环境化学污染物在生物体内的迁移转化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第五章第五章 污染物在生物体内迁移污染物在生物体内迁移转化转化第1页生物污染和生物污染生物污染和生物污染主要路径主要路径环境污染物在生物体内环境污染物在生物体内分布分布污染物质污染物质生物富集、放大和积累生物富集、放大和积累微生物微生物对环境污染物对环境污染物降解转化作降解转化作用用环境污染物对人体健康影响环境污染物对人体健康影响本章内容介绍本章内容介绍第2页重重 点点 掌掌 握握污染物质污染物质生物富集、放生物富集、放大和积累大和积累微生物微生物对环境污染物对环境污染物降降解转化作用解转化作用环境环境污染物污染物对对人体健康人体健康影响影响第3页第一节第一节生物污染和生物污染主要路径生物污染和生物污染主要路径一、一、生物污染生物污染 有两种含义，一个是指对人和生物有害微生物、寄生虫等病有两种含义，一个是指对人和生物有害微生物、寄生虫等病原体和变应原等污染水体、大气、土壤和食品，影响生物产量和原体和变应原等污染水体、大气、土壤和食品，影响生物产量和质量，危害人类健康。质量，危害人类健康。另一个是指大气、水环境以及土壤环境中各种各样污染物质，另一个是指大气、水环境以及土壤环境中各种各样污染物质，包含施入土壤中农药等，经过生物表面附着、根部吸收、叶片气包含施入土壤中农药等，经过生物表面附着、根部吸收、叶片气孔吸收以及表皮渗透等方式进入生物机体内，并经过食物链最终孔吸收以及表皮渗透等方式进入生物机体内，并经过食物链最终影响人体健康现象。影响人体健康现象。二、植物受污染主要路径二、植物受污染主要路径1.表面附着表面附着表面附着是指污染物以物理方式黏附在植物表面现象。表面附着是指污染物以物理方式黏附在植物表面现象。表面附着量大小与表面附着量大小与植物表面积大小、表面形状、表面性质植物表面积大小、表面形状、表面性质等等相关。植物叶片越粗糙，比表面积越大，越能吸附大量污染物。相关。植物叶片越粗糙，比表面积越大，越能吸附大量污染物。一些植物叶片分泌一些油脂性物质，增加了对颗粒态污染物吸附一些植物叶片分泌一些油脂性物质，增加了对颗粒态污染物吸附作用。比如云杉、油松、马尾松能分泌油脂性物质，杨梅、草莓作用。比如云杉、油松、马尾松能分泌油脂性物质，杨梅、草莓等叶片粗糙，比表面积大。等叶片粗糙，比表面积大。生物污染生物污染生物受到污染生物受到污染云杉云杉油松油松第4页2.2.植物吸收植物吸收 植物对大气、水体和土壤中污染物吸收方式可分为植物对大气、水体和土壤中污染物吸收方式可分为主动吸收主动吸收和和被动吸收被动吸收两种。两种。主动吸收即代谢吸收主动吸收即代谢吸收，是指植物细胞利用其特有代，是指植物细胞利用其特有代谢作用所产生能量而进行吸收作用。细胞经过这种吸收谢作用所产生能量而进行吸收作用。细胞经过这种吸收能把能把浓度差逆向外界物质浓度差逆向外界物质引入细胞内。植物经过根系从引入细胞内。植物经过根系从土壤或水体中吸收营养物质和水分同时亦吸收污染物，土壤或水体中吸收营养物质和水分同时亦吸收污染物，其吸收量大小与污染物性质及含量、土壤性质和植物品其吸收量大小与污染物性质及含量、土壤性质和植物品种等原因相关。种等原因相关。主动吸收可使污染物在植物体内浓缩。主动吸收可使污染物在植物体内浓缩。被动吸收即物理吸收被动吸收即物理吸收，这种吸收依靠外液与原生质，这种吸收依靠外液与原生质浓度差，经过溶质扩散作用实现吸收过程，其吸收量大浓度差，经过溶质扩散作用实现吸收过程，其吸收量大小与污染物性质及其含量大小，植物与污染物接触时间小与污染物性质及其含量大小，植物与污染物接触时间长短等相关。长短等相关。第5页三、动物受污染主要路径三、动物受污染主要路径 环境中污染物主要经过环境中污染物主要经过呼吸道、消化道和皮肤吸收呼吸道、消化道和皮肤吸收等等路径进入动物体内，并经过食物链得到浓缩富集，最终进路径进入动物体内，并经过食物链得到浓缩富集，最终进入人体。入人体。1.1.动物吸收动物吸收 动物在呼吸空气同时将毫无选择吸收来自空气中气态动物在呼吸空气同时将毫无选择吸收来自空气中气态污染物及悬浮颗粒物，在饮水和摄取食物同时，也将摄入污染物及悬浮颗粒物，在饮水和摄取食物同时，也将摄入其中污染物，脂溶性污染物还能经过皮肤吸收作用进入动其中污染物，脂溶性污染物还能经过皮肤吸收作用进入动物机体。比如，一些气态毒物如氰化氢、砷化氢等都可经物机体。比如，一些气态毒物如氰化氢、砷化氢等都可经皮肤吸收。皮肤吸收。