污染物毒害作用及机理PPT学习教案

1、会计学1 污染物毒害作用及机理污染物毒害作用及机理 引言引言 第1页/共68页 主要内容 污染物 的毒害 作用 污染物 毒害作 用条件 生物体 受害机 制 第2页/共68页 第一节第一节 污染物的毒害作用污染物的毒害作用 一、污染物对植物的影响一、污染物对植物的影响 二、对动物和人体健康的影响二、对动物和人体健康的影响(了解了解) 第二节第二节 受害机理受害机理 一、生物活性点位一、生物活性点位 二、重金属对生物毒性效应的分子机理（了解）二、重金属对生物毒性效应的分子机理（了解） 三、金属离子对生物大分子活性点位的竞争及其与金属生三、金属离子对生物大分子活性点位的竞争及其与金属生 物毒性的关系

2、物毒性的关系（自学）（自学） 四、分子、原子结构理论解释（自学）四、分子、原子结构理论解释（自学） 第3页/共68页 第三节第三节 受害条件受害条件 一、毒物性质一、毒物性质 二、外界条件二、外界条件 第四节第四节 化学元素的拮抗、协同关系化学元素的拮抗、协同关系 一、化学元素的拮抗作用一、化学元素的拮抗作用 二、二、 研究元素之间的拮抗作用和协同关系的意义研究元素之间的拮抗作用和协同关系的意义 三、元素之间拮抗的机理三、元素之间拮抗的机理 第4页/共68页 污染物 的毒害 作用 第一节第一节 污染污染 物的毒害作用物的毒害作用 第5页/共68页 污染物污染物 一一 植物吸收植物吸收 植物生植

3、物生 长、发长、发 育育 植物细植物细 胞超微胞超微 结构结构 植物生植物生 理生化理生化 种子生活力种子生活力 第6页/共68页 抑制植物根系的呼吸作用，影响根系的吸收能力抑制植物根系的呼吸作用，影响根系的吸收能力 污 污 染染 物物 某些重金属和营养元素之间有拮抗作用。影某些重金属和营养元素之间有拮抗作用。影 响植物对相应元素的吸收。响植物对相应元素的吸收。 改变土壤微生物的活性和影响土壤中一些改变土壤微生物的活性和影响土壤中一些 重要酶类的生物活性，影响植物根系对土重要酶类的生物活性，影响植物根系对土 壤中营养元素的吸收壤中营养元素的吸收 第7页/共68页 细胞核细胞核线粒体线粒体叶绿体

4、叶绿体细胞分细胞分 裂、染裂、染 色体色体 核仁核仁 铅铅 细胞核自细胞核自 溶解溶解 体体 线粒体肿胀成线粒体肿胀成 巨型线粒体，巨型线粒体， 内腔中各种物内腔中各种物 质解体成为空质解体成为空 泡，内部残存泡，内部残存 颗粒状内含物，颗粒状内含物， 细胞质中多溶细胞质中多溶 酶体。酶体。 随着浓度的增随着浓度的增 加，线粒体基加，线粒体基 粒片层逐渐消粒片层逐渐消 失，类囊体空失，类囊体空 泡泡 ，最终叶绿，最终叶绿 体膜系统溃解，体膜系统溃解， 出现大而多的出现大而多的 脂类小球脂类小球 染色体断染色体断 裂、粘连裂、粘连 有丝分裂有丝分裂 出现异常出现异常 出现多核出现多核 仁现象仁现

5、象 镉镉 核变形肿胀，核变形肿胀， 核仁破碎趋核仁破碎趋 边边 ，细胞核，细胞核 发生微核化，发生微核化， 内质网扩张。内质网扩张。 凝聚性线粒体，凝聚性线粒体， 膜扩张，内腔膜扩张，内腔 中嵴突消失，中嵴突消失， 出现颗粒状内出现颗粒状内 含物，中心区含物，中心区 出现空泡出现空泡 同铅同铅 细胞核微细胞核微 核化核化 同铅同铅 第8页/共68页 第9页/共68页 3、对、对种子生活力种子生活力的影响的影响 （1）含镉）含镉F1代种子的萌发代种子的萌发 含镉含镉F1F1种子的发芽率随着种子中镉积累量的增加而显著下降种子的发芽率随着种子中镉积累量的增加而显著下降 。 第10页/共68页 （2）

6、含镉）含镉F1代种子萌发时几种酶活性的变化代种子萌发时几种酶活性的变化 第11页/共68页 （3）含镉）含镉F1种子萌发时根尖细胞有丝分裂频率的变化种子萌发时根尖细胞有丝分裂频率的变化 含镉含镉F1种子萌发时，根尖细胞有丝分裂频率随着种子中镉积种子萌发时，根尖细胞有丝分裂频率随着种子中镉积 累的增加而下降。累的增加而下降。 结论结论:种子质量影响综合指数表明种子质量影响综合指数表明,种子镉积累量低于种子镉积累量低于1.68mg/kg时，时， 对种子质量的综合影响效应轻微；高于对种子质量的综合影响效应轻微；高于1.68mg/kg，则综合效应严，则综合效应严 重重 。 4、对植物、对植物生长生长的

