第三章有机污染物的环境生物效应 环境效应是指在环境要素作用下环境受到影响的现象及其后果。环境因素的 变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生态效应。大量工业废水排入江、 河、湖、海,对生态系统产生毒性作用,使鱼类受害而减少甚至绝灭;任意砍伐 森林,会造成水土流失,产生干旱、风沙灾害,同时使鸟类减少,害虫增多;致 崎、致癌、致突变物质的污染引起畸形和癌症患者増多。这些都是污染物环境生 态效应的表现。污染物在生物体内的富集放大及生物迁移的过程是导致环境生物 效应的主要原因。 第一节有机污染物在生物体内的迁移(资料来源王焕校,2000 有关生物对污染物吸收、迁移的几个基本概念 1.安全浓度 生物与某种污染物长期接触,仍未发现受害症状,这种不会产生症状的污染 物浓度称为安全浓度。 2.最高允许浓度 生物在整个生长发育周期内,或者是对污染物最敏感的时期内,该污染物对 生物的生命活动能力和生产力没有发生明显的影响的最高浓度,称为最高允许浓 度。 3.效应浓度 超过最高允许浓度,生物开始岀现受害症状,接触毒物时间越长,受害越重。 这种使生物开始岀现受害症状的浓度称为效应浓度。EC50、EC70、EC90分别代 表在该浓度下有50%、70%、90%的个体出现特殊效应 4.致死浓度
1 第三章 有机污染物的环境生物效应 环境效应是指在环境要素作用下环境受到影响的现象及其后果。环境因素的 变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生态效应。大量工业废水排入江、 河、湖、海，对生态系统产生毒性作用，使鱼类受害而减少甚至绝灭；任意砍伐 森林，会造成水土流失，产生干旱、风沙灾害，同时使鸟类减少，害虫增多；致 畸、致癌、致突变物质的污染引起畸形和癌症患者增多。这些都是污染物环境生 态效应的表现。污染物在生物体内的富集放大及生物迁移的过程是导致环境生物 效应的主要原因。 第一节 有机污染物在生物体内的迁移（资料来源王焕校，2000） 一、有关生物对污染物吸收、迁移的几个基本概念 1．安全浓度 生物与某种污染物长期接触，仍未发现受害症状，这种不会产生症状的污染 物浓度称为安全浓度。 2．最高允许浓度 生物在整个生长发育周期内，或者是对污染物最敏感的时期内，该污染物对 生物的生命活动能力和生产力没有发生明显的影响的最高浓度，称为最高允许浓 度。 3．效应浓度 超过最高允许浓度，生物开始出现受害症状，接触毒物时间越长，受害越重。 这种使生物开始出现受害症状的浓度称为效应浓度。EC50、EC70、EC90 分别代 表在该浓度下有 50％、70％、90％的个体出现特殊效应。 4．致死浓度
当污染物浓度继续上升到某一浓度,生物开始死亡,这时的浓度称为致死浓 度。LC50、LC70、IC90、LC100分别代表毒害致死50%、70%、90%、100% 的个体的阀门。 二、植物对有机污染物的吸收与迁移 (一)植物对污染物的吸收 1.植物对气态污染物的粘附和吸收 植物能粘附和吸收气态污染物。植物粘附污染物数量,主要取决于植物表面 积和粗糙程度。污染物能通过叶面气孔或径部皮孔进入植物体内。 2.植物对水溶态污染物的吸收 植物吸收水溶态污染物的器官是根,但叶片也能吸收水溶性污染物。水溶性 污染物主要通过两个途径达到根表面:(1)质体流途径,即污染物随蒸腾拉力, 在植物吸收水分时与水一起到达植物根部;(2)扩散途径,即通过扩散作用而到 达根部。其中质体流为主要的途径。到达根表面的污染物不一定被植物根所吸收。 植物吸收土壤中污染物的种类和数量除决定于土壤特征、污染物种类和数量外, 还取决于植物的特征。 