第15章环境污染生物修复现状

1、第第15章章 环境污染生物修复现状环境污染生物修复现状第一部分第一部分环境内分泌干扰物环境内分泌干扰物Environmental Endocrine Disrupting Chemicals 一、问题的产生一、问题的产生n90 90 年代以来国内外学者陆续发现年代以来国内外学者陆续发现, ,许多环境化学许多环境化学污染物具有类似激素作用污染物具有类似激素作用, ,干扰动物体内的内分泌干扰动物体内的内分泌功能。这些物质被称为环境荷尔蒙功能。这些物质被称为环境荷尔蒙( (environmental hormone) environmental hormone) 或称为环境内分泌干或称为环境内分泌干

2、扰化学物扰化学物( (environmental endocrine environmental endocrine disrupting chemicals , EEDCs) ,disrupting chemicals , EEDCs) ,简称为内分简称为内分泌干扰物泌干扰物( (endocrine disrupting chemicals, endocrine disrupting chemicals, EDCs) EDCs) 。2004年年 11月月11日日 Stockholm Convention on (POPs) Effective to China today Brief: Ne

3、ws from China Environment NewspaperThe Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants(POPs) becomes effective to China today(Nov.11,2004), which means from now on, China have to fully take the responsibility given by the Convention. The responsibilities include: qto prohibit the production an

4、d use of POPs,qto strictly manage its import and export, qto promote the technologies and practices which can reduce or prevent the by-product of POPs, and qto safely disposal the inventory(存货存货) and wastes of POPs products. nn这些物质对雌激素、甲状腺素、儿茶这些物质对雌激素、甲状腺素、儿茶酚胺、睾酮等呈现显著的干扰效应。酚胺、睾酮等呈现显著的干扰效应。n临床以生殖障碍、

5、出生缺陷、发育异临床以生殖障碍、出生缺陷、发育异常、代谢紊乱以及对某些癌症的发生、常、代谢紊乱以及对某些癌症的发生、发展产生影响为特征。发展产生影响为特征。 n近年来近年来, ,不断报道野生动物和人类生殖发不断报道野生动物和人类生殖发育异常现象育异常现象, ,学者们认为环境雌激素及其学者们认为环境雌激素及其他内分泌干扰物是造成生殖异常的共同他内分泌干扰物是造成生殖异常的共同原因原因 。n目前目前, ,关于内分泌干扰物对机体健康影响关于内分泌干扰物对机体健康影响的问题已成为国际性的研究热点。的问题已成为国际性的研究热点。markedly innovative study 二、内分泌干扰物的概念和

6、特点 定义定义: 按照美国环保局按照美国环保局“内分泌干扰物内分泌干扰物甄别与测试委员会甄别与测试委员会”的定义，的定义，内内分泌干扰物是指能改变机体内分分泌干扰物是指能改变机体内分泌功能并对机体、后代或泌功能并对机体、后代或( (亚亚) )群群引起有害效应的外源性物质。引起有害效应的外源性物质。n“改变改变”“”“有害有害”是指模拟、阻断或激是指模拟、阻断或激活、抑制内分泌效应，干扰合成、转运活、抑制内分泌效应，干扰合成、转运及排除等生物过程，改变神经、免疫和及排除等生物过程，改变神经、免疫和生殖发育系统等正常调控功能。生殖发育系统等正常调控功能。n“环境激素环境激素，“环境类激素环境类激素

7、，“环环境抗激素境抗激素”等是指能与内源性激素受体等是指能与内源性激素受体结合而引起模拟、拮抗体内天然激素并结合而引起模拟、拮抗体内天然激素并干扰内分泌功能的环境化学物，它是干扰内分泌功能的环境化学物，它是EDCsEDCs中的一大类。中的一大类。 2 内分泌干扰物的作用特点内分泌干扰物的作用特点n(1)(1)剂量剂量- -反应曲线并不具有线性特征反应曲线并不具有线性特征n刚开始反应随浓度上升而增强刚开始反应随浓度上升而增强, , 达到最达到最大反应值后大反应值后, , 浓度上升反而会导致生物反浓度上升反而会导致生物反应减弱。应减弱。n在多氯联苯对鸡胚毒性作用研究中有所体在多氯联苯对鸡胚毒性作用