7、影响的影响 （1） 对植物根的影响对植物根的影响 不同浓度的不同浓度的Hg 2+对水稻种子胚根生长有明显的抑制作用。对水稻种子胚根生长有明显的抑制作用。 特别对胚根纵向生长具有强烈的抑制作用。特别对胚根纵向生长具有强烈的抑制作用。 对幼苗根系脱氢酶活性的测定结果表明，随着铅处理浓度的对幼苗根系脱氢酶活性的测定结果表明，随着铅处理浓度的 升高，根系脱氢酶活性下降。升高，根系脱氢酶活性下降。 第12页/共68页 （2）植物地上部分生长的影响植物地上部分生长的影响 Garrec(1982)报道了在受氟污染的针叶林内，云杉针叶中报道了在受氟污染的针叶林内，云杉针叶中 氟浓度与木材生长率的关系为：氟浓度

8、与木材生长率的关系为： y =10.7+11.02lnx (r=0.8) 这里这里y：生长损失：生长损失(%)， x：叶片氟化物浓度（：叶片氟化物浓度（mg/kg） 叶片中氟化物超过叶片中氟化物超过100 mg/kg时，将引起生长量严重减时，将引起生长量严重减 少（减少少（减少40%）；）； 植物叶片含氟量与生长关系的阈值为：菜豆植物叶片含氟量与生长关系的阈值为：菜豆300mg/kg， 紫花苜蓿紫花苜蓿200mg/kg，柑桔和黄杉，柑桔和黄杉100mg/kg。 第13页/共68页 （3） 污染物对污染物对水生植株生长及产量水生植株生长及产量的影响明显的影响明显 不同浓度镉处理几种水生植物，随水

9、中镉浓度升高，水生植物不同浓度镉处理几种水生植物，随水中镉浓度升高，水生植物 生长率明显降低。生长率明显降低。 表表3-4 镉污染水体中植物的生产量镉污染水体中植物的生产量(干重干重 g/kg.d) 水体镉浓度水体镉浓度 (mg/L) 水葫芦水葫芦荇菜荇菜紫背萍紫背萍狐尾藻狐尾藻 0.0054.131.302.302.23 12.921.180.651.12 22.890.931.242.31 42.370.930.371.20 82.070.16-1.02-0.90 102.100.80-1.24-2.83 均值均值2.750.88-0.280.52 相关系数相关系数(r)-0.870 -0

10、.750 -0.910 -0.941 P0.01；P0.05 第14页/共68页 5、对植物、对植物发育发育(生育期生育期)的影响的影响 （1）污染物对植物发育的影响，主要表现为对花期的影响）污染物对植物发育的影响，主要表现为对花期的影响 Bontle（1982）以）以5.40.4 g/m3HF在在草莓草莓3个不同发育时期个不同发育时期进行薰气，进行薰气，结果结果 表明表明，凡是在开花受精期进行薰气的花，花托畸形率大大增加，而在开花前或，凡是在开花受精期进行薰气的花，花托畸形率大大增加，而在开花前或 开花后薰气的对花托均无影响。开花后薰气的对花托均无影响。 表表3-5 草莓不同发育阶段草莓不同

11、发育阶段HF薰气对花托畸形和果重的影响薰气对花托畸形和果重的影响 编号编号 开花时间开花时间受精期受精期成熟期成熟期 花托畸形率花托畸形率 (%) 平均果重平均果重 (g) 1 薰气薰气薰气薰气 薰气薰气573.47 2 不薰气不薰气 584.49 3不薰气不薰气不薰气不薰气1.335.58 4 不薰气不薰气不薰气不薰气 薰气薰气 2.75.71 55.45.56 6不薰气不薰气薰气薰气41.95.54 第15页/共68页 （2）污染物对不同生育期植物影响的差异性污染物对不同生育期植物影响的差异性 （3）植物产量受污染物随浓度的增高，）植物产量受污染物随浓度的增高， 产量降低产量降低 小麦拔节

12、期和扬花期分别以不同浓度的小麦拔节期和扬花期分别以不同浓度的HF进行熏气进行熏气 表表3-8 氟对小麦各生育期的影响氟对小麦各生育期的影响 薰气薰气 HF(ng/ m3) 茎中积累的茎中积累的 氟化物氟化物 (mg/kg) 穗中积累的穗中积累的 氟化物氟化物 (mg/kg) 单穗干物质单穗干物质 重重(g) 单株穗数单株穗数单株单株 产量产量 拔拔 节节 期期 01.72.00.3643.461.29 0.95.51.80.3063.451.03 2.917.82.00.2543.651.21 扬扬 花花 期期 01.91.80.4883.551.57 0.910.62.60.3333.261

13、.07 2.935.62.30.3262.990.93 第16页/共68页 6、污染物对植物、污染物对植物生理生化生理生化的影响的影响 污染物对植物污染物对植物生理生化生理生化的影响，导致了对植物生长发育影响。的影响，导致了对植物生长发育影响。 （1）对）对细胞膜透性细胞膜透性的影响的影响 污染物影响细胞膜的透性，从而影响植物对营养物质的吸收。污染物影响细胞膜的透性，从而影响植物对营养物质的吸收。 由于膜透性增加，使细胞内含物外渗，由于膜透性增加，使细胞内含物外渗，电导率增加电导率增加，细胞释放，细胞释放 CO2的速度加快，大大地提高了植物的速度加快，大大地提高了植物呼吸速率呼吸速率。 举例：

