第二章 污染物在环境中的行为

1、第二章第二章 环境污染物在环境污染物在生态系统中的行为生态系统中的行为本章将讨论以下内容：本章将讨论以下内容：污染物在环境中的迁移与转化污染物在环境中的迁移与转化污染物在生物体内的生物转运和生物转化污染物在生物体内的生物转运和生物转化1.污染物在生物体内的富集污染物在生物体内的富集环境污染概述1.1什么是环境污染？环境污染环境污染（Environmental Pollution）是指有害物质或因子进入环是指有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使生态系统结构与功能发境，并在环境中扩散、迁移、转化，使生态系统结构与功能发生变化，对人类以及其他生物的生存和发展产生不利影响的现生变化，

2、对人类以及其他生物的生存和发展产生不利影响的现象。象。环境污染的分类环境污染的分类生物污染生物污染化学污染化学污染物理污染物理污染按污染物性质按污染物性质废气污染废气污染废水污染废水污染 固体废弃物污染固体废弃物污染噪声污染噪声污染辐射污染辐射污染按污染物形态按污染物形态环境效应环境效应环境污染所导致的环境变化环境污染所导致的环境变化环境生物效应：环境生物效应：指各种环境因素变化而导致指各种环境因素变化而导致生态系统变异的结果。生态系统变异的结果。如：恐龙的灭绝、水利工程、如：恐龙的灭绝、水利工程、森林砍伐、急性与慢性效应。森林砍伐、急性与慢性效应。环境化学效应：环境化学效应：环境污染导致环境

3、化学因素环境污染导致环境化学因素发生改变。发生改变。如：酸雨、光化学烟雾、土壤酸化等。如：酸雨、光化学烟雾、土壤酸化等。环境物理效应：环境物理效应：环境污染导致环境物理因素环境污染导致环境物理因素发生改变。发生改变。如：热岛效应、温室效应、颗粒物的污染、如：热岛效应、温室效应、颗粒物的污染、噪声污染等。噪声污染等。污染源（Pollution Source）造成环境污染的污染物发生源称为污染源。造成环境污染的污染物发生源称为污染源。它通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害它通常指向环境排放有害物质或对环境产生有害物质的场所、设备和装置。物质的场所、设备和装置。 污染物的自然来源（污染物的自然来

4、源（Natural Source ） : 自然界向环境排自然界向环境排放，如：活动的火山或矿床。放，如：活动的火山或矿床。交通工业农业污染物的人为来源（污染物的人为来源（Artificial Source ） : 来自人类活动，影来自人类活动，影响范围广、危害大，如工业三废响范围广、危害大，如工业三废污染源示意图工业污染源工业污染源（点源、三废）（点源、三废）农业污染源农业污染源（面源、农用化学品）（面源、农用化学品）交通运输污染源交通运输污染源（线源、水气污染、噪声）（线源、水气污染、噪声）生活污染源生活污染源（三废、固废）（三废、固废）污染物（污染物（Pollutant）污染物污染物指进入

5、环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化，指进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化，直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。生产性污染物和生活污染物生产性污染物和生活污染物当某种物质（有用的或必须的）成为污染物时，必须当某种物质（有用的或必须的）成为污染物时，必须在特定的环境中达到一定数量或浓度，并且持续一定在特定的环境中达到一定数量或浓度，并且持续一定的时间。的时间。 一次污染物和二次污染物：一次污染物和二次污染物： 一次污染物：一次污染物：由人类活动直接产生，自污染源直由人类活动直接产生，自污染源直接排入环境后，其物理和化学性状未发

6、生变化的污染接排入环境后，其物理和化学性状未发生变化的污染物。物。二次污染物：二次污染物：排入环境的一次污染物，由于自然排入环境的一次污染物，由于自然界的物理、化学和生物因子的影响，其性质和状态界的物理、化学和生物因子的影响，其性质和状态发生变化而形成的新的污染物。发生变化而形成的新的污染物。如光化学烟雾、酸雨等如光化学烟雾、酸雨等环境污染的特点环境污染的特点影响范围大影响范围大作用时间长作用时间长污染物浓度低、情况复杂污染物浓度低、情况复杂污染容易、治理难污染容易、治理难第一节第一节 污染物在环境中的迁移与转化污染物在环境中的迁移与转化 一、 污染物在环境中的迁移迁移的定义：迁移的定义：迁移

7、是指污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引迁移是指污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失的过程。起的富集、分散和消失的过程。污染物进入环境的途径包括：污染物进入环境的途径包括：（1）人类活动过程中无意排放，）人类活动过程中无意排放， 如火灾如火灾（2）工业三废）工业三废（3）人类活动过程中故意应用（）人类活动过程中故意应用（pesticide）注：注：进入环境的污染物可以在各个环境要素（水、气、土）进入环境的污染物可以在各个环境要素（水、气、土）中发生迁移并输送到很远的距离。污染物的长距离传送，中发生迁移并输送到很远的距离。污染物的长距离传送，往往由局部性污染引发区域性

8、污染甚至全球性污染，这往往由局部性污染引发区域性污染甚至全球性污染，这也是环境污染成为当代主要环境问题的原因之一。如也是环境污染成为当代主要环境问题的原因之一。如PCBs，CFCs运输到南极运输到南极污染物在环境中的三种迁移方式污染物在环境中的三种迁移方式机械迁移机械迁移（1）水的机械迁移作用）水的机械迁移作用（2）气的机械迁移作用）气的机械迁移作用（3）重力的机械迁移作用）重力的机械迁移作用物理化学迁移物理化学迁移 污染物在环境中迁移的最重要的形式。污染物在环境中迁移的最重要的形式。（1）溶解沉淀作用、络合螯合作用、吸附解吸作用、氧化还）溶解沉淀作用、络合螯合作用、吸附解吸作用、氧化还原作用