8、研究中有所体现现, , 鸡胚死亡率不是依照鸡胚死亡率不是依照PCB PCB 使用剂量的使用剂量的增加而升高增加而升高, , 反而随剂量的增加而降低反而随剂量的增加而降低 n(2)(2)环境激素的作用随动物的发育阶段而异环境激素的作用随动物的发育阶段而异nEDCs EDCs 对胚胎、胎体和新生幼体的影响与其对对胚胎、胎体和新生幼体的影响与其对成体的影响可以完全不同。成体的影响可以完全不同。n对处于发育中的个体来说对处于发育中的个体来说, , 激素的微小变化激素的微小变化就会导致严重后果。由于胚胎发育的阶段性就会导致严重后果。由于胚胎发育的阶段性, , 不同时期接触会导致不同的后果不同时期接触会导

9、致不同的后果2 内分泌干扰物的作用特点内分泌干扰物的作用特点 n(3)(3)难分解和高蓄积性难分解和高蓄积性nEDCs EDCs 对脂肪组织和性腺等含脂对脂肪组织和性腺等含脂量高的组织具有高度的亲和力量高的组织具有高度的亲和力, , 并通过食物链发生生物浓缩效应并通过食物链发生生物浓缩效应( (尤其是人工拟激素物质尤其是人工拟激素物质) , ) , 因因此对高等动物的危害更大。此对高等动物的危害更大。2 内分泌干扰物的作用特点内分泌干扰物的作用特点n(4)(4)对各类群动物作用的广泛性对各类群动物作用的广泛性n在上亿年的生命进化过程中在上亿年的生命进化过程中, , 激激素与受体化学结构在遗传上

10、高度保素与受体化学结构在遗传上高度保守守, , 因此因此, , EDCsEDCs在鱼类、两栖类、在鱼类、两栖类、鸟类、鼠类上表现的作用同样也会鸟类、鼠类上表现的作用同样也会出现在人类上。出现在人类上。2 内分泌干扰物的作用特点内分泌干扰物的作用特点n(5)(5)二次污染二次污染n由于由于EDCs EDCs 大多为有机化合物大多为有机化合物, , 在环在环境中受环境因素影响境中受环境因素影响, , 有些有些EDCs EDCs 会会发生化学反应生成比原来毒性更强发生化学反应生成比原来毒性更强的污染物的污染物, , 危害人体和动物健康。危害人体和动物健康。2 内分泌干扰物的作用特点内分泌干扰物的作用

11、特点(6) 联合作用联合作用n由于大多数由于大多数EDCs EDCs 具难降解和高蓄积性具难降解和高蓄积性, , 从从而存在多种而存在多种EDCs EDCs 对动物的复合作用。对动物的复合作用。n它们共同作用产生的生物学效应与单一作它们共同作用产生的生物学效应与单一作用所产生的生物学效应可以完全不同用所产生的生物学效应可以完全不同, 2 , 2 种或种或2 2 种以上化学污染物共同作用所产生种以上化学污染物共同作用所产生的综合生物学效应称为联合作用。的综合生物学效应称为联合作用。2 内分泌干扰物的作用特点内分泌干扰物的作用特点联合作用通常包括联合作用通常包括4 4 种种: :n协同作用：协同作