14、举例：镉处理镉处理5天的植物叶细胞透性天的植物叶细胞透性 结论：表明植物开花期对污染物特别是大气污染物最为敏结论：表明植物开花期对污染物特别是大气污染物最为敏 感，属于大气污染感，属于大气污染 的临界期。因此在开花期应尽量避免的临界期。因此在开花期应尽量避免 大气污染物的伤害作用。大气污染物的伤害作用。 第17页/共68页 表表3-9 镉处理镉处理5天的植物叶细胞透性天的植物叶细胞透性 水体镉浓度水体镉浓度 (mg/L) 凤眼莲凤眼莲荇菜荇菜紫背萍紫背萍狐尾藻狐尾藻 电导度电导度 (-1) 钾浓度钾浓度(mg/kg)电导度电导度 (-1) 钾浓度钾浓度 (mg/kg) 电导度电导度 (-1)

15、钾浓度钾浓度 (mg/kg) 01228.31328614614.6 0.00515610.044022028617.0 117810.973021821717.0 222813.172035827517.5 424714.091031339320.4 835615.8107069550122.0 1051018.685095082925.0 处理平均值处理平均值27913.778746041719.8 r0.9700.9580.747 0.965 0.9290.968 结果证明结果证明镉对植物细胞膜有严重的破坏作用镉对植物细胞膜有严重的破坏作用 ，随镉浓度增加，随镉浓度增加， 细胞外渗液的电

16、导度和钾离子浓度也增加。细胞外渗液的电导度和钾离子浓度也增加。 因此，细胞膜透性因此，细胞膜透性 是是评定植物对污染物反应评定植物对污染物反应的方法之一。的方法之一。 第18页/共68页 （2）污染物对）污染物对光合作用光合作用的影响的影响 污染物能抑制污染物能抑制叶绿素中光合电子传递，叶绿素中光合电子传递，抑制光合作用中对抑制光合作用中对 CO2的固定；的固定； 重金属对植物叶绿素含量和色素比率的影响重金属对植物叶绿素含量和色素比率的影响 表表3-10 镉处理镉处理5天后植物叶绿素天后植物叶绿素a/b的变化的变化 水体镉水体镉 浓度浓度 (mg/L) 凤眼莲凤眼莲紫背萍紫背萍狐尾藻狐尾藻 叶

17、绿素叶绿素 a/b 变化率变化率 (%) 叶绿素叶绿素 a/b 变化率变化率 (%) 叶绿素叶绿素 a/b 变化率变化率 (%) 01.790.002.250.001.070.00 0.0051.74-2.82.09-7.11.03-3.7 11.61-10.11.97-12.41.00-6.5 21.60-10.61.57-30.20.93-13.1 41.42-20.71.22-45.80.96-10.3 81.38-22.91.10-51.10.87-18.7 101.02-43.01.10-51.10.81-24.3 叶绿素含量和叶绿素色素比率叶绿素含量和叶绿素色素比率a/b随重金属浓

18、度上升而下随重金属浓度上升而下 降降 第19页/共68页 重金属进入叶绿体内在局部部位积累过多重金属进入叶绿体内在局部部位积累过多 ，直接，直接 破坏叶绿体结构及其功能；破坏叶绿体结构及其功能； 重金属间接地通过拮抗作用干扰了植物对铁、锌重金属间接地通过拮抗作用干扰了植物对铁、锌 的吸收、转移，阻碍了营养元素向叶的输送，使之的吸收、转移，阻碍了营养元素向叶的输送，使之 丧失合成叶绿素的能力；丧失合成叶绿素的能力； 重金属使叶绿素酶活性增加而使叶绿素分解。重金属使叶绿素酶活性增加而使叶绿素分解。 污染物破坏叶绿素的机制可能有污染物破坏叶绿素的机制可能有3种原因种原因 第20页/共68页 （3）污

19、染物对）污染物对呼吸作用呼吸作用的影响的影响 （通过干扰呼吸酶，来影（通过干扰呼吸酶，来影 响呼吸作用。）响呼吸作用。） 镉对呼吸酶镉对呼吸酶( 绿藻苹果酸脱氢酶绿藻苹果酸脱氢酶) 活性的影响活性的影响 表表3-11 镉对苹果酸脱氢酶活性的影响镉对苹果酸脱氢酶活性的影响 种类种类镉浓度镉浓度(mg/L)活性活性(为对照的百分率为对照的百分率) 斜生斜生 栅藻栅藻 0.0100 0.01108 0.551.3 1.038.2 蛋白蛋白 核小核小 球藻球藻 0.0100 0.01112 0.559.8 1.040.6 测定受镉污染测定受镉污染4小时后的绿藻苹果酸脱氢酶活性，小时后的绿藻苹果酸脱氢酶

20、活性，在低浓度下，对酶的活性有刺激作用在低浓度下，对酶的活性有刺激作用，高浓度则明显受抑制，高浓度则明显受抑制 第21页/共68页 镉对高等水生植物根系呼吸酶镉对高等水生植物根系呼吸酶(脱氢酶脱氢酶)明显影响明显影响 随镉浓度升高，根系脱氢酶活性明显下降，即镉对根系呼随镉浓度升高，根系脱氢酶活性明显下降，即镉对根系呼 吸作用有明显抑制吸作用有明显抑制 第22页/共68页 （4）污染物对）污染物对蒸腾作用蒸腾作用的影响的影响 污染物浓度低，蒸腾加速；污染物浓度低，蒸腾加速； 污染物浓度超过一定值后，蒸腾强度降低。污染物浓度超过一定值后，蒸腾强度降低。 （5）污污 染物对染物对生长素生长素的影响的