呼吸道吸收污染物，经过呼吸道吸收污染物，经过肺泡肺泡直接直接进入动物体内进入动物体内大大循环循环。成年人天天吸入成年人天天吸入101012m12m3 3空气，而空气中正隐藏着各空气，而空气中正隐藏着各种各样污染物质。种各样污染物质。呼吸道是吸收大气污染物质主要路径，呼吸道是吸收大气污染物质主要路径，人呼吸道主要包含鼻、咽、喉、气管、支气管及肺等部位。人呼吸道主要包含鼻、咽、喉、气管、支气管及肺等部位。第6页 主要吸收部位是主要吸收部位是肺泡肺泡。肺泡膜很薄，数量众多，表面。肺泡膜很薄，数量众多，表面充满壁膜极薄、结构疏松毛细血管。呼吸道吸收污染物只充满壁膜极薄、结构疏松毛细血管。呼吸道吸收污染物只能够能够直接进入血液系统直接进入血液系统并转移至淋巴系统或其它器官，而并转移至淋巴系统或其它器官，而不经肝脏解毒作用，从而产生毒性更大。不经肝脏解毒作用，从而产生毒性更大。消化道吸收污染物经过消化道吸收污染物经过小肠小肠吸收，吸收，经肝脏经肝脏在进入大循环。在进入大循环。食物和饮水主要是经过消化道进入人体。从口腔摄入食物和饮水主要是经过消化道进入人体。从口腔摄入食物和饮水中污染物质，主要是被动扩散被消化管吸收，食物和饮水中污染物质，主要是被动扩散被消化管吸收，主动转运极少。消化管包含口腔、咽喉、食管、胃、小肠、主动转运极少。消化管包含口腔、咽喉、食管、胃、小肠、大肠等部位，大肠等部位，主要吸收部位是小肠，其次是胃主要吸收部位是小肠，其次是胃。进入小肠污染物质大多数以进入小肠污染物质大多数以被动扩散被动扩散方式经过小肠黏方式经过小肠黏膜再转入血液，因而污染物质脂溶性越强、在小肠内浓度膜再转入血液，因而污染物质脂溶性越强、在小肠内浓度越高，被小肠吸收越快。越高，被小肠吸收越快。小肠吸收总面积约小肠吸收总面积约200m200m2 2，胃约为，胃约为1m1m2 2，小肠吸收功效远大于胃。，小肠吸收功效远大于胃。第7页 经皮肤吸收污染物可直接进入血液循环经皮肤吸收污染物可直接进入血液循环 人体皮肤表面积平均约为人体皮肤表面积平均约为1.8m1.8m2 2,同时还有近同时还有近1010万个毛细孔和近万个毛细孔和近1010万根头发与头皮相通，这些都是万根头发与头皮相通，这些都是污染物质进入人体通道。相对而言，人体皮肤对污污染物质进入人体通道。相对而言，人体皮肤对污染物质吸收能力较弱，常以染物质吸收能力较弱，常以被动扩散被动扩散方式相继经过方式相继经过皮肤表皮及真皮，再滤过真皮中毛细血管壁膜进入皮肤表皮及真皮，再滤过真皮中毛细血管壁膜进入到血液中。到血液中。普通，相对分子质量低于普通，相对分子质量低于300,300,处于液态或溶解处于液态或溶解态，呈态，呈非极性脂溶性污染物质非极性脂溶性污染物质，最轻易被皮肤吸收，最轻易被皮肤吸收，如酚、醇等。如酚、醇等。由呼吸道吸收并沉积在呼吸道表面上有害物由呼吸道吸收并沉积在呼吸道表面上有害物质，可咽到消化道，再被吸收进入机体。质，可咽到消化道，再被吸收进入机体。第8页2.2.食物链作用食物链作用 生物（包含微生物）能经过食物链传递和富集污染物。生物（包含微生物）能经过食物链传递和富集污染物。水体中污染物经过生物、微生物代谢作用进入生物、微水体中污染物经过生物、微生物代谢作用进入生物、微生物体内得到生物体内得到浓缩浓缩，其浓缩作用可使污染物在生物体内含量，其浓缩作用可使污染物在生物体内含量比在水体中浓度大得多。水体环境中，浮游生物是食物链基比在水体中浓度大得多。水体环境中，浮游生物是食物链基础。础。污染物在食物链每次传递中浓度就得到一次浓缩，甚至污染物在食物链每次传递中浓度就得到一次浓缩，甚至能够到达产生中毒作用程度。能够到达产生中毒作用程度。人处于食物链末端，人若长久人处于食物链末端，人若长久食用了污染水体中鱼类，则可能因为污染物在体内长久富集食用了污染水体中鱼类，则可能因为污染物在体内长久富集浓缩，引发慢性中毒。浓缩，引发慢性中毒。环境污染物不但能够经过环境污染物不但能够经过水生生物食物链富集水生生物食物链富集，也能够，也能够经过经过陆生生物链富集陆生生物链富集。如农药、大气污染物，可经过植物叶。如农药、大气污染物，可经过植物叶片、根系进入植物体内得到富集，而含有污染物农作物、牧片、根系进入植物体内得到富集，而含有污染物农作物、牧草、饲料等经过牛、羊、猪、鸡等动物深入富集，最终经过草、饲料等经过牛、羊、猪、鸡等动物深入富集，最终经过粮食、蔬菜、水果、肉、蛋、奶等食物进入人体中浓缩，危粮食、蔬菜、水果、肉、蛋、奶等食物进入人体中浓缩，危害人体健康。害人体健康。