选修2 生物科学与环境emma2013-9-27)

1、生物科学与环境生物科学与环境(1)污染是指对人或其他生物产生有害影响的污染是指对人或其他生物产生有害影响的一种一种环境变化环境变化。(2)污染的类型污染的类型根据污染对象根据污染对象大气污染大气污染水污染水污染土壤污染土壤污染根据污染物种类根据污染物种类物理性污染物理性污染化学性污染化学性污染生物性污染生物性污染病原体污染病原体污染变应原污染变应原污染生物入侵生物入侵一、病原体污染一、病原体污染病原生物在环境中不断繁殖和散播所造成的污病原生物在环境中不断繁殖和散播所造成的污染就称为染就称为病原体污染病原体污染。对病原生物的认识过程对病原生物的认识过程1.我国古代著名医生我国古代著名医生张仲景的

2、张仲景的伤寒论伤寒论，将，将疫病称为伤寒疫病称为伤寒，是我国，是我国第一部传染病学专第一部传染病学专著著。还没有清楚的认识到致病微生物与还没有清楚的认识到致病微生物与疫病的关系。（摸索阶段）疫病的关系。（摸索阶段）2.法国巴斯德第一次用试验证明了微生物与疫法国巴斯德第一次用试验证明了微生物与疫病的关系，建立了病的关系，建立了“微生物致病学说微生物致病学说”炭疽杆菌、结核杆菌和霍乱杆菌生物性污染生物性污染 3.科赫原则科赫原则（德国细菌学家）（德国细菌学家）确定传染确定传染病病原微生物病病原微生物的四条标准的四条标准 （1）在所有的患者身上都能找到这种病原）在所有的患者身上都能找到这种病原体，而

3、健康人没有体，而健康人没有 （2）从患者身上分离出的这种病原体能够）从患者身上分离出的这种病原体能够在实验室中进行培养和繁殖在实验室中进行培养和繁殖 （3）把从实验室中分离出来的病原体再注）把从实验室中分离出来的病原体再注射到实验动物体内，可以使该动物得与人同射到实验动物体内，可以使该动物得与人同样症状的疾病样症状的疾病 （4）从患病实验动物体内分离出这种病原）从患病实验动物体内分离出这种病原体，证明这种病原体还能够在实验室中继续体，证明这种病原体还能够在实验室中继续培养。培养。P105图4-2一、病原体污染一、病原体污染（二）流行病学的研究（二）流行病学的研究 以患病个体为研究对象以患病个体

4、为研究对象 以研究人群中发生某种疾病病例数上升的以研究人群中发生某种疾病病例数上升的情况及其原因和如何控制的流行病学情况及其原因和如何控制的流行病学（了解病原体在人体内的感（了解病原体在人体内的感染过程及致病机理，找到个染过程及致病机理，找到个体水平的治疗措施）体水平的治疗措施）（了解传染病在人群中发生、（了解传染病在人群中发生、蔓延的过程和规律）蔓延的过程和规律）1988年上海甲肝流行案例年上海甲肝流行案例 患者的排泄物污染了海水，造成生长在海患者的排泄物污染了海水，造成生长在海涂上的毛蚶带有甲肝病毒涂上的毛蚶带有甲肝病毒P1051061、传染源：体内有病原体生长、繁殖并能排出病、传染源：体

5、内有病原体生长、繁殖并能排出病原体的人或动物原体的人或动物怎么识别传染源？怎么识别传染源？人感染病原体后一般要经过人感染病原体后一般要经过潜伏期潜伏期、临床症状期临床症状期、恢复期恢复期等过程，等过程，识别传染源识别传染源特例：艾滋病以隐性感染为主，表现出病症的人特例：艾滋病以隐性感染为主，表现出病症的人占少数占少数-“冰山现象冰山现象”检验血液中的抗体、基因诊断将隐性感染者识别出检验血液中的抗体、基因诊断将隐性感染者识别出1、控制传染源、控制传染源 ：1989年颁布了年颁布了传染病防治传染病防治法法，将传染病分为甲、乙、丙三类。甲类为强，将传染病分为甲、乙、丙三类。甲类为强制管理，乙类为严格

6、管理，丙类为监测管理。制管理，乙类为严格管理，丙类为监测管理。 对甲类的患者、疑似病例、病原携带者及乙类传对甲类的患者、疑似病例、病原携带者及乙类传染病中的艾滋病、炭疽病患者必须进行住院隔离染病中的艾滋病、炭疽病患者必须进行住院隔离2、切断传播途径、切断传播途径传播途径：传播途径：病原体从传染源体内排出后还未侵入病原体从传染源体内排出后还未侵入到新的易感者机体前，在外界环境中停留和转到新的易感者机体前，在外界环境中停留和转移所经历的全过程。移所经历的全过程。直接传播（传染源排出的病原体不经环境媒介直接传播（传染源排出的病原体不经环境媒介物直接到达易感者，如物直接到达易感者，如HIV通过血液、性