9、、水解作用原作用、水解作用（2）化学分解、光化学分解、生物化学分解）化学分解、光化学分解、生物化学分解生物迁移生物迁移通过生物的吸收、代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移，是一种非常通过生物的吸收、代谢、生长、死亡等过程所实现的迁移，是一种非常复杂的迁移形式复杂的迁移形式 例：生物通过食物链对重金属的放大积累作用例：生物通过食物链对重金属的放大积累作用影响迁移的因素影响迁移的因素内部因素内部因素污染物自身的物理化学性质：组成该物质的元素所具有的组成化污染物自身的物理化学性质：组成该物质的元素所具有的组成化合物的能力、形成不同的电价离子能力、水解能力、形成络合物合物的能力、形成不同的电价离子能力、

10、水解能力、形成络合物的能力、被胶体吸附的能力的能力、被胶体吸附的能力原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物的键性、溶原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物的键性、溶解度等都是影响迁移的主要理化参数。解度等都是影响迁移的主要理化参数。外部因素外部因素 酸碱条件酸碱条件 氧化还原条件氧化还原条件 胶体的种类、数量胶体的种类、数量 络合配位体的数量、性质络合配位体的数量、性质二、 污染物的形态和分布（Form and Distribution of Pollutant）污染物的形态污染物的形态定义：指环境中污染物的外部形状、化学组成和内部结构定义：指环境中污染物的外部形状、化学组成和

11、内部结构的表现形式。的表现形式。污染物的存在形态包括（环境污染化学研究范畴）污染物的存在形态包括（环境污染化学研究范畴）价态，如价态，如Cr（VI）、）、 Cr（III）化合态，如有机汞和无机汞化合态，如有机汞和无机汞结构态，如同分异构体结构态，如同分异构体 型，型，型六六六，型六六六，PAHs结构结构络合态络合态几种重要的形态分类几种重要的形态分类离子态：离子态：活性大、毒性强、易于迁移活性大、毒性强、易于迁移代换态：代换态：受质量法则制约，浓度高的离子可以受质量法则制约，浓度高的离子可以将浓度低的离子代换出来。将浓度低的离子代换出来。胶体：胶体：气溶胶（飘尘、烟气）、水溶胶、固溶气溶胶（飘

12、尘、烟气）、水溶胶、固溶胶胶有机结合态：有机结合态：生物吸收累积起来的污染物：农生物吸收累积起来的污染物：农残、甲基汞残、甲基汞难溶态：难溶态：风化和生物分解释放出来风化和生物分解释放出来污染物的分布污染物的分布污染物的分布污染物的分布定义：主要是指污染物在环境多组分间分布，定义：主要是指污染物在环境多组分间分布，不仅指在环境空间的浓度分布，而且还指污染不仅指在环境空间的浓度分布，而且还指污染物不同形态、不同相态之间的分配。物不同形态、不同相态之间的分配。例：图例：图1-2和图和图1-3表明了污染物在水生生态系表明了污染物在水生生态系统和陆生生态系统各组分间的分布。统和陆生生态系统各组分间的分

13、布。三、三、 污染物在环境中的转化污染物在环境中的转化转化的定义转化的定义指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转变成另一种物质的过程。变形态或转变成另一种物质的过程。转化的形式转化的形式物理转化：蒸发、渗透、吸附物理转化：蒸发、渗透、吸附化学转化：氧化还原、水解、光化学化学转化：氧化还原、水解、光化学最为普遍、最为普遍、常见常见生物转化：通过生物的吸收和代谢作用而发生的变生物转化：通过生物的吸收和代谢作用而发生的变化化转化的结果：转化的结果：两种可能：两种可能：u污染物转化为无毒物质或易降解结构污染物转化为无毒物质或易降解结构u污染物

14、的毒性增强或转化为难降解结构污染物的毒性增强或转化为难降解结构大气中的转化：以光化学氧化、催化氧化反应为主大气中的转化：以光化学氧化、催化氧化反应为主例一：光化学烟雾（例一：光化学烟雾（Photochemical Smog）光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应生成的多种污染物的混合物。线照射下反应生成的多种污染物的混合物。光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧(O3)和和过氧乙酰硝酸酯过氧乙酰硝酸酯(peroxyacetylnitrates , PAN)。例二：酸雨（例二：酸雨（Acid Rain）大

15、气中的转化大气中的转化 NO2（微量） NO2 + UV NO2 NO2 NO + O O + O2 O3 O3 + NO NO2 + O2 O3 O3 + HC 醛类及其它氧化物 醛类 复杂的有机化合物 刺激眼睛 NO 汽车排气 HC NO2 太阳 紫外光 紫外光 HC + O2 + NO2 + UV O3 + 甲醛 + PAN + 氧化产物 O3 PAN 甲醛、 丙稀醛等 伤害植物 伤害植物 刺激眼睛 刺激眼睛 氧化产物 聚合与核长大 气溶胶 光雾 *图图1-31-3光化学烟雾形成过程光化学烟雾形成过程自然源、电厂自然源、电厂以及内燃机等以及内燃机等排放出的污染排放出的污染物在大气中发物在

16、大气中发生化学反应产生化学反应产生导致酸沉降生导致酸沉降的化学物质。的化学物质。图图1 14 4 酸沉降形成示意图酸沉降形成示意图水体中的转化水体中的转化水体中主要的转化途径：水体中主要的转化途径：氧化还原作用、氧化还原作用、配合作用、配合作用、生物降解作用生物降解作用氧化还原作用氧化还原作用天然水体本身是一个氧化还原体系，含有多种天然水体本身是一个氧化还原体系，含有多种无机、有机氧化剂和还原剂，如无机、有机氧化剂和还原剂，如DO、Fe3+、Mn4+、S2、有机化合物等，对污染物的转化起、有机化合物等，对污染物的转化起重要作用。重要作用。如重金属：如重金属：Cr3+ Cr6+ ;As3+ As