21、影响 污染物对污染物对生长素生长素有明显的抑制有明显的抑制 （6）污染物对）污染物对植物化学成分植物化学成分的影响的影响 污染物对植物体内的成分，有明显影响。污染物对植物体内的成分，有明显影响。 植物受污染后，植物受污染后， 总氮量与蛋白质含氮量总氮量与蛋白质含氮量均下降；均下降； 植物体的营养成分也受重金属的影响。能明显影响种子植物体的营养成分也受重金属的影响。能明显影响种子中中 氨基酸、蛋白质、糖、淀粉和脂肪的含量。氨基酸、蛋白质、糖、淀粉和脂肪的含量。 第23页/共68页 污染物影响叶内污染物影响叶内可溶性糖含量可溶性糖含量的变化。的变化。 表表3-14镉对植物叶片可溶性糖含量的影响镉对

22、植物叶片可溶性糖含量的影响 水中镉浓度水中镉浓度 ( mg/L) 凤眼莲凤眼莲紫背萍紫背萍 可溶性糖含量可溶性糖含量 % 变化率变化率 % 可溶性糖含量可溶性糖含量 % 变化率变化率 % 00.200.110 40.23150.29164 80.25250.32191 200.29450.34209 举例：举例： 铅、镉复合污染对烟草品质的影响既有理论价值，又有实际意义。铅、镉复合污染对烟草品质的影响既有理论价值，又有实际意义。 李素英、王焕校等李素英、王焕校等(1989)研究的结果如下：（污染物对植物生理生化的影研究的结果如下：（污染物对植物生理生化的影 响的举例）响的举例） 因此，叶内可溶

23、性糖含量的改变，可作为鉴别植物抗性强弱的生理指标之一。因此，叶内可溶性糖含量的改变，可作为鉴别植物抗性强弱的生理指标之一。 第24页/共68页 一、污染物对植物的影响一、污染物对植物的影响 1、对植物吸收的影响、对植物吸收的影响 2、对植物细胞超微结构的影响、对植物细胞超微结构的影响 3、对种子生活力的影响、对种子生活力的影响 4、对植物生长的影响、对植物生长的影响 5、对植物发育的影响、对植物发育的影响 6、对植物生理生化的影响、对植物生理生化的影响 第25页/共68页 重金属元素能严重影响和破坏鱼类的呼吸器官，导 致呼吸机能减弱。首先，这些重金属能粘积在鳃的 表面，造成鳃的上皮和粘液细胞的

24、贫血和营养失调 ，从而影响对氧的吸收和降低血液输送氧的能力。 重金属还能降低血液中呼吸色素的浓度，使红细胞 减少。例如，当鱼类受铝、汞、锌的毒害时，能抑 制鱼类血红蛋白的合成，使氧和血红蛋白分离曲线 发生改变，影响鱼类血液输送氧的能力。 第26页/共68页 受重金属污 染的河流 第27页/共68页 被重金属 毒死的鱼 第28页/共68页 水俣事件 19531956年发生在日本熊本县水俣市的公害事件。 1953年发现首例怪病，症状初始是口齿不清、步态不稳 、面部痴呆；进而耳聋眼瞎、全身麻木；最后神经失常 、身体弯弓高叫而死。1955年5月又出现了50多例。经调 查分析，是由于含甲基汞的工业废水持

25、续排入水俣湾和 不知火海水体，通过食物链和生物浓缩后使生物(如鱼和 介壳类动物)中毒，人食用有毒生物后，由于摄入甲基汞 而引起发病。这种病因最早发现在水俣湾而命名为“水 俣病”。 第29页/共68页 面部痴 呆 肢体弯弓 第30页/共68页 萎缩病变的 手 第31页/共68页 甲基汞 水俣病发病过程示意图 第32页/共68页 痛痛病 骨骼萎 缩弯曲 第33页/共68页 第34页/共68页 铅 砷 锌 铅是作用于全身各系统和器官的毒物，它能够损害 器官尤其是骨髓造血系统和神经系统，另外对肝脏 和肾脏也有损害作用。 砷中毒造成的毒害是全身性的，摄入As()会使皮 肤、眼睛和呼吸道粘膜受到刺激和伤害

26、，慢性的砷 中毒可出现脱皮脱发和指甲有白色横纹等症状，严 重时还会使神经系统、消化系统和心血管系统发生 障碍，甚至可诱发癌症。 摄入过量的锌可引起呕吐、肠功能失调和腹泻等症 状。动物实验表明，水中锌浓度过高有致癌作用。 第35页/共68页 不同的研究方面 分子、原子结构分子、原子结构 理论解释理论解释（自学（自学 ） 金属离子对生物大分子活性点位的竞争及其与金属生物毒性的关系金属离子对生物大分子活性点位的竞争及其与金属生物毒性的关系（自学）（自学） 生物活性点位生物活性点位 重金属对生物毒性效应的分子机理重金属对生物毒性效应的分子机理（了解）（了解） 重点 介绍 第36页/共68页 在对重金属

27、毒害机理进行深入研究后，在对重金属毒害机理进行深入研究后，必须深入到分子水必须深入到分子水 平才能解决受害的内部机制。平才能解决受害的内部机制。 一、生物活性点位一、生物活性点位 1、生物活性点位、生物活性点位 生物活性点位生物活性点位:是生物大分子中具有生物活性的基团和物质。在生物大是生物大分子中具有生物活性的基团和物质。在生物大 分子中的活性点位有：羧肽酶、碱性磷酸酶、碳酸酐酶、细胞色素分子中的活性点位有：羧肽酶、碱性磷酸酶、碳酸酐酶、细胞色素C、 血红蛋白以及铁氧还原蛋白等。血红蛋白以及铁氧还原蛋白等。 含有金属的酶，含有金属的酶，金属和酶共同构成生物活性点位，金属是活性点位的金属和酶共