7、接触通过血液、性接触和母婴途径直接传播）和母婴途径直接传播）间接传播（传染源排出的病原体经空气、食物、间接传播（传染源排出的病原体经空气、食物、水、蚊蝇等环境媒介物传递到易感者）水、蚊蝇等环境媒介物传递到易感者）注意：某种传染病的传播途径，往往与病原体在注意：某种传染病的传播途径，往往与病原体在传染源体内的原始寄生部位有关。病原体的原始传染源体内的原始寄生部位有关。病原体的原始寄生部位通常预示着病原体被排出的特点和侵入寄生部位通常预示着病原体被排出的特点和侵入易感者的部位易感者的部位流行病学调查发现，一种新传染病突然出现的时候，流行非常迅速，而且病死率较高，危害较大。然而反复多次后，流行范围和

8、危害程度明显减小。病原体侵染过的人获得针对该病的特异性免疫力。病原体侵染过的人获得针对该病的特异性免疫力。在长时间反复流行过程中，具有免疫力的人数占在长时间反复流行过程中，具有免疫力的人数占群体总数的比例不断上升，群体总数的比例不断上升，当这一比例上升到一当这一比例上升到一定值时就能构成定值时就能构成免疫屏障免疫屏障，阻止该种传染病的继，阻止该种传染病的继续流行续流行免疫屏障的形成需要多次传染病流行的累积免疫屏障的形成需要多次传染病流行的累积3、保护易感人群、保护易感人群接种疫苗构成免疫屏障接种疫苗构成免疫屏障（三）控制病原体污染（三）控制病原体污染 传染病流行是病原体污染的一种主要形式，传染

9、病流行是病原体污染的一种主要形式，其实病原体污染还有其他类型：寄生虫，分其实病原体污染还有其他类型：寄生虫，分泌的毒素引起中毒、腹泻，诱发癌症泌的毒素引起中毒、腹泻，诱发癌症 措施：措施：“预防胜过医治预防胜过医治”已成为许多国家的已成为许多国家的公共卫生政策公共卫生政策 建立完善的公共卫生体系建立完善的公共卫生体系 加强有关传染病知识的宣传以及理解和关爱加强有关传染病知识的宣传以及理解和关爱患者患者 提高公民的公共卫生意识和养成良好的生活提高公民的公共卫生意识和养成良好的生活习惯习惯二、生物入侵二、生物入侵外来物种：人类有意无意地将外来物种：人类有意无意地将某一地区某一地区的物种引入的物种引

10、入另另一地区一地区，使它们成为外来物种，使它们成为外来物种胡萝卜、菠萝、大蒜等原产于中亚，黄瓜、丝瓜、姜胡萝卜、菠萝、大蒜等原产于中亚，黄瓜、丝瓜、姜原产于印度原产于印度入侵种：能造成危害的外来物种入侵种：能造成危害的外来物种究竟什么样的外来物种更容易成为入侵种？从入侵种究竟什么样的外来物种更容易成为入侵种？从入侵种和被入侵的生态系统这两个方面来研究和被入侵的生态系统这两个方面来研究生物入侵：生物由原生存地经自然或人为途径传播到生物入侵：生物由原生存地经自然或人为途径传播到另外地方，损害入侵地的生态系统、生物多样性，以另外地方，损害入侵地的生态系统、生物多样性，以及人类健康，并影响当地的农、林

11、、牧与渔业生产造及人类健康，并影响当地的农、林、牧与渔业生产造成经济损失和生态灾难，这个过程称为生物入侵。成经济损失和生态灾难，这个过程称为生物入侵。外来物种不一定都是入侵种外来物种不一定都是入侵种，有些外来物种对，有些外来物种对生态系统是有益的生态系统是有益的生物性污染生物性污染入侵种的入侵性与其生活史及生态学特征有密切关系，入侵种的入侵性与其生活史及生态学特征有密切关系，入侵性强的物种都具有一些相应的特征，如繁殖能力入侵性强的物种都具有一些相应的特征，如繁殖能力强。另外，生物学家相信，一个入侵种的成功入侵，强。另外，生物学家相信，一个入侵种的成功入侵，不仅依赖于其自身的生活史特征，还与被侵

