第三章污染物对生物的影响

1第三章污染物对生物的影响2当污染物进入生态系统，参与生态系统的物质循环，对生态系统的组分、结构和功能产生某些影响，称为污染生态效应。1）生物个体污染效应指环境污染对生物的影响表现在生物个体层次上的反应。2）生物群落污染效应指环境污染在生物种群以上层次上的反应。3）生态系统污染效应指环境污染对生态系统结构与功能的影响。第一节污染物对生物的影响机制3污染物种类不同，生态系统与生物个体千差万别，使得污染物对生物的影响机制多种多样。物理机制污染物质可以在生态系统中发生渗滤、蒸发、凝聚、吸附、解吸、扩散、沉降、放射性蜕变等多种物理过程，伴随这些物理过程，生态系统的某些因子的物理性质会发生改变，从而影响生态系统的稳定，导致各种生态效应发生。比如：热污染。42.化学机制

主要指化学污染物质与生态系统中的无机环境各要素之间发生的化学作用，导致污染物的存在形式不断发生变化，从而使其对生物的毒性及产生的生态效应随之改变。如：重金属的不同氧化态（亚砷酸盐毒性高于砷酸盐）；氧化还原电位和pH的不同（水稻对镉的吸收随pE的增加和pH的降低而增加），一些污染物的光化学过程，会造成不同的生态效应。53.生物学机制——指污染物进入生物体以后，对生物体的生长、新陈代谢、生理生化过程所产生的各种影响。如对植物的细胞生育、组织分化以及植物体的吸收机能、光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、反应酶的活性、次生物质代谢等过程的影响。生物体的累积、富集机制生物吸收、代谢、降解与转化机制64.综合机制

污染物进入生态系统产生影响，往往综合了多种物理、化学和生物学的过程，并且往往是多种污染物共同作用，形成复合污染效应。7(1)协同效应——一种或多种污染物的毒性效应因另一种污染物的存在而增加的现象。例如．混合功能氧化酶被胡椒基丁醚抑制，增加拟除虫菊酯和氨基甲酸酯的毒性，其毒性增加为60倍和200倍，这是因为胡椒基丁醚抑制了拟除虫菊酯和氨基甲酸酯的解毒系统，从而增加其毒性。又如，农药马拉硫磷和苯硫磷，苯硫磷能抑制肝脏中降解马拉硫磷的酯酶，使马拉硫磷的降解受阻，毒性增强。8(2)加和效应——多种污染物混合所产生的生物学作用强度等于其中各化学污染分别产生的作用强度的总和。在这种类型中，各化学物质之间均可按比例取代另一种化学物质。因此，当化学物质的化学结构相近，性质相似，靶器官相同或毒性作用机理相同时，其生物学效应往往呈相加作用。例如，一定剂量的化学物质A和B同时作用于机体，若A引起10％的动物死亡，B引起40％动物死亡，那么，根据相加作用，在100只动物中将死亡50只，只存活50只如甲拌磷与乙酰甲胺磷；谷硫磷与苯硫磷（敌百虫），丙烯腈和氰氢酸9(3)独立作用效应——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。由于各种化学物质对机体的侵入途径、方式、作用的部位各不相同，因而所产生的生物学效应也彼此无关联，各种化学物质自然不能按比例相互取代，故独立作用产生的总效往往低于相加作用，但不低于其中活性最强者。例如，化学物质A和B分别引起10％和40％的死亡率，那么100只活的动物中，经A作用，尚存活90只，经B作用后，死亡动物应为90*40％，即36只，故此时存活动物为54只。可见，独立作用与相加作用不同。如乙醇与氯乙烯：前者引起肝细胞的线粒体脂质过氧化；而后者引起的是微粒体脂质过氧化10(4)拮抗效应——生态系统中的污染物对生态系统的毒性效应因另一种污染物的存在而降低。或两种化学污染物相互干扰，使混合物的生物作用或毒性作用的强度低于两种化学污染物任何一种单独输入机体的强度。例如，在酸性条件下，铝离子(A13+)对植物苗根具很高毒性，并能诱导过氧化物歧化酶(SOD)，当加入一定量的钙离子(Ca2+)后，大大降低了铝离子的毒性，SOD活性显著降低。因此，常常在酸雨地区的土壤中加入钙，防治酸雨的危害。两种化合物中一个可以激活另一化合物的代谢酶，使其毒性降低。如小鼠先给予苯巴比妥后，再经口给以久效磷，使后者的LD50增加一倍以上，即久效磷的毒性降低。第二节

环境污染对生态系统的影响

1.概述：环境污染对生态系统的主要影响一是污染直接影响了物种的生存和发展，从根本上影响了生态系统的结构和功能基础；二是污染大大降低了初级生产，从而使依托强大初级生产量才能建立起的各级消费种群失去了足够的物质和能量支持，生态系统结构和功能趋于简单化，自我调节能力下降。