12、用：n相加作用：相加作用：n独立作用：独立作用：n拮抗作用：拮抗作用： 三、来源和分类三、来源和分类nEDCsEDCs的来源总的可分为天然和人工合成化学物的来源总的可分为天然和人工合成化学物两大类。两大类。n天然：天然： 如植物激素如植物激素( (大豆异黄酮大豆异黄酮).).n人工：人工：n包括药物包括药物( (如类固醇类、己烯雌酚、避孕药等如类固醇类、己烯雌酚、避孕药等) )和工农生产使用的化学原料、中间产物、产品和工农生产使用的化学原料、中间产物、产品使用及向环境排放的废弃物，也包括家庭生活、使用及向环境排放的废弃物，也包括家庭生活、医疗用品可释放的化学物，交通运输、垃圾焚医疗用品可释放的

13、化学物，交通运输、垃圾焚烧等产生的化学性污染物等，这又称为环境内烧等产生的化学性污染物等，这又称为环境内分泌干扰污染物。分泌干扰污染物。1 来源来源2 分类分类： (1) (1) 人和动物激素人和动物激素n动物和人体内天然存在的雌激素，一般指动物和人体内天然存在的雌激素，一般指雌二醇（雌二醇（EstrogenEstrogen）、）、雌酮（雌酮（EstroneEstrone）和和雌三醇（雌三醇（EstriolEstriol），），其中以雌二醇作用最其中以雌二醇作用最强。强。n动物性激素存在于鹿茸、海狗肾等组织中动物性激素存在于鹿茸、海狗肾等组织中(2) 植物雌激素和真菌性雌激素植物雌激素和真菌性

14、雌激素n植物性雌激素（植物性雌激素（PhytoestrogensPhytoestrogens）是一组在植物是一组在植物中天然存在、本身或其代谢产物具有与雌激素受中天然存在、本身或其代谢产物具有与雌激素受体结合诱导产生弱雌激素作用的非甾体结构为主体结合诱导产生弱雌激素作用的非甾体结构为主的植物化学物。的植物化学物。n目前已知至少有目前已知至少有400 400 多种植物含有具有生物活性多种植物含有具有生物活性的雌激素样物质的雌激素样物质异黄酮（黄豆苷原、染料木黄异黄酮（黄豆苷原、染料木黄酮）和香豆雌酚。适量的植物性雌激素有利于人酮）和香豆雌酚。适量的植物性雌激素有利于人体的健康，但对于孕妇和婴幼儿

15、，若大量食用，体的健康，但对于孕妇和婴幼儿，若大量食用，其安全性值得深入研究其安全性值得深入研究2 分类分类 n植物性激素存在于西洋参、枸杞子、茯苓、植物性激素存在于西洋参、枸杞子、茯苓、当归、石榴、淫羊霍和芦荟等植物中。当归、石榴、淫羊霍和芦荟等植物中。n大豆是优良的植物性蛋白质食物和饲料大豆是优良的植物性蛋白质食物和饲料, , 但其中大豆素和大豆甙有雌激素活性。但其中大豆素和大豆甙有雌激素活性。n葛根葛根(3) 人工合成 - 环境化学污染物n目前在环境中已被证实的目前在环境中已被证实的EEDs EEDs 已有已有60607 0 7 0 余种，其中农药及余种，其中农药及其代谢物占其代谢物占6

16、 0 % 6 0 % 以上，又以杀以上，又以杀虫剂居多，杀菌剂、除草剂也有虫剂居多，杀菌剂、除草剂也有部分有此作用。部分有此作用。2 分类分类种类 （具体） a 农药和除草剂n包括滴滴涕包括滴滴涕( (DDT ) DDT ) 及其分解产物、六氯苯及其分解产物、六氯苯( (六六六六六六) )、艾氏剂、狄氏剂、克尔散、艾氏剂、狄氏剂、克尔散( (kelthane)kelthane)、开蓬开蓬( (kepone)kepone)、毒杀芬和氯丹等有机氯杀虫剂毒杀芬和氯丹等有机氯杀虫剂; ; 莠去津、合成拟除虫菊酯、三嗪类等除草剂。莠去津、合成拟除虫菊酯、三嗪类等除草剂。n据统计，我国每年施用农药达据统计