环境中有机污染物占有一定的比例特别是近年来农药在农业生产中的大量 使用,使植物面临着一个新的环境,植物对有机污染物的吸收与迁移也就成了许 多研究者关注的对象 叶面对农药的吸收经过两种途径进行,即气孔吸收和角质层吸收。农药喷施 在茎叶表面时,药液在植物叶面的附着性是影响药效的重要因素,表面活性剂能 显著降低水溶液的表面张力,提高药液在植物叶面的附着性。 植物的细胞壁和细胞膜调节着污染物进出细胞的过程,构成了细胞的防卫系 统。污染物进入细胞的过程主要有两种方式:(1)被动扩散,物质顺着本身的浓
2 当污染物浓度继续上升到某一浓度，生物开始死亡，这时的浓度称为致死浓 度。LC50、LC70、LC90、LC100 分别代表毒害致死 50％、70％、90％、100％ 的个体的阀门。 二、植物对有机污染物的吸收与迁移 （一）植物对污染物的吸收 1．植物对气态污染物的粘附和吸收 植物能粘附和吸收气态污染物。植物粘附污染物数量，主要取决于植物表面 积和粗糙程度。污染物能通过叶面气孔或径部皮孔进入植物体内。 2．植物对水溶态污染物的吸收 植物吸收水溶态污染物的器官是根，但叶片也能吸收水溶性污染物。水溶性 污染物主要通过两个途径达到根表面：（1）质体流途径，即污染物随蒸腾拉力， 在植物吸收水分时与水一起到达植物根部；（2）扩散途径，即通过扩散作用而到 达根部。其中质体流为主要的途径。到达根表面的污染物不一定被植物根所吸收。 植物吸收土壤中污染物的种类和数量除决定于土壤特征、污染物种类和数量外， 还取决于植物的特征。 环境中有机污染物占有一定的比例，特别是近年来农药在农业生产中的大量 使用，使植物面临着一个新的环境，植物对有机污染物的吸收与迁移也就成了许 多研究者关注的对象。 叶面对农药的吸收经过两种途径进行，即气孔吸收和角质层吸收。农药喷施 在茎叶表面时，药液在植物叶面的附着性是影响药效的重要因素，表面活性剂能 显著降低水溶液的表面张力，提高药液在植物叶面的附着性。 植物的细胞壁和细胞膜调节着污染物进出细胞的过程，构成了细胞的防卫系 统。污染物进入细胞的过程主要有两种方式：（1）被动扩散，物质顺着本身的浓
度梯度或细胞膜的电化学势流动;(2黝物质的主动传递过程这种传递需要能量。 (二)污染物在植物体内的迁移 目前的研究成果主要是关于重金属在植物体内的迁移方面的内容,有关有机 污染物在植物体内迁移的成果很少 三、动物对有机污染物的吸收与迁移 (一)动物对污染物的吸收 动物对污染物的吸收一般是通过呼吸道、消化道、皮肤等途径 1.经呼吸道吸收 空气中污染物进入呼吸道后顺气管进入肺部,其中直径小于5nm的粉尘颗 粒能穿过肺部被吞噬细胞所吞食;部分毒物如苯并(a)比等能长期在肺部停留 会使肺部致敏纤维化或致癌。部分毒物运至支气管时刺激支气管壁产生反应性咳 嗽而吐出或被咽入消化道 2.经消化道吸收 消化道是动物吸收污染物的主要途径肠道粘膜是吸收污染物的主要部位之 一。整个消化道对污染物都有吸收能力,但主要吸收部位是胃与小肠。肠道吸收 污染物量受到污染物化学形态的制约。如脂溶性的有机物容易被吸收。 3.经皮肤吸收 经皮肤吸收一般有两个阶段,第一阶段是污染物以扩散的方式通过表层,第 二阶段是污染物以扩散的方式通过真皮。 (二)污染物在动物体內的迁移与排除 目前的研究成果也主要是关于重金属在动物体内的迁移方面的内容有关有 机污染物在植物体内迁移的成果十分有限。 四、物生物对有机污染物的吸收 (一)微生物细胞吸收污染物的机理