17、5+Cr3+大多数被底泥吸附，迁移能力弱；大多数被底泥吸附，迁移能力弱；Cr6+在碱性水体中较为在碱性水体中较为稳定，以溶解状态存在，迁移能力强。稳定，以溶解状态存在，迁移能力强。CH4、NH4+、H2S、Fe2+CO2、NO3-、SO42-、Fe(OH)3 水体中的氧化还原类型、速率和平衡，在水体中的氧化还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中重要污染物的性质。如：很大程度上决定了水中重要污染物的性质。如：厌氧性湖泊。厌氧性湖泊。水体中的许多氧化还原反应均为微生物催化反应。水体中的许多氧化还原反应均为微生物催化反应。氧垂曲线（氧垂曲线（Oxygen Sag Curve）氧垂曲线的定义氧垂

18、曲线的定义在河流受到有机物污染时，由于有机物的氧化分解作用，水体的在河流受到有机物污染时，由于有机物的氧化分解作用，水体的DO发生变化。从污染源到河流下游一定距离内，可绘制一条发生变化。从污染源到河流下游一定距离内，可绘制一条DO逐渐变逐渐变化的曲线，称之为氧垂曲线。化的曲线，称之为氧垂曲线。根据有机物在水体中分解根据有机物在水体中分解变化和变化和DO的变化，可把受污河流的变化，可把受污河流分成几段分成几段:清洁区：未受污染，清洁区：未受污染，DO接近饱和接近饱和分解区分解区: 耗氧分解，耗氧分解，DO下降下降腐败区：厌氧分解，腐败区：厌氧分解，DO接近零接近零恢复区：分解完成，恢复区：分解完

19、成，DO上升上升 L（km）饱和DO线DO（mg/L）0DO min图58 氧垂曲线示意图n排入河水中的有机物经微生物降解，一方面消耗水中排入河水中的有机物经微生物降解，一方面消耗水中的的DODO；另一方面，空气中的氧通过河流水面不断地溶；另一方面，空气中的氧通过河流水面不断地溶入水中，会使入水中，会使DODO逐步增加直至得到恢复，故耗氧与复逐步增加直至得到恢复，故耗氧与复氧是同时进行的。氧是同时进行的。 污染河水中污染河水中DODO、BODBOD的浓度变化如下图的浓度变化如下图 配合作用配合作用无机配位体：无机配位体：OH、Cl、CO32-、HCO3等等水中水中Zn2+浓度浓度0.861mg

20、/l；生成生成Zn（OH）2,水中总锌量水中总锌量160mg/l有机配位体：腐殖酸与汞（软体动物、鱼有机配位体：腐殖酸与汞（软体动物、鱼类）清洁剂、洗涤剂、农药等类）清洁剂、洗涤剂、农药等生物降解作用（第五节）生物降解作用（第五节） 如汞的转化如汞的转化土壤中的转化土壤中的转化土壤由固、液、气三相构成，所以土壤状况比土壤由固、液、气三相构成，所以土壤状况比水、气中复杂。污染物在土壤中的转化及其行水、气中复杂。污染物在土壤中的转化及其行为取决于污染物和土壤的理化性质。为取决于污染物和土壤的理化性质。土壤是环境中微生物最活跃的场所，故生物降土壤是环境中微生物最活跃的场所，故生物降解起重要作用。解起

21、重要作用。土壤中的固、液、气三相的分布是控制污染物土壤中的固、液、气三相的分布是控制污染物运动和微生物活动的重要因素。运动和微生物活动的重要因素。土壤的土壤的pH、温度、湿度、通气状况和微生物、温度、湿度、通气状况和微生物种群等是污染物转化的条件。种群等是污染物转化的条件。四、四、 污染物的生物地球化学循环污染物的生物地球化学循环生物地球化学循环的概念指生物的合成作用合成作用和矿化作用矿化作用所引起的污染物周而复始的循环运动过程。注：合成作用合成作用指生物（主要是绿色植物）将吸收的环境化学物质转变为生物体本身的有机物质的过程。矿化作用矿化作用指生物通过代谢作用（包括微生物的分解作用）将生物体的

22、有机物质转化为无机物质或简单的有机物。第二节第二节 污染物在生物体内的转运和转化污染物在生物体内的转运和转化一、生物转运生物转运（生物转运（Bio-transport）的概念）的概念生物转运：生物转运：环境污染物经各种途径和方式同机环境污染物经各种途径和方式同机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。这这些过程一般都需要通过细胞的膜结构。些过程一般都需要通过细胞的膜结构。细胞膜（生物膜）有多种：细胞质膜、内质网膜、线粒体细胞膜（生物膜）有多种：细胞质膜、内质网膜、线粒体膜、核膜等；膜、核膜等； 它们基本的化学组成、分子结构、功能有它们基本的化学组成、分子

23、结构、功能有共同的特征。共同的特征。一般细胞膜由蛋白质分子和脂质分子（主要是磷脂类）组一般细胞膜由蛋白质分子和脂质分子（主要是磷脂类）组成成环境污染物的毒性往往与生物膜结构直接有关；有些环境中的专一受环境污染物的毒性往往与生物膜结构直接有关；有些环境中的专一受体就是生物膜上的某些特殊蛋白质：如有机磷农药的专一受体就是体就是生物膜上的某些特殊蛋白质：如有机磷农药的专一受体就是乙乙酰胆碱酯酶酰胆碱酯酶。细胞质膜结构图亲水基亲水基疏水基疏水基生物膜的骨架是磷脂类双分子层，蛋白质分子以不同的方式镶生物膜的骨架是磷脂类双分子层，蛋白质分子以不同的方式镶嵌其中。细胞膜的表面还有糖类分子，形成糖脂、糖蛋白嵌