第9页第二节第二节 环境污染物在生物体内分布环境污染物在生物体内分布一、一、污染物在植物体内分布污染物在植物体内分布 许多污染物质都是经过植物土壤进入生态系统。许多污染物质都是经过植物土壤进入生态系统。植植物对污染物质吸收物对污染物质吸收被认为是污染物在食物链中积累并危被认为是污染物在食物链中积累并危害陆生动物第一步。害陆生动物第一步。污染物质进入到植物体路径：污染物质进入到植物体路径：经过经过根系吸收根系吸收并经过蒸腾作用输送到植物体各部并经过蒸腾作用输送到植物体各部分；分；经过植物经过植物叶片气孔叶片气孔从周围空气中从周围空气中吸收吸收蒸汽化污染蒸汽化污染物质，并输送到植物体各个部分；物质，并输送到植物体各个部分；植物表皮经过植物表皮经过渗透作用渗透作用吸收有机污染物蒸汽。吸收有机污染物蒸汽。各种路径吸收污染物总和减去植物代谢过程中消耗各种路径吸收污染物总和减去植物代谢过程中消耗或损失是污染物质在生物体内积累。或损失是污染物质在生物体内积累。第10页根部吸收根部吸收 污染物主要是经过根部吸收进入植物体内，根部对污染污染物主要是经过根部吸收进入植物体内，根部对污染物质吸收有两种方式：主动吸收和被动吸收。主动吸收需要物质吸收有两种方式：主动吸收和被动吸收。主动吸收需要消耗一定量能量，而被动吸收主要是经过扩散、吸收和质量消耗一定量能量，而被动吸收主要是经过扩散、吸收和质量流动，不需要消耗能量。流动，不需要消耗能量。根部吸收主要是根部吸收主要是物理吸附物理吸附而不是生物化学行为。根部吸而不是生物化学行为。根部吸收过程在最初一个小时之内最快，占收过程在最初一个小时之内最快，占4848小时过程小时过程50%50%70%70%，且在吸收过程中污染物质在根部很快到达平衡而浓度不随时且在吸收过程中污染物质在根部很快到达平衡而浓度不随时间增加而改变。间增加而改变。植物植物叶片气孔叶片气孔吸收空气中蒸汽态污染物质吸收空气中蒸汽态污染物质 叶子表面有很多气孔，气孔能够随环境条件改变而有时叶子表面有很多气孔，气孔能够随环境条件改变而有时张开有时关闭，气孔是二氧化碳、氧气和其它气体进出口，张开有时关闭，气孔是二氧化碳、氧气和其它气体进出口，也是蒸腾作用出口。也是蒸腾作用出口。降落在植物表面污染物可经过降落在植物表面污染物可经过渗透渗透作用进入植物体内作用进入植物体内 这种吸收作用极少，但一些污染物，比根部吸收更主要。这种吸收作用极少，但一些污染物，比根部吸收更主要。只有植物表面直接接触污染物质才只有植物表面直接接触污染物质才能经过渗透作用进入植物体内能经过渗透作用进入植物体内第11页植物从植物从大气大气中吸收污染物后，污染物在植物体内中吸收污染物后，污染物在植物体内残留量常残留量常以叶部分布最多。以叶部分布最多。植物从植物从土壤和水体土壤和水体中吸收污染物，其残留量普通分布规律中吸收污染物，其残留量普通分布规律为：根茎叶穗壳种子。为：根茎叶穗壳种子。表表5 5-2-2 水稻各部位水稻各部位1414C-C-六六六残留量及残留比六六六残留量及残留比表表5 5-1-1 成熟期水稻各部位中含镉量成熟期水稻各部位中含镉量第12页二、污染物在动物体内分布二、污染物在动物体内分布污染物质在动物体内分别过程主要包含吸收、分布和排泄。污染物质在动物体内分别过程主要包含吸收、分布和排泄。1.吸收吸收吸收是污染物质从机体外吸收是污染物质从机体外,经过各种路径通透体膜进入经过各种路径通透体膜进入血液过程。血液过程。吸收路径主要是机体消化管、呼吸道和皮肤。吸收路径主要是机体消化管、呼吸道和皮肤。消化管主要吸收部位在小肠，其次是胃。进入小肠污染物消化管主要吸收部位在小肠，其次是胃。进入小肠污染物质大多以被动扩散经过肠粘膜再转入血液。质大多以被动扩散经过肠粘膜再转入血液。影响消化管吸收原因：（影响消化管吸收原因：（1）污染物质脂溶性污染物质脂溶性：脂溶性越脂溶性越强及在小肠内浓度越高强及在小肠内浓度越高,被小肠吸收也越快。被小肠吸收也越快。（2）血液流速血液流速：污染物质脂溶性强，血流速度越大污染物质脂溶性强，血流速度越大,则膜则膜两侧污染物质浓度梯度越大两侧污染物质浓度梯度越大,机体对污染物质吸收速率也越机体对污染物质吸收速率也越大。极性污染物质大。极性污染物质,因其脂溶性小因其脂溶性小,在被小肠吸收时经膜扩在被小肠吸收时经膜扩散成了限速原因散成了限速原因,而对血流影响不敏感。而对血流影响不敏感。（3）离解度离解度：未解离型易于扩散经过膜。：未解离型易于扩散经过膜。第13页呼吸道是吸收大气污染物主要路径。其主要吸收部位是肺泡。呼吸道是吸收大气污染物主要路径。其主要吸收部位是肺泡。