污染对森林生态系统的阶段影响

污染作用的时期水平效应程度可能的后果刚开始不明显没有低水平相对没有影响生态系统可以作为污染物的贮存库，并能同化处理污染物明显毒害水平如果污染持续作用，生态系统内植物的光和作用水平降低，敏感物种对昆虫、真菌侵袭的抵抗能力降低生态系统物质循环明显受到影响；对外来不利环境因素的抵御能力降低污染作用增加并持续发展抗性种类代替了敏感种类。由于对传粉生物的影响，很多异花授粉植物难以完成授粉作用生态系统保持原系统最低限度的结构，但功能已不健全。如果污染停止，可以在一个世纪内恢复其原有功能污染高强度持续作用大型植物基本全部死亡，有毒物质在生物体内大量积累生态系统结构已经改变，生物地球化学循环难以进行。如果污染停止，生态系统的恢复需要很长时间特别严重的高强度污染长期持续作用除了细菌、藻类等高抗污染的种类，极少有其它生物可以生存生态系统万群解体。它的恢复需要的时间尺度要以地质年代来计量二、结构效应在污染胁迫的作用下，很多生态系统的物种数量和分布发生显著变化，部分物种的正常生理功能也会改变，从而对整个生态系统的结构产生影响，生态系统的结构变化主要包括空间结构和营养结构变化。空间结构变化是指生态系统水平和垂直上的变化，包括生物群落迁移，景观破碎等。某些污染常常引起群落物种的大量消亡或更替，从而使原有的生态系统发生严重的逆向演替。比较典型的就是森林生态系统，例如加拿大北部针叶林在二氧化硫污染作用下，大面积退化为草甸草原；北欧大面积针阔混交林在二氧化硫污染作用下退化为灌木草丛。二、结构效应我国内蒙乌拉山林区演替趋势据史料记载，距今一百多年以前这里曾密布着以油松、侧柏等针叶树为主的原始森林，林中植被繁茂。然而长期以来由于人们的毁林开矿、超载放牧屡禁不止，特别是两次较大的森林火灾，致使乌拉山林区生态系统整体发展态势呈逆向演变趋势。从乌拉山林场1982年和2002年的森林资源统计数据对比来看，乌拉山林区林地面积2002年比1982年减少13.7%，年均减少0.7%；疏林地面积减少0.5%；灌木林面积减少27.4%，年均减少1.3%，而且现有天然林分质量极差，针叶树种所占比重减少，阔叶树种所占比重增加，且林区内80%以上的现存林分属成过熟林，有的已成老残林，森林资源质量下降，数量减少，植被逐年退化和死亡。二、结构效应2.营养结构变化是指生态系统中各生物成分间通过食物链和食物网发生直接和间接的联系，保持着结构和功能的稳定性；如果食物网中某一条食物链发生了障碍，就会导致生态系统营养结构发生变化，影响生态系统功能。重金属的污染常常导致水生生态系统中的浮游植物的种类发生变化，这种变化会影响到植食性动物群落的组成和结构，甚至通过食物链导致更高营养级生物的结构变化。二、结构效应3.污染物对生态系统结构的影响除了直接毒性作用外，还可以通过影响种间关系而起作用，如捕食、寄生、共生以及竞争等。例如，研究表明杀虫剂不但能直接改变害虫的种群结构，还对其捕食性天敌的群落结构造成影响。例如吡虫啉、抗芽威和氧化乐果三种杀虫剂降低了麦田亚蚜虫种群的多样性指数和均匀度，而且蚜虫的捕食性天敌（瓢虫类、食蚜蝇、草蛉和蜘蛛等）的多样性指数也相应下降。三、功能效应1.污染对初级生产量的影响(森林、农田)表3—5UV—B辐射对不同田间春小麦生物量及其分配的影响

三、功能效应2.污染对食物链的影响物种间营养相互关系直接影响着生态系统的物质循环、能量流动等过程的运转

环境污染往往会引起食物网简单化、食物链缩短或不完整，导致生态系统物质生产力降低、物质循环速度下降或中断、能量流动不畅或效率下降，生态系统的平衡能力和自我调节能力降低。

三、功能效应浮游动物藻类二氧化碳食菌原生动物细菌溶解有机碳异源碳图3—11浮游生物群落食物网简图（引自Havens，K.E.，1994）在牧食链中，藻类和多数浮游动物消失，只有少量的取食小型浮游动物和大型藻类的桡足类（Mesocyciops

edax）幸存下来在腐食食物链中，食菌的原生动物如鞭毛虫和纤毛虫消失

除藻剂硫酸铜对自然浮游生物群落食物链的影响。食物链的破坏阻断了微生物碳源向更高营养剂传递。三、功能效应一些化学污染物或重金属在生态环境中的残留会通过食物链和生物富集作用影响整个生态系统，危及人类健康。

三、功能效应3.污染对物质循环的影响在生态系统的物质循环中，污染物的介入会影响物质循环的某些环节，如微生物种群结构的变化，这必将导致整个生态系统结构和功能的降低。如：重金属对土壤微生物利用能源碳的影响。

三、功能效应3.污染对物质循环的影响

研究表明，多种污染物可以损害固氮菌的固氮作用。如一些除草剂在推荐浓度下会威胁固氮微生物的生存和影响固氮作用。在400mg/L（推荐浓度）的丙草胺和利谷隆作用下，大豆根瘤菌(Rhizobium