24、其中。细胞膜的表面还有糖类分子，形成糖脂、糖蛋白; ;共共同特征，即镶嵌性、蛋白质极性、流动性、相变性和更新态。同特征，即镶嵌性、蛋白质极性、流动性、相变性和更新态。污染物透过细胞膜的方式污染物透过细胞膜的方式（与污染物性质、结构及膜结构有关）（与污染物性质、结构及膜结构有关）方式方式 特点特点浓度梯度浓度梯度有无有无载体载体是否是否耗能耗能其它特点其它特点被动转运被动转运简单扩散简单扩散高浓度高浓度低浓低浓度（顺）度（顺）无无否否脂溶性有机化合物的主要脂溶性有机化合物的主要转运方式转运方式滤过滤过通过膜上的亲水性孔道；通过膜上的亲水性孔道；分子直径小的水溶性化合分子直径小的水溶性化合物的主要

25、方式物的主要方式(0.4-4.0nm)(0.4-4.0nm) 特殊转运特殊转运主动转运主动转运低浓度低浓度高浓高浓度（逆）度（逆）有有耗能耗能水溶性大分子化合物的主水溶性大分子化合物的主要方式；污染物的体内排要方式；污染物的体内排出，如肾、肝等出，如肾、肝等易化扩散易化扩散高浓度高浓度低浓低浓度（顺）度（顺）有有否否也是污染物的体内排出的也是污染物的体内排出的一种方式一种方式胞饮作用胞饮作用胞饮作用胞饮作用内吞物质为液体内吞物质为液体吞噬作用吞噬作用内吞物质为固体物质内吞物质为固体物质污染物的吸收（污染物的吸收（Absorption of Pollutant）：指污染物在：指污染物在多种因素影

26、响下，自接触部位透过体内细胞膜进入血液循环或体液多种因素影响下，自接触部位透过体内细胞膜进入血液循环或体液的过程。的过程。动物吸收的主要途径有：呼吸系统、消化管和动物吸收的主要途径有：呼吸系统、消化管和皮肤皮肤（1）呼吸系统吸收特点）呼吸系统吸收特点:吸收对象主要针对气体、蒸汽、气溶胶等形吸收对象主要针对气体、蒸汽、气溶胶等形式的污染物。式的污染物。吸收方式多以吸收方式多以被动扩散被动扩散的方式，通过呼吸膜的方式，通过呼吸膜吸收入血。吸收入血。主要部位例如：肺，肺泡数量多，表面积大，主要部位例如：肺，肺泡数量多，表面积大，遍布毛细血管，便于污染物经肺迅速吸收进遍布毛细血管，便于污染物经肺迅速吸

27、收进入血管。入血管。（2）消化管吸收特点：）消化管吸收特点：吸收对象主要为饮水和由大气、水、土壤进入食物吸收对象主要为饮水和由大气、水、土壤进入食物链中的污染物。链中的污染物。吸收方式多以吸收方式多以简单扩散方式简单扩散方式通过细胞膜而被吸收。通过细胞膜而被吸收。主要部位如胃和小肠。主要部位如胃和小肠。脂溶性物质较易吸收。脂溶性物质较易吸收。（3）皮肤吸收）皮肤吸收到血液：如有机磷农药可透过完整皮肤到血液：如有机磷农药可透过完整皮肤引起中毒。引起中毒。CCl4通过皮肤吸收引起肝损害。通过皮肤吸收引起肝损害。 穿透相（脂溶性污染物）与吸收相（真皮进入乳头层毛细穿透相（脂溶性污染物）与吸收相（真皮

28、进入乳头层毛细血管，水溶性吸收），一般污染物油水分配系数接近血管，水溶性吸收），一般污染物油水分配系数接近1 的的化合物易吸收化合物易吸收植物吸收的主要途径：植物吸收的主要途径：（1）根部吸收以及随后随蒸腾流而输送到植物各部分（有主动）根部吸收以及随后随蒸腾流而输送到植物各部分（有主动吸收和被动吸收两种方式）；吸收和被动吸收两种方式）；（2）通过植物叶片上的气孔从周围空气中吸收污染物，是植物）通过植物叶片上的气孔从周围空气中吸收污染物，是植物对大气污染物吸收的主要方式；对大气污染物吸收的主要方式；SO2， NOx，O3（3）有机化合物的蒸汽经过植物地上部分表皮渗透而摄入体内）有机化合物的蒸汽经

29、过植物地上部分表皮渗透而摄入体内生育期生育期吸收镉总量吸收镉总量（ g盆盆1）相对相对%（成熟期为（成熟期为100%）分蘖期分蘖期2360.1抽穗、开抽穗、开花期花期57091.1灌浆期灌浆期201794.2成熟期成熟期2715100投镉量投镉量（mgkg-1）土壤pH4.55.27.4叶片干重含镉量（叶片干重含镉量（mgkg-1）0.01.61.80.80.58.45.23.01.014103.71.5183.94.62.0167.25.3污染物的体内分布污染物的体内分布指环境污染物随血液或其它体液的流动，分散到全身各指环境污染物随血液或其它体液的流动，分散到全身各组织细胞的过程。组织细胞的

30、过程。血液中，一部分可以和血浆蛋白质血液中，一部分可以和血浆蛋白质(主要是白蛋白主要是白蛋白)结合，结合，而不易透过生物膜；另一部分呈游离状态，可以到达一而不易透过生物膜；另一部分呈游离状态，可以到达一定的组织细胞定的组织细胞 ；动态平衡。；动态平衡。 被吸收的环境污染物，有些可在脂肪组织或骨组织中被吸收的环境污染物，有些可在脂肪组织或骨组织中蓄蓄积和沉积积和沉积。如铅有。如铅有90沉积在骨骼中；沉积在骨骼中；DDT和六六六等和六六六等有机氯化合物则大量蓄积在脂肪组织中。有机氯化合物则大量蓄积在脂肪组织中。 当出现饥饿时，当出现饥饿时，又会出现二次污染。又会出现二次污染。体内还存在一些能阻止或

