环境毒理学13.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,水环境毒理学是研究水环境中的外源化学物对水生生物的毒性作用及其规律的科学。,它不仅涉及化学物质对水生生物的毒性影响，而且涉及对整个生物系统生命过程的毒性影响。,6.1 水体污染与水体自净,水体污染是指由于人为因素或自然因素，将有害物质直接或间接排入水体后，使水体的水质和底泥的物理、化学性质或生物化学性质发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象。,水体在接纳了一定量的污染物后，通过物理、化学和水生生物(微生物、动植物)等因素的综合作用后会得到净化，水质能够恢复到受污染前的水平和状态。,但水体自净能力是有限度的，当进入水体的污染物总量超过了其自净容量，就会导致水体污染，并产生一系列的生物学和生态学毒性效应。,沉淀物是环境化学物在水环境中的重要贮存库，许多环境化学物可以通过直接沉淀作用或与沉降颗粒相结合，在沉淀中积累到相当水平。,沉淀物可以吸附水中的污染物。一般而言，脂溶性高的污染物可以很快从水中富集，但其从沉淀的有机碳中解吸附过程相对缓慢，因而生物利用率较低；脂溶性低的化合物，很快从沉淀中解吸附，可以产生较高的环境生物利用率。,相对静止的水体：,温度分层现象导致水体在不同温度层的对流，进而影响水体中污染物的分布状况。,春秋季：水体深层的温度一般高于表层水，密度相对较大的表层水下沉，而密度相对较小的深层水上浮，形成的水体对流运动可以将水体深处的污染物质运输到水体表层。,夏季：水体表层为暖水区，水温可达25；底层为冷水区，温度不超过4；在暖水区和冷水区之间是温跃层，浮游植物在暖水层大量繁殖，浮游动物剧增，上层的溶解氧不能进入底层，有机物的异养分解很快将水体底部残留的溶解氧耗尽，其厌氧分解过程造成大量营养物质的积聚。,6.2.2 污染物在水环境中的生物迁移与富集,6.2.2.1 水生生物对污染物的吸收,水生微生物和浮游植物主要是吸收水中的污染物；,沉水植物对水中和底泥中的污染物都有吸收作用；,漂浮植物可以从水体和大气中吸收污染物；,挺水植物、浮叶植物对水体、底泥和大气中的污染物都能吸收。,6.2.2 污染物在水环境中的生物迁移与富集,微生物和浮游植物：,个体较小，比表面积大，对水体中的重金属、放射性核素的吸附和吸收发挥着重要作用。,对污染物的吸收方式主要为被动吸收。如角刺藻和浮游藻对Hg的吸收、海链藻对Pu的吸收、海洋浮游植物对DDT和PCBs的吸收等。,高等水生植物和多细胞藻类:,对有些污染物质的吸收，也主要是被动吸收。,水生动物对水体中污染物的吸收主要有体表吸收、鳃吸收和肠道吸收等三种途径。,无脊椎动物：,能够直接从水中吸收溶解性的有机物，如氨基酸等。,瓣鳃类软体动物：,通过鳃大量吸收海水中的溶解态烃，鱼从海水中吸收无机汞、甲基汞和卤代烃主要也是通过鳃来吸收。,处于食物链高营养级的动物：,主要通过取食摄取被污染的食物、悬浮物和沉积淤泥中的污染物。,6.2.2.2 污染物的生物富集,污染物的生物富集：,生物能吸收环境中的有毒物质，并把这些有毒物质储存在体内，其毒物储量随时间的推移而不断增加。,生物富集机制：,污染物和生物体内的成分结合形成稳定的结合物，贮存于生物体的有关部位（生物体成分：糖类、蛋白质、氨基酸、核酸、脂类）,生物富集影响因素,主要取决于生物本身的特性，尤其与生物体内存在的可以和毒物相结合的某类物质的多少及其活性有关。如重金属能和生物体内很多成分结合形成稳定的结合物而增加生物富集量。,不同外源化学物与生物的不同组织器官的亲和力不同，也可导致生物不同部位富集毒物量的不同。,如鲢鱼的不同器官富集重金属铅量从大到小的顺序为：鳃鳞内脏骨骼头部肌肉；,水稻各部位对铅的富集能力为：根叶茎谷壳糙米。,1）生物本身的特性,生物富集影响因素,生物富集量的大小，还取决于污染物的分子结构、价态、存在形态、溶解度等性质。如脂溶性物质DDT与生物接触时，能迅速被吸收，并储存在体内脂肪中。,环境毒物的性质也是决定其在植物体内分配差异的主要因素。如渗透力强的农药，能穿透植物表皮并转移到内部组织，而渗透力弱的种类，则多被阻留在植物表面上。,2）污染物的性质,环境物理因素如温度、盐度和光照等能明显地影响海洋生物对污染物质的吸收和蓄积作用。,如较高的温度能促进巨蛎对Cd的吸收，也能显著地促进墨角藻对Cd的累积。,又如海带吸收碘的试验说明，光照能够显著促进藻叶对碘的吸收。,3）环境因子,6.2.3 污染物在水环境中的生物转化与降解,污染物进入水生生态系统后，直接和间接地接触各类水生生物，并发生生物转化和降解作用。,一般认为，与微生物的降解作用相比，其他水生生物的降解作用是很微弱的。,1.农药的降解与转化,许多研究已证明，绝大部分农药在环境微生物群落的作用下，能够得到或快或慢的降解。