japonicum)的存活率分别下降了27.4%和57.8%；百草枯、苯胺灵和阿特拉津在正常使用剂量下也会抑制这类微生物的生长。重金属污染也会抑制固氮菌的作用，砷对土壤的固氮强度有抑制作用，当投加到土壤中砷的含量多于30mg/kg时，固氮强度下降约50%。四、物种多样性和生态系统功能的关系一种认为生态系统的功能受到物种多样性的影响或控制。MacArthur(1955)提出的多样性-稳定性假说(diversity-stabilityhypothesis)。该假说认为物种多样性和生态系统稳定性密切相关，直线并非表示稳定性与多样性之间呈严格的线性关系，它只表示稳定性随物种丰富度的上升而增加（图3—14a.1）Ehrlich(1981)提出了铆钉假说(rivethypothesis)。该假说认为系统中所有物种对系统功能维持都具有虽然小但重要的作用，就像一架飞机上的一个个铆钉。污染胁迫使个体和物种消失，其作用可以比拟为飞机失去铆钉，每失去一个铆钉，将相应的削弱一份整体功能。随着物种灭绝数量的增加，生态系统受损程度将逐渐加速地上升（图3—14a.2）。图3—14a的曲线3为冗余假说。该假说认为对于一个生态系统，存在一个物种多样性下限，这个下限是维持生态系统正常功能所必需的。当系统的多样性高于此下限时，物种数的增加或减少对系统功能没有多少影响。当污染使某些物种消失时，其他物种可以完成该消失物种的功能，因此，虽然生态系统物种多样性下降，但生态系统功能不受影响。图3-14物种多样性与生态系统功能的关系a.1.多样性-稳定性假说;2.铆钉假说;3.冗余假说;b.不确定假说四、物种多样性和生态系统功能的关系另一种认为生态系统功能更多地是受到物种组成(物种的生物学特征)等因素的控制，在物种多样性与系统功能之间可能不存在必然联系或存在不确定关系。不确定假说(hypothesis)是Lawton(1994)提出的(图3—14b)。该假说认为是物种的属性，而非物种丰富度，对系统功能起着关键的作用。所以当系统中物种丰富度减小时，生态系统功能可能会发生不可预料的变化，即物种丰富度与系统功能之间不存在简单的单调关系，或者说存在不确定的关系。以滇池为例，20世纪70年代中期以后，随着人为活动的加剧，滇池湖水日益富营养化，湖泊水质恶化，导致水生植物群落结构简化和退化，原来的优势物种如海菜花、轮藻等已绝迹，范草、马来眼子菜、苦草等已到濒临消失的边缘，耐污种如凤眼莲、喜旱莲子草和龙须眼子菜等大发展形成单优势群落。水生植物物种多样性也大幅度下降，由原来的100余种减少到20余种，而蓝藻“水华”也时有发生。第三节污染物在种群和群落水平的影响一、对生物种群的影响1.种群密度变化污染物可导致个体数量的减少，种群密度下降。如有毒污染物引起生物个体死亡率增加、繁殖率下降，最终导致种群密度下降。但污染物也能导致个体数量的增加和种群密度上升。典型例证：例如，农药的滥用造成天敌减少，容易引起害虫大爆发湖泊中氮、磷元素大量增加，引起藻类暴长，发生“水华”。除草剂西玛津，使土壤中无脊椎动物数目降低33~50%，在使用西玛津3~4个月后，同未施药的土壤比较，蚯蚓、双翅目、鞘翅目幼虫和螨等在数目上有显著减少。一、对生物种群的影响2。污染物能影响种群的性别比例和年龄结构例如，研究表明，31种类固醇激素(16种雄性激素和15种雌激素)可诱导9科34种雌雄异体鱼类和6科13种雌雄同体鱼类的性逆转。又如英国的15个污水处理厂出水可使雄鲤鱼中形成卵黄蛋白原，出现雌性化特征。大量研究表明鱼类的早期生命阶段(卵一幼鱼)比成鱼对污染物更敏感，种群年龄结构趋于老化。3.遗传结构的变化化学污染物通过引起遗传突变和非遗传性的毒性作用使种群的数量减少。如：桦尺镬19世纪时，环境没有受到污染前桦尺蠖是浅色的，浅色型桦尺蠖与环境色彩一致，不易被鸟类所捕食，而黑色个体型在浅色环境中容易被鸟类所发现而被淘汰。当环境发生了变化时，黑色个体型在污染成黑色的树皮上不易暴露而生存，导致该基因频率升高。这说明环境的变化导致了遗传结构的改变，使种群的基因频率发生了定向的变异。

一、对生物种群的影响二、对生物群落的影响

群落是指在一定时间内，居住在一定区域或生境内的各种生物种群相互关联、相互影响的有规律的一种结构单元。污染物可导致群落组成和结构的改变，包括优势种变化、生物量、丰度、种的多样性等等

1.优势种在群落中优势度大的即为群落优势种，它在群落功能中占重要的位置。群落中物种优势度通过物种的密度、盖度、频度和生产量来反映。

图3—10盖草能污染农田土壤动物优势类群的垂直变化(线虫和弹尾)注：01,02,03是指样地号(施药前一天、施药后一天和施药后十天).A是指土壤0-10cm层；B10-20cm；C20-30cm；D30-40cm.2.耐污种是指只在某一污染条件下生存的物种。如颤蚓、蜂蝇幼虫等仅在有机物丰富的水体中生活，繁衍。这类生物具有独特的结构与机能，适于在低氧条件下生活。颤蚓头部钻在污泥中摄食，尾部露在污水中不停摆动进行呼吸；蜂蝇幼虫具有长的尾巴露在水表面，通过尾部的气管进行呼吸活动。

3.敏感种指对环境条件变化反应敏感的物种。这类生物对环境因素的适应范围比较狭窄，环境条件稍有变化即不能忍受而死亡。如大型水生无脊椎动物中石蝇椎虫、石蚕蛾幼虫和蜉蝣稚虫等都喜在清洁的水体中生恬，一旦水体受污染、溶解氧不足时就不能生存。图1乙草胺对不同营养类型线虫密度的影响Fig.1TheEffectoftheAcetochlor

ontheNumberofDifferentTrophicGroupsNematode随着时间的推移食细菌线虫的密度变化不大，对环境抗干扰和恢复能力较强，线虫群落总数的减少主要是由于植食性线虫、食真菌线虫、捕食/杂食性线虫密度的减少引起的，食真菌线虫、捕食/杂食性线虫两类线虫对乙草胺污染较为敏感。农药和重金属对土壤自由线虫营养类群和群落指数的影响4.对群落组成和结构改变一般是耐污种在污染环境中增多而敏感种逐渐消失，狭污性种群被广污性种群所代替，群落组成和结构发生改变例如，在严重污染的第二松花江的哈达湾江段，1982年研究结果表明，喜污性的普通等片藻代替了喜清水性的颗粒直链藻，并出现了耐污种泥污颤藻，耐污性的绿眼虫代替了清水性的浮游动物，还出现了耐污性的萼花臂尾轮虫和壶状臂尾轮虫，同时鱼类区系也发生了变化。4.对群落组成和结构改变污染物可导致群落的优势种变化，从而影响群落的组成和结构。增温前增温后浮游植物硅藻门的直链藻、金藻门的锥节藻蓝、绿藻夏季为铜绿微囊藻和水花束丝尊；浮游动物象鼻蚤和剑水蚤底栖动物摇蚊幼虫、大型螺蚌数量多，寡毛类数量很少大型蚌类减少，而小型螺数量增加，蜉蝣目幼虫消失鱼类以鲤鲫鱼为优势种。鲫鱼数量锐减，被小型的杂鱼所代替5.对群落物种多样性的影响春甘蓝化防田与自控田节肢动物群落特征指数比较