17、，我国每年施用农药达50 50 万万60 60 万万t t，其中约其中约80%80%的农药直接进入环境，因此我国可能的农药直接进入环境，因此我国可能是是EDCsEDCs污染的大国。污染的大国。b 工业化合物n包括多氯联苯包括多氯联苯( (PCB)PCB)、有机锡涂料、铅、镉和有机锡涂料、铅、镉和石油产品。石油产品。nPCB PCB 的结构与的结构与DDT DDT 类似类似, , 性质稳定难降解性质稳定难降解, , 广广泛用于塑料、油漆、农药生产和电器的绝缘油泛用于塑料、油漆、农药生产和电器的绝缘油, , 有很强的生殖毒性。有很强的生殖毒性。n石油产品中的多环芳烃有致癌作用和生殖毒性石油产品中的

18、多环芳烃有致癌作用和生殖毒性作用。作用。n此外此外, , 含氯化合物的工业产品在加工过程中产含氯化合物的工业产品在加工过程中产生的副产品生的副产品, , 及含氯有机物垃圾进行焚烧时都及含氯有机物垃圾进行焚烧时都会产生二恶英会产生二恶英( (TCDD)TCDD)。 某些金属如铅、汞、有机锡等均有某些金属如铅、汞、有机锡等均有不同程度的雌激素样作用。不同程度的雌激素样作用。汽车尾气中的一些汽油燃烧产物及汽车尾气中的一些汽油燃烧产物及某些羟基化多环芳烃。某些羟基化多环芳烃。用于牙科修复的物质用于牙科修复的物质双酚双酚A A ，食品工业用的一些抗氧化剂如食品工业用的一些抗氧化剂如t - t - 丁羟基

19、茴香醚，丁羟基茴香醚，c 合成药物和饲料添加剂n包括与雌二醇结构相似的类固醇衍生物包括与雌二醇结构相似的类固醇衍生物, , 如己烯雌酚如己烯雌酚( (DES)DES)、己烷雌酚、乙炔基雌己烷雌酚、乙炔基雌二醇、炔雌醚等。二醇、炔雌醚等。nDES DES 自开发后几十年内自开发后几十年内, , 曾用于预防流产、曾用于预防流产、改善孕期不适、卵巢机能失调、骨质疏松改善孕期不适、卵巢机能失调、骨质疏松症症, , 以及畜禽育肥以及畜禽育肥, , 当时被誉为当时被誉为“妊娠必妊娠必备之良药备之良药”, ”, 后来证明其可诱发胎儿畸形、后来证明其可诱发胎儿畸形、生殖道缺陷及癌症生殖道缺陷及癌症 d 塑料制

20、品中的干扰物n邻苯二甲酸酯作为塑料的增塑邻苯二甲酸酯作为塑料的增塑剂剂, , 用于各种塑料制品和尼龙塑用于各种塑料制品和尼龙塑料大棚料大棚, , 易从塑料材料中溶化出易从塑料材料中溶化出来。来。n联苯酚联苯酚A A 也是塑料中的一种成分也是塑料中的一种成分, , 聚乙烯作为各种方便食品的包装聚乙烯作为各种方便食品的包装材料材料, , 也有微弱的雌激素效应。也有微弱的雌激素效应。e 表面活性剂n包括工业洗涤剂、乳化剂包括工业洗涤剂、乳化剂和各种表面活性剂和各种表面活性剂, , 有些可有些可促使乳腺细胞增殖。促使乳腺细胞增殖。四、环境内分泌干扰物的危害四、环境内分泌干扰物的危害n内分泌系统、神经系

