环境生物学重点

1、环境生物学重点绪论1. 环境的概念以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的基本条件的综合体，包括自然环境和社会环境。2. 环境问题包括哪两大类、酸雨的定义、生物多样性的层次两类环境问题：环境污染和 生态破坏定义：pH2相加作用：污染物的总作用强度等于其各个成分单独作用强度的总和。1+1=2独立作用：多种化学污染物各自对机体产生毒性作用的机理不同，互不影响。Max(A,B)nA+B拮抗作用：污染物的总作用强度低于任何一种单独作用的强度(毒作用相互干扰)。1+12第三章污染物的生物效应检测1、 、 生物测试；生物测试 ( Bioassay ) ： 系统地利用生物受到污染物质的毒害所产生的生理

2、机能等变化，测定一种或多种污染物或环境因素单独或联合存在时所导致的影响或危害。生物测试的优点：生物测试不同于常规的物理、化学检测。前者能够测定污染物对生物机体的影响，而后者只能测定污染物的浓度。意义确定单一污染物的安全浓度；污染物的联合作用于；确定污染物排放标准化；确定环境质量标准；生态风险评价。2、 生物毒性的基本概念；毒物：指在一定条件下，以较小剂量进入生物体后，能与生物体之间发生化学作用并导致生物体功能或器质性损伤的化学物质。毒物与非毒物之间不存在绝对的界限，通常一种物质只有达到中毒剂量时才是毒物。中毒：机体受毒物作用而表现出的疾病状态。中毒是各种毒性作用的综合表现，包括急性中毒、亚急性

3、中毒、慢性中毒。毒性： 指有毒物质接触或进入机体后，引起机体易感部位产生有害作用的能力。毒性作用或毒效应：化学物引起机体损害的总称。无损害作用：机体无形态、生长发育、寿命的改变；未见功能容量降低或代偿能力损害；可逆的。损害作用：机体接触或不接触后，仍表现出易感性、代谢速率低、酶系的相对活力异常。毒性试验：是指人为地设置某种致毒方式使受试生物中毒，根据试验生物的中毒反应来确定毒性的试验方法。3、 剂量 -效应关系曲线；以剂量为横坐标，以表示效应强度的计算单位或表示反应的百分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到的曲线。不同的化学物或同一化学物在不同条件下，其剂量与效应或反应的相关关系不同，可呈现不同类

4、型的曲线。常见的剂量-反应（效应）曲线有直线、抛物线、S形曲线三种形式。4、 表示毒性的常用参数（LD5。、LG。），理解测定LC50的意义测定LG。的意义：对可能进入环境的化学物质毒性的筛选，为控制剧毒物质的生产和使用提供科学依据;作为监测污染源和环境污染生物学评价的依据；检查有毒物质处理效果，为制定排放标准提供依据；计算安全浓度的依据，作为制定环境标准的重要参数5、几个一般毒性试验的概念急性、亚急性、慢性急性毒性试验是研究化学物质大剂量一次染毒或 24h内多次染毒动物所引起的毒性试验，是 毒性研究的第一步。一般采用LG。（LD5。）表示受试物的急性毒性大小。亚急性（亚慢性）和慢性毒性试验（

5、一）亚急性（亚慢性）毒性试验在相当于动物生命周期的1/301/20时间内使动物每日或反复多次接触受试物的毒性试验（二）慢性毒性试验 又称长期的、亚致死试验。是指以低剂量外来化合物，长期与试验动物接触，观察其对实验动物所产生的生物学效应的试验。5、 动物急性毒性试验方法；按试验要求选择受试生物最常用的急性毒性试验生物是大鼠和小鼠。水生毒物毒性试验：鱼类、水蚤及藻类。也可选择某些高等植物如蚕豆、洋葱、大白菜等物种。雌雄动物同时试验，对试验动物预先观察几天后标记编号并随机分组。预备试验和确定剂量组? 选用少量动物进行预备试验，找出引起动物90%（或全部）死亡的剂量（即最高剂量组剂量）和引起动物 10

