环境生物学 第四章3

第四章环境质量的生物监测与生物评价复习题第四章复习题单项选择题：1.日本北森良之介将濑户内海分成4个带。判断下列哪种多毛类动物在哪个带占优势？

A.躁索沙蚕-严重污染带；B.小头虫-严重污染带；C.小头虫-污染带；D.短鳃才女虫-正常带带；

E.短鳃才女虫-严重污染。参考答案：C.小头虫-污染带正常带半污染带污染带严重污染带优势种躁索沙蚕短鳃才女虫小头虫无底栖动物第四章复习题单项选择题：2.下列哪种生物与监测的对象是合适的?

A.牡蛎-硫化氢污染；B.牡蛎-甲烷污染；C.贻贝-水体重金属污染；D.唐菖蒲-水体重金属污染；

E.唐菖蒲-水体有机质污染。参考答案：C.贻贝-水体重金属污染第四章复习题单项选择题：3.下列哪种动物不属于大型底栖无脊椎动物？

A.羽须鳃沙蚕；B.珠带拟蟹守螺；C.翡翠贻贝；D.弹涂鱼；

E.弧边招潮蟹。

参考答案：D.弹涂鱼（脊椎动物）第四章复习题-单项选择题4.下列哪种动物是红树林的树栖动物？

A.远海梭子蟹；B.羽须鳃沙蚕；C.紫游螺；D.黑口滨螺；

E.可口革囊星虫。参考答案：D.黑口滨螺5.下列哪句对底栖动物的描述是不严谨的？A.具有高物种多样性的生态类群；B.是生物监测中敏感的指示生物；C.一个庞杂的形态类群；D.包括大型、小型和微型底栖动物；E.具有区域性强，迁移能力弱等特点。参考答案：C.一个庞杂的形态类群第四章复习题-单项选择题第四章复习题-单项选择题6.下列哪句话不严谨？

A.多毛类动物均是耐污的；B.小头虫是有机污染耐污种；C.蛤类具有两瓣贝壳；D.蟹类具有头胸甲；

E.文昌鱼栖息在沙质环境

。参考答案：A.多毛类动物均是耐污的种的多样性指数（1）格利森（Gleason)和马格列夫（Margalef)多样性指数（丰度指数）式中：S——种类（物种）数；N——总个体数。d

值越大表示水质越清洁。互花米草生境d=1.219秋茄生境d=1.583白骨壤生境d=2.245互花米草秋茄白骨壤Sp.17411Sp.2673Sp.31872Sp.43372939Sp.5316791Sp.618897Sp.7832Sp.87732Sp.9554Sp.10513Sp.11139712沙农-威弗（Shannon-Weaver）种类多样性指数

H’=-∑

(Ni/N)log2(Ni/N)H’—种类多样性指数；N—单位面积样品中收集到的各类动物的总个数；Ni—单位面积样品中第I种动物的个数；S—收集到的动物种类数。种的多样性指数互花米草秋茄白骨壤Sp.17411Sp.2673Sp.31872Sp.43372939Sp.5316791Sp.618897Sp.7832Sp.87732Sp.9554Sp.10513Sp.11139712互花米草生境H’=0.769秋茄生境H’=1.458白骨壤生境H’=2.585A.应用沙农-威弗（Shannon-Weaver）种类多样性指数时的注意事项：计算种类多样性指数（H'）的同时计算均匀性指数（J），这样分析时可以考虑繁殖季节引起的误差，例如，有如下两个群落：

A：96，1，1，1，1H'=0.3223J=0.1388B：20，20，20，20，20H'=2.3219J=1.0000

同样是5个种，100个个体，但群落A种内个体的分布极不均匀，种类多样性指数值低；B群落分布均匀，种类多样性指数较高。

均匀性指数公式：J=H’/log2S第四章第二节二（二）水环境质量的生物学评价生物指数计算例子A.应用沙农-威弗（Shannon-Weaver）种类多样性指数时的注意事项：个体数计算的H’值与生物量计算的H’值不一样。第四章第二节二（二）水环境质量的生物学评价生物指数计算例子栖息密度互花米草生境H’=0.769秋茄生境H’=1.458白骨壤生境H’=2.585生物量互花米草生境H’=2.219秋茄生境H’=2.633白骨壤生境H’=2.269栖息密度互花米草生境J=0.222秋茄生境J=0.421白骨壤生境J=0.747生物量互花米草生境J=0.642秋茄生境J=0.761白骨壤生境J=0.656