21、统和免疫系统是人类机体的三大信息传递系统，在调节机体各种功能、维持内环境相对稳定中起重要作用。n内分泌系统在包括胚胎发生、分化和稳态机制在内的许多生理过程中发挥着极其重要的作用。生物学效应生物学效应n环境雌激素的生物学效应包括对内分泌系统的影环境雌激素的生物学效应包括对内分泌系统的影响、对生殖与发育的影响、致癌作用、神经系统响、对生殖与发育的影响、致癌作用、神经系统毒效应和对免疫系统的影响等。毒效应和对免疫系统的影响等。n（1 1）直接作用，指通过作用于下丘脑）直接作用，指通过作用于下丘脑垂体垂体靶腺轴的任一环节，影响激素的合成、分泌及反靶腺轴的任一环节，影响激素的合成、分泌及反馈调节，产生不

22、良效应馈调节，产生不良效应n（2 2）间接作用，指与内分泌改变密切相关的效）间接作用，指与内分泌改变密切相关的效应，如生殖、免疫、内分泌敏感性肿瘤等应，如生殖、免疫、内分泌敏感性肿瘤等生物学效应生物学效应n(1) 对内分泌系统的影响对内分泌系统的影响n(2) 对生殖与发育的影响对生殖与发育的影响n(3) 致癌作用致癌作用n(4) 神经系统毒效应神经系统毒效应n(5) 对免疫系统的影响对免疫系统的影响(1) 对内分泌系统的影响对内分泌系统的影响n环境雌激素是激素类物质，它首先影响环境雌激素是激素类物质，它首先影响生物体的内分泌系统，主要有以下作用：生物体的内分泌系统，主要有以下作用： 与受体结合

23、；与受体结合；n 与血浆性激素结合蛋白结合；与血浆性激素结合蛋白结合；n 影响受体的表达影响受体的表达 nPCB PCB 可抑制甲状腺激素和雄激素的分泌可抑制甲状腺激素和雄激素的分泌; ;nDDT DDT 的代谢产物的代谢产物DDE DDE 使使P450scc mRNA P450scc mRNA 表达量表达量增加增加, , 与蛋白激酶与蛋白激酶A A 的活化物联合作用使猪颗的活化物联合作用使猪颗粒细胞孕酮分泌增加粒细胞孕酮分泌增加; ; nPCB PCB 抑制雌激素硫化酶抑制雌激素硫化酶, , 阻止雌激素的灭活阻止雌激素的灭活, , 从而提高了雌激素的作用从而提高了雌激素的作用; ; n邻苯二

24、甲酸酯邻苯二甲酸酯( (DHEP) DHEP) 抑制大鼠芳香化酶的活抑制大鼠芳香化酶的活性从而阻止雄激素转化为雌激素。性从而阻止雄激素转化为雌激素。n植物性雌激素也会干扰内分泌功能植物性雌激素也会干扰内分泌功能, , 如如20 20 世世纪纪40 40 年代初期澳大利亚引进了一种牧草红花年代初期澳大利亚引进了一种牧草红花草草( (内含佛苜罗呐烃内含佛苜罗呐烃, , 在羊胃内不能被分解在羊胃内不能被分解, , 具有雌激素活性具有雌激素活性) , ) , 引进的同时羊群的生殖异引进的同时羊群的生殖异常也开始蔓延常也开始蔓延, , 死产的羊羔急剧增加死产的羊羔急剧增加, , 怀孕的怀孕的母羊不能临产

25、母羊不能临产, , 不仅体内的羔羊夭折不仅体内的羔羊夭折, , 也常常也常常引起母羊的死亡引起母羊的死亡, , 后来母羊几乎不能怀孕后来母羊几乎不能怀孕, , 给给牧民造成严重的经济损失。牧民造成严重的经济损失。(2) 对生殖与发育的影响n雌激素可能保护人类免患激素依赖性疾病，如雌激素可能保护人类免患激素依赖性疾病，如乳乳腺癌、前列腺癌和骨质疏松症腺癌、前列腺癌和骨质疏松症；n动物实验表明，外来雌激素几乎可引起各类型的动物实验表明，外来雌激素几乎可引起各类型的雄性生殖系统发育障碍，包括性腺发育不良、睾雄性生殖系统发育障碍，包括性腺发育不良、睾丸萎缩、睾丸和附睾重量减轻、生精细胞、支持丸萎缩、睾