气态和液态气溶胶污染物质气态和液态气溶胶污染物质,能够被动扩散和滤过方式能够被动扩散和滤过方式,分别快速分别快速经过肺泡和毛细血管膜进入血液经过肺泡和毛细血管膜进入血液。固态气溶胶和粉尘污染物质吸进。固态气溶胶和粉尘污染物质吸进呼吸道后呼吸道后,可在气管、支气管及肺泡表面沉积。可在气管、支气管及肺泡表面沉积。抵达肺泡固态颗粒抵达肺泡固态颗粒很小很小,粒径小于粒径小于5m。其中。其中,易溶微粒在溶于肺泡表面体液后易溶微粒在溶于肺泡表面体液后,按上述过程被吸收按上述过程被吸收,而难溶微粒往往在吞噬作用下被吸收。而难溶微粒往往在吞噬作用下被吸收。皮肤吸收是不少污染物质进入机体路径。皮肤吸收是不少污染物质进入机体路径。皮肤接触污染物质皮肤接触污染物质,常以被动扩散相继经过皮肤表皮及真皮常以被动扩散相继经过皮肤表皮及真皮,再滤过真皮中毛细血管壁再滤过真皮中毛细血管壁膜进入血液。膜进入血液。普通普通,分子量低于分子量低于300，处于液态或溶解态，处于液态或溶解态,呈非极呈非极性脂溶性污染物质性脂溶性污染物质,最轻易被皮肤吸收最轻易被皮肤吸收,如酚、尼古丁、马钱子碱如酚、尼古丁、马钱子碱等。等。血脑屏障血脑屏障：中枢神经系统毛细血管壁内皮细胞相互紧密相中枢神经系统毛细血管壁内皮细胞相互紧密相连、几乎无空隙连、几乎无空隙，是阻止已进入人体有毒污染物深入到中枢神是阻止已进入人体有毒污染物深入到中枢神经系统屏障。经系统屏障。当污染物质由血液进入脑部时当污染物质由血液进入脑部时,必须穿过这一毛必须穿过这一毛细管壁内皮屏障细管壁内皮屏障，此时此时,污染物质经膜通透性成为其转运限速污染物质经膜通透性成为其转运限速原因。原因。高脂溶性低解离度污染物质经膜通透性好高脂溶性低解离度污染物质经膜通透性好,轻易经过血轻易经过血脑屏障脑屏障,由血液进入脑部由血液进入脑部,如甲基如甲基汞汞化合物。化合物。第14页2.2.排泄排泄 排泄是污染物质及其代谢物质向机体外转运过程。排泄是污染物质及其代谢物质向机体外转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等，而以排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等，而以肾和肝肾和肝胆胆为主。为主。肾排泄是污染物质经过肾随尿而排出过程。肾排泄是污染物质经过肾随尿而排出过程。胆汁排泄是指主要由消化管及其它路径吸收污染物质，经胆汁排泄是指主要由消化管及其它路径吸收污染物质，经血液抵达肝脏后，以原物或其代谢物和胆汁一起分泌至十二指血液抵达肝脏后，以原物或其代谢物和胆汁一起分泌至十二指肠，经小肠至大肠内，再排出体外过程。肠，经小肠至大肠内，再排出体外过程。*值得注意是有些物质由胆汁排泄，在肠道运行中又重新值得注意是有些物质由胆汁排泄，在肠道运行中又重新被吸收，该现象称为被吸收，该现象称为肠肝循环肠肝循环。3.3.分布分布 分布是分布是指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后，由血液转送至机体各组织血液转送至机体各组织;与组织成份结合；从组织返回血液以与组织成份结合；从组织返回血液以及再重复等过程。及再重复等过程。第15页 按照污染物性质和进入动物组织类型不一样，大致有以按照污染物性质和进入动物组织类型不一样，大致有以下五种分布规律：下五种分布规律：（1 1）能溶解于体液物质，如钠、钾、锂、氟、氯、溴等）能溶解于体液物质，如钠、钾、锂、氟、氯、溴等离子，在体内分布比较均匀。离子，在体内分布比较均匀。（2 2）镧、锑、钍等三价和四价阳离子，水解后生成胶体，）镧、锑、钍等三价和四价阳离子，水解后生成胶体，主要蓄积于肝或其它网状内皮系统。主要蓄积于肝或其它网状内皮系统。（3 3）与骨骼亲和性较强物质，如铅、钙、钡、锶、镭、）与骨骼亲和性较强物质，如铅、钙、钡、锶、镭、铍等二价阳离子在骨骼中含量较高。铍等二价阳离子在骨骼中含量较高。（4 4）对某一个器官含有特殊亲和性物质，则在该种器官）对某一个器官含有特殊亲和性物质，则在该种器官中蓄积较多。如碘对甲状腺，汞、铀对肾脏有特殊亲和性。中蓄积较多。如碘对甲状腺，汞、铀对肾脏有特殊亲和性。（5 5）脂溶性物质，如有机氯化合物（六六六、）脂溶性物质，如有机氯化合物（六六六、DDTDDT等），等），易蓄积于动物体内脂肪中。易蓄积于动物体内脂肪中。