31、简化外来污染物由血液向组织体内还存在一些能阻止或简化外来污染物由血液向组织器官分布的屏障：器官分布的屏障： 如如血脑屏障和胎盘屏障血脑屏障和胎盘屏障等。初生动物等。初生动物的血脑屏障尚未完全建立，污染物对幼小动物危害大。的血脑屏障尚未完全建立，污染物对幼小动物危害大。污染物的排泄污染物的排泄指进入机体的环境污染物及其代谢产物被机体清除的过程。指进入机体的环境污染物及其代谢产物被机体清除的过程。排泄的主要途径：排泄的主要途径：通过肾脏进入尿液（肾小球的滤过和肾小管的主动转运）通过肾脏进入尿液（肾小球的滤过和肾小管的主动转运）通过肝脏的胆汁进入粪便（主动转运）通过肝脏的胆汁进入粪便（主动转运）有的

32、环境污染物还可随同呼出的气体、汁液等排出体外有的环境污染物还可随同呼出的气体、汁液等排出体外有些还可通过乳汁排泄，对婴儿可能造成不良影响。有些还可通过乳汁排泄，对婴儿可能造成不良影响。 植物的排泄方式比较简单：分泌与叶类植物脱叶植物的排泄方式比较简单：分泌与叶类植物脱叶 二、 污染物在体内的生物转化生物转化是指污染物在生物体内各种酶的催化生物转化是指污染物在生物体内各种酶的催化作用下发生化学结构和性质的变化而转化为新的衍作用下发生化学结构和性质的变化而转化为新的衍生物的过程。生物的过程。研究环境污染物生物转化是生态毒理学研究环境污染物生物转化是生态毒理学(Eco-toxicology)研究的重

33、要组成部分研究的重要组成部分它有助于阐明污染物对生物机体作用机理，对解它有助于阐明污染物对生物机体作用机理，对解释环境污染物的联合作用，判断或评价环境中外释环境污染物的联合作用，判断或评价环境中外源性物质对机体的危害程度，环境质量标准的建源性物质对机体的危害程度，环境质量标准的建立等，均具有十分重要的意义。立等，均具有十分重要的意义。 注1：外源化合物外源化合物（Xenobiotic compounds）指除了营养元素及维持正常生理功能和生命所必需的物质以外，存在于环境之中，可与机体接触并进入机体引起机体发生生物学变化的物质。又叫外来化合物或外源性生物活性物质。例如：药物、日用化学品、食品添加

34、剂、环境污染物等。生物外源性物质是指那些人工合成的，具有不被现有降解酶系所识别和作用的分子结构和化学键序列的化合物，简而言之，就是不能被生物降解的化合物。如DDT、六六六、多氯联苯、染料、塑料、合成橡胶等。注2：内源性化合物内源性化合物指生物机体正常的生理活动产生的物质。注3：酶（酶（Enzyme）是由活细胞产生的，能在体内和体外起同样催化作用的一类具有活性中心和特殊构象的生物大分子，包括蛋白质和核酸。注4：生物转化的主要场所是肝脏，其它有肺、胃、肠、皮肤等。排出体外外源性化合物一级代谢物 结合产物（二级代谢物）毒害作用过程I （相I反应）图图1-5 生物转化过程示意图生物转化过程示意图过程I

35、I （相II反应）生物转化过程生物体内的生物转化一般分为生物体内的生物转化一般分为,两个连续过程两个连续过程相相过程（反应）过程（反应）外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其其暴露或形成极性基团暴露或形成极性基团，如：，如：OH、SH、COOH、NH2等，等，水水溶性增强溶性增强，并成为适合于相并成为适合于相反应的底物反应的底物。相相过程（反应）过程（反应）在另外的酶系统催化下，在另外的酶系统催化下，具有一定极性的具有一定极性的相相I反应的反应的产产物物或或外源性化外源性化学物质与内源性辅因子学物质与内源性辅因

36、子(结合基团结合基团)进行化学结合的反应。进行化学结合的反应。形成的二级代谢物的极性（亲水性）一般增强，利于排出形成的二级代谢物的极性（亲水性）一般增强，利于排出一级代谢物可以直接排出或对机体产生毒害。一级代谢物可以直接排出或对机体产生毒害。一些外源化合物本身有相应的活性基团，不经过相一些外源化合物本身有相应的活性基团，不经过相I过程过程直接与细胞内物质结合而完成生物转化直接与细胞内物质结合而完成生物转化相相反应的主要类型：反应的主要类型：1) 氧化反应：氧化反应：微粒体微粒体混合功能氧化酶参与的反应混合功能氧化酶参与的反应非微粒体反应非微粒体反应:有些外源性化合物也可被位于线粒体部有些外源性

37、化合物也可被位于线粒体部分的非微粒体氧化还原酶所催化分的非微粒体氧化还原酶所催化2) 还原反应还原反应3) 水解反应水解反应 微粒体微粒体(microsomes)是细胞内膜系统的膜结构破裂后自己重新封闭起来的小是细胞内膜系统的膜结构破裂后自己重新封闭起来的小囊泡囊泡(主要是内质网和高尔基体主要是内质网和高尔基体), 这些小囊泡的直径大约这些小囊泡的直径大约100 nm左右。左右。混合功能氧化酶混合功能氧化酶 mixed-functional oxidase 又称多功能氧化酶，它存在于人体和动物的肝脏、肺脏细胞的微粒体中。又称多功能氧化酶，它存在于人体和动物的肝脏、肺脏细胞的微粒体中。混合功能氧