26、丸和附睾重量减轻、生精细胞、支持细胞和间质细胞数目减少、精液质量下降、精子细胞和间质细胞数目减少、精液质量下降、精子数减少甚至无精子、睾丸肿瘤、隐睾、性欲降低数减少甚至无精子、睾丸肿瘤、隐睾、性欲降低和不育和不育 n大多数大多数EDCs EDCs 具雌激素活性具雌激素活性, , 对雄性会抑制性对雄性会抑制性腺和副性腺的发育腺和副性腺的发育, , n对雌性会导致雌激素靶细胞增生对雌性会导致雌激素靶细胞增生, , 引发癌症与引发癌症与不育。不育。n加利福尼亚大学毒性物质研究学者发现加利福尼亚大学毒性物质研究学者发现, , 将将DDT DDT 和其分解产生的和其分解产生的DDE DDE 成分注入鸟蛋

27、以后成分注入鸟蛋以后, , 孵化出来的雄鸟的精巢里产生出雌鸟特有的细孵化出来的雄鸟的精巢里产生出雌鸟特有的细胞胞, , 甚至长出雌鸟才有的输卵管。甚至长出雌鸟才有的输卵管。(3) 致癌作用n环境雌激素的致癌机制可能在于：环境雌激素的致癌机制可能在于：n（1 1）对细胞核及）对细胞核及DNA DNA 的影响；的影响；n（2 2）抑制微管聚合；）抑制微管聚合；n（3 3）干扰细胞周期）干扰细胞周期(4) 神经系统毒效应n（1 1）先作用于神经内分泌系统，影响激素的）先作用于神经内分泌系统，影响激素的释放及其在靶器官的效应，再通过反馈作用影释放及其在靶器官的效应，再通过反馈作用影响到神经系统；响到神

28、经系统；n（2 2）直接作用于神经系统，引起行为、精神）直接作用于神经系统，引起行为、精神等的改变。环境雌激素可引起人或动物出现行等的改变。环境雌激素可引起人或动物出现行为、学习、记忆障碍，也可出现注意力、感觉为、学习、记忆障碍，也可出现注意力、感觉功能和精神发育的改变功能和精神发育的改变(5) 对免疫系统的影响n人类接触人类接触PCBsPCBs、二恶英、二恶英、DESDES、有机氯农药等可影响机体免疫功有机氯农药等可影响机体免疫功能，表现为亢进或抑制。能，表现为亢进或抑制。五、环境内分泌干扰物的迁移五、环境内分泌干扰物的迁移转化与降解转化与降解nEEDs EEDs 可以通过吸附作用、挥发作用

29、、可以通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等过程进行迁移转化。物降解作用等过程进行迁移转化。n研究环境雌激素在这些方面的迁移转研究环境雌激素在这些方面的迁移转化过程，有助于阐明环境雌激素的归化过程，有助于阐明环境雌激素的归趋和可能产生的危害。趋和可能产生的危害。 n环境雌激素在生态系统中的循环、转移主要有环境雌激素在生态系统中的循环、转移主要有3 3条途径：条途径：n土壤途径：主要通过杀虫剂的喷洒以及含雌激土壤途径：主要通过杀虫剂的喷洒以及含雌激素垃圾的淋溶进入土壤，再由作物及牧草进入素垃圾的淋溶进入土壤，再由作物及牧草进入家畜及人体家畜及人体n水体途径：主要通过水生植物及动物对土壤径水体途径：主要通过水生植物及动物对土壤径流、稻田农药及工业废水中的雌激素的富集再流、稻田农药及工业废水中的雌激素的富集再转移给鸟类、鱼类及人转移给鸟类、鱼类及人n空气途径：主要通过呼吸被污染了的空气，或空气途径：主要通过呼吸被污染了的空气，或通过牧草及作物表面的粉尘沉降再转移给家畜通过牧草及作物表面的粉尘沉降再转移给家