毒物對(duì)機(jī)體的毒性效應(yīng)往往是綜合的，同一毒物作用于機(jī)體時(shí)，可產(chǎn)生多種毒性效應(yīng)，不同類型的毒性效應(yīng)可能同時(shí)發(fā)生，也可能相繼發(fā)生。毒物劑量與效應(yīng)變化之間的關(guān)系環(huán)境污染物的毒性10050LD50累計(jì)死亡率%

劑量—效應(yīng)曲線lg劑量大多數(shù)的劑量—效應(yīng)曲線呈S形，即在劑量開始增加時(shí)，效應(yīng)變化不明顯，隨著劑量的繼續(xù)增加，效應(yīng)變化趨于明顯，到一定程度后，變化又不明顯。環(huán)境污染物的毒性10050LD50累計(jì)死亡率%

劑量—效應(yīng)曲線lg劑量半數(shù)致死劑量（LD50）引起一群受試對(duì)象50﹪個(gè)體死亡所需濃度，單位為mg/kg體重。假設(shè)兩種毒物的劑量-效應(yīng)曲線具有相似的斜率，則：LD50的數(shù)值越少，說明毒物的毒性越強(qiáng)；LD50的數(shù)值越大，說明毒物的毒性越弱。環(huán)境污染物的毒性◆毒物毒作用的分類根據(jù)毒物劑量大小引起毒作用快慢的不同，將毒作用分為急性毒作用慢性毒作用亞急（亞慢）性毒作用高劑量毒物在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入機(jī)體致毒低劑量毒物長(zhǎng)期逐漸進(jìn)入機(jī)體，累積到一定程度后而致毒。介于前述兩者之間典型案例水俁病骨痛病環(huán)境污染物的毒性按毒物急性毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，毒物的毒性分五級(jí)毒性分級(jí)大鼠一次經(jīng)口LD50（mg/kg）對(duì)人可能致死的估計(jì)量g/kg總量（g/60kg）劇毒<1<0.050.1高毒1~500.05~0.503中等毒50~5000.50~530低毒500~50005~15250微毒>5000>15>1000環(huán)境污染物的毒性協(xié)同作用相加作用獨(dú)立作用拮抗作用二、毒物的聯(lián)合作用兩種或兩種以上的毒物，同時(shí)作用于機(jī)體所產(chǎn)生的綜合毒性以死亡作用為毒性指標(biāo)，假設(shè)兩種毒物單獨(dú)作用的死亡率分別為M1和M2，聯(lián)合作用的死亡率為M環(huán)境污染物的毒性（1）協(xié)同作用聯(lián)合作用的毒性，大于其中各個(gè)毒物成分單獨(dú)作用毒性的總和。M>

M1+M2四氯化碳與乙醇；臭氧與硫酸氣溶膠；銅和鋅。協(xié)同作用中，其中某一毒物的成分能促進(jìn)機(jī)體對(duì)其他毒物的吸收加強(qiáng)、降解受阻、排泄遲緩、蓄積增多或產(chǎn)生高毒代謝產(chǎn)物等，使混合物的毒性增加。（2）拮抗作用聯(lián)合作用的毒性，小于其中各個(gè)毒物成分單獨(dú)作用毒性的總和。M<M1+M2二氯乙烷和乙醇；亞硝酸和氯化物；硒與汞；硒與鎘。環(huán)境污染物的毒性拮抗作用中，其中某一毒物成分能促進(jìn)使機(jī)體對(duì)其他毒物成分的降解加速、排泄加快、吸收減少或產(chǎn)生低毒代謝產(chǎn)物等，使混合物的毒性降低。環(huán)境污染物的毒性（3）相加作用聯(lián)合作用的毒性，等于其中各個(gè)毒物成分單獨(dú)作用毒性的總和。M=M1+M2丙烯腈和乙腈；稻瘟凈和樂果；NO2和SO2。相加作用中，各毒物成分均可按比例取代另一種毒物成分，而混合物毒性均無變化。當(dāng)各毒物成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)相近、性質(zhì)相似、對(duì)機(jī)體作用的部位及機(jī)理相同時(shí)，聯(lián)合作用的結(jié)果往往呈現(xiàn)毒性相加作用。（4）獨(dú)立作用獨(dú)立作用的毒性低于相加作用，但高于其中單項(xiàng)毒物的毒性。M=M1+M2(1-M1)苯巴比妥與二甲苯環(huán)境污染物的毒性各毒物對(duì)機(jī)體的侵入途徑、作用部位、作用機(jī)理等均不相同，因而在聯(lián)合作用中各毒物生物學(xué)效應(yīng)彼此無關(guān)，互不影響。環(huán)境污染物的毒性

毒作用的過程：①毒物被機(jī)體吸收進(jìn)入體液后，經(jīng)分布、代謝轉(zhuǎn)化，并有一定程度的排泄。②毒物或活性代謝產(chǎn)物與受體進(jìn)行原發(fā)反應(yīng)，使受體改性，隨后引起生物化學(xué)效應(yīng)。