沙农-威弗（Shannon-Weaver）种类多样性指数多样性指数早期应用于淡水生物群落且由国外引入，因而在国内学者的引用上有所差异，如有以2为底的，有以自然对数为底的。深圳湾福田潮间带泥滩底栖动物群落不同对数底H’值的时间变化沙农-威弗(Shannon-Weaver)种类多样性的局限性（1）在单位时间内的取样，人们无法确定多样性指数值的变化是由于种类的增加还是由于个体的更均匀分布。2013年春季在深圳福田潮间带泥滩3条断面获得的H’值，无法确定3条断面多样性指数值的变化是由于种类的增加还是由于个体的更均匀分布。第四章第二节二（二）水环境质量的生物学评价生物指数计算例子沙农-威弗种类多样性的局限性（2）在有些污染情况下，多样性指数反而增高。比如，美国罗德岛大学生态研究中心用生态围隔（MERL）进行实验，发现油污组大型底栖生物的多样性指数反而高于对照组。第四章第二节二（二）水环境质量的生物学评价生物指数计算例子沙农-威弗种类多样性的局限性（3）在有些情况下，多样性指数指示污染不敏感。美国俄勒冈州Yaquina湾，因疏浚引起了底栖生物优势种和密度发生了变化，但多样性指数变化却很小，可见，多样性指数没有很好地反映优势种类的更替，也没有反映出栖息密度的变化。

第四章第二节二（二）水环境质量的生物学评价生物指数计算例子沙农-威弗种类多样性的局限性（4）平均值和统计值的差异平均值：断面内各取样站的平均值。统计值：断面内各取样站统计后计算的值。

第四章第二节二（二）水环境质量的生物学评价生物指数计算例子A1A2A3合计Sp.11001Sp.211282463Sp.30022Sp.471210Sp.53104Sp.61927551Sp.7801927Sp.80202Sp.91001Sp.1029111252Sp.111001Sp.122002Sp.131001Sp.141001B.丰度生物量比较法（AbundanceBiomassComparison,简称ABC法）英国人Warwick在1986年提出了ABC法的基本原理：在稳定的海洋环境中，大型底栖生物群落结构近似乎平衡，群落的生物量由1个或几个大型的种占优势，且每个种有几个个体，种内生物量的分布比丰度分布显优势，若将每个种的生物量和丰度对应作图在K－优势度曲线上，得出整条生物量曲线位于丰度曲线上方；B.丰度生物量比较法（AbundanceBiomassComparison,简称ABC法）当群落受到中度污染时，生物量占优势的大个体消失，在数量上占优势的种是随机的较小的种，在此情况下种内丰度的分布与生物量分布优势难分，在K－优势度曲线上表现为生物量曲线与丰度曲线相互交叉，或者重叠在一起；当严重污染时，大型底栖生物群落的个体数由一个或几个个体非常小的种（通常是环节动物的小头虫或寡毛类）占优势，种内丰度的分布比生物量分布更显优势，在K－优势度曲线图上，丰度曲线整条位于生物量曲线上方。(2)Excel作图过程：

计算密度和生物量大小顺序的累积值（见附件）；

A列列出取完对数的序号；

B列列出累积密度值；

C列列出累积生物量值；用散点图制图简介：Primer软件注意事项：丰度曲线与生物量曲线在累积100%处必然相交，但这与此之外的重叠性质不同；种数少时，容易产生误差。B.丰度生物量比较法（ABC法）的作图过程香港马湾潮间带大型底栖动物群落K-优势度曲线（ABC法）

MPI=10(2+k)[Σ(Ai–Bi)]/S1+k+100式中：Ai—密度优势度大小顺序的第i个累积百分优势度的数值：Bi—生物量优势度大小顺序的第i个累积百分优势度的数值；S—为采集到的物种数；K—常数，K=│Σ(Ai–Bi)│/Σ(Ai–Bi)，当Σ(Ai–Bi)为正数时，K=1；Σ(Ai–Bi)为负数时，K=-1。