28、同构成生物活性点位，金属是活性点位的 一部分，金属离子参与生物过程。一部分，金属离子参与生物过程。 2、重金属与生物大分子的活性点位、重金属与生物大分子的活性点位 （1）许多生物过程都需要金属离子的参与，生物大分子是该过程的）许多生物过程都需要金属离子的参与，生物大分子是该过程的 主角，这些金属离子通常结合在生物大分子的活性点位上。主角，这些金属离子通常结合在生物大分子的活性点位上。 第37页/共68页 （2）对于外来的重金属，当其进入生物体后，可以和生物大分子上活）对于外来的重金属，当其进入生物体后，可以和生物大分子上活 性点位结合，也可以和其他非活性点位结合。当这些重金属和生物大分性点位结

29、合，也可以和其他非活性点位结合。当这些重金属和生物大分 子上活性点位或非活性点位结合后，在一定的情况下对生物产生毒性。子上活性点位或非活性点位结合后，在一定的情况下对生物产生毒性。 （3）生物活性点位是有毒金属进攻的部位之一，）生物活性点位是有毒金属进攻的部位之一，结合在活性点位上的结合在活性点位上的 微量金属可被外来重金属所取代，由此可引起生物的各种病变。微量金属可被外来重金属所取代，由此可引起生物的各种病变。 二、重金属对生物毒性效应的分子机理（了解）二、重金属对生物毒性效应的分子机理（了解） 1、重金属与生物大分子作用产生毒性、重金属与生物大分子作用产生毒性 从大量的生物毒性试验结果可以

30、从大量的生物毒性试验结果可以推测，推测，毒性是由于重金属与生物大分毒性是由于重金属与生物大分 子作用造成的。子作用造成的。金属离子既可取代生物大分子活性点位上原有的金属，金属离子既可取代生物大分子活性点位上原有的金属， 也可以结合在该分子的其他位置。也可以结合在该分子的其他位置。当有毒金属离子与生物大分子上的当有毒金属离子与生物大分子上的 活性点位或非活性点位结合后，可以改变生物大分子正常的生理和代活性点位或非活性点位结合后，可以改变生物大分子正常的生理和代 谢功能，谢功能，使生物体表现中毒现象甚至死亡。使生物体表现中毒现象甚至死亡。 第38页/共68页 2、重金属与核酸作用产生毒性、重金属与

31、核酸作用产生毒性 金属离子对金属离子对DNA双螺旋结构有稳定作用。当金属离子浓度较低时，双螺旋结构有稳定作用。当金属离子浓度较低时， DNA两条链作用还不太稳定，此时只有互补的碱基才能发生配对作用，使两条链作用还不太稳定，此时只有互补的碱基才能发生配对作用，使 两条链牢固地结合在一起；当金属离子浓度较高时，由于金属离子的稳定两条链牢固地结合在一起；当金属离子浓度较高时，由于金属离子的稳定 作用使两条链稳定结合在一起，此时，除了互补的碱基能配对外，非互补作用使两条链稳定结合在一起，此时，除了互补的碱基能配对外，非互补 的碱基也能配对，的碱基也能配对，从而导致碱基的配对错误从而导致碱基的配对错误，

32、使遗传密码的传递发生错误，使遗传密码的传递发生错误， 使生物体产生病变。使生物体产生病变。 3、有毒金属结合到生物大分子的去活性位置产生毒性、有毒金属结合到生物大分子的去活性位置产生毒性 不同浓度的同一金属离子结合在生物大分子的不同点位上，会对生物产生不不同浓度的同一金属离子结合在生物大分子的不同点位上，会对生物产生不 同的效应。同的效应。 向不需要金属离子的酶中加入金属离子时，会对酶的活性产生抑制作用向不需要金属离子的酶中加入金属离子时，会对酶的活性产生抑制作用。 低浓度金属离子可增加该酶的活性，而高浓度金属离子会抑制该酶的活性。低浓度金属离子可增加该酶的活性，而高浓度金属离子会抑制该酶的活

33、性。 第39页/共68页 结论：结论：有关金属的生物中毒有两种可能的分子机制：有关金属的生物中毒有两种可能的分子机制：一是一是有有 毒金属进攻生物大分子活性点位，取代活性点位上有益金属，毒金属进攻生物大分子活性点位，取代活性点位上有益金属， 破坏了生物大分子正常的生理和代谢功能，造成生物的病变；破坏了生物大分子正常的生理和代谢功能，造成生物的病变； 二是二是有毒金属键结合到生物大分子的去活性位置上，降低或有毒金属键结合到生物大分子的去活性位置上，降低或 消除了生物大分子（如酶）原有的生物活性，同样使生物发消除了生物大分子（如酶）原有的生物活性，同样使生物发 生病变。生病变。 三、金属离子对生物

34、大分子活性点位的竞争及其与金属生三、金属离子对生物大分子活性点位的竞争及其与金属生 物毒性的关系（自学）物毒性的关系（自学） 四、分子、原子结构理论解释（自学）四、分子、原子结构理论解释（自学） 第40页/共68页 生物受害程度生物受害程度 毒物性质外界条件 pH 光照条件 大气湿度 地形和天气特点 第41页/共68页 一、毒物性质一、毒物性质 1、对金属而言，离子态要比络合态毒性大，特别是形成金、对金属而言，离子态要比络合态毒性大，特别是形成金 属硫蛋白以后，金属就失去毒性。属硫蛋白以后，金属就失去毒性。 2、毒物的价态也能影响化学物质的毒性。、毒物的价态也能影响化学物质的毒性。 3、金属的