12、生态系统不仅依赖于其自身的生活史特征，还与被侵生态系统的特征和群落对入侵种的易感性有关。的特征和群落对入侵种的易感性有关。1、“多样性阻抗假说多样性阻抗假说”：结构简单的群落更容易被入：结构简单的群落更容易被入侵，因为它的生态平衡更容易被打破侵，因为它的生态平衡更容易被打破2、“生物因子失控假说生物因子失控假说”：外来入侵种在新区域得以：外来入侵种在新区域得以生存和繁殖，不是因为入侵种本身具有的特性，而是由生存和繁殖，不是因为入侵种本身具有的特性，而是由于它们偶然到达了没有天敌或其他生物限制的新环境，于它们偶然到达了没有天敌或其他生物限制的新环境，因而快速扩散形成灾害因而快速扩散形成灾害入侵过

13、程及控制入侵过程及控制B区区域域外来种外来种第一阶段：外来物种引入阶段第一阶段：外来物种引入阶段建群建群第二阶段：初期定居与成功地第二阶段：初期定居与成功地建立种群阶段建立种群阶段由于由于个体数量少、缺个体数量少、缺乏遗传多样性，可能乏遗传多样性，可能形成近亲繁殖导致物形成近亲繁殖导致物种退化种退化，所以是种群，所以是种群发展的发展的瓶颈期瓶颈期入侵过程及控制入侵过程及控制B区区域域外来种外来种第一阶段：外来物种引入阶段第一阶段：外来物种引入阶段建群建群第二阶段：初期定居与成功地第二阶段：初期定居与成功地建立种群阶段建立种群阶段迟滞阶段迟滞阶段第三个阶段：迟滞阶段第三个阶段：迟滞阶段由于由于入

14、侵时间短，个入侵时间短，个体基数小，所以种群体基数小，所以种群增长缓慢增长缓慢，但每一代，但每一代对新环境的适应能力对新环境的适应能力都有所增强都有所增强入侵过程及控制入侵过程及控制B区区域域外来种外来种第一阶段：外来物种引入阶段第一阶段：外来物种引入阶段建群建群第二阶段：初期定居与成功地第二阶段：初期定居与成功地建立种群阶段建立种群阶段迟滞阶段迟滞阶段入侵种入侵种第三个阶段：迟滞阶段第三个阶段：迟滞阶段第四阶段：扩散和暴发第四阶段：扩散和暴发阶段阶段 入侵生物已基本适应新的生态系统，种群已发展到一入侵生物已基本适应新的生态系统，种群已发展到一定数量，具有合理的年龄结构和性别比例，并具有快速定

15、数量，具有合理的年龄结构和性别比例，并具有快速增长和扩散能力增长和扩散能力入侵过程及控制入侵过程及控制B区区域域外来种外来种建群建群迟滞阶段迟滞阶段入侵种入侵种第一次转移：从进第一次转移：从进口到引入，称为逃口到引入，称为逃逸逸第二次转移：从引第二次转移：从引入到建立种群，称入到建立种群，称为建群为建群第三次转移：从建第三次转移：从建群到变成经济上有群到变成经济上有负作用的生物，即负作用的生物，即入侵种入侵种经济效益、生态效益经济效益、生态效益每次转移的概率大约是每次转移的概率大约是10%，称为，称为“十分之一法则十分之一法则”。所。所以，某一外来物种变成有害的入侵种是一个概率极小的以，某一外

16、来物种变成有害的入侵种是一个概率极小的事件。事件。(3)生物入侵的控制生物入侵的控制外来物种的入侵途径一般有三种：外来物种的入侵途径一般有三种：a.人为有意引入；人为有意引入；b.人为无意带入；人为无意带入；c.自然入侵。自然入侵。应对生物入侵的措施：以防为主，进一步完善法律和应对生物入侵的措施：以防为主，进一步完善法律和法规，确保与所有相关的国际公约和项目保持一致。法规，确保与所有相关的国际公约和项目保持一致。第二节第二节 生物净化生物净化我国环境污染最突出的问题是水污染，解决我国环境污染最突出的问题是水污染，解决环境问题首先要环境问题首先要“防防”，其次是，其次是“治治”一、生物净化的原理

17、一、生物净化的原理生态系统中的许多生物均有一定的净化环境污生态系统中的许多生物均有一定的净化环境污染的能力，不同生态系统均具有一定的抵御环染的能力，不同生态系统均具有一定的抵御环境污染的境污染的自我净化功能自我净化功能水体中的好氧微生物水体中的好氧微生物水体中的厌氧微生物水体中的厌氧微生物彻底分解有机物成为无机物彻底分解有机物成为无机物 分解有机物生成分解有机物生成硫化氢、甲硫化氢、甲烷等，水质变坏并腐化发臭味烷等，水质变坏并腐化发臭味溶解氧溶解氧水体水体污水污水有机物是有机物是营养来源营养来源好氧微好氧微生物大生物大量繁殖量繁殖耗氧耗氧分解分解有机污染物有机污染物空气和植物空气和植物光合光合