38、化酶系包括细胞色素混合功能氧化酶系包括细胞色素P-450、NADPH细胞色素细胞色素 P-450还原酶、细还原酶、细胞色素胞色素b-5、NADH细胞色素细胞色素 b-5还原酶、芳烃羟化酶、环氧化物水化酶以及还原酶、芳烃羟化酶、环氧化物水化酶以及磷脂等。其中以细胞色素磷脂等。其中以细胞色素P-450最为重要最为重要,它与分子氧形成它与分子氧形成“活性氧活性氧”复合体，复合体，能氧化进入肝、肺的外源性化学物质。能氧化进入肝、肺的外源性化学物质。 氧化反应酶系：氧化反应酶系： 1、加单氧酶系、加单氧酶系: 此酶系存在于微粒体中，能催化烷烃、烯此酶系存在于微粒体中，能催化烷烃、烯烃、芳烃和类固醇等多种

39、物质进行氧化。烃、芳烃和类固醇等多种物质进行氧化。 2、胺氧化酶系、胺氧化酶系: 此酶系存在于肝细胞线粒体中，可催化活此酶系存在于肝细胞线粒体中，可催化活性物质胺类的氧化脱氢，生成相应醛类。性物质胺类的氧化脱氢，生成相应醛类。 3、醇脱氢酶系和醛脱氢酶系：、醇脱氢酶系和醛脱氢酶系：分布于肝细胞微粒体和胞分布于肝细胞微粒体和胞液中的醇脱氢酶（液中的醇脱氢酶（ADH）和醛脱氢酶（）和醛脱氢酶（ALDH），均以），均以NAD+为辅酶，可催化醇类氧化成醛，醛类氧化成酸。为辅酶，可催化醇类氧化成醛，醛类氧化成酸。还原反应酶系还原反应酶系 1、硝基还原酶、硝基还原酶 2、偶氮还原酶、偶氮还原酶水解反应酶系

40、水解反应酶系 1、酯酶、酯酶 2、酰胺酶、酰胺酶 3、糖苷酶、糖苷酶NPH3CCH3OOPNH3CCH3ONNH3CCH3CH3H3CNPH3CCH3OOPNH3CCH3ONNH3CCH2OHCH3H3C八甲磷N-羟甲基八甲磷ONH2NH2OH+NH2OHNHOH相相反应：反应：结合反应一方面可使有毒化合物某些功能基团失活结合反应一方面可使有毒化合物某些功能基团失活另一方面大多数化合物通过结合反应，水溶性增加，很快另一方面大多数化合物通过结合反应，水溶性增加，很快由肝脏排出，因此结合反应是一种解毒反应。由肝脏排出，因此结合反应是一种解毒反应。 结合反应的过程分为两个阶段：结合反应的过程分为两个

41、阶段：首先是形成一个活化的中间体，此过程一般需要首先是形成一个活化的中间体，此过程一般需要ATPATP。继而由多种转移酶将活化的中间体的一个化学基团，作为供体继而由多种转移酶将活化的中间体的一个化学基团，作为供体转移到另一个化学物转移到另一个化学物( (受体受体) )，形成结合物。，形成结合物。外源性化合物及其代谢产物一般为受体，而细胞内物质为供体。外源性化合物及其代谢产物一般为受体，而细胞内物质为供体。细胞内结合物质主要是细胞内结合物质主要是各种核苷酸衍生物各种核苷酸衍生物，如尿苷二磷酸葡，如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸萄糖醛酸(UDPGA)(UDPGA)，3 3磷酸腺苷酸硫酸磷酸腺苷酸硫酸(PAP

42、S)(PAPS)，腺苷蛋氨，腺苷蛋氨酸酸(SAM(SAM，甲基供体，甲基供体，M M甲基甲基) )，乙酰辅酶，乙酰辅酶A(CH3COA(CH3COScoAScoA，乙酰基供体，乙酰基供体，CH3CH3COCO二乙酰基二乙酰基) )。此外，某些氨基酸此外，某些氨基酸( (如甘氨酸、谷氨酰胺如甘氨酸、谷氨酰胺) )及其衍生物及其衍生物( (如谷胱如谷胱甘肽甘肽) )也是重要的结合物。供体都是也是重要的结合物。供体都是细胞细胞代谢的正常产物。代谢的正常产物。相反应的主要类型UDPGA尿苷二磷酸葡萄糖醛酸，提供葡萄糖醛酸基团；尿苷二磷酸葡萄糖醛酸，提供葡萄糖醛酸基团；PAPS3-磷酸腺苷酸硫酸，提供硫

43、酸基团；磷酸腺苷酸硫酸，提供硫酸基团；SAM腺苷蛋氨酸，提供甲基。腺苷蛋氨酸，提供甲基。解毒作用（失活）：使外源性化合物毒性降低，易于排出，或使其转变解毒作用（失活）：使外源性化合物毒性降低，易于排出，或使其转变为易于被其它微生物所降解的化合物。如：甲基对硫磷经为易于被其它微生物所降解的化合物。如：甲基对硫磷经O-脱烷基反应生成脱烷基反应生成一甲基对硫磷，而解除毒性；农药一甲基对硫磷，而解除毒性；农药DDT氧化脱氯生成氧化脱氯生成DDE，失去杀菌能力而，失去杀菌能力而解毒。解毒。增毒作用（活化）：使其毒性增加增毒作用（活化）：使其毒性增加例如：例如：2 2一乙酰氨基芴一乙酰氨基芴(AAF(AA

44、F，一种前致癌物，即不具活性的致癌物质，一种前致癌物，即不具活性的致癌物质) ) 经氧经氧化还原反应及硫酸化结合反应后生成硫酸化还原反应及硫酸化结合反应后生成硫酸AAF(AAF(终致癌物终致癌物) )；对硫磷对硫磷对氧磷；乐果对氧磷；乐果 氧化乐果氧化乐果。生物转化酶的诱导及其活性升高可加速内源性化合物的代谢，导致机体生物转化酶的诱导及其活性升高可加速内源性化合物的代谢，导致机体生理功能的异常。生理功能的异常。例如：某些外源性化合物诱导体内葡萄糖苷转移酶，使其活性升高，加速体例如：某些外源性化合物诱导体内葡萄糖苷转移酶，使其活性升高，加速体内性激素的代谢而排出体外，从而影响体内性激素水平，导致