6.对群落演替的影响如武汉东湖由于受富营养化的影响，湖中的植物由草型转变为藻型,湖底退化为次生裸地。再如农田连续使用农药，改变了农田的群落结构。吴竞仑（2006）研究表明，连续4年施用7种不同的除草剂，影响了杂草群落的演替过程，杂草优势种群发生了明显变化。连续施用异丙草胺、乙草胺和苯噻酰草胺等三种单剂处理，稗草的优势度值下降，主要阔叶类杂草、一年生莎草科杂草和多年生水莎草优势度值均高于对照区，而施用磺酰脲类的苄嘧磺隆处理的结果则与它们相反。第四节污染物在个体水平上的影响污染物对生物个体水平的影响对动物的影响：死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发育抑制、疾病敏感性增加和代谢速率变化对植物的影响：生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等一、死亡

在一定的剂量或浓度作用下，污染物能引起动物死亡，这样的剂量或浓度被称为致死剂量或致死浓度。铜引起50％水生生物死亡的浓度范围：枝角类为5～300ug/l软体动物为40～9000ug/l。汞引起这两类生物50%死亡的浓度范围：枝角类为0.02～40ug/l软体动物为90～2000ug/l。

一、死亡主要的影响因素有：污染物的种类及其物理化学性质生物种类污染物作用的时间例子：镍在96小时引起刚孵化出的鲤鱼苗死亡的浓度为6.10mg/l，而对体长4～5cm的幼鱼为35.0mg/L温度增高会增加污染物的致死效应；氮在碱性条件形成非离子氨(NH3)对生物致死效应明显，而在酸性条件下形成铵离子，对水生生物则无明显毒害。

水质条件（水温、pH、硬度和溶解氧）多种污染物的综合作用二、对行为的影响(一)对水生生物行为的影响当一种污染物或其他因素(如温度、光照、辐射)使得动物一种行为改变超过正常变化的范围时，就产生了行为毒性(BehavioralToxicity)。水环境污染可影响的水生生物行为主要有：对污染物的回避行为、捕食行为、学习行为、警惕行为和社会行为。研究较多的是回避行为、捕食行为和警惕行为。(一)对水生生物行为的影响回避行为是指水生动物，特别是游泳能力强的水生动物，能主动避开受污染的水区，游向未受污染的清洁水区的行为。目前已知能对污染物产生回避反应的水生动物主要是各种鱼、虾、蟹，此外，水生昆虫也有一定的回避能力。(一)对水生生物行为的影响不同的水生动物对同一种污染物的回避能力差异很大。如杂色鳟对DDT有较强的回避能力，阈值为0.005mg/L；食蚊鱼次之，阈值为0.1mg/L；草虾完全不回避。水生生物的活动类型、生理状态和水温变化都能影响回避反应的强度，如细鳞大麻哈鱼在海水中对原油的回避阈值11.5℃时仅为1.6mg/L，7.5℃时达16mg/L一般来说，水生生物对污染物的回避阈值低于污染物对水生生物的致死浓度。如鲫鱼对杀螟松(农药)的回避阈值是10ug/L，比致死浓度低两个多数量级。(一)对水生生物行为的影响但有的污染物超过致死浓度，生物也不回避，如异狄氏剂浓度超过致死浓度时，食蚊鱼和草虾也不回避。水生生物的回避能力在实验室和野外也存在差异性，如在受铜、锌污染的一条加拿大河流中，野外现场观测的阈值为实验室阈值的18倍。(二)对鸟类行为的影响

对鸟类行为影响最典型的污染物是有机磷农药/乙酰胆碱酯酶(Ache)的活性例如受有机磷农药污染的欧惊鸟，当脑组织中Ache活性被抑制50％时，一些行为发生改变，表现为姿态效应改变。这里的姿态是指欧惊鸟体息时一足站立。受污染的欧惊鸟在休息时一足站立时间明显改变(姿态效应)，这是由于有机磷农药影响了欧惊鸟的神经系统，导致了鸟的平衡和协调性的损害。

(二)对鸟类行为的影响鸟类行为改变还表现在对领地的失控和不能照顾它们的后代。例如，Bushy等研究有机磷杀虫剂对加拿大新不伦瑞克地区云杉中的白喉麻雀的影响。对13对喷洒农药区的鸟和7对附近未喷洒农药对照区的鸟进行跟踪，结果表明，喷洒区的成年白喉麻雀减少三分之一，主要是在喷洒区白喉麻雀放弃了它们领地或死亡。同时发现处在繁殖期鸟的育雏方式受到破坏和舍弃孵蛋，结果是幼鸟的数量只有对照区的四分之一。

三、对繁殖的影响对动物而言，一般表现为产卵(仔)数、孵化率和幼体存活率下降以及繁殖行为变化等。生物机体繁殖损害最终导致种群数量下降，甚至导致物种灭绝。又如有机磷杀虫剂可影响家燕的精子数量，在连续4个1.5小时喂食含有机磷杀虫剂的食物后，家燕精子数下降了30％。在鸟类中，污染物影响鸟类繁殖一个典型的效应是鸟蛋壳变薄。有机氯杀虫剂、多氯联苯、汞、铝等污染物也能产生鸟蛋壳变薄的效应，有机氯杀虫剂导致鸟蛋壳变薄的机理也已清楚，主要是阻碍了钙(ca)向壳腺细胞的运输。目前，蛋壳变薄巳作为一个敏感指标评价污染物对鸟类繁殖的影响，称之为蛋壳的厚薄指数DDTs/二恶英对水鸟的影响