MPI

>104，严重污染；

MPI=100~104，中度污染；

MPI

=94~100，轻度污染；

MPI

<94，海洋沉积环境清洁。MPI的优点是实现ABC法的数字化，而且反应灵敏，评价结果比种类多样性指数（H）更符合实际。（原理？）C.大型底栖动物污染指数（MPI）A列密度按大小顺序排列，计算总密度；B列计算出各个种的密度百分比；C列按顺序计算出累积密度百分比；D列生物量按大小顺序排列，计算总生物量；E列计算出各个种的生物量百分比；F列按顺序计算出累积生物量百分比；H列计算Σ(Ai–Bi)的值；根据公式求出MPI值，Σ(Ai–Bi)为正数时，K=1;为负数时K=-1。大型底栖动物污染指数（MPI）Excel计算过程：MPI的基本原理（与ABC法原理基本相同）：在稳定的海洋环境中，底栖生物群落结构近似乎平衡，群落的生物量由1个或几个大型的种占优势，且每个种有几个个体，种内生物量的分布比丰度分布显优势，此时密度累积百分优势度的数值减去生物量累积百分优势度的数值之和为负数，MPI<94

；当群落受到轻度污染时，群落的生物量由0-1个大型的种占优势，种内生物量的分布比丰度分布不显优势，此时密度累积百分优势度的数值减去生物量累积百分优势度的数值之和为负数，MPI在94~100之间；当群落受到中度污染时，生物量占优势的大个体消失，在数量上占优势的种是随机的较小的种，种内丰度的分布比生物量分布略显优势，此时密度累积百分优势度的数值减去生物量累积百分优势度的数值之和为正数，MPI在100~104之间；当严重污染时，底栖生物群落的个体数由一个或几个个体非常小的种（通常是环节动物的小头虫或寡毛类）占优势，种内丰度的分布比生物量分布更显优势，此时密度累积百分优势度的数值减去生物量累积百分优势度的数值之和为正数，MPI

>104。生物标志物（Biomarker)

：是生物体受到严重损害之前，在不同生物学水平（分子、细胞、个体等）上因受环境污染物影响而异常化的信号指标。这种信号指标可以对严重毒性伤害提供早期警报；可以是细胞分子结构和功能的变化；可以是某一生化代谢过程的变化或生成异常的代谢产物或其含量；可以是某一生理活动或某一生理活性物质的异常表现；可以是个体表现出的异常现象；可以是种群或群落的异常变化；可以是生态系统的异常变化。第四章第二节二（三）生物标志物1.生物标志物的分类暴露生物标志物（ExposureBiomarkers）：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其浓度。效应生物标志物（EffectBiomarkers）：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。敏感性生物标志物（biomarkerofsusceptibility）

：有些生物标志物即可以指示机体对化学污染物的暴露，也可证明化学污染物对机体的不利效应。如：DNA加合物的形成即表明生物暴露于遗传毒物，也表明可能导致的不利效应。第四章第二节二（三）生物标志物2.生物标志物的特异性差异很大。特异性高的生物标志物，如氨基乙酰脱氢酶（ALAD）仅被铅抑制；非特异性高的生物标志物,如免疫系统的某种反应可由很多污染物引起。

表4-10生物标志物以特异性降低的顺序排列生物标志物污染物测试ALAD的抑制金属硫蛋白的诱导卵壳变薄AchE的抑制抗凝血凝固蛋白混合功能氧化酶诱导DNA和血红蛋白加合物其他血清酶应激蛋白免疫反应铅钙DDT，DDE等有机磷、氨基甲酸酯灭鼠剂有机物；PAHs、PCBs等PAH金属，有机物，PAH金属，有机物金属，有机物，PAH足够可靠，可取代化学分析较难测定易测定较化学分析方法容易，可靠与化学分析同样复杂二恶英等化合物较化学分析法容易测定几种方法可用，但修复机理复杂已研究了几种不同的酶系统已对多种应激蛋白进行了研究很多测定方法可以应用3.评价一个生物标志物的一些基本原则(P166)：（1）一般指示性，对不同化合物起反应；（2）相对敏感性；（3）生物特异性；（4）化学特异性；（5）反应的时间效应；（6）固有的变化性；（7）与高级生物学水平上效应的关系；（8）野外应用的价值。保护区标志物种——野双峰驼

选择生物标志物的原则（百度百科)：具有一定的敏感性，敏感性应高于一般生物检测指标，低剂量下就可测出，可微量操作;具有反应的时间效应。反应要有一定的稳定时间，同时要快速;效应标志物在分子和生化水平上的效应要与高级生物学水平上的效应（如生长、繁殖）紧密相联，各级水平上的效应要有因果关系;具有一定野外应用价值;要求选取对受试生物损害较小的指标，技术易于掌握；具有特异性与预警性（如AchE)。第四章第二节二（三）生物标志物4、监测和评价中生物标志物的作用

