污染生态学第三章,第四章课后作业

.第二章p104思考题3有机污染物和无机污染物对生物的毒害作用1无机有毒物:主要有非重金属的氤化物，砷化物与重金属中的汞，镉，铭,铅等.氤化物(CN)是剧毒物质，对人的口服致死量每毫升0.05-0.12毫克,低浓度的氤化物会引起人的慢性中毒.砷是累积性中毒的毒物,当饮用水中砷含量每毫升大于0.05毫克时，就会导致累积.重金属在水体中只要有微量的浓度即可产生毒性效应，某些重金属还可以在微生物的作用下转化为毒性更强的金属化合物;重金属不但不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，大量地富集，最后进入人体.采矿、冶炼、机械制造、建筑材料、化工等工业生产排出的污染物中大量为无机污染物，其中硫、氮、碳的氧化物和金属粉尘是主要的大气无机污染物。各种酸、碱和盐类的排放，会引起水体污染，其中所含的重金属如铅、镉、汞、铜会在沉积物或土壤中积累，通过食物链危害人体与生物。无机元素不同价态或以不同化合物的形式存在时其环境化学行为和生物效应大不相同，这是当今无机污染物研究中的前沿领域。无机污染物有的是随着地壳变迁、火山爆发、岩石风化等天然过程进入大气、水体、土壤和生态系统的。有的是随着人类的生产和消费活动而进入的。各种无机污染物在环境中迁移和转化，参预并干扰各种环境化学过程和物质循环过程，造成了无机污染物的污染。锡、镉、砷、铅、锑等的矿物开采量甚至大大超过它们的自然循环量。现代采矿、冶炼、机械制造、建筑材料、化工等生产部门，每天都排放大量的无机污染物，包括有害的元素氧化物、酸、碱和盐类等。其中硫、氮、碳的氧化物和一些金属粉尘是主要的大气污染物，可以直接危害人体和生态系统（见大气污染）。它们有的会和烃类污染物进一步发生气相反应生成光化学烟雾，有的会发生液相反应，引起酸雨等，从而伤害动植物，腐蚀建筑材料和使土壤肥力下降。各种酸、碱和盐类的任意排放，往往引起水质恶化等后果，其中所含的重金属元素如铅、镉、汞、铜等可在土壤中积累，通过食物链在不同的营养级上逐级富集，造成更大的危害。 污染物大多数是由与组成生物机体相同的元素所组成，当污染物发生分解之后，有些元素（如碳、氮、硫、磷、钙、镁、钾、钠等）就可以成为生物的构成成分。有些微量元素如锰、铁、铜、钻、铭、锌、钼是高等生物都必需的营养元素。所有的植物都需要硼，大多数植物需要钒，哺乳动物则除硼、钒之外还需要碘、氟、硒、锶和铭等。但如环境中这些元素的含量超过一定限度，也会成为恶化环境质量、危害生态系统的环境污染物。例如锌在土壤中含量过高,可使作物的植株矮小，叶片萎黄。过量的锌还会使土壤酶系丧失活性，细菌数目减少，土壤微生物作用降低。其他必需的营养元素如铜、锰、钻、钒、硒、钼等含量过高都对生态系统有毒害作用和不利影响。有些元素如铍、镉、汞、镍、砷等对生物是有毒的，其中铍、羰基镍和六价铭等对实验动物有致癌作用。锑、铊、铅等也都有毒性，可以在生物体内蓄积，引起各种症状。 一些无机污染物，特别是铅、汞、镉等重金属，它们在土壤和植株中的含量分布的一般规律是土壤〉根系〉茎叶〉籽粒（果实）。各种元素的价态不相同，毒性也不一样。如六价铭毒性大于三价铭，三价锑毒性大于五价锑，高价钒毒性大于低价钒，三价砷毒性大于五价砷。汞、锑、硒等的化合物的毒性又都较其元素状态的毒性为高。有些元素和化合物相互间存在拮抗或协同作用。例如锌或镉能和氤产生协同作用，使氤的毒性增高；镍或铜则对氤的毒性有拮抗作用，使氤的毒性降低。这是因为它们和氤能形成稳定的络合离子。2.