6、%E亡（或不死亡）的剂量（即最低剂量组剂量）。? 在最高剂量组剂量和最低剂量组剂量的范围内，按等比级数插入若干个中间剂量（一般46组），从而确定正式试验的剂量组。染毒方式以哺乳动物为受试生物的急性毒性试验一般有三种常用染毒方式：经口染毒（灌胃法）、经皮肤染毒（定量滴入或涂擦方法）、经呼吸道染毒（吸入法）受试物的配制配制试验所需的最高剂量浓度溶液，然后依次稀释到所需浓度。观察指标? 中毒症状：一般观察2448小时，最好观察到绝大多数动物出现典型中毒 症状。?动物死亡数目和死亡时间? 病理检查：对于试验时立即死亡的动物，可解剖，分析死亡原因，看是技 术事故还是中毒引起的死亡。试验结果? 确定半数致

7、死量（LD5） ,LD50值越小，毒性越大。?急性毒性试验结果只能粗略地表示某化学物质的毒性，而不能全面反映其毒性。由于动物种属、性别、染毒方式的不同，所表现的毒性也不一致，故表示LD5o应注明动物种类和染毒方式。7、蓄积毒性试验物质蓄积、功能蓄积蓄积毒性试验低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次地与机体持续接触，经一定时间后使机体 出现明显的中毒表现，即为蓄积毒性作用。?物质蓄积：污染物进入机体的量大于排出的量，量的积累。?功能蓄积：污染物反复作用于机体，最终致病，效的积累。8、 DNAt1口合物及主要测定方法；外界物质进入生物体后，经过生物体内酶的作用，转化形成亲电活性中间产物，该产物与DN

8、AS上特异位点结合形成共价化合物，即称 DNAJ1口合物?免疫法?荧光法（不损伤DNA?32P-后标记法一目前应用最广泛的方法色谱/质谱法9、致突变试验试验原理目的：是为了检查受试物对机体遗传过程有无影响的方法。方法：基因点突变试验 染色体畸变试验DNA损伤试验8.1 体外基因突变试验Ames试验原理：同一种微生物的（营养缺陷型）突变型菌株与受试物接触，若此化学物 质具有致突变性，可使突变型微生物再发生一次突变，重新成为野生型微生物。这 种突变叫做中复突变。8.2 体外基因突变试验哺乳动物体细胞株（V79 CH流）突变试验8.3 体内基因突变试验显性致死突变试验检测外来化合物对动物生殖细胞染色

9、体的致突变作用。9、癌变过程;引发阶段促长阶段浸润和转移阶段11、微宇宙法；微宇宙（microcosm） 法研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生态效应的一种方法，又称为 模型生态系统法，是真正意义上的生态系统层次的生物监测方法。分类自然微宇宙、人工微宇宙（开放式、封闭式）陆生微宇宙、水生微宇宙（烧杯、河流、池塘等）土壤核心微宇宙：用于研究外源性化合物对农业生态系统及其生长的植物、土壤无脊椎动 物和微生物影响的一种陆生微宇宙。第四章环境质量的生物监测与生物评价1、环境质量、环境质量基准、环境质量标准环境质量：指环境素质的优劣程度环境质量基准：环境因素在一定条件下作用于特定对象（

10、人或生物）而不产生不良或有害效应 的最大阈值。是由污染物同特定对象之间的剂量一反应关系确定的，不考虑社会、 经济、技术等人为因素，具有客观性。环境质量标准：强制性法规；具有一定的主观性。3、 生物监测的优缺点优点：?能直接反映环境质量对生态系统的影响；? 能综合反映环境质量状况一综合性；? 具有连续监测的功能一连续性；? 监测灵敏度高一高灵敏性；? 不需购置昂贵的仪器及进行仪器保养和维修;? 可大面积或长距离内密集布点。局限性：?反应不够快速；无法精确监测某些污染物的含量，精度不高（通常只反映各监测点的相对污染水? 易受环境因素的影响如季节和地理环境等一影响因素多。4、 大气污染的植物监测方法