蛋壳变薄孵化率降低小鸟生存率降低三、对繁殖的影响（影响繁殖的物质种类）1．天然雌激素和合成雌激素天然雌激素是从动物和人尿中排出的一些性激素，如雌二醇、孕酮、睾酮。合成激素包括与雌二醇结构相似的类固醇衍生物，如二甲基已烯酚(DES)、己烷雌酚、乙炔基雌二醇、炔雌醚等，也包括结构简单的同型物，即非甾体激素。这些物质主要来自口服避孕药和促家畜生长的同化激素。早在70年代环境学家就开始研究水环境中天然雌激素和合成激素对饮用水的污染问题。例如，英国曾对9条河流和8种饮用水样进行检测，在二条河水中检出了炔雌酮，浓度为17ng/L，在一条河水样品和饮用水样中检出了孕酮，浓度为6ng/L。

三、对繁殖的影响（影响繁殖的物质种类）2．植物雌激素这类物质是某些植物产生，并具弱激素恬性的化合物，以非甾体结构为主。这些化合物主要有异酮类、木质素和拟雌内醇。产生这些化合物的植物有豆科植物、茶和人参等。研究报道认为，中国和日本等是食用豆制品较多的国家，而乳腺痛、冠心病和前列腺癌等激素依赖性疾病的发病率较欧美国家低，这可能是植物激素所诱导的免疫反应起作用的结果。然而植物激素过多也能引起生殖系统伤害和疾病。

三、对繁殖的影响（影响繁殖的物质种类）3．具有雌激素活性的环境化学物质许多人工合成的化学物质具有激素活性，广泛存在于环境之中，这些物质具有弱雌激素活性，也是常见污染物。这类物质主要包括：①杀虫剂，如DDT、氧丹、硫丹、毒杀酚、狄氏剂、开蓬等。DDT最早被证明具有雌激素活性。②多氯联苯(PCBs)和多环芳烃(PAHs)。PCBs是一类非常复杂的混合物，共有209个异构体，多数PCBs混合物表现激素作用。具有雌激素活性，某些PCB也具有甲状腺激素的活性。③非离子表面活性剂中烷基苯酚化合物，如4—壬基酚、4—辛基酚、4—壬基—苯、氧基—双氧乙烯醚和4—壬基—苯氧基乙酸等。这类非离子表面活性剂大量用于洗涤剂、油漆该、杀虫剂和化妆品。④塑料添加剂，如邻苯二甲酸酯。⑤食品添加剂(抗氧化剂)，如丁苯、丁化羟基回香醚、4—硝苯甲苯、2，4—二氯苯酚等。⑥工业废水和生活污水，如漂白纸浆废水、石油化工废水和城市污水等，这些废水含有上述具激素活性的化合物，因此具雌激素活性。三、对繁殖的影响（影响繁殖的物质种类）

环境激素可使野生动物性发育和雄性生殖器异常，导致繁殖成功率下降。例如，PCBs可抑制鱼类卵巢发育、降低鱼类血液中雌激素和卵黄蛋自厚的含量，导致胚胎和幼体发育障碍；DDT诱导雄鸥胚胎的雌性化，即畸形卵巢组织和输卵管的发育，鹰不营巢和不哺育幼鸟。英国环境署对英国31条河流的调查发现，污水处理厂排放口下游的雄性虹鳟鱼发生雌性化，丧失雄性生殖力。除对野生动物的影响外，环境激赢对人体有严重的危害。危害之一是引起多种形式的雄性生殖系统发育障碍，如性腺发育不良、阜丸萎缩和睾丸癌发生率有明显增加。环境激素与人类许多重大疾病发生有关，如高血压、肿瘤等。对环境雌激素且其危害的研究已成为当前生态毒理学、分子生物学、环境医学等多学科交叉的一个十分活跃的前沿领域，井已受到各国政府和世界组织的高度重视。

螺的雄性化现象正常的雄性个体雄性化的雌性个体1ng/L的TBT就导致软体动物的雄性化精巢卵巢雄性生殖器雄性生殖器濒危北极露脊鲸中出现严重的雄性雌性化现象美国大湖水貂、北极地区的北极熊、荷兰瓦登海海豹等种群数量下降。哺乳类雄性雌性化

两栖类的雌雄同体现象的普遍性由于阿特拉津的污染，美国有10-92%雄性野生蛙表现出精巢发育延迟或雌雄同体Nature,2003

美国白鲟/中华鲟等许多珍稀濒危物种中出现雌雄同体，雄性比例下降,物种濒临灭绝濒危珍稀鱼类00.511.5270-80s90s雄性在种群中的比例00.511.5200.511.52中华鲟白鲟/雌雄同体经济鱼类雌雄同体的高频出现ovum石斑鱼、剑尾鱼、比目鱼、鲻鱼等多种重要经济鱼类的野生种群中发现雌雄同体高频发生，致使这些种群的繁殖力下降，种群数量锐减LiaodongBayBohaiBay天津北京河北雌雄同体发生率31%10%23%50%59%LaizhouBayDalianBeidaihe四、对生长发育的影响污染物对生长和发育的影响通常可通过生长指示器(scopeforGrowth，SFG)来测定。SFG是反映生物机体能量获取利用和代谢的综合指标，可以用下列公式表示：SFG=A-(R+U)A从食物获得的能量R呼吸作用的能量损失U排泄作用的能量损失四、对生长发育的影响三丁基锡在2ng/L以上，贝类(Mytilusedulis)随暴露浓度升高SFG减少，表明生长发育受阻；重金属Zn0.9mg/L能明显抑制淡水端足目钩虾的SFG，导致后代体重下降，长期暴露导致钩虾的种群数量和生存。

四、对生长发育的影响尽管有些污染物不会危害生物机体摄食率和生理代谢，但由于机体对污染物的解毒，消耗了大量的能量，仍然能导致生长发育障碍。Bengtson等研究了跳虫的金属解毒作用，分别用生长在含0.30,90,300ug/g铜、铅的营养肉汤培养基上的真菌来喂养这种跳虫，结果发现：高浓度的重金属使跳虫积蓄金属的肠细胞不断脱落，生长率下降，但死亡率有所降低。有机体以解毒机制来减少死亡率，然而不利于生长发育，仍将会导致种群水平上明显危害。第五节污染物在细胞和器官水平上的影响一、对细胞的影响研究污染物与细胞结构和功能损伤的关系，不仅可以阐明污染物毒作用的本质，而且可以评价污染物有害性及在早期警报污染物对生态系统的影响污染物对细胞的损伤，可表现为细胞结构和功能的改变