45、繁殖功能的伤内性激素的代谢而排出体外，从而影响体内性激素水平，导致繁殖功能的伤害。害。生物转化的结果生物转化的结果 ：影响生物转化的因素影响生物转化的因素物种差异和个体差异物种差异和个体差异由各自的遗传因素决定，主要表现在体内酶的种类和由各自的遗传因素决定，主要表现在体内酶的种类和活力不同上。活力不同上。饮食营养状况饮食营养状况蛋白质、无机盐、维生素等营养缺乏时会不同方式地蛋白质、无机盐、维生素等营养缺乏时会不同方式地影响生物转化作用。影响生物转化作用。生理因素生理因素年龄因素年龄因素性别因素性别因素激素和昼夜规律：机体在每日不同时间的生物转化能激素和昼夜规律：机体在每日不同时间的生物转化能力

46、有高低差异，与内分泌功能的昼夜规律有关。力有高低差异，与内分泌功能的昼夜规律有关。代谢酶的抑制和诱导代谢酶的抑制和诱导小结小结任何一种外源性化合物的生物转化方式不是简单的，它们任何一种外源性化合物的生物转化方式不是简单的，它们可同时进行不同的氧化还原或水解反应，此后又可继续进可同时进行不同的氧化还原或水解反应，此后又可继续进行不同类型的结合反应。行不同类型的结合反应。生物转化的结果有两方面：生物转化的结果有两方面：解毒作用（失活）：使外源性化合物毒性降低，易于排出，或使解毒作用（失活）：使外源性化合物毒性降低，易于排出，或使其转变为易于被其它微生物所降解的化合物。其转变为易于被其它微生物所降解

47、的化合物。增毒作用（活化）：使其毒性增加增毒作用（活化）：使其毒性增加第三节 环境污染物在生物体内的累积放大各种物质进入生物体内后。各种物质进入生物体内后。经过体内的分布、循环和代谢经过体内的分布、循环和代谢其中生命必需的物质，部分参与了生物体内的构其中生命必需的物质，部分参与了生物体内的构成成多余的必需物质和非生命所需的物质中，易分解多余的必需物质和非生命所需的物质中，易分解的经代谢的作用很快排出体外的经代谢的作用很快排出体外不易分解、脂溶性较强、与蛋白质或酶有较高亲不易分解、脂溶性较强、与蛋白质或酶有较高亲和力的，和力的，就会长期残留在生物体内。就会长期残留在生物体内。如如DDTDDT和狄

48、氏剂等农药，多氯联苯和狄氏剂等农药，多氯联苯(PCBs)(PCBs)、多环芳烃、多环芳烃(PAHs)(PAHs)和一些重和一些重金属金属一、生物富集生物富集（生物富集（Bio-concentration）的概念）的概念指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内该围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物浓缩。物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物浓缩。生物富集系数生物富集系数KBCF （Bio-concentration Factor）KBCF

49、物质在生物体内的浓度物质在生物体内的浓度/物质在环境介质中的浓度物质在环境介质中的浓度生物浓缩程度的大小与物质本身的性质以及生物和环境等因生物浓缩程度的大小与物质本身的性质以及生物和环境等因素相关。素相关。一般来说，同一种生物对不同物质的浓缩程度会有很大差别；一般来说，同一种生物对不同物质的浓缩程度会有很大差别；不同种生物对同一种物质也会有很大差别。例如褐藻对钼的不同种生物对同一种物质也会有很大差别。例如褐藻对钼的浓缩系数是浓缩系数是11，对铅的浓缩系数却高达，对铅的浓缩系数却高达70 000，相差悬殊。，相差悬殊。二、二、 生物积累生物积累n生物积累（生物积累（Bioaccumulation

50、）的概念）的概念指生物在其整个代谢活跃期间通过吸收、吸附、吞食等指生物在其整个代谢活跃期间通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解化合物，各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。物学积累。例如牡蛎暴霹于例如牡蛎暴霹于50pgL氯化汞溶液中，观察到氯化汞溶液中，观察到7d、14d、19d和和42d时牡蛎体内汞含量的变化，结果发现其浓缩系时牡蛎体内汞含量的变化，结果发现其浓缩系数分别为数分别为500、700、800和和1 200。因此，任何机体在任何时刻，机体

51、内某种元素或难分解因此，任何机体在任何时刻，机体内某种元素或难分解化合物的浓缩水平取决于化合物的浓缩水平取决于摄取和消除摄取和消除这两个相反过程的这两个相反过程的速率，当摄取量大于消除量时，就发生生物积累。速率，当摄取量大于消除量时，就发生生物积累。 生物积累（生物积累（Bioaccumulation）不同种生物，同一种生物的不同器官和组织，不同的生长发不同种生物，同一种生物的不同器官和组织，不同的生长发育阶段对生物积累有很大的影响。育阶段对生物积累有很大的影响。 当一种黄鳝暴露于当一种黄鳝暴露于0.1gL的多氯联苯的多氯联苯(PCB)相同时间，相同时间，水生生态系统中，摄取量是表面积的函数，

52、而不是生物量的水生生态系统中，摄取量是表面积的函数，而不是生物量的函数。对重金属和有机卤代化合物积累得最多的通常是单细函数。对重金属和有机卤代化合物积累得最多的通常是单细胞植物胞植物植食性动物植食性动物鸟类鸟类陆地环境中的生物积累速度通常不如水环境高，就生物积累陆地环境中的生物积累速度通常不如水环境高，就生物积累的速率而言，土壤无脊椎动物传递系统较高。的速率而言，土壤无脊椎动物传递系统较高。黄鳝体重黄鳝体重kgPCB平均浓度平均浓度mgL浓缩系数浓缩系数2.04112.37120 000三、三、 生物放大生物放大生物放大（生物放大（Bio-magnification）的概念）的概念指在生态系统