11、：指示生物法（代表物种）指示生物指对环境中某些物质（包括污染物）能产生非一般性反应或特殊信息而被用来监 测和评价环境质量的现状和变化的生物。常见大气污染指示植物SO：地衣、苔薛、芝麻、向日葵、落叶松等HF:唐菖莆、郁金香、杏、葡萄、梅、雪松（幼嫩叶）等NO:悬铃木、番茄、秋海棠、烟草等Q:烟草（Bel-W3）、菜豆、矮天牛等。PAN:早熟禾、矮牵牛、繁缕等。C2H4:芝麻、番茄、香石竹等。Cl 2：芝麻、养麦、向日葵等。检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，如总大肠菌群、粪大 肠菌群、粪链球菌、肠道病毒等来间接判断水的卫生学质量。（ 1） 细菌总数细菌总数指1ml 水样在琼脂培养基中

12、，于 37、24h 培养后所生长的细菌菌落总数。它可反映细菌总数的测定方法检验步骤：无菌操作条件下，1ml 水样注入培养皿，接着再注入15ml 已融化并冷却45 左右的培养基，混匀。凝固后培养24h 进行计数。细菌数=每皿细菌数x稀释倍数（ 2）大肠菌群数大肠菌群是一群需氧及兼性厌氧的革兰氏阴性无芽孢杆状细菌，能在37培养 24h 内使乳糖发酵产酸产气。大肠杆菌群的检测作为监测水体是否受粪便污染的指标。? 大肠菌群数指每升水样中含有的大肠菌群的数量（标准值）。? 大肠菌群数的测定：发酵法和滤膜法。6、水环境质量的生物学评价指示生物法、污水生物系统水环境质量的生物学评价基本原理：生物与环境的关系

13、。方法：? 一般描述对比法? 指示生物法? 污水生物系统法? 生物指数法? 种的多样性指数? 生产力法? 残留量指数及富集系数指示生物法敏感种、耐污种底栖无脊椎动物是常用的水体污染指示生物污水生物系统污水生物系统法的原理 受污染的河流由于自身的自净过程从而导致自上游往下游形成一系列在污染程度上逐渐减轻的连续带。随污染物浓度的降低，生物种类也发生变化，每一带都生存有大体上能够表示这一带特性的动物和植物污水生物系统中各带特点多污带：有机污染严重，溶解氧含量低，细菌极多，无好氧生物，无鱼类生存；a-中污带：有机污染较为严重，溶解氧略有回升，多为耐污性生物种类，藻类少；B-中污带：中等程度的有机污染区

14、域，溶解氧较高，有多种藻类和原生动物，有鱼类出现；寡污带：溶解氧恢复正常或达饱和，水质透明，细菌数量少，藻类种类和数量多。污水生物系统的应用主要应用对象是被生活污水污染的水域，对重金属和其他工业废水引起的污染水域的应用问题尚需进一步研究；7、生物标志物化学污染物所导致的生物有机体的生物化学和生理学改变，可用以监测和评价化学污染物的暴露及其效应。特点：灵敏性高：响应快，检测较为方便，特异性高暴露生物标志物：可指示机体对化学污染物的暴露，但不显示发生这种变化所造成的不利效应的程度。如污染化学物在体内的代谢产物及浓度。效应生物标志物：可证明化学污染物对机体的不利效应。如乙酰胆碱酯酶抑制。7、有害物理

15、因素的生物学效应的评价环境噪声的生物学效应来源交通噪声工业噪声（气动源、机械动源）施工噪声社会生活噪声声污染的特点能量污染感觉公害局限性和分散性放射性污染的生物学效应放射性污染的来源天然放射性人工放射性：核武器、核燃料、核电站、同位素对人体健康的影响（ 1 ）急性辐射损伤（ 2）辐射的远期效应射频电磁辐射污染的生物学效应污染源 无线电广播、电视通讯、雷达控制、高频加热第五章环境污染生物净化的原理1、 污染物的生物净化方法污水处理方法物理法：沉淀法、过滤法、离心分离法、浮选法、吸附法、萃取法、吹脱法、蒸发结晶法、反渗透法化学法：化学凝聚法、中和法、氧化-还原法、离子交换法生物法：好氧法、厌氧法等