有机无毒物:有机无毒污染物多属于碳水化合物，蛋白质，脂肪等自然生成的有机物.它们易于生物降解，向稳定的无机物转化.在有氧条件下，由好氧微生物作用进行转化，其进程较快，产物多为CO2,H2O等稳定物质;在无氧条件下，则在厌氧微生物作用下进行转化，这一进程较慢，产物主要为CH4,CO2等稳定化合物,同时也有硫化氢，硫醇等气体产生.有机污染物的组成非常复杂，在实际应用中多以BOD,COD,TOC和TOD等指标间接表示其含量..有机有毒物:多属于人工合成的有机物,如有机氯农药，合成洗涤剂，合成染料等，这一类污染物不易被微生物所分解，而且有些是致癌，致畸，致突变物质.有机污染物主要是通过生物富集、生物积累来对生物产生毒害。有机污染物能够沿着食物链传播，在动物体内的脂肪中聚集。它们还会引起过敏、先天缺陷、癌症、免疫系统和生殖器官受损。它们都属于环境激素，即使浓度极小，也会影响人类的内分泌系统。这些污染已经在土壤和水中长期存在，不仅难于生物降解，而且流动性很强，能够传播到世界各地，包括南极和北极。常规污染物不同，持久性有机污染物对人类健康和自然环境危害更大：在自然环境中滞留时间长，极难降解，毒性极强，能导致全球性的传播。被生物体摄入后不易分解，并沿着食物链浓缩放大，对人类和动物危害巨大。很多持久性有机污染物不仅具有致癌、致畸、致突变性，而且还具有内分泌干扰作用。研究表明，持久性有机污染物对人类的影响会持续几代，对人类生存繁衍和可持续发展构成重大威胁。P136思考题第四章四举例说明生物抗性对人类的利与弊各种生物都生活在一定的外界环境里，当外界环境条件（包括物理、化学和生物条件）发生变化，而对生物的生存不利时，生物会表现出抵御这种外界不良条件的能力，即为生物的抗性。由于遗传而具有的抗性称为天然抗性;由于适应环境变化而形成的，称为获得性抗性。微生物、植物、动物，以至人类都能产生抗性。不同种类的生物产生的抗性强弱不一；同一种生物，由于生长发育时期不同，或者处于不同的环境条件，或者具有不同的生理状况，抗性强弱也不同；而且有些生物对一种毒物如农药，一旦产生抗性，对另一种或几种毒害机理相同的农药也能产生抗性，即所谓交互抗性。一般认为生物产生抗性的机理，除了遗传基因发生变化外，还可能和生物体内的许多酶反应有关。这方面的知识有待于进一步探索。生物抗性对人类有利也有弊的方面，例如：1有利方面：不少外来有毒物质通过机体内酶促反应，可以转化成低毒或无毒物质，或转化为水溶性物质而利于排出体外，生物对外来毒物的这种防御机能称为解毒作用。污染物在生物体内酶的作用下，通过氧化、还原、水解、脱烃、脱卤、羟基化和异构化作用，逐步代谢为毒性较低或完全无毒的物质。植物对农药答有机物的代谢转化作用是很强的，许多有机物如酚、氤等进入植物体后，可以被降解为无毒的化合物，甚至降解为二氧化碳和水。植物对二氧化硫的氧化作用也很典型，二氧化硫在植物体内能够形成一种毒性很强的亚硫酸，但在植物体内又很快被氧化成硫酸根离子，使毒性降低风眼莲对酚、毒杀酚、灭蚊灵与氤等多种有机污染物都具有降解能力各种脂镕性有毒污染物进入组织后，多数要与体内的某些化合物或基团结合，使毒性减低，极性和水镕性增加，从而可以迅速随尿液或汗液排出体外，从而降低毒性，减少对自身的危害。2不利方面：①“矿毒不知”的大麦品种，该品种生长在群马县渡良獭川流域的铜污染严重地区，在其他麦类均不能生长的情况下，这种大麦仍能够正常生长，因此，被命名为“矿毒不知”为了控制农田杂草和病虫害，人类投入了大量的各种各样的农药。在开始使用农药的时候效果很显著，基本上起到了控制作用。但连续使用几年之后，人们发现同类农药已经不能控制同类杂草或病虫害了，原因是杂革、害虫或病原微生物获得了对这类农药的抗性。