③引發(fā)一系列的病理生理的繼發(fā)反應(yīng)，出現(xiàn)致毒癥狀。致突變作用致畸作用致癌作用環(huán)境污染物的毒性三、毒物的“三致”作用環(huán)境污染物的毒性1、致突變作用

致突變作用：是指生物細(xì)胞內(nèi)DNA改變，引起的遺傳特性突變的作用。致突變物：具有致突變作用的污染物質(zhì)。

致突變作用分為基因突變和染色體突變兩種。突變的結(jié)果不是產(chǎn)生了與意圖不符的酶，就是導(dǎo)致酶的基本功能完全喪失。常見的致突變物：亞硝胺類、苯并[a]芘、甲醛、苯、砷、鉛、DDT、烷基汞化物、甲基對(duì)硫磷、敵敵畏、百草枯、黃曲霉素B1等。環(huán)境污染物的毒性2、致畸作用

致畸作用：人或動(dòng)物胚胎發(fā)育過程中由于各種原因所形成的形態(tài)結(jié)構(gòu)異常，稱為先天性畸形或畸胎。

遺傳因素、物理因素(如電離輻射)、化學(xué)因素、生物因素(如某些病毒)、母體營(yíng)養(yǎng)缺乏或內(nèi)分泌障礙等都可引起先天性畸形作用，稱為致畸作用。致畸物：具有致畸作用的污染物質(zhì)。目前已經(jīng)確認(rèn)，有25種化學(xué)物質(zhì)是人類致畸胎劑。動(dòng)物致畸胎劑有800多種，其中有許多可能是人類的致畸胎劑。環(huán)境污染物的毒性最典型的人類致畸胎劑的例子是“反應(yīng)停”，是1960~1961年在歐洲和日本廣泛使用過的鎮(zhèn)靜安眠藥。若在懷孕后35~50天之間服用反應(yīng)停，會(huì)使未完全發(fā)育的胎兒長(zhǎng)出枝狀物。在日本、歐洲和其他地方，因反應(yīng)停引起的嬰兒先天性畸形約有一萬例。環(huán)境污染物的毒性3、致癌作用體細(xì)胞不受控制的生長(zhǎng)現(xiàn)象稱為癌癥。致癌物：能在動(dòng)物和人體中引起癌癥的污染物質(zhì)。

致癌物的分類：根據(jù)性質(zhì)可分為化學(xué)(性)致癌物、物理(性)致癌物(如X射線、放射性核素氡)、生物(性)致癌物(如某些致癌病毒)。據(jù)估計(jì)，人類癌癥80%~90%與化學(xué)致癌物有關(guān)，在化學(xué)致癌物中，以合成化學(xué)物質(zhì)為主。按照對(duì)人和動(dòng)物致癌的作用不同，分為確證致癌物、可疑致癌物、潛在致癌物。環(huán)境污染物的毒性3、致癌作用確證致癌物是經(jīng)人群流行病調(diào)查和動(dòng)物試驗(yàn)均已證實(shí)確有致癌作用的化學(xué)物質(zhì)?？梢芍掳┪锸且汛_定對(duì)動(dòng)物有致癌作用，而對(duì)人致癌性證據(jù)尚不充分的化學(xué)物質(zhì)。潛在致癌物是對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有致癌作用，但無任何資料表明對(duì)人有致癌作用的化學(xué)物質(zhì)。目前確定為動(dòng)物致癌的化學(xué)物質(zhì)有3000多種，確認(rèn)對(duì)人有致癌作用的化學(xué)物質(zhì)有20多種，如黃曲霉毒素、二甲基亞硝胺、二噁英類、苯并[a]芘、尼古丁、砷及砷化物、石棉等。環(huán)境污染物的毒性已確定的或高度可疑的人類致癌物環(huán)境污染物的毒性具有流行病學(xué)證據(jù)的人類致癌物環(huán)境污染物的毒性3、致癌作用