16、大气污染净化方法气溶胶状态污染物的控制重力沉降旋风除尘静电除尘过滤式除尘气体状态污染物的吸附与净化气体吸收法：液体吸收剂（干湿法脱硫）气体吸附法：多孔性固体（活性炭、生物吸附剂）大气污染物的生物净化方法生物吸收法：微生物吸收液（可溶性气体）生物洗涤剂法：活性污泥配置混合液（除臭）生物过滤法：含有微生物的固体颗粒（土壤或堆肥）固体废弃物处理方法工业废弃物物化法：覆盖法、化学反应剂法生物法：栽种永久性植物（尾矿复垦）城市垃圾填埋法（卫生填埋、安全填埋）堆肥法（好氧、厌氧）制取沼气（厌氧）焚烧法（高温处理）2、 污染与净化指标 BOD、COD水体指标：BOQ COD TOD TOC固体物质、含氮化合

17、物、pH值生物污染指标：细菌总数、大肠菌群数地表水环境质量标准（GB3838-2002）共24项指标。生化需氧量BOD在20c条件下，微生物好氧分解水样（废水或受污染的天然水）中有机物所消耗的溶解氧量。BOQ:微生物5天好氧分解有机物所消耗的溶解氧量。有机物生化耗氧过程的两个阶段：碳化阶段将有机物分解成CO、隆。NH,碳化作用消耗的氧量称为碳化需氧量BOD硝化阶段NH被转化为亚硝酸盐和硝酸盐，硝化作用消耗的氧量称为硝化需氧量BOQBOC线指废水生物处理过程中，在有氧的情况下，由于微生物（主要是细菌）的活动, 可降解有机物稳定化所需的氧量（BOD随时间增长变化的曲线。BO以 BOD0 或 BOD

18、好氧分解全部有机物大约需要 20d,称为BOD0 （与BODUf当）。BOD主要是碳氧化需氧量，氮氧化阶段通常在 5d以后开始的。BOM为 BODU2/3。化学需氧量COD在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量，折算成每升水样消耗氧的毫克数，用 mg/L来表示。它反映了水中受还原性物质污染的程度。 水中还原性物质包括：有机物、亚硝酸盐、 亚铁盐、硫化物等。水被有机物污染是很普遍的，故 CO或作为有机物相对含量的 指标之一BODffi COD勺比较废水处理中多以BODffi COD5个指标来度量水样的有机污染物浓度和被净化程度BOD反映的是微生物能够降解的那部分有机物的数量，基本上反

19、映出水体中生 物氧化分解有机物所消耗的氧量，比较符合实际，但检出时间过长，不能迅速及时 指导生产实践，而且毒性大的废水可抑制微生物的作用而影响结果，甚至无法测定。COD-般表示废水中有机污染物重量的 98%几乎可以表示出有机物全部氧化所 需氧量，测定不受水质限制，并可在数小时内完成；但是它不能反映微生物能够降 解的那部分有机物的数量。3、 微生物对污染物的降解转化特点共代谢(1)微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大；(2)种类繁多，分布广泛，代谢类型多样；(3)微生物具有多种降解酶；(4)微生物繁殖快，易变异，适应性强；(5)微生物具有巨大的降解能力共代谢只有在初级能源物质存在时才能进行的有

20、机化合物的生物降解过程。微生物在利用生长基质 A时（从中获得能量、碳源或其他任何营养），同时非生 长基质B （不能从中获得能量或营养）也伴随着发生氧化或其他反应。应用：处理难降解污染物。彻底降解需要多种微生物的联合作用。如何筛选降解菌：同类物富集（结构类似的生长基质）4、微生物对污染物降解转化的影响因素（驯化）（1）微生物的代谢活性（2）微生物的适应性微生物具有较强的适应和被驯化的能力。（驯化）是一种定向选育微生物的方法与过程，通过人工措施使微生物逐步适应某特定 条件，最后获得具有较高耐受力和代谢活性的菌株。（3）化合物的结构(4)环境因素温度：通过影响酶的活性而实现；酸碱度：微生物生长和繁殖