(一)对细胞膜的影响细胞膜由脂质双分子层和镶嵌蛋白构成其主要功能有：参与细胞内外的物质交换；细胞膜上会有多种受体，如某些激素受体、神经递质受体；细胞膜携带有某种抗原，如组织相容性抗原及红细胞膜上血型抗原等。

(一)对细胞膜的影响首先，污染物引起的膜脂过氧化作用导致细胞膜的损伤。例如，大气污染物SO2经气孔进入叶组织SO32—，和HSO3—被氧化为SO42—氧化过程产生了自由氧基，引起了膜脂的过氧化，从而伤害了膜系统。

(一)对细胞膜的影响其次，污染物可影响细胞膜的离子通透性例如，神经信息传导依赖于神经细胞膜的Na+或K+通透，拟除虫菊酯杀虫剂和DDT均可作用于细胞膜的Na+通道，干扰Na+通过细胞膜，影响神经传导。再者，污染物与细胞膜上的受体结合，干扰了受体正常的生理功能。(二)对细胞器的影响

1．线粒体在真核细胞中，线粒体是氧化磷酸化部位，是细胞能量提供的场所。污染物不仅可以引起细胞线粒体膜和嵴的形态结构的改变，而且可以影响线粒体的氧化磷酸化和电子传递功能。例如，大鼠子宫内给甲基汞，肝线粒体密度降低，线粒体膜结构蛋白下降；呼吸功能和膜标志酶活性抑制。又如，杀虫双是一种含氮类乐虫剂，是沙蚕毒素的衍生物，在我国农业生产上广泛应用，然而，杀虫双对家蚕具有极高的毒性，在低剂量和长期暴露后，可导致家蚕绢丝腺细胞线粒体形态结构改变，电镜观察发现线粒体嵴减少、线粒体变小。(二)对细胞器的影响2．光面内质网和糙面内质网光面内质网的重要功能之一是激素和外源性化合物的代谢。某些污染物经代谢活化产生自由基，可导致内质网结构和微粒体膜的一些重要组分如混合功能氧化酶的破坏。糙面内质网是蛋白质合成的部位。多核糖体可附着于网上或游离于胞浆中，内质网通过附着或解离核糖体，控制蛋白质合成。多种结构的化学致癌物，如黄曲霉毒索、芳香胺和PAH等，能引起核糖体脱落，导致蛋白质合成控制的改变。(二)对细胞器的影响3.其他除影响线粒体和内质网外，污染物还可影响微管、微丝、高尔基体、溶酶体等其他细胞器。例如，污染物导致溶酶体解体，有损害性的水解酶异常释放，产生细胞损害。二、对组织器官的影响

(一)靶器官靶器官(TargetOrgan)：例如，放射性碘积累在哺乳动物的甲状腺中，可能引起甲状腺痛；镉积累在哺乳动物肝和肾中，破坏肾细胞，引起蛋白尿(蛋白质从尿排出)；甲基汞作用于哺乳动物的脑，引起神经性疾病(水俣病)。

(一)靶器官靶器官不一定是效应器官。污染物作用于靶器官后，其毒作用直接由靶器官表现出来，则此靶器官是效应器官。例如，有机磷农药作用于神经系统（靶器官），会抑制胆碱酯酶活性，造成胆碱能神经突触处乙酰胆碱积累，结果表现为瞳孔缩小、流涎、肌束颤动等（效应器官）。

(一)靶器官靶器官也不同于蓄积器官，蓄积器官是污染物毒物在体内的蓄积部位。污染物在蓄积器官内的浓度高于其他器官，但对蓄积器官并不一定显示毒作用。如DDT等有机氧农药的靶器官虽是中枢神经系统和肝脏，但这类农药主要蓄积在脂肪组织中。靶器官可以是接触、吸收毒物的器官，也可以是远离接触、吸收部位的器官。如大气污染物中的二氧化硫可直接刺激上呼吸道及气管、支气管，而大气污染物中的铅经肺吸收后，却主要作用于神经系统和造血器官。(二)对组织器官的影响植物吸收大气污染物后，导致叶组织的坏死，表现为叶面出现点、片伤害斑，造成叶、蕾、花、果实等器官脱落，如SO2、O3、氟化氢、乙烯等。氟化氢污染时，植物吸收的F随蒸腾流转移到叶尖和叶缘，在那里积累至一定浓度后就会使组织坏死，出现叶片脱落。乙烯使洋玉兰的花瓣和花萼脱水枯萎。(二)对组织器官的影响污染物对植物组织和器官产生产生影响主要有：叶发生叶覆、穿孔、焦枯、黄化、失绿、褪绿、卷叶、厚叶、溶叶等；果实脱落、畸形等；花发生花瓣焦枯、落花等；根发生粗短肥大，缺少根毛表面高厚发脆等。Cu对大麦的毒害Mn

对果实的毒害(二)对组织器官的影响污染物对动物组织器官的影响相当复杂。常用于研究的器官有肝、肾、神经、繁殖器官、血液、呼吸器官、消化器官、内分泌器官。铅(Pb)可损害动物造血器官(骨髓)和神经系统。引起贫血或出现运动和感觉障碍。镉(Cd)主要影响动物肝脏和肾脏，引起骨痛病。汞(Hg)主要影响动物的神经系统．引起水俣病。