（1）生物标志物是污染物作用于生物机体的早期反应，应用其竟性监测能在最早期阶段发现污染物的危害，起到“预警”系统的作用。

（2）可以一个物种的生物标志物的监测结果预测污染物对另一物种的的影响，这样更加准确和精确。

（3）可以反应在特定环境中的生物体在生理上是否正常，起到环境诊断的作用

（4）在受损生态系统的修复时，通过对生物标志物的监测可以知道修复技术是否有效和生态系统是否恢复到正常水平。

（5）反应一般较快，通常在48h可以表现出来。第四章第二节二（三）生物标志物5、生物标志物的应用意义

可知疾病的生物学过程。对于疾病研究，生物标志物一般是指可供客观测定和评价的一个普通生理或病理或治疗过程中的某种特征性的生化指标，通过对它的测定可以获知机体当前所处的生物学过程中的进程。可早期诊断疾病。检查一种疾病特异性的生物标志物，对于疾病的鉴定、早期诊断及预防、治疗过程中的监控可能起到帮助作用。可以阐明各种污染物的作用机理。能够确定各种污染物与生物体之间已发生的相互作用，并与生态学效应相联系，从而制定研究解决环境问题的方案(如种群水平的下降等)。第四章第二节二（三）生物标志物（四）环境流行病学调查环境流行病学研究作用物、环境和宿主三者之间相互关系；分析患病人群与环境中的某种因子有无相关关系或因果关系，找出剂量—反应关系，从而从复杂的综合因素中推导出病因的假设，确定病因，并为制定某一致病因子的环境卫生标准提供依据；控制引起疾病或健康障碍的作用物，以达到控制发病、围扼扩散、预防发病的目的。第四章第二节1、环境流行病学研究的内容调查不同地区特异性疾病的人群分布，地区分布，时间动态。调查并检测环境中的致病因子。分析调查资料。综合分析调查及实验资料。第四章第二节二（四）环境流行病学调查2、环境流行病学调查研究的原则选择样本要有代表性。调查设计要有对比性。获取资料要注意有效性。第四章第二节二（四）环境流行病学调查3、环境流行病学研究的设计（1）描述性研究；如发病统计（2）横断面研究；如患病率（3）前瞻性研究；预测将来（4）回顾性研究；回顾过去（5）时间-对照研究；每日变化（6）病例-对照研究；（7）控制暴露研究；（8）监测。中毒案例1讨论

症状：一位50岁男子主诉鼻反复出血2天，过去6个月中共发生3次，容易感觉疲乏，伴头晕，恶心，面色苍白；2月前手臂和大腿曾发生多处瘀点和瘀斑，由于食欲不好2年内体重减轻6公斤。疾病史：曾有骨折和重感冒史，无过敏史，偶饮酒，4年前已戒烟，近期无服药史。体征：心肺(-)，皮肤苍白，干燥，咽部炎症，牙龈出血，结膜苍白，四肢末端有程度不一的瘀点和瘀斑。实验室检查：血糖，血尿素氮，血红素正常；胸片可见高密度阴影，血尿(-)，心电图正常。职业：该男子是一名柴油机工程师，在汽车公司工作12年,8年前离婚，其前妻曾有过两次流产，目前患有孤僻症。问题：可能的病因是什么？苯接触来源和苯中毒的高危人群苯是无色透明，易燃液体，易挥发，有特殊的芳香味。苯是常用的溶剂和化工原材料，家庭装潢，家具，工艺品和玩具等行业存在苯接触。苯是石油和汽油中的重要成分，是汽车废气中的两种主要致癌物之一，环境空气中苯的浓度也有增高的趋势。吸烟也是一个不容忽视的苯接触途径。据估计，每支香烟中约含苯1mg。苯接触来源和苯中毒的高危人群苯主要在肝脏和骨髓中被混合功能氧化酶(MFO)转化为毒性代谢产物，所以那些可以诱导MFO的药物(如苯巴比妥，乙醇)和化学物(如氯丹，对硫磷)可以增加苯的毒性。骨髓代谢活跃的个体如婴儿，儿童，溶血性贫血患者更容易发生苯中毒。有血红蛋白异常的个体如地中海贫血患者更容易出现苯导致的再生障碍性贫血。苯可以激活细胞色素P450(CYP)产生氧自由基，这些氧自由基在苯毒性中起重要作用。苯在体内的代谢苯主要经过呼吸道和消化道进入体内，而且吸收快，吸收率分别为50%和90%左右。苯经皮肤吸收快，但吸收量少(约0.05%)，因为苯挥发性强。苯进入体内后可分布于全身各组织和器官，但主要分布于骨髓，肝脏等富含脂肪的组织。苯首先在肝脏，然后在骨髓进行代谢。骨髓中苯代谢产物的浓度是血液中苯代谢产物的400倍，所以骨髓是苯(代谢产物)的主要靶器官。苯的主要代谢产物包括活性氧，苯酚，儿茶酚，氢醌和苯三醇。苯主要通过呼出气(以苯原形)和尿(以酚，S-PMA和t,t-MA)排出体外。苯的毒性