3 度梯度或细胞膜的电化学势流动；（2）物质的主动传递过程，这种传递需要能量。 （二）污染物在植物体内的迁移 目前的研究成果主要是关于重金属在植物体内的迁移方面的内容，有关有机 污染物在植物体内迁移的成果很少。 三、动物对有机污染物的吸收与迁移 （一）动物对污染物的吸收 动物对污染物的吸收一般是通过呼吸道、消化道、皮肤等途径。 1．经呼吸道吸收 空气中污染物进入呼吸道后顺气管进入肺部，其中直径小于 5nm 的粉尘颗 粒能穿过肺部被吞噬细胞所吞食；部分毒物如苯并（a）比等能长期在肺部停留， 会使肺部致敏纤维化或致癌。部分毒物运至支气管时刺激支气管壁产生反应性咳 嗽而吐出或被咽入消化道。 2．经消化道吸收 消化道是动物吸收污染物的主要途径，肠道粘膜是吸收污染物的主要部位之 一。整个消化道对污染物都有吸收能力，但主要吸收部位是胃与小肠。肠道吸收 污染物量受到污染物化学形态的制约。如脂溶性的有机物容易被吸收。 3．经皮肤吸收 经皮肤吸收一般有两个阶段，第一阶段是污染物以扩散的方式通过表层，第 二阶段是污染物以扩散的方式通过真皮。 （二）污染物在动物体内的迁移与排除 目前的研究成果也主要是关于重金属在动物体内的迁移方面的内容，有关有 机污染物在植物体内迁移的成果十分有限。 四、物生物对有机污染物的吸收 （一） 微生物细胞吸收污染物的机理
污染物结合到微生物细胞壁上有3种作用机理:离子交换反应、沉积作用和 络合作用。大多数微生物具有结合污染物的细胞壁,细胞壁固定污染物的性质和 能力与细胞壁的化学成分和结构有关。例如,革兰氏阳性菌的细胞壁有一层很厚 的、网状的肽聚糖结构,在细胞壁表面存在的磷壁酸质和糖醛酸磷壁酸质连接到 网状的肽聚糖上。磷壁酸质的磷酸二酯和糖醛酸磷壁酸质的羧基使细胞壁带负电 荷,具有离子交换性质,能与液体中带正电荷的粒子进行交换反应。此外,细胞 的能量转移系统在物质转运过程中不能区分电荷相同的是否为代谢所需物质所 以一些污染物可能随必须物进入微生物细胞。 (二)影响微生物吸收污染物的因素 影响因素主要有pH值、时间、污染物浓度及温度等。据黄淑惠(1991), 芽枝状枝孢吸附Au3的最适pH值是5以下,随p升高,吸附率降低;细胞与 含Au3+溶液接触5min,吸附率达87.5%,随时间延长,吸附率增加较慢。Aur 浓度越低,吸附速度越快;温度在30-50°℃时,对吸附作用无影响,低于20°C, 吸附率降低。 第二节有机污染物的生物富集(资料来源王焕校,200 生物富集的概念 生物个体或处于同一营养级的许多生物种群,从周围环境中吸收并积累某种 元素,导致生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象,叫生物富集,也叫 生物浓缩。还有人用生物积累、生物放大等术语来描述生物富集现象,前者是指 同一生物个体在生长发育的不同阶段生物富集系数不断增加的现象;后者是指在 同一食物链上,生物富集系数从低位营养级到高位营养级逐级増大的现象。 二、影响生物富集的因素 影响生物富集的因素很多,生物种类的特征,污染物的性质、污染物浓度和
4 污染物结合到微生物细胞壁上有 3 种作用机理：离子交换反应、沉积作用和 络合作用。大多数微生物具有结合污染物的细胞壁，细胞壁固定污染物的性质和 能力与细胞壁的化学成分和结构有关。例如，革兰氏阳性菌的细胞壁有一层很厚 的、网状的肽聚糖结构，在细胞壁表面存在的磷壁酸质和糖醛酸磷壁酸质连接到 网状的肽聚糖上。磷壁酸质的磷酸二酯和糖醛酸磷壁酸质的羧基使细胞壁带负电 荷，具有离子交换性质，能与液体中带正电荷的粒子进行交换反应。此外，细胞 的能量转移系统在物质转运过程中不能区分电荷相同的是否为代谢所需物质，所 以一些污染物可能随必须物进入微生物细胞。 （二） 影响微生物吸收污染物的因素 影响因素主要有 pH 值、时间、污染物浓度及温度等。