在石油、洗涤剂等有机物污染严重的地方.有些微生物能够正常生长并且大量繁殖。毒物在机体内的吸收、分布、代谢和排泄过程是一个极为复杂的过程，涉与许多屏障、其中之一是污染物在动物体内经多种方式被结合、固定下来，使其不能达到敏感位点(称“靶细胞”或“靶组织”)；牡顺是双壳类浅海底栖动物。翁焕新(1996)研究了重金属在牡蛎中的生物积累特性，发现重金属在贝壳中的积累量很高。这在一定程度上缓解了重金属对牡烦机体的毒害。有些污染物进入动物体内后被固定在骨骼中，而人食用之后在体内积累，达到一定剂量就会对对身体造成危害。研究生物的抗性，对于保护环境具有重要意义。如培育具有抗性的种群补充某些因为污染受到损失的生态系统；利用抗污染的生物种类，进行和进一步提高对有害昆虫的控制力等。抗性是生物在逆境中得以生存和延续的保证，是污染环境中生物多样性得以保持的基础。同时了解生物的抗性对人类的利与弊，扬长避短，利用生物抗性对人类有利的方面来更好的为人类服务。五.如何理解生物对污染物的吸收、积累、解毒与抗性的关系㈠生物对污染物的抗性机制是外部排斥和内部忍耐的综合结果。生物处于污染胁迫条件下，一方面通过形态学机制、生理生化机制、生态学机制等将污染物阻挡于体外；另一方面通过结合固定、代谢解毒、分室作用等过程将污染物在体内富集、解毒，这两方面的综合结果形成抗性。其中生物的解毒是抗性的基础，解毒能力强的生物一般都具有较强的抗性，但解毒不是抗性的全部，抗性强的生物不一定解毒能力就强。毒物在机体内的吸收、分布、代谢和排泄过程是一个极为复杂的过程，涉与许多屏障、其中之一是污染物在动物体内经多种方式被结合、固定下来，使其不能达到敏感位点(称“靶细胞”或“靶组织”);牡顺是双壳类浅海底栖动物。翁焕新(1996)研究了重金属在牡蛎中的生物积累特性，发现重金属在贝壳中的积累量很高。这在一定程度上缓解了重金属对牡烦机体的毒害。有些污染物进入动物体内后被固定在骨骼中。各种脂镕性有毒污染物进入组织后，多数要与体内的某些化合物或基团结合，使毒性减低，极性和水镕性增加，从而可以迅速随尿液或汗液排出体外。㈡植物的抗性机制MacnairMR(1978)参考了大量文献后，将抗件途径归纳为三个方面*即：避性.例如，植物可以防止重金属进入体内；鳌合或代谢转化进入体内的污染物，使其失去毒性；改变细胞的生理生化过程，使其对毒物的敏感性降低植物对污染物与其代谢产物的排出作用生物体对污染物来说只是一个通道，污染物进入体内后不经过任何转化即排出体外。污染物进入体内后很快与体内物质结合后排出体外。污染物经过氧化、还原、水解后直接排出体外。污染物经过体内氧化、还原、水解后再与其他物质结合后排出体外。㈢动物对污染物的分解转化⑴污染物进入动物体后，在体内经过水解、氧化、还原或加成等一系列代谢过程，改变其原有的化学结构，生理活性也相对减弱，加速了从体内排泄的过程。②通常，转化是将亲脂的外源性污染物转变为亲水物质，以降低其通过细脑膜的能力，从而加速其排出。不少有机磷化合物主要以这种方式在体内解毒。如敌百虫或敌敌良等农药污染物进入动物体内后，尿中常有二甲基磷酸排出；对硫磷与其体内的氧化物对氧磷，在水解时均产生对硝基酚，并由尿排出；乐果等含酰胺基的有机磷农药可经酰胺酶水解而解毒。动物对污染物的排泄作用⑴肾排泄⑵肝胆排泄⑶呼吸道排泄⑷其他途径排泄㈣微生物对污染物的避性微生物⑴形态学性避性---荚膜⑵生理学避性1.沉淀作用，2.胞外络合作用，3细胞壁结合作用⑶微生物对污染物的分解转化，微生物对污染物的外排：微生物除了分解、转