,由于农药性质和分子结构的特殊性，其生物降解过程比较复杂，往往需要不同种属微生物的共代谢作用来完成。,有机农药在微生物的作用下可能产生多种效应：,去毒作用：农药被微生物作用后，毒性降低或完全消失；,降解作用：复杂的农药化合物转变为简单化合物，或者彻底分解为CO,2,和H,2,O及NH,3,、Cl,等；,活化作用：无毒或毒性较弱的农药转化为有毒或毒性更强的化合物；,结合作用：指微生物的细胞代谢产物与农药结合，形成更为复杂的物质，如将氨基酸、有机酸、甲基或者其它基团加在作用的底物上；,改变毒性谱：原本对某一类生物有毒的农药，当被微生物代谢后，虽然消除了对原作用生物的毒性作用，但其转化产物却能抑制另一类生物的生命活动。,例如，对除草剂2,4-D生物降解的微生物有假单胞菌、枝动菌、无色杆菌、奇异黄杆菌、棒杆菌、球形节杆菌、节杆菌、聚生孢噬纤维菌等细菌，若卡氏菌、绿色产色链霉菌、等放线菌，还有真菌黑曲霉等。,2.重金属的生物转化,重金属污染物在水体中不能被微生物降解，只能发生各种形态之间的相互转化、迁移和富集等现象。,例如，在自然环境中，微生物对汞的转化主要是指汞的甲基化和甲基汞的还原。,在酸性条件下，一些含有甲基维生素B,12,的微生物，在细胞内的甲基转移酶作用下，促使甲基转移而形成甲基汞。,在被污染的河泥中存在一些抗汞细菌，能把甲基汞和离子汞还原成单质汞，亦可把甲基汞、乙基汞转化为单质汞和甲烷。,其它重金属也可发生甲基化作用：,如：,As：很多生物和微生物能将砷转化为三甲基砷，并在许多生物体内发现了甲基砷化合物，生物合成率很高，对人和环境有较大危害。,Cd：假单胞杆菌的变异株，能使镉甲基化。,Pb：微生物可使铅甲基化，产生具有挥发性的四甲基铅。,6.3 水体污染对生物及人体的毒性效应,6.3.1 对水生植物的影响,污水中某些毒物达到一定浓度后，接触植物，会对植物的生长发育、生理过程产生一系列的影响。,例如，水体中的重金属离子可以通过不同途径进入植物体内并产生一定的生物学效应。一方面，重金属离子能够干扰水生植物体内原有的离子平衡，造成正常离子的吸收、运输、调节和渗透等方面的阻碍，使代谢紊乱；另一方面，还可与核酸、蛋白质、酶等大分子结合，或者取代某些蛋白质和酶所必须的特定元素，使其变性或活性降低。,6.3.2 对水生动物的影响,1.化学污染物的影响,有机废水排入水环境后，由于好氧微生物的氧化作用而大量消耗水体中的溶解氧，不仅形成缺氧环境，而且由于腐败、发酵以及CH,4,、H,2,S和硫醇等有毒物质的产生，会严重影响鱼类和其他水生生物的正常生活。,有些有机氯农药，如甲基对硫磷和乐果可使鲶鱼的红细胞和血红蛋白数量下降。在含有一定浓度的DDT水中生长的鲑鱼对低温非常敏感，它被迫改变产卵地区，把卵产在温度偏高、鱼苗不能存活的水中。,一些放射性物质污染水体之后，可以被浮游生物吸收和蓄积，并通过食物链的放大作用对环境中的高等生物产生危害。,污染水体最危险的放射性物质有,90,Sr、,137,Cs等，这些物质半衰期长，化学性能与生命必需元素Ca、K相似，进人生物和人体后，能在一定部位积累而增加对人体的放射性辐照，进而引起变异或癌症。,2.水体酸化的影响,以鱼为例，通常生长的最适pH值为59；pH值在5.5以下鱼类生长受阻，产量下降；pH值在5以下鱼类生殖功能失调，繁殖停止。,重金属在酸性低钙条件下，对鱼的毒害作用产生协同效应。,在酸沉降影响的流域中，土壤中的Ca,2+,、Mg,2+,和A1,3+,交换,H,+,，使水中的,A1,3+,可能达到对水生生物的毒性水平（0.2 mg/L）。,6.3.3 对人体健康的影响,常见的毒性作用有急、慢性中毒，公害病，三致作用，生物地球化学性疾病以及介水传染病等。,日本水俣湾的“水俣事件”,富山县的“痛痛病事件”,生物地球化学性疾病,在一些地区的水土中，由于某种微量元素过多或缺乏，会引起生物地球化学性疾病，即地方病。,能够引起人和动物地方病的微量元素主要有Co、Ni、F、As、Cu、B、Mo、Al、I、Zn等。,如：乌脚病,大骨节病,介水传染病,水环境是病原微生物生存和传播的媒介。,进入水体中的病原微生物大多来自人或动物的排泄物，或死于传染病的人或动物，如伤寒杆菌、霍乱弧菌、痢疾杆菌、钩端螺旋体、肝炎病毒、脊髓灰质炎病毒等。,6.4 石油污染海洋水体,石油在水面上扩散，1L石油可扩散至1002000m,2,，油膜覆盖海面会造成生物窒息作用，使海洋生物因缺氧而死亡；,在海浪等因素的作用下，乳化油比水面的油膜有更大的危害性，大量的水生生物因接触中毒而死；,石油的特殊气味影响海洋生物的回游路线和浅海繁殖区，对于水生生物幼体的作用更为敏感；,破坏较高级水生生物的食物来源；,降低水生生物对病原微生物和外界刺激物的抵抗能力；,油在降解过程中要大量消耗水体中的溶解氧，通常1L石油完全氧化需要消耗40万升水中的溶解氧；,间接受水域有毒有机物污染危害的是以鱼类为食的水鸟。水鸟往往被黏稠的石油黏附全身，不能飞动觅食而死亡,。,