35、毒性还和其它很多因素有关。在一般情况下，有、金属的毒性还和其它很多因素有关。在一般情况下，有 机络合物的毒性下降，但脂溶性有机络合物和有机金属化合机络合物的毒性下降，但脂溶性有机络合物和有机金属化合 物的毒性却明显增加。物的毒性却明显增加。 4、金属离子的毒性和离子的价数有关。、金属离子的毒性和离子的价数有关。 第42页/共68页 5、不同的金属沸点产生不同的毒、不同的金属沸点产生不同的毒 性性 6、不同的金属离子化电压产生不同的毒性、不同的金属离子化电压产生不同的毒性 越是沸点低的金属越易发生弥散；同时金越是沸点低的金属越易发生弥散；同时金 属沸点越低，与一般有机物的沸点差就越小，属沸点越低

36、，与一般有机物的沸点差就越小， 它们相互间作用的可能性就越大。所以，毒它们相互间作用的可能性就越大。所以，毒 性大。性大。 金属对水生生物的毒性大小依次为：金属对水生生物的毒性大小依次为：HgAgCuCdZnPbCrNiCo 。 离子化电压越高，对生物潜在的毒性就越大。离子化电压越高，对生物潜在的毒性就越大。 离子化电压的值：是以物质在神经调节的作用下，能否通过细离子化电压的值：是以物质在神经调节的作用下，能否通过细 胞膜作为标准植。胞膜作为标准植。从从 表表3-21看。那几种重金属毒性最大看。那几种重金属毒性最大? 第43页/共68页 根据金属毒性效应，金属可以分为根据金属毒性效应，金属可以

37、分为3类不同形态类不同形态： 形成无机和有机配位体络合物；形成有机金属化合物；形成无机和有机配位体络合物；形成有机金属化合物； 参与氧化还原反应。参与氧化还原反应。 举例：举例： 以铜对硅藻毒性为例，铜的碳酸络合物基本上是无毒的，铜以铜对硅藻毒性为例，铜的碳酸络合物基本上是无毒的，铜 的阴离子羟基络合物对毒性的贡献为的阴离子羟基络合物对毒性的贡献为15%18%；游离的铜离子；游离的铜离子 与铜的阳离子羟基络合物对毒性的贡献为与铜的阳离子羟基络合物对毒性的贡献为60%70%（E. A. Jenne, 1979） 第44页/共68页 二、外界条件二、外界条件 pH 环境中环境中pH值不同，毒物的溶

38、解值不同，毒物的溶解 度也不同，度也不同，溶解度越大，毒性越强溶解度越大，毒性越强 pH值还影响毒物存在的形态值还影响毒物存在的形态 及比例。及比例。 一般在一般在酸性条件下酸性条件下重金属大多为重金属大多为无机盐游离态无机盐游离态，在碱性，在碱性 条件下则和条件下则和蛋白质结合蛋白质结合。游离态对生物的毒性较大，与。游离态对生物的毒性较大，与 蛋白质结合毒性明显降低。蛋白质结合毒性明显降低。 举例：举例：以以SO2毒性与毒性与pH关系为例关系为例 ，pH为为25的范围时的范围时 体内主要以体内主要以HSO3-为主，毒性大，受害重；在为主，毒性大，受害重；在pH值为值为 68时体内以时体内以S

39、O32-占主导地位，毒性明显降低，引起植占主导地位，毒性明显降低，引起植 物受害较轻。物受害较轻。 第45页/共68页 光照条件光照条件 光照强度影响气孔开闭，而气孔是有害气体进入光照强度影响气孔开闭，而气孔是有害气体进入 植物体的门户，因此光强直接影响污染物进入植物植物体的门户，因此光强直接影响污染物进入植物 体内的数量。在一定范围内光强越大，植物叶片受体内的数量。在一定范围内光强越大，植物叶片受 污染物损害越大。污染物损害越大。 光质影响植物受污染物伤害的程度有差异光质影响植物受污染物伤害的程度有差异 表表3-22 禾本科植物叶片受害程度（禾本科植物叶片受害程度（SO2）与光强光谱成分的关

40、系）与光强光谱成分的关系(%) 试试 验验狐茅草狐茅草梯牧草梯牧草 对照（对照（40,000 Lux） 滤光器滤光器 红红 滤光器滤光器 蓝蓝 滤光器滤光器 黑黑 滤光器滤光器 灰灰 57.8 37.8 30.1 18.5 31.5 72.5 42.9 36.8 30.7 43.4 第46页/共68页 大气湿度大气湿度 大气湿度能直接影响植物的受害程度，大气湿度能直接影响植物的受害程度， 即大气相对湿度与植物受害程度成正比即大气相对湿度与植物受害程度成正比 ，与植物的抗性成反比。，与植物的抗性成反比。 表表3-23 相对湿度与紫花苜蓿的抗相对湿度与紫花苜蓿的抗SO2性关系性关系 相对湿度（相对