18、复氧复氧开始：耗氧开始：耗氧速率超过复速率超过复氧速率氧速率耗氧耗氧=复氧，复氧，溶氧量达到最溶氧量达到最低点即临界点低点即临界点 有机污染物大为减少，耗氧复氧，溶氧量开始增加有机污染物大为减少，耗氧复氧，溶氧量开始增加正常情况下的溶氧量氧垂曲线最大缺氧点水体复氧曲线有机物分解的耗氧曲线时间溶解氧Cp0溶氧量变化状况反映了水体有机污染物的净化过溶氧量变化状况反映了水体有机污染物的净化过程。把溶氧量作为水体自净状况的标志。程。把溶氧量作为水体自净状况的标志。 水体污染过程溶氧量的变化可用氧垂曲线表示水体污染过程溶氧量的变化可用氧垂曲线表示(1)有机物的变化：在污水注入点有机物量达到最高，然后有机

19、物的变化：在污水注入点有机物量达到最高，然后在细菌的作用下，逐渐减少。在细菌的作用下，逐渐减少。(2)好氧型细菌的变化：随着污水的注入，好氧型细菌的数好氧型细菌的变化：随着污水的注入，好氧型细菌的数量迅速增加达到最高值，随着有机物的减少也随着下降。量迅速增加达到最高值，随着有机物的减少也随着下降。(3)溶解氧的变化：随着好氧型细菌的大量繁殖，水中溶氧溶解氧的变化：随着好氧型细菌的大量繁殖，水中溶氧量逐渐减少，随着藻类的增加而逐渐增多。量逐渐减少，随着藻类的增加而逐渐增多。(4)藻类变化：随着有机物被分解成无机物，藻类数量逐渐藻类变化：随着有机物被分解成无机物，藻类数量逐渐增加，随着无机物的减少

20、其数量下降。增加，随着无机物的减少其数量下降。(5)无机物的变化：随着有机物的分解逐渐增加，随着藻类无机物的变化：随着有机物的分解逐渐增加，随着藻类的大量繁殖而减少。的大量繁殖而减少。二、生物净化技术二、生物净化技术生物净化技术的基本原理：通过一定的技术手段，生物净化技术的基本原理：通过一定的技术手段，人人为地放大和强化生态系统的自净能力为地放大和强化生态系统的自净能力，从而达到有效，从而达到有效治理环境污染的目的。治理环境污染的目的。应用应用最广泛的生物净化技术是污水生物处理技术最广泛的生物净化技术是污水生物处理技术，其，其原理是原理是利用处理系统中的各种微生物的代谢作用除去利用处理系统中的

21、各种微生物的代谢作用除去污水中的污染物污水中的污染物，其工艺可分为，其工艺可分为活性污泥法活性污泥法、悬浮细悬浮细胞法胞法、生物膜法生物膜法等多种类型。等多种类型。（一）活性污泥法（一）活性污泥法 原理：人为提高水体的复氧速率以保持水体具有较高原理：人为提高水体的复氧速率以保持水体具有较高的溶氧量，同时控制适宜的水体温度。的溶氧量，同时控制适宜的水体温度。pH等有利于耗氧等有利于耗氧微生物生长的条件，就可以大大增强好氧微生物对有机污微生物生长的条件，就可以大大增强好氧微生物对有机污染物的分解能力染物的分解能力二、生物净化技术二、生物净化技术（一）活性污泥法（一）活性污泥法活性污泥法污水处理技术

22、：活性污泥法污水处理技术：活性污泥是由活性污泥是由各种微生物各种微生物、有机物有机物和和无机物胶体无机物胶体、悬浮物悬浮物构成的结构复杂的肉眼可构成的结构复杂的肉眼可见的绒絮微生物共生体。见的绒絮微生物共生体。这样的共生体有很强的这样的共生体有很强的吸附能力和降解能力吸附能力和降解能力，可以吸附，可以吸附和降解很多的污染物，以达到处理和净化污水的目的和降解很多的污染物，以达到处理和净化污水的目的一次沉一次沉淀池淀池进水进水曝气池曝气池污泥池污泥池出水出水二次沉淀池二次沉淀池活性污泥法：污水经初步沉淀活性污泥法：污水经初步沉淀送到曝气池送到曝气池有机污染物有机污染物被活性污泥吸附并被好氧微生物分解被活性污泥吸附并被好氧微生物分解二次沉淀池内活性二次沉淀池内活性污泥与已净化的水分离污泥与已净化的水分离净水排出、污泥回流、多余污泥净水排出、污泥回流、多余污泥排出经处理移作他用。排出经处理移作他用。(二二)悬浮细胞法悬浮细胞法：把待处理的污水集中在大池中，利用污：把待处理的污水集中在大池中，利用污水中悬