地下水砷污染情况新疆、西藏、内蒙古、贵州等地暴露人口1400万，病人60万观赏鱼类的眼畸形（北京通县）Absentrighteye,whichalsofoundinexperimentalfrogs(EST,2004,6290)DuetoFecesofHerons?暴露到城市污水处理厂后的眼畸变Normalexophthalmos2005年12月13日，在佳木斯市环境监测站实验室内，国家环保总局化学品生态效应与风险评估重点实验室的刘征清博士（右）正在做松花江水污染对水中鱼类环境影响的实验。二氧（杂）芑是一种工业副产品，是已知毒性最强的环境污染物之一和一种致癌或致畸杂环族碳氢化合物，对生殖系统、免疫系统和内分泌系统有毒性。世界卫生组织认定，这种物质一旦摄入体内就很难排出。

2005年尤先科中毒政治事件(乌克兰)

第六节污染物在分子水平和生物化学上的影响污染物进入机体后导致的生物化学变化包括：

防护性生化反应和非防护性生化反应作用类型例子后果防护性混合功能氧化酶的诱导加快新陈代谢，生成水溶性代谢物，从而加速排泄金属硫蛋白的生成增加对金属的束缚速度，从而降低金属的生物利用率非防护性乙酰胆碱酯酶的抑制作用50％以上因抑制而产生可见的毒性效应DNA加合物的生成若导致突变会发生损害作用表2－1对污染物的防护性和非防护性生化反应污染物对生物分子水平的影响主要表现在以下方面：干扰正常的受体——配体的相互作用受体（receptor）是许多组织细胞膜上的大分子成分，配体（ligand）是生物体内的一些具有生物活性的化学物。正常情况下，受体与配体结合形成受体－配体复合物，产生一定的生物学效应。生物膜损伤不少环境化学物通过改变膜脂流动性，影响膜的通透性和镶嵌蛋白质的活性，改变其结构和稳定性，从而产生生物效应干扰细胞内钙稳态正常情况下细胞内的钙浓度较低（10－7～10－8mol/L），细胞外浓度较高（103mol/L

）。各种细胞毒物，如硝基酚、过氧化物、汞、铅等重金属离子均能干扰细胞内钙稳态，引起细胞损伤和死亡。干扰细胞能量的合成一些环境污染物可干扰糖类的氧化，使细胞不能合成能被生物利用的ATP，ATP使细胞生命活动得不到充足的能量供给脂质过氧化(lipied

peroxidation)与自由基脂质过氧化是细胞损伤的一种特殊方式,是由于产生了自由基而引起的,正常情况下,生物体内氧化、还原和酶促反应过程中，均可产生少量自由基，一般可被体内存在的抗氧化物质（如维生素C、维生素E）所对抗，对生物危害不大。当大量污染物（自由基）进入机体，造成机体抗氧化作用失衡，即可发生脂质过氧化，对生物体造成危害。与生物大分子共价结合共价结合可改变生物大分子的结构和功能，引起一系列生物学改变，特别是与酶蛋白、脂肪、核酸等重要生物大分子共价结合，能改变其化学结构，影响其生理功能，甚至导致变性和细胞死亡。一、对生物大分子的影响

一、对生物大分子的影响最典型的方式是污染物及其活性代谢产物作为生物合成的“原料”，生物大分子结合，导致生物大分子组成的功能性异常。如D-半乳糖胺通常以乙酰化物存在于结构多糖中，给动物大剂量的D-半乳糖胺，D—半乳糖胺代谢物掺人糖蛋白及糖脂，产生细胞膜损害，最终发生动物肝损害。除与生物大分子结合外，污染物及其活性代谢产物还可以抑制生物大分子的合成，例如，蛋白质合成抑制、RNA合成抑制和DNA合成抑制。一、对生物大分子的影响1．对蛋白质影响蛋白质中许多氨基酸带有活性基团，如一OH基、胍基、一NH2、巯基等，这些氨基酸活性基团在维持蛋白质的构型和酶的催化活性中起重要作用这些基团易与污染物及其活性代谢产物发生反应，导致蛋白质化学损伤，对细胞膜和亚细胞的损伤作用，最终可导致细胞死亡和组织坏死。一、对生物大分子的影响1．对蛋白质影响如应激蛋白(StressProteins)和金属硫蛋白(Metallothionein)。这些蛋白质可以保护生物机体抵抗污染物的损害，是防护性生化反应。例如，鱼类暴露于Zn、Cu、Cd等重金属均能诱导体内的金属硫蛋白；鱼暴露于Cd后，肝中金属硫蛋白与水体Cd浓度呈正相关；对贝类研究发现，Cd积累与金属硫蛋白有关，金属硫蛋白在细胞内Cd解毒中起重要作用等等因此，金属硫蛋白的诱导是一种保护性生化反应。一、对生物大分子的影响2．对脱氧核糖核酸(DNA)影响DNA可以受到不同途径的损伤，如正常细胞活动过程中的扭伤，紫外线和放射性物质的直接损伤，外源性化合物及其活性代谢产物与DNA结合等等DNA发生损伤的生物学后果是严重的，但细胞本身具有修复能力，一旦损伤发生，修复能力迅速被诱导如果损伤的DNA不能被修复，则产生DNA结构和功能影响，导致细胞死亡或细胞突变，产生遗传疾病。

一、对生物大分子的影响外源性化合物及其活性代谢产物与DNA相互作用及产生突变有一定的顺序，可分为四个阶段：1形成DNA加合物(DNAAddcuts)；2可能会发生DNA的二次修饰，如链断裂或DNA修复率提高；3DNA结构的破坏被固定。在此阶段，受影响的细胞常表现出功能的改变，最常见的染色体异常是姊妹染色体交换；4当细胞分裂时，外源性化合物造成的危害可导致DNA突变及其基因功能的改变。一、对生物大分子的影响DNA加合物的形成是产生DNA损伤最早期的作用，随后产生的最重要影响是DNA结构的改变，如碱基置换、碱基丢失、链断裂等。DNA加合物作为一项生物指标来评价环境中化学污染物的遗传毒性的研究日益受到重视。许多研究发现，污染严重的水体沉积物导致底栖鱼类中DNA加合物形成，井表明DNA加合物形成与鱼类肿瘤形成有很好的相关性。