41、湿度（%） 相对敏感度相对敏感度相对抗性相对抗性 100 80 60 50 40 30 20 10 0 1.00 0.89 0.77 0.69 0.54 0.31 0.18 0.13 0.10 1.00 1.02 1.30 1.45 1.85 3.20 5.50 7.70 10.00 第47页/共68页 原因：原因： 这是因为这是因为高的相对湿度高的相对湿度使有害气体和烟尘使有害气体和烟尘能吸附在能吸附在 叶表面叶表面，并使这些污染物溶解，慢慢从气孔、表皮渗透到叶片，并使这些污染物溶解，慢慢从气孔、表皮渗透到叶片 内，特别是酸碱性污染物，溶解在表面后，能直接伤害叶片内，特别是酸碱性污染物，溶解

42、在表面后，能直接伤害叶片 （表（表3-23）。）。 地形和天气特点 在封闭式洼地，空气不易扩散，如果形成逆温层，能使 生物受害的时间增长和加重受害程度。地形开阔，有毒 气体停留时间短，生物受害轻。 第48页/共68页 第四节第四节 化学元素的拮抗、协同关系化学元素的拮抗、协同关系 一、化学元素的拮抗作用一、化学元素的拮抗作用 生物体内诸多元素之间存在着极其复杂的拮抗和协同关系。研究这生物体内诸多元素之间存在着极其复杂的拮抗和协同关系。研究这 类关系对于了解各元素对类关系对于了解各元素对生物的毒害作用及解毒机理生物的毒害作用及解毒机理，有极重要的意义。，有极重要的意义。 1、铜对锌中毒有抑制作用

43、、铜对锌中毒有抑制作用 表表3-24 铜与锌对小鸡的影响铜与锌对小鸡的影响 锌锌 (mg/kg) 铜铜(mg/kg) 010010010 血红蛋白血红蛋白(g/100ml)死亡率（死亡率（%）体重（体重（g） 0 50 100 200 300 6.5 5.9 5.0 4.8 4.1 8.5 8.0 8.8 8.0 6.6 8.7 18.2 52.0 70.8 88.0 0 4.5 7.7 20.0 4.2 262 205 182 139 127 272 320 294 291 310 Hill（1970）的实验证明）的实验证明 ，食用高锌引起小鸡贫血，补给铜使贫血症，食用高锌引起小鸡贫血，补给

44、铜使贫血症 消失消失 。 从表从表3-24可看出，可看出，铜有明显降低锌毒害的作用铜有明显降低锌毒害的作用。 第49页/共68页 2、土壤中镉浓度的增加，叶绿素、土壤中镉浓度的增加，叶绿素a与叶绿素与叶绿素b的量相应递减，如的量相应递减，如加入一加入一 定量的锌定量的锌，叶绿素含量相应有所增加，叶绿素含量相应有所增加 表表3-27 镉锌相互作用对叶绿素（镉锌相互作用对叶绿素（a+b）含量的影响（）含量的影响（mg/gfw） Zn(mg/kg)02.551020 Cd (mg/kg) 0 0.5 2.5 12.5 0.761 0.788 0.710 0.673 0.780 0.723 0.703

45、 0.780 0.843 0.815 0.708 0.808 0.798 0.620 0.673 0.793 0.592 0.838 0.750 0.715 、锌锌也能减轻镉对蚕豆根系蛋白质含量的影响也能减轻镉对蚕豆根系蛋白质含量的影响 表表3-28 锌、镉相互作用对根可溶性蛋白的影响（锌、镉相互作用对根可溶性蛋白的影响（mg/gfw） Zn(mg/kg)02.55102050 Cd (mg/kg) 0 0.5 2.5 12.5 10.58 10.63 10.26 6.51 11.04 11.88 10.63 9.07 11.63 12.19 10.44 9.94 10.50 8.13 13.

46、69 8.07 9.77 8.07 13.19 10.38 8.29 11.44 7.57 6.01 第50页/共68页 、钙、硒对镉具有拮抗、钙、硒对镉具有拮抗 作用作用 二、二、 研究元素之间的拮抗作用和协同关系的意义研究元素之间的拮抗作用和协同关系的意义 具有重要的理论意义和实用价值，具有重要的理论意义和实用价值，在环境评价工作中更有重要意义。在环境评价工作中更有重要意义。 目前环境评价基本都是目前环境评价基本都是单元素评价单元素评价，没有考虑到元素之间的各种关系，没有考虑到元素之间的各种关系， 这就很难说明问题的实质。这就很难说明问题的实质。 1、环境评价中单纯的单元素评价存在的问题、

47、环境评价中单纯的单元素评价存在的问题 （1）氟元素的高低是产生）氟元素的高低是产生氟骨病氟骨病的主要原因的主要原因 有些地方属高氟区，水和食物中氟含量都很高，大大超过有些地方属高氟区，水和食物中氟含量都很高，大大超过1mg/kg的标准，的标准， 但该地区没有发生典型的氟骨病，这是因为该地区有较多的钙、铝和硼的缘但该地区没有发生典型的氟骨病，这是因为该地区有较多的钙、铝和硼的缘 故；故； 另一些地区含氟量低于卫生标准，另一些地区含氟量低于卫生标准，本应加氟本应加氟，但却是氟骨病重发区，这是，但却是氟骨病重发区，这是 因为该地区缺钙、铝和硼的缘故。因为该地区缺钙、铝和硼的缘故。 所以，所以，不考虑