53、中，由于高营养级生物以低营养级生物指在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某元素或难分解化合物在生物机体中浓度随为食物，某元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象，又称生物学放大。营养级的提高而逐步增大的现象，又称生物学放大。一个污染物生物放大作用的典型例子是一个污染物生物放大作用的典型例子是1966年报道的，年报道的，在美国图尔湖和克拉马斯南部保护区有机氯杀虫剂在美国图尔湖和克拉马斯南部保护区有机氯杀虫剂DDT对生物群落的污染。对生物群落的污染。汞在水生物中的富集生物类型生物类型汞浓度（汞浓度（ppm）浓缩系数浓缩系数食肉娃鱼食肉娃鱼1-210000-2

54、0000小鱼小鱼0.1-0.31000-3000低等动物低等动物0.02-0.05200-500植物植物0.01-0.02100-200海水海水0.0001污染物在最简单食物链上的放大污染物在最简单食物链上的放大根据生态系统食物链的物质流动的原理，根据生态系统食物链的物质流动的原理，100gA100gA物种全部被物种全部被B B物物种所食种所食, ,将在物种将在物种B B中被转化为中被转化为10g10g。同样地，当。同样地，当B B物种全部被物种全部被C C物种所食，则物种所食，则100gA100gA物种在物种在C C物种中被转化为物种中被转化为1g1g。假如：100g某物种A B物种所食（1

55、0g） C物种（g）物种中的DDT总量为0.1; 到达物种C，那么DDT的浓度增加到? mgkg。生态系统中食物链关系错综复杂，而且污染物在食物链转移过程中，由于生物机体代谢和排泄作用产生损失 各种生物对不同物质的生物放大作用各种生物对不同物质的生物放大作用例例1 1：汞和银都能被：汞和银都能被脂首鱼脂首鱼(Pimephales pronela)积累，但脂积累，但脂首鱼对首鱼对汞有生物放大作用，而对银没有。汞有生物放大作用，而对银没有。例例2 2：在一个海洋模式生态系统中研究藤壶、蛤、牡蛎、蓝蟹和沙蚕：在一个海洋模式生态系统中研究藤壶、蛤、牡蛎、蓝蟹和沙蚕等等5 5种动物对于铁、钡、锰、镉、硒

56、、砷、铬、汞等种动物对于铁、钡、锰、镉、硒、砷、铬、汞等1010种重金属的生种重金属的生物放大作用，结果发现，藤壶和沙蚕的生物放大能力较大、牡蛎和蛤物放大作用，结果发现，藤壶和沙蚕的生物放大能力较大、牡蛎和蛤次之，蓝蟹最小。次之，蓝蟹最小。 深入研究生物放大作用，特别是鉴别出食物链对深入研究生物放大作用，特别是鉴别出食物链对哪些污染物哪些污染物具有生物放大的潜力，对于研究污染具有生物放大的潜力，对于研究污染物在环境中迁移转化规律，物在环境中迁移转化规律，确定环境中污染物的确定环境中污染物的安全浓度、评价化学污染物的生态风险和健康风安全浓度、评价化学污染物的生态风险和健康风险险等都有重要的理论和

57、现实意义等都有重要的理论和现实意义 影响生物浓缩的因素影响生物浓缩的因素生物种的生物学特征生物种的生物学特征不同组织器官的影响不同组织器官的影响不同生育期不同生育期与性别的关系与性别的关系污染物的性质污染物的性质污染物浓度和作用时间污染物浓度和作用时间环境条件环境条件1.5 生物对污染物在环境中行为的影响生物对污染物在环境中行为的影响1.5.1生物污染（生物污染（Biological Pollution）环境中的环境中的病原微生物病原微生物（Pathogenic Microorganism）例如：沙门氏菌、霍乱弧菌、肠道病毒等例如：沙门氏菌、霍乱弧菌、肠道病毒等水体的水体的富营养化（富营养化（

58、Eutrophication）概念：指大量的氮磷等营养元素物质进入水体，使水中概念：指大量的氮磷等营养元素物质进入水体，使水中藻类藻类等浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体的生态平衡的现象。等浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体的生态平衡的现象。不良后果：不良后果：微生物代谢产物微生物代谢产物产生的污染产生的污染硫化氢硫化氢（反硫化细菌将硫酸盐还原为硫化氢或异养微生物分（反硫化细菌将硫酸盐还原为硫化氢或异养微生物分解有机硫化物时释放硫化氢。）解有机硫化物时释放硫化氢。）酸性矿水酸性矿水（FeS2经化学氧化和耐酸菌联合作用生成经化学氧化和耐酸菌联合作用生成H2SO4）硝酸和亚硝酸硝酸和亚硝酸（硝酸盐还原菌将硝酸盐还原为亚硝酸盐）（硝酸盐还原菌将硝酸盐还原为亚硝酸盐）微生物毒素微生物毒素指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素，可污染食品指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素，可污染食品和环境，危害人类健康。如黄曲霉毒素、葡萄球菌肠毒素、和环境，危害人类健康。如黄曲霉毒素、葡萄球菌肠毒素、藻类毒素等。藻类毒素等。酸性矿水 反应式？成因成因由黄铁矿（由黄铁矿（FeS2）氧化所产生的硫酸引起，微生物与）氧化所产生的硫酸引起，微生物与形成酸性矿水的整个过程密切相关。当形成酸性矿水的整个过程密切相关。当pH3.5时，铁时，铁细菌即氧化亚铁硫杆菌可催化铁的氧化，其它如氧化细菌即氧化亚铁硫杆菌可