21、的最适 pH值范围不同;营养：除碳外，还需要氮、磷、硫、镁等无机元素；氧：好氧、厌氧；底物浓度4、 评价生物可降解性的方法(呼吸线及 BOD/COD测定生物氧化率测呼吸线测定相对耗氧速度曲线测BODt COD之比测COD培养法呼吸线将污水与污泥混合培养，以时间为横坐标，耗氧量为纵坐标绘制的曲线称为生化呼吸线。将污泥于清水中曝气培养，微生物处于内源呼吸状态，其呼吸速率是恒定的，耗氧量与培 养时间呈直线关系，这条曲线称为内源呼吸线。测BODt CODr之比（适用类别？）BODCODr值越大，说明污水中可生物降解的部分占总 COD勺比例越大，即污水的可生化性 越好。反之，污水的可生化性也越低。6、水

22、体自净作用氧垂曲线什么是水体自净作用？天然水体受到污染后，在无人为处理条件下，借助水体自身的能力使之得到净化的 过程。自净机制该过程中包括稀释、沉降等物理作用，氧化、还原、分解、凝聚等化学作用，还有更重要的生物作用，即生物对无机物和有机物的同化和异化作用。生物中最活跃的是细菌，捕食细菌的原生动物和微型生物也起很大作用水体自净过程的三个阶段和三个变化三个阶段一、有机物进入河流，有机物浓度上J异养菌数量 ，DO ;二、有机物浓度，异养菌数量 ，原生动物数量，DO ;三、有机物浓度，异养菌数量，原生动物数量，藻类数量三个变化一、有机污染物浓度由高降至低；原生动物数量恢复原有水平藻类;二、生物相发生一

23、系列变化：异养菌三、DO的变化：DO DO 氧垂曲线(Oxygen-sag Curve )自净过程中DO的变化有机物浓度上升，耗氧速率复氧速率，DO下降;DOmin；有机物浓度下降，耗氧速率= 复氧速率，DO有机物浓度下降0,耗氧速率（复氧速率，DO包和。河流受到污染后，河水中DO含量的变化情况用一条曲线来表示， 曲线呈下垂状，叫 做氧垂曲线。反映了河流的自净过程。7、活性污染和生物膜处理特点具有很强的吸附能力；具有很强的分解、氧化有机物的能力；具有较长的食物链；具有良好的沉降性能第六章环境污染物的生物净化方法1 、 活性污泥法和生物膜法原理、比较活性污泥法（一）原理：活性污泥法是利用悬浮生长

24、的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法。活性污泥法的基本工艺流程曝气的作用一使污水与活性污泥充分接触，并使活性污泥处理悬浮状态，避免沉积池底；二是向池中活性污泥供氧，使微生物正常生长繁殖，来氧化分解废水中的有机污染物（二）活性污泥法的主要运行方式1 .推流式（CAS2 .完全混合式3 .渐减曝气法4 .阶段曝气法（SAAS5 .吸附再生法（AB适用于含大量悬浮和胶体颗粒的污水6 .克劳斯（Kraus）法7 .改良曝气法 缺点是污泥产量大，有机污染物不能得到完全降解，出水水质欠佳。8 .高速率曝气法9 .延时曝气法（属完全混合法）10 .氧化沟法（oxidation ditch ）11

25、.深井曝气法12 .纯氧曝气法13 .序批式活性污泥法（三）活性污泥净化反应的影响因素溶解氧（DO水温营养物质生物膜法概念：利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理的技术方法。生物膜法反应器类型按生物膜与废水的接触方式填充式和浸渍式生物接触氧化法：介于活性污泥法与生物滤池之间的生物处理工艺比较：生物膜法、活性污泥法生物膜法依靠固着于载体表面的微生物膜来净化有机物活性污泥法依靠曝气池中悬浮流动着的活性污泥来分解有机物操作稳定性、剩余污泥量、供氧等方面2、废水的厌氧生物处理 处理过程（三个阶段）水解阶段水解和发酵性细菌复杂有机物酸化阶段 产氢、产乙酸细菌 简单有机物（可溶态）甲烷化阶段 产