苯主要影响中枢神经系统和造血系统。在短时间内接触高浓度的苯可发生急性中毒。出现中枢神经系统抑制的表现如昏迷，意识错乱，甚至死亡。目前认为中枢神经系统的这种作用是由苯而非苯代谢产物引起，因为短时间内不可能形成代谢产物。苯的毒性

(2)造血系统多能造血干细胞和淋巴细胞是苯毒性的靶细胞。苯代谢产物可以导致血液毒性，出现贫血，白细胞减少，血小板减少或全血细胞减少。长期高浓度苯接触可以导致再生障碍性贫血。苯接触还可以导致阵发性夜间血红蛋白尿。苯的毒性

(2)造血系统苯接触工人骨髓和外周淋巴细胞可发生染色体异常。苯引起白血病的潜伏期大约为5-15年,有些病人继发于再生障碍性贫血和骨髓增生异常综合征(MDS)。苯致白血病的机理目前还不十分清楚。苯的毒性

(3)其他虽然动物实验证明苯可以透过胎盘屏障，但目前还没有充分的证据证明苯的致畸效应。一些研究证明苯接触可以引起生殖毒性，女性可出现月经异常如周期延长，月经量增多。另有研究认为苯可引起免疫毒性。一些流行病学研究提示，苯接触可能与非血液系统肿瘤，如非霍杰金氏淋巴瘤有关，但目前证据不充分。临床评价对苯中毒病例进行诊断和临床评价应从以下几方面进行:接触史。应详细询问病人的工作中是否接触苯其他血液毒性物质如溶剂，杀虫剂，砷等，用药史，射线接触史，是否吸烟。疾病史和家族史。除疾病史外，还应详细询问病人有关血液肿瘤，遗传性血红蛋白异常，出血异常等疾病的家族史。临床评价（3）临床症状和体征。醉酒状态（昏迷，意识错乱）是急性苯中毒的典型表现。对于慢性苯接触，每个人的表现不一样。但是导致苯接触工人前来就医的原因往往是感染引起的发热，出血的表现如鼻子和皮肤瘀点和瘀斑，胃肠道出血，疲乏，厌食症。（4）实验室检查。实验室检查指标包括全血细胞计数(红细胞数，红细胞压积，红细胞平均容积，血红蛋白含量，血小板数)，骨髓检查。预防和处理

预防苯中毒首要的是消除或减少苯接触。我国苯接触的职业卫生标准规定车间8小时加权平均浓度(TWA)应低于6mg/m3。但是，我国有关大气，饮水和食品中苯含量的卫生标准还不健全。急性苯中毒没有特效解毒剂，主要是对症治疗和支持治疗。对于急性苯中毒病人，应尽快脱离苯接触，给氧，监测和治疗心肺功能。应尽快脱下被污染的衣服和鞋子。如果眼睛和皮肤受苯污染，应尽快用肥皂水冲洗。如果是经消化道吸收，应避免呕吐，防止吸入呕吐物引起的化学性肺炎。急救原则可用葡萄糖醛酸，忌用肾上腺素。对于慢性苯接触者，首先应脱离苯接触。如果出现血液细胞减少，再生障碍性贫血或白血病，则按照上述疾病的治疗原则进行治疗。中毒案例2讨论

男性，38岁，因头痛，记忆力减退，因有脐周围疼痛3个月而入院。查体：神志清楚，心肺检查未见异常；腹平软，肝脾不大；四肢痛触觉及四肢腱反射未见异常，未引出病理反射，脸颤(+)，