据黄淑惠（1991）， 芽枝状枝孢吸附 Au3+的最适 pH 值是 5 以下，随 pH 升高，吸附率降低；细胞与 含 Au3＋溶液接触 5min，吸附率达 87.5％，随时间延长，吸附率增加较慢。Au3+ 浓度越低，吸附速度越快；温度在 30－50℃时，对吸附作用无影响，低于 20℃， 吸附率降低。 第二节 有机污染物的生物富集（资料来源王焕校，2000） 一、生物富集的概念 生物个体或处于同一营养级的许多生物种群，从周围环境中吸收并积累某种 元素，导致生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，叫生物富集，也叫 生物浓缩。还有人用生物积累、生物放大等术语来描述生物富集现象，前者是指 同一生物个体在生长发育的不同阶段生物富集系数不断增加的现象；后者是指在 同一食物链上，生物富集系数从低位营养级到高位营养级逐级增大的现象。 二、影响生物富集的因素 影响生物富集的因素很多，生物种类的特征，污染物的性质、污染物浓度和
作用时间以及环境特点是主要的、决定性的因素。 (一)生物学特征 1.生物体内能与污染物结合的物质 生物富集主要取决于生物本身的特性,特别是生物体内存在的、能与污染物 相结合的活性物质的活性强弱和数量多少。生物对复杂有机化合物的富集能力与 其体内存在的分解该类物质的酶的活性有关。酶的活性愈强,则愈不易富集;酶 活性愈弱,则愈易富集。例如,鱼对某些农药的富集能力强是因为鱼的体内环氧 化物水化酶和艾氏剂环氧化酶的活性小于人类、鸟和昆虫。 2.不同器官 由于各类器官的结构和功能不同,与污染物接触的时间长短、接触面积的大 小等存在差异,对污染物的富集量存在很大的差异。如鱼的各部位富集铅的强度 的从强到弱分别为∶鳃、内脏、骨骼、头、肌肉。水稻各器官对铅的富集强度从 强到弱依次为根、叶、茎、谷壳、米。 3.不同生长发育期 生物在不同生长生育期接触污染物,体内富集量有明显差别。如小麦在扬花 期前施药药量残留量低,扬花期后,特别是灌浆期施药,麦粒中六六六含量最高。 4.不同物种 (二)污染物的性质 污染物的性质主要包括污染物的价态、形态、结构形式、相对分子质量、溶 解性质、物理稳定性、化学稳定性、生物稳定性、在溶液中的扩散能力和在生物 体内的迁移能力等。其中对生物富集起决定作用的主要有化学稳定性和高脂溶 1.有机氯化合物
5 作用时间以及环境特点是主要的、决定性的因素。 （一）生物学特征 1． 生物体内能与污染物结合的物质 生物富集主要取决于生物本身的特性，特别是生物体内存在的、能与污染物 相结合的活性物质的活性强弱和数量多少。生物对复杂有机化合物的富集能力与 其体内存在的分解该类物质的酶的活性有关。酶的活性愈强，则愈不易富集；酶 活性愈弱，则愈易富集。例如，鱼对某些农药的富集能力强是因为鱼的体内环氧 化物水化酶和艾氏剂环氧化酶的活性小于人类、鸟和昆虫。 2． 不同器官 由于各类器官的结构和功能不同，与污染物接触的时间长短、接触面积的大 小等存在差异，对污染物的富集量存在很大的差异。如鱼的各部位富集铅的强度 的从强到弱分别为：鳃、内脏、骨骼、头、肌肉。水稻各器官对铅的富集强度从 强到弱依次为根、叶、茎、谷壳、米。 3． 不同生长发育期 生物在不同生长生育期接触污染物，体内富集量有明显差别。如小麦在扬花 期前施药药量残留量低，扬花期后，特别是灌浆期施药，麦粒中六六六含量最高。 4． 不同物种 （二）污染物的性质 污染物的性质主要包括污染物的价态、形态、结构形式、相对分子质量、溶 解性质、物理稳定性、化学稳定性、生物稳定性、在溶液中的扩散能力和在生物 体内的迁移能力等。其中对生物富集起决定作用的主要有化学稳定性和高脂溶 性。 1．有机氯化合物