第16页一些金属、类金属在动物及人体内主要分布部位一些金属、类金属在动物及人体内主要分布部位一个污染物对某一个器官有特殊亲和作用，但同时也分一个污染物对某一个器官有特殊亲和作用，但同时也分布于其它器官；布于其它器官；同一个元素可能因其价态或存在形态不一样而在体内蓄积同一个元素可能因其价态或存在形态不一样而在体内蓄积部位也有所不一样。部位也有所不一样。如水溶性汞离子极少进入脑组织，但烷如水溶性汞离子极少进入脑组织，但烷基汞呈脂溶性，能经过脑屏障进入脑组织。基汞呈脂溶性，能经过脑屏障进入脑组织。第17页第18页4.4.生物蓄积生物蓄积 机体长久接触某污染物质，若吸收超出排泄及其代谢转化，机体长久接触某污染物质，若吸收超出排泄及其代谢转化，则会出现该污染物质在体内逐增现象，称为生物蓄积。蓄积量则会出现该污染物质在体内逐增现象，称为生物蓄积。蓄积量是吸收、分布、代谢转化和排泄各量代数和。是吸收、分布、代谢转化和排泄各量代数和。机体主要蓄积部位是机体主要蓄积部位是血浆蛋白、脂肪组织和骨酪血浆蛋白、脂肪组织和骨酪。污染物。污染物质常与血浆蛋白结合而蓄积。质常与血浆蛋白结合而蓄积。蓄积部位与毒性作用部位蓄积部位与毒性作用部位：相同：相同-如百草枯在肺及一氧化如百草枯在肺及一氧化碳在红细胞中血红蛋白集中。不相一致碳在红细胞中血红蛋白集中。不相一致-如如DDTDDT在脂肪组织中在脂肪组织中蓄积蓄积,而毒性作用部位是神经系统及其它脏器而毒性作用部位是神经系统及其它脏器;铅集中于骨髓铅集中于骨髓,而毒性作用部位在造血系统、神经系统及胃肠道等。而毒性作用部位在造血系统、神经系统及胃肠道等。蓄积部位中污染物质蓄积部位中污染物质,常同血浆中游离型污染物质保持相常同血浆中游离型污染物质保持相对稳定平衡。对稳定平衡。在污染物质蓄积和毒性作用部位不相一致时在污染物质蓄积和毒性作用部位不相一致时,蓄蓄积部位可成为污染物质内在二次接触源积部位可成为污染物质内在二次接触源 ,有可能引发机体慢有可能引发机体慢性中毒。性中毒。第19页第三节第三节 污染物质生物富集、放大和积累污染物质生物富集、放大和积累 各种物质进入生物体内，即参加生物代谢过程，其中生命必各种物质进入生物体内，即参加生物代谢过程，其中生命必需物质，部分参加了生物体组成，多出必需物质和非生命所需物需物质，部分参加了生物体组成，多出必需物质和非生命所需物质中，易分解经代谢作用很快排出体外，会长久残留在生物体内，质中，易分解经代谢作用很快排出体外，会长久残留在生物体内，伴随摄入量增大，在生物体内浓度也会逐步增大。伴随摄入量增大，在生物体内浓度也会逐步增大。一、生物富集一、生物富集 生物富集生物富集是指生物机体或处于同一营养级上许多生物种群，是指生物机体或处于同一营养级上许多生物种群，经过经过非吞食方式非吞食方式，从周围环境，从周围环境(水、土壤、大气水、土壤、大气)蓄积某种元素或蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内浓度超出周围环境中浓度现象。难降解物质，使其在机体内浓度超出周围环境中浓度现象。生物富集用生物浓缩系数表示，即：生物富集用生物浓缩系数表示，即：BCF=BCF=C Cb b/C Ce e 式中：式中：BCFBCF：生物浓缩系数：生物浓缩系数 C Cb b：某种元素或难降解物质在机体中浓度：某种元素或难降解物质在机体中浓度;C Ce e：某种元素或难降解物质在机体周围环境中浓度。：某种元素或难降解物质在机体周围环境中浓度。第20页生物浓缩系数生物浓缩系数(Bioconcentration Factor)(Bioconcentration Factor)：金枪鱼和海绵对铜浓金枪鱼和海绵对铜浓缩系数缩系数,分别是分别是100100和和14001400。普通普通,降解性小、降解性小、脂溶性高、水溶性脂溶性高、水溶性低物质低物质,生物浓缩生物浓缩系数高系数高普通，重金属元素和许多氯化碳氢化物、稠环、杂环普通，重金属元素和许多氯化碳氢化物、稠环、杂环等有机化合物含有很高生物浓缩系数。等有机化合物含有很高生物浓缩系数。第21页二、生物放大二、生物放大 是指在是指在同一食物链上同一食物链上高营养级生物高营养级生物，经过，经过吞食吞食低营养级低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内浓度随营养生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内浓度随营养级数提升而增大现象。生物放大程度也用生物浓缩系数表示。级数提升而增大现象。生物放大程度也用生物浓缩系数表示。