一、对生物大分子的影响环境污染水平与DNA加合物形成的程度以及最终效应(遗传疾病)之间的关系相当复杂。例如，尽管吸烟程度和DNA--BaP如合物数量之间关系明确，但DNA-BaP加合物与肺癌发生率之间的关系仍不很确定。以DNA加合物作为生物指标来评价环境中化学污染物的遗传毒性，越来越受到人们的广泛重视。

二、对生物机体酶的影响污染物对生物机体酶的影响什么是酶（enzyme）？酶是一种特殊的蛋白质，在生物体内对代谢活动起催化作用，本身不发生变化。受酶作用的物质称为基质（底物），在酶作用下的反应称为酶促反应。酶和污染物的相互作用污染物进入机体后，一方面在酶的催化下，进行代谢转化，另一方面也导致体内酶活性改变，影响酶的数量和活性。另外有些环境污染物对酶有诱导作用。目前已发现多种环境污染物能诱导生物体内一些酶的活性增加，例如：有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃、表面活性剂、增塑剂和染料中间体等，均可对酶产生诱导作用。(一)酶活性的诱导由于环境中污染物众多，有时含量极低，用化学法往往无法检出，因而，污染水平与生物效应之间的关系也很不清楚。然而，应用酶活性的诱导作用，不仅能阐明污染物的作用机制、污染物的生物可利用性、污染物间的相互作用和生物机体的防御反应等等，而且可以利用它作为分子水平上敏感性的生物指标，来监测污染物对生态系统的早期影响。

30年前，外源化合物（偶氮染料）—代谢速度增加—微粒体酶含量增加有机亲脂性化合物+较长生物半衰期表象：其诱导作用是增加酶的合成速度，或可能降低酶蛋白的分解。

(一)酶活性的诱导(一)酶活性的诱导在诱导过程中，细胞光面内质网明显增生，微粒体蛋白含量增加及RNA与磷脂含量增加。当加入蛋白质合成抑制剂后(如放射菌素D，嘌呤霉素)，诱导作用消失。当用放射性同位素标记的氨基酸进行研究时，发现在酶诱导活性增加时微粒体蛋白合成的速度增加。应用RNA和DNA代谢抑制剂，发现诱导作用发生在转录水平上，并不需要新的DNA合成。(一)酶活性的诱导酶蛋白的合成受结构基因、操纵基因和调节基因三种基因的控制。结构基因含有酶蛋白合成信息，通过转录和翻译过程指导酶蛋白的合成。结构基因DNA转录成mRNA的速度由操纵基因控制。调节基因形成内源基因阻遏(调节)蛋白，作用于操纵基因使之失活，中止结构基因的转录过程，进而使酶蛋白合成停止。外源性化合物与调节基因形成复合物．使阻遏作用失效，故操纵基因不受阻遏，结构基因指导酶蛋白合成增加。(一)酶活性的诱导许多环境污染物能诱导生物机体体内一些酶活性增加:有机氯杀虫剂、多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)、表面活性剂、增塑剂和染料中间体等(一)酶活性的诱导目前研究较多的被诱导酶有：污染物在生物体内进行生物转化过程中的相I和相Ⅱ酶：如混合功能氧化酶系(MFO)、谷胱甘肽转移酶(GST)和尿二磷酸葡萄糖苷转移酶(UDPGT)等等；抗氧化防衡系统的酶系：如过氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶等，以及动物血清中的酶类。(一)酶活性的诱导混合功能氧化酶（MFO）MFO是污染物在体内进行生物转化相I过程中的关键酶系，它们对人工化学品解毒发挥了重要作用。MFO引起的生物转化的反应特征相同，但底物、产物的化学特性差别很大，即具有多种催化功能。细胞色素P450、NADPH细胞色素P450还原酶和磷脂。混合功能氧化酶（MFO）的作用MFO存在于所有的脊椎动物和大部分的无脊椎动物中，其作用是代谢非极性的亲脂性有机化合物，包括内源性化合物和外源性化合物。从解毒作用来看，许多外源性化合物进入体内，经MFO作用后发生各种变化，大多数被转化成低毒易溶的代谢产物排出体外。但有的则变成高毒甚至致癌物。(一)酶活性的诱导例如，许多研究表明鱼体内的混合功能氧化酶的诱导反应极为敏感，在污染水体中鱼的EROD和AHH芳烃羟化酶活性都有明显升高，并且鱼体内混合功能氧化酶的诱导有很好的剂量—效应关系。早在20世纪70年代中期，就建立了以诱导鱼体内混合功能氧化酶活性来监测海洋石油污染的方法。混合功能氧化酶的诱导不仅受大量的天然化合物、人造化合物的诱导，也受到其他因素的影响，如温度、食物等，因此，利用混合功能氧化酶的诱导监测环境质量的变化和污染物对生态系统的危害，目前在野外现实环境中未广泛开展，还在不断地研究之中。(一)酶活性的诱导抗氧化防御系统酶（GSH，Vc；VE；胡萝卜素）活性氧（ActiviatedOxygen）带有2~3个电子的分子氧还原产物，主要有：·OH、O2、H2O2活性氧的控制和消除由体内产生的活性氧可为抗氧化防御系统控制，消除活性氧对机体的伤害作用。某些污染物如多环芳烃、多氯联苯可在生物体内进行生物转化时产生大量活性氧。在一定范围内，这些活性氧可被体内的抗氧化防御系统清除，但当体内的抗氧化防御系统不能消除这些活性氧时，它们可使DNA链断裂、脂质过氧化、酶蛋白失活等，从而引起机体氧化应激或氧毒性。抗氧化防御系统酶（P73）超氧化物歧化酶（SOD）谷胱甘肽氧化酶（GPx）过氧化氢酶（Ct）(一)酶活性的诱导抗氧化防御系统酶许多研究表明，当植物暴露于大气污染物O3、SO2和NO2以及SO2和N02混合物时，植物体内谷胱甘肽过氧化酶活性显著地增加，已