48、环境中钙、铝和硼，特别是钙的存在和作用，就很难评不考虑环境中钙、铝和硼，特别是钙的存在和作用，就很难评 价氟的存在和实际意义。价氟的存在和实际意义。 第51页/共68页 （2）镉元素的高低是产生）镉元素的高低是产生骨痛病骨痛病（痛痛病）的主要原因（痛痛病）的主要原因 在镉污染区，粮食、蔬菜、饮用水的镉都超标（粮食蔬菜卫生标准在镉污染区，粮食、蔬菜、饮用水的镉都超标（粮食蔬菜卫生标准 2mg/kg，饮用水水质标准，饮用水水质标准0.01mg/L），但不发生骨痛病；有些地区含镉量不），但不发生骨痛病；有些地区含镉量不 高，却发生骨痛病，这是因前者食品和水中有较多的钙和硒，而后者却严重缺高，却发生骨

49、痛病，这是因前者食品和水中有较多的钙和硒，而后者却严重缺 钙和硒。钙和硒。 结论：结论：对一地区的评价，不能单凭某元素含量的多少，还应考虑其它有关元对一地区的评价，不能单凭某元素含量的多少，还应考虑其它有关元 素的存在和数量。只有这样才能真正了解各元素真实的作用。目前，全国各素的存在和数量。只有这样才能真正了解各元素真实的作用。目前，全国各 类环境评价类环境评价都没有考虑在评价范围内各元素之间的上述关系都没有考虑在评价范围内各元素之间的上述关系。因此，研究元。因此，研究元 素之间的拮抗和协同关系，在环境评价等工作中有重要意义。素之间的拮抗和协同关系，在环境评价等工作中有重要意义。 三、元素之间

50、拮抗的机理三、元素之间拮抗的机理 1、两元素之间由于直接发生化学反应而产生拮抗、两元素之间由于直接发生化学反应而产生拮抗 （1）凡两种元素能生成难解离的稳定化合物的，它们之间便可能存在着生）凡两种元素能生成难解离的稳定化合物的，它们之间便可能存在着生 物的拮抗。物的拮抗。 （2）凡两种元素能生成稳定络合物的，它们之间便可能存在生物拮抗作）凡两种元素能生成稳定络合物的，它们之间便可能存在生物拮抗作 用。用。 第52页/共68页 2、破坏金属酶的辅基或金属蛋白的蛋白质活性基团而产生拮抗、破坏金属酶的辅基或金属蛋白的蛋白质活性基团而产生拮抗 (了解了解) 3、使金属酶反应体系受阻而产生拮抗、使金属酶

51、反应体系受阻而产生拮抗 由于某一元素的作用，使金属酶反应体系中的一环受阻，从而产生对另由于某一元素的作用，使金属酶反应体系中的一环受阻，从而产生对另 一元素的间接拮抗。一元素的间接拮抗。 4、相似原子结构的元素有机络合中互相取代而造成的拮抗、相似原子结构的元素有机络合中互相取代而造成的拮抗 （1）相似原子结构元素之间的拮抗作用）相似原子结构元素之间的拮抗作用 相似原子结构的元素：相似原子结构的元素：每对拮抗元素生成络合物的每对拮抗元素生成络合物的配位数、离子半径、配位数、离子半径、 离子体积以及半径比率离子体积以及半径比率等值都非常接近的等值都非常接近的元素元素。 第53页/共68页 表表3-

52、29 若干元素的原子结构常数若干元素的原子结构常数 元素元素配位数配位数离子半离子半 径径 离子体离子体 积积 半径比半径比 率率 晶格能晶格能电离势电离势 Mo5+60.621.000.44493070 W6+60.621.000.44447061 Cd2+60.973.820.6955016.84 Ca2+60.994.060.7147711.82 V5+60.590.860.42360068.64 Mn4+60.600.900.43268052 Ni2+60.691.380.4962018.13 Cu2+60.721.560.5163020.28 Mn3+60.661.200.47130

53、032 Mg2+60.661.200.4759014.97 在生物体中相似原子结构的元素在有机络合中在生物体中相似原子结构的元素在有机络合中互相取代互相取代而造成的拮抗作而造成的拮抗作 用，如用，如W-Mo，Cd-Ca，V-Mn，Ni-Cu，Mn-Mg等，如表等，如表3-29 。 第54页/共68页 （2）相似原子结构元素间生物）相似原子结构元素间生物拮抗能力的大小拮抗能力的大小决定晶格能和电决定晶格能和电 离势数值离势数值 相似原子结构元素之间晶格能和电离势数值存在差异，而正是这两个常相似原子结构元素之间晶格能和电离势数值存在差异，而正是这两个常 数的差别，决定了元素间生物拮抗能力的大小。数

54、的差别，决定了元素间生物拮抗能力的大小。 晶格能和电离势数值大晶格能和电离势数值大，元素生成的络合物就稳定，就，元素生成的络合物就稳定，就不易不易被晶格能、被晶格能、 电离势小的元素电离势小的元素所取代所取代；反之亦然。；反之亦然。 ? W-Mo，Cd-Ca，V-Mn，Ni-Cu，Mn-Mg这几对金属是否可以互相取这几对金属是否可以互相取 代代 Mo容易取代容易取代W , Cd容易取代容易取代Ca，V容易取代容易取代Mn，Ni容易取代容易取代Cu，Mn容易容易 取代取代Mg ，相反则难相反则难. 第55页/共68页 钼（钼（Mo）和钨（）和钨（W）原子结构非常一致）原子结构非常一致，所以在有机络合物中可相互取，所以在有机络合物中可相互取 代，并表现出拮抗现