生物放大结果是食物链上高营养级生物体体内这种物质生物放大结果是食物链上高营养级生物体体内这种物质浓度显著超出环境中浓度，浓度显著超出环境中浓度，如不存在食物链关系如不存在食物链关系就不能称之就不能称之为生物放大，而为生物放大，而只能是生物富集或生物积累只能是生物富集或生物积累。生物放大并不是在全部条件下都能发生。有些物质只能生物放大并不是在全部条件下都能发生。有些物质只能沿着生物链传递，不能沿食物链放大；有些既不能沿食物链沿着生物链传递，不能沿食物链放大；有些既不能沿食物链传递，也不能沿食物链放大。传递，也不能沿食物链放大。影响生物放大原因很多，如食物链往往都十分复杂影响生物放大原因很多，如食物链往往都十分复杂,相相互交织成网状互交织成网状,同一个生物在发育不一样阶段或相同阶段同一个生物在发育不一样阶段或相同阶段,有可能隶属于不一样营养级而含有各种食物起源有可能隶属于不一样营养级而含有各种食物起源,这就扰乱这就扰乱了生物放大。了生物放大。不一样生物或同一生物在不一样条件下不一样生物或同一生物在不一样条件下,对物对物质吸收、消除等都有可能不一样质吸收、消除等都有可能不一样,也会影响生物放大情况也会影响生物放大情况。有机化合物在生物体积累不是经过食有机化合物在生物体积累不是经过食物链迁移产生生物放大，而是生物脂物链迁移产生生物放大，而是生物脂肪对有机化合物溶解作用。肪对有机化合物溶解作用。第22页三、生物积累三、生物积累生物积累是生物从生物积累是生物从周围环境周围环境(水、土壤、大气水、土壤、大气)和和食物链食物链蓄蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中浓度超出周围环境积某种元素或难降解物质，使其在机体中浓度超出周围环境中浓度现象。中浓度现象。生物积累也用生物浓缩系数（生物积累也用生物浓缩系数（BCF）表示。）表示。以水生生物对某物质生物积累而论，其微分速率方程能以水生生物对某物质生物积累而论，其微分速率方程能够表示为：够表示为：式中：式中：c cw w生物生存水中某物质浓度；生物生存水中某物质浓度；c ci i食物链食物链i i级生物中该物质浓度；级生物中该物质浓度；c ci i1 1食物链食物链i i1 1级生物中该物质浓度；级生物中该物质浓度；W Wi,ii,iI Ii i级生物对级生物对i i1 1级生物摄食量级生物摄食量 i,i-1i,i-1 i i级生物对级生物对i i1 1级生物中该物质同化率；级生物中该物质同化率；K Kaiai i i级生物对该物质吸收速率常数；级生物对该物质吸收速率常数；K Kei ei i i级生物体中该物质消除速率常数；级生物体中该物质消除速率常数；K Kgi gi i i级生物生长速率常数。级生物生长速率常数。第23页当生物积累到达平衡时，当生物积累到达平衡时，dci/dt=0dci/dt=0时：时：式中右端二项依次以式中右端二项依次以 C Cwiwi 和和C Cii表示表示,则此式改则此式改写成写成:从水中摄得从水中摄得浓度浓度-生物富生物富集贡献集贡献从食物链传递得到从食物链传递得到浓度浓度-生物放大贡生物放大贡献献从上式能够看出，生物积累物质浓度中，两相进行从上式能够看出，生物积累物质浓度中，两相进行比较，能够看出生物富集和生物放大对生物积累贡献。比较，能够看出生物富集和生物放大对生物积累贡献。生物放大和生物富集都是生物生物放大和生物富集都是生物积累一个方式积累一个方式第24页表表5-1 5-1 生物富集、放大和积累对照生物富集、放大和积累对照生物富集生物富集生物放大生物放大生物积累生物积累作用对作用对象象环境环境生物体生物体前位生物体前位生物体后后生物体生物体环境、生物环境、生物体体生物体生物体作用机作用机理理C C生物体生物体CC环境环境C C后生物体后生物体CC前位生物前位生物体体富集系数不停增大表示方式C CBioBio/C/Cw wCCBioBio/C/CBioBioC CBioBio/C/Cw w第25页第四节第四节 微生物对环境污染物降解转化作用微生物对环境污染物降解转化作用物质在生物作用下经受化学改变，称为物质在生物作用下经受化学改变，称为生物转化或代谢生物转化或代谢。经过生物，尤其是微生物转化，污染物质毒性也随之改变。经过生物，尤其是微生物转化，污染物质毒性也随之改变。一、微生物生理特征一、微生物生理特征微生物能够催化氧化或降解有机污染物或转化重金属元素微生物能够催化氧化或降解有机污染物或转化重金属元素存在形态，这是环境中有机污染物转化主要过程，同时微生存在形态，这是环境中有机污染物转化主要过程，同时微生物在重金属迁移转化过程中也有很主要作用。