主要的化學(xué)致癌物大致有以下幾類：化學(xué)致癌物多環(huán)芳烴類化合物芳香胺類化合物氨基偶氮染料亞硝胺類化合物霉菌毒素其它致癌物環(huán)境污染物的毒性多環(huán)芳烴類存在于石油、煤焦油、煙囪排出的煤煙、汽車排出的廢氣及燃燒的紙煙中；也存在于煙熏和燒烤的魚、肉等食品中。可誘發(fā)肺癌或胃癌。芳香胺類多存在于染料中，如2—奈胺、聯(lián)苯胺、4—氨基聯(lián)苯等，與印染工人和橡膠工人中的膀胱癌發(fā)生率較高有關(guān)。氨基偶氮染料含偶氮基團(tuán)—N=N—，是一類具有顏色的化合物，曾用作紡織品、食品及飲料的染料，可誘發(fā)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（大白鼠）肝癌。環(huán)境污染物的毒性亞硝胺類可誘發(fā)食管癌或胃癌。亞硝胺的前體物硝酸鹽、亞硝酸鹽與二級(jí)胺（NH3中兩個(gè)H被烴基取代）廣泛存在于食物中，尤其在腌制的魚肉和變質(zhì)的蔬菜（包括酸菜）中含量更高。亞硝酸鹽可作為肉、魚類食品的防腐劑與著色劑進(jìn)入人體。霉菌毒素黃曲霉素，可誘發(fā)肝癌。黃曲霉素廣泛存在于污染的食品中及高溫潮濕地區(qū)（或環(huán)境）的霉變食品中，其中以霉變的花生、玉米及谷類中的含量最高。存在于酸菜中的白地霉素也可能與食管癌的發(fā)生有關(guān)。其他致癌物石棉纖維，重金屬類和非金屬類（鎳、鉻、鎘、砷）等環(huán)境污染物的毒性環(huán)境污染物的毒性四、有毒有機(jī)物對(duì)人體健康的影響1、烷烴

氣態(tài)的甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷和異丁烷是簡(jiǎn)單的窒息劑，與烷烴有關(guān)的職業(yè)病是皮炎，由皮膚脂肪部分分解引起，表現(xiàn)為發(fā)炎、干燥和鱗狀皮膚。吸入5~8個(gè)碳的直鏈或支鏈烷烴蒸氣會(huì)導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)消沉，表現(xiàn)為頭昏眼花和失去協(xié)調(diào)性。環(huán)境污染物的毒性

2、烯烴和炔烴乙烯對(duì)動(dòng)物有麻醉作用。

丙烯的毒理性質(zhì)與乙烯相似。1,3-丁二烯對(duì)眼睛和呼吸道黏膜有刺激性，在高濃度情況下，能導(dǎo)致失去知覺甚至死亡。

乙炔有窒息作用和致幻作用，導(dǎo)致頭疼、頭昏眼花以及胃部干擾。環(huán)境污染物的毒性3、苯

苯能刺激皮膚，導(dǎo)致皮膚紅斑、水腫和水泡等。吸入含60g/m3苯空氣，幾分鐘就能致死。長(zhǎng)期暴露在低濃度苯環(huán)境中導(dǎo)致疲勞、頭痛和食欲不振，慢性苯中毒導(dǎo)致血液反常，包括白細(xì)胞降低、血液中淋巴細(xì)胞反常增加，以及損害骨髓等，嚴(yán)重的可引起再生障礙性貧血和白血病。4、甲苯低劑量的甲苯可引起頭疼、惡心、疲乏以及協(xié)調(diào)性降低。大劑量的暴露能引起致幻效應(yīng)，導(dǎo)致昏迷。環(huán)境污染物的毒性5、萘萘與苯的情況類似。萘的暴露能導(dǎo)致貧血，紅細(xì)胞數(shù)、血色素和血細(xì)胞顯著減少，萘對(duì)皮膚有刺激性，吸入或攝取萘?xí)痤^疼、意識(shí)混淆和嘔吐。嚴(yán)重中毒的情況下，會(huì)因腎衰竭而死亡。6、多環(huán)芳烴（PAHs）

多環(huán)芳烴是指含兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)的芳烴。非稠環(huán)型包括聯(lián)苯及聯(lián)多苯和多苯代脂肪烴；稠環(huán)型，即兩個(gè)碳原子為兩個(gè)苯環(huán)所共有，如萘、蒽等。多環(huán)芳烴大部分被認(rèn)為是致癌物質(zhì)，最典型的是苯并[a]芘。環(huán)境污染物的毒性7、醇類

甲醇：對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用；對(duì)視神經(jīng)和視網(wǎng)膜有特殊選擇作用，引起病變；可致代謝性酸中毒。甲醇經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會(huì)產(chǎn)生毒性反應(yīng)。甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。甲醇在體內(nèi)經(jīng)代謝產(chǎn)生甲醛、甲酸，除導(dǎo)致酸毒癥外，這些產(chǎn)物影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)和視覺神經(jīng)。甲酸累積在眼睛部位，使視覺神經(jīng)系統(tǒng)和視網(wǎng)膜中心細(xì)胞退化從而導(dǎo)致失明。腦神經(jīng)也會(huì)受到破壞，而產(chǎn)生永久性損害。甲酸進(jìn)入血液后，會(huì)使組織酸性越來越強(qiáng)，損害腎臟導(dǎo)致腎衰竭。甲醇中毒常見的癥狀是，先產(chǎn)生喝醉的感覺，隨后頭痛，惡心，嘔吐，視線模糊，嚴(yán)重者會(huì)失明，乃至喪命。環(huán)境污染物的毒性★1998年山西朔州特大假酒案不法分子用甲醇勾兌成散裝白酒給白酒批發(fā)商銷售，假酒甲醇嚴(yán)重超標(biāo)，含量達(dá)到361g/L，超國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)