26、甲烷菌 简单有机酸类、醇类CH、CO3、废水的微生物脱氮除磷原理微生物脱氮基本原理生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成。首先利用好氧段，由亚硝化细菌、硝化细菌的硝化作用，将 NH转化为NO-N,再利用缺氧段，由反硝化细菌将 NG-N反硝化还原为电溢出水面释放到大气。硝化作用指NH被氧化成NG,再被氧化成NO的过程。微生物 亚硝化细菌和硝化细菌，两者为化能自养菌反硝化作用指兼性厌氧的硝酸盐还原菌将硝酸盐还原为N的过程。微生物除磷原理厌氧放磷：厌氧条件下，积磷菌将体内的聚磷分解产生能量一部分能量用于吸收外界可溶性脂肪酸，形成PHB另一部分能量用于生理活动需要好氧吸磷：好氧条件下，PH盼解产生

27、能量一部分能量用于主动过量吸收环境中的磷，并合成聚磷另一部分能量用于细胞正常生长繁殖4、固体废弃物的微生物处理好氧堆肥原理、微生物过程固体废弃物的微生物处理方法 堆肥填埋厌氧发酵焚烧制糖制醇好氧堆肥法在有氧的条件下，通过好氧微生物的作用使有机废弃物达到稳定化，转变为有利于 作物吸收生长的有机物的方法。微生物过程发热阶段高温阶段降温和腐熟保肥阶段5、 大气污染物的微生物处理指利用微生物的生物化学作用，使大气污染物分解，转化为无害或少害物质。目前主要用来净化有机污染物，特别是脱除臭味(1)煤炭微生物脱硫细菌浸出法表面改性法(2)微生物对无机废气的处理微生物对无机废气的处理主要利用一些化能自养菌如硝

28、化细菌、硫化细菌和氢细菌等。适合于微生物处理的无机废气污染组分主要有：氨和硫 化氢。(3)微生物对有机废气的处理微生物吸收法微生物洗涤法微生物过滤法第七章现代生物技术与环境污染治理1、生物技术概念以现代生命科学为基础，结合先进的工程技术手段和其它基础学科的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。简而言之，指利用生物有机体或组成部分发展新产品或新工艺的一种技术体系。2、基因工程概念、基本条件、关键步骤、基本过程（内容、工具酶、载体种类、目的基因的获得方法）基因工程的概念基因工程又称DNA组技术，将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受

29、体细胞内复制、转录、翻译表达。基因工程实施的四个基本条件基因 工具酶 载体受体细胞基因工程的关键步骤?选择工具酶? 选择合适的载体? 目的基因的分离? 目的基因导入受体? 目的基因的筛选和检测基因工程的基本过程（1）基因工程的工具酶（2）基因工程载体“基因的运输工具”（3）目的基因的分离（4）目的基因与载体的重组工艺（5）将目的基因导入受体细胞（6）对目的基因的筛选和检测工具酶把DN砌子切割、DNAt段修饰和DNAt段连接等所需的酶称为工具酶。主要有限制性内切酶、连接酶、修饰酶。载体的种类目前已构建应用的基因工程载体有：质粒载体、噬菌体载体、病毒载体以及由它们互相组合或与其它基因组DNAfi合

30、成的载体（人工载体）质粒是基因工程最常用的载体，在基因工程中应用广泛目的基因的获得方法（1）从基因组直接分离目的基因常用方法一一鸟枪法（2）酶促合成法（基因文库法，或 cDNAC库法）此外还可利用PC曲术，可使少量的目的基因片段在合适的条件下进行扩增，以获得目的基因片段。3、细胞工程概念、主要方法（细胞培养、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移）、原生质体细胞工程的概念在细胞水平上（细胞增殖、分化、死亡）研究、开发和利用各类细胞的工程。细胞工程的主要方法细胞培养、细胞融合、细胞重组、遗传物质转移原生质体细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下的那部分结构称为原生质体5、 酶学工程 固定化酶、酶固定化的原因固定化酶又称水不溶酶，是通过物理吸附法或化学键合法将水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保持催化活性的衍生物。为什么要对酶进行固定化？?酶的稳定性较差，在适当温度、pH值和无机离子等外界因素的影响下，容易变性失 活。?酶一般都是在水溶液中与底物反应，这样酶在反应系统中与底物和产物混在一起， 反应结束后，即使酶仍有较高的活力，也难于回收利用。这