物在重金属迁移转化过程中也有很主要作用。微生物是生物催化剂，能使许多化学反应过程在环境中发微生物是生物催化剂，能使许多化学反应过程在环境中发生，同时生物有机体降解又为其它生物生长提供必要营养，生，同时生物有机体降解又为其它生物生长提供必要营养，以赔偿和维持生物活性营养库。以赔偿和维持生物活性营养库。1.微生物种类微生物种类环境中微生物能够分为三类：细菌、真菌和藻类。环境中微生物能够分为三类：细菌、真菌和藻类。细菌和真菌可认为是还原剂类，能使化合物分解为更简单细菌和真菌可认为是还原剂类，能使化合物分解为更简单形式，从而维持它们本身生长和代谢过程所需能量。形式，从而维持它们本身生长和代谢过程所需能量。第26页细菌可分为自养细菌和异养细菌。基本形态有杆状、球细菌可分为自养细菌和异养细菌。基本形态有杆状、球状和螺旋状三种，属于原核微生物。单个细菌细胞很小，只状和螺旋状三种，属于原核微生物。单个细菌细胞很小，只能在显微镜下看到，大多数细菌大小在能在显微镜下看到，大多数细菌大小在0.53.0m范围。范围。球形菌球形菌弧形菌弧形菌螺形菌螺形菌杆形菌杆形菌真菌是类似植物但缺乏叶绿素非光合生物，通常是丝状真菌是类似植物但缺乏叶绿素非光合生物，通常是丝状结构，它对高浓度金属离子耐受能力很强，真菌对环境最终结构，它对高浓度金属离子耐受能力很强，真菌对环境最终作用是分解植物纤维素。作用是分解植物纤维素。单细胞真菌多细胞真菌大型真菌第27页藻类是一大类低等植物统称。藻类是一大类低等植物统称。藻类属于真核生物，是藻类属于真核生物，是一个低等植物，种类很多，有单细胞，也有多细胞。一个低等植物，种类很多，有单细胞，也有多细胞。植物植物体无根、茎、叶分化，有有鞭毛，能动。体无根、茎、叶分化，有有鞭毛，能动。光合色素：分为光合色素：分为三大类，叶绿素三大类，叶绿素(a,b,c,d)；类胡萝卜素；藻胆素；类胡萝卜素；藻胆素(藻蓝素，藻蓝素，藻红素藻红素)。多数生活在水中，淡水种类多，海洋种类少，多数生活在水中，淡水种类多，海洋种类少，但数量多。但数量多。藻类营养普通是无机物，即自养型，其细胞内含有叶绿藻类营养普通是无机物，即自养型，其细胞内含有叶绿素及其它辅助色素，能进行光合作用。素及其它辅助色素，能进行光合作用。在有光照时候，利用光能吸收二氧化碳合成细胞物质，在有光照时候，利用光能吸收二氧化碳合成细胞物质，同时释放出氧气；在夜间无阳光时，则经过呼吸作用，取得同时释放出氧气；在夜间无阳光时，则经过呼吸作用，取得能量，吸收氧气，同时放出二氧化碳。能量，吸收氧气，同时放出二氧化碳。这一特征在稳定塘废水处理方法中表达，白天塘内氧气这一特征在稳定塘废水处理方法中表达，白天塘内氧气充分，微生物利用氧气进行好氧分解有机物；夜间藻类呼吸充分，微生物利用氧气进行好氧分解有机物；夜间藻类呼吸氧气，使氧气，使DO下降。下降。第28页硅藻硅藻红藻红藻褐藻褐藻第29页 细菌接种到定量液体培养基中，定时取细菌接种到定量液体培养基中，定时取样测定细胞数量。样测定细胞数量。以以培养时间培养时间为为横座标横座标以以菌数菌数为为纵座标纵座标作图作图得到一条反应得到一条反应细菌在整个培养期间菌数改变规律细菌在整个培养期间菌数改变规律曲线。曲线。2.2.微生物生长规律微生物生长规律 微生物生长规律能够用生长曲线表现出来。微生物生长规律能够用生长曲线表现出来。第30页 依据微生物依据微生物生长速率常数生长速率常数（growthrateconstant），即每，即每小时分裂次数（小时分裂次数（R）不一样，普通可把经典生长曲线粗分为）不一样，普通可把经典生长曲线粗分为延滞延滞期期、指数期指数期、稳定时稳定时和和衰亡期衰亡期等等4 4个时期个时期。延滞期延滞期指数期指数期稳定时稳定时衰亡期衰亡期第31页延滞期延滞期指数期指数期稳定时稳定时衰亡期衰亡期5-7第32页 又称又称停滞期停滞期、调整期调整期和和适应期适应期。指少许单细胞微生物接种到新鲜培养基指少许单细胞微生物接种到新鲜培养基后，在开始培养一段时间内细胞数目不后，在开始培养一段时间内细胞数目不马上增加，或增加极少，生长速度靠近马上增加，或增加极少，生长速度靠近于零一段时期于零一段时期代谢系统是正在适应代谢系统是正在适应新环境。新环境。（一）（一）延滞期延滞期（Lagphase）延滞期延滞期第33页分裂迟缓、代谢活跃分裂迟缓、代谢活跃 生长速率常数为零；生长速率常数为零；细胞形态变大或增加，许多杆菌可长成丝状，细胞形态变大或增加，许多杆菌可长成丝状，Eg.Eg.巨大芽孢杆菌（巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）在延滞期末，细胞平均在延滞期末，细胞平均长度比刚接种时长长度比刚接种时长6倍；倍；普通来说处于迟缓期细菌细胞体积最大普通来说处于迟缓期细菌细胞体积最大！细胞内细胞内RNARNA尤其是尤其是rRNArRNA含量增高；含量增高；合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATPATP合成加速，易产生各合成加速，易产生各种诱导酶；种诱导酶；对外界不良条件如对外界不良条件如NaClNaCl溶液浓度、温度和抗生素等理化原因溶液浓度、温度和抗生素等理化原因反应敏感。反应敏感。（1）延滞期特点延滞期特点细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓。细胞处于活跃生长中，只是分裂迟缓。在此阶段后期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。在此阶段后期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。第34页 微生物接种到一个新环境，暂时缺乏分解和催化相关底物酶，或是缺微生物接种到一个新环境，暂时缺乏分解和催化相关底物酶，或是缺乏充分中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢产物，就需要一段乏充分中间代谢产物等。为产生诱导酶或合成中间代谢产物，就需要一段适应期。适应期。调调 整整 代代 谢谢（2）延滞期出现原因延滞期出现原因第35页（二）（二）对数生长久对数生长久（Logarithmicphase）又称又称指数生长久指数生长久（Exponential phase）。指。指在生长曲在生长曲线中，紧接着延滞期一段细胞数以几何级数增加时期线中，紧接着延滞期一段细胞数以几何级数增加时期。指数期指数期第36页对数生长久特点对数生长久特点 生长速率常数生长速率常数R R最大，因而细胞每分裂一次最大，因而细胞每分裂一次所需时间所需时间代时代时（generation time，G G，又称，又称世世代时间代时间或或增代时间增代时间）或原生质增加一倍所需或原生质增加一倍所需倍倍增时间增时间（doubling time）最短；最短；细胞进行细胞进行平衡生长平衡生长（balanced growth），菌，菌体各部分成份十分均匀体各部分成份十分均匀；酶系活跃，代谢旺盛；酶系活跃，代谢旺盛；第37页（三）（三）稳定时稳定时（stationaryphase）又称又称恒定时或最高生长久恒定时或最高生长久。其特点是生长速率常数其特点是生长速率常数R等等于于0，即处于新繁殖细胞数与衰亡细胞数相等，或正生长与负，即处于新繁殖细胞数与衰亡细胞数相等，或正生长与负生长相等动态平衡之中。生长相等动态平衡之中。稳定时稳定时第38页 这时菌体产量到达了最高点，而且菌体产量与营养物质消耗间展现出一定这时菌体产量到达了最高点，而且菌体产量与营养物质消耗间展现出一定百分比关系，这一关系就是百分比关系，这一关系就是生长产量常数生长产量常数Y（或称生长得率，（或称生长得率，growth yield）。xx0 xx0Y=Y=C C0C CC C0 x稳定时时细胞干重（稳定时时细胞干重（gml培养液），培养液），x0刚接种时细胞干重，刚接种时细胞干重，C0 限制性营养物最初浓度（限制性营养物最初浓度（gml），），C 稳定时时限制性营养物浓度（因为计算稳定时时限制性营养物浓度（因为计算Y时必须用限制性营养时必须用限制性营养物，所以物，所以C应等于应等于0）。）。第39页（四）（四）衰亡期衰亡期（declinephase或或deathphase）在衰亡期中，个体死亡速度超出新生速度，整个群体展在衰亡期中，个体死亡速度超出新生速度，整个群体展现负生长状态（现负生长状态（R为负值）。为负值）。衰亡期衰亡期第40页 细胞形态发生多形化，细胞形态发生多形化，比如会发生膨大或不规则退化形态；比如会发生膨大或不规则退化形态；有微生物因蛋白水解酶活力增强而发生有微生物因蛋白水解酶活力增强而发生自溶自溶（autolysis）；有微；有微生物在这一期合成或释放对人类有益抗生素等次生代谢产物；在生物在这一期合成或释放对人类有益抗生素等次生代谢产物；在芽孢杆菌中，芽孢释放等。芽孢杆菌中，芽孢释放等。产生衰亡期原因产生衰亡期原因 外界环境对继续生长越来越不利，外界环境对继续生长越来越不利，营养物质耗尽和有毒代谢营养物质耗尽和有毒代谢产物大量积累等