污染物的生物迁移省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

3.3.污染物生物迁移污染物生物迁移3.1 生物积累3.2 生物富集3.3 生物放大第1页3.1 生物积累生物从周围环境和食物链蓄积某种物质或元素，使其在机体中浓度超出周围环境中浓度现象称为生物积累，可用生物浓缩系数BCF表示。生物富集和生物放大都能够造成生物积累。3.2 生物富集生物经过非吞食方式从外界摄取营养物质同时，使一些污染物或元素在生物体内浓度大大超出周围环境中浓度现象，称为生物浓缩或生物富集。惯用浓缩系数来表示生物浓缩率。第2页3.3 生物放大在生态系统中，生物往往经过食物链和呼吸两个路径在体内浓缩污染物质。一个污染物浓度在同一食物链上往往伴随营养级提升而逐步增大，甚至可提升数百倍至数万倍，从而对人体组成危害，这种作用称为生物放大作用。生物放大程度能够用生物浓缩系数表示。生物放大并不是在全部条件下都能发生，有些物质只能沿食物链传递而不放大，有些物质既不能沿食物链传递也不能沿食物链放大。原因是同种生物可能隶属于不一样食物链不一样营养级，因而有不一样食物起源，扰乱了生物放大；不一样生物或同种生物在不一样条件下对污染物吸收、降解、排泄、积累等都有可能不一样，也会影响生物放大情况。第3页4.4.污染物生物转化污染物生物转化4.1 生物转化若干概念与规律4.2 无机物微生物转化 4.2.1 氮微生物转化 4.2.2 硫微生物转化 4.2.3 重金属元素微生物转化4.3 有机物微生物转化 4.3.1 氧化反应类型 4.3.2 还原反应类型 4.3.3 水解反应类型 4.3.4 结合反应类型第4页生物转化是指污染物进入生物体后，在相关体内酶或分泌到体外酶催化作用下代谢改变过程，包含生物降解和生物活化两种转化过程。生物降解是在生物体内酶或分泌酶作用下将有机物分解为简单有机物或无机物，转变为低毒或无毒物过程。多数污染物经生物转化后，水溶性提升，毒性也相对减弱或消失，有分解中间产物与生物体内物质相结合，生成易排泄物而快速排出体外。生物活化是有污染物在生物体内代谢过程中转变为比母体毒性更大生物活性物质现象，比如汞甲基化。第5页4.2.1 氮微生物转化氮是组成生物体必需元素。在环境中氮主要形态有三种：空气中分子氨；生物体内蛋白质、核酸等有机氮化合物，以及生物残体变成各种有机氮化合物；铵盐、硝酸盐等无机氮化合物。三种形态间转化主要是经过微生物作用，包含氮同化、氨化、硝化、反硝化和生物固氮等氮同化：绿色植物和微生物吸收硝态氮NO3-N和铵态氮NH4+-N，组成机体中氨基酸、多肽、蛋白质、核酸等含氮有机物质过程，与光合作用、糖类物质代谢过程相伴随。第6页氨化过程：全部有机残体中有机氮化合物，经微生物作用分解成氨态氮过程。第7页固氮作用：经过固氮菌作用把分子氮转变为氨过程。所生成氨并不排出菌体外，而是在菌体内深入参加合成氨基酸和蛋白质。硝化作用：氨在有氧条件下经过微生物作用氧化成硝酸盐过程。硝化作用要求高水平氧，即充分氧供给条件；中性至弱碱性条件，当pH9.5时硝化细菌受到抑制，pH6.0 时亚硝化细菌被抑制；最适宜温度为30，低于5或高于40时就不能活动。硝化作用在自然界，尤其是在土壤环境和污水处理中很主要，比如肥料以铵盐或氨形态进入土壤时，微生物硝化作用可将其转变为植物较易吸收利用硝态氮。第8页硝酸盐在通气不好情况下，经过反硝化细菌作用而还原过程称为反硝化作用。反硝化细菌需要厌氧环境，有丰富有机物作为碳源和能源，普通适宜酸度范围是中性至弱碱性，温度为25左右。反硝化作用通常有三种情形：（1）包含细菌、真菌和放线菌在内各种微生物，将硝酸盐转化为亚硝酸。（2）兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等使硝酸盐还原成N2O或N2。（3）梭芽孢杆菌将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨。第9页硫是生命必需元素，在环境中有单质硫、无机硫化合物和有机硫化合物三种存在形态。环境中含硫有机化合物有含硫氨基酸、磺胺酸等，微生物降解在好氧条件下是硫酸，在厌氧条件下是硫化氢，降解不彻底时可形成硫醇而被菌体暂时积累，再转化为硫化氢。第10页硫化氢、单质硫在微生物作用下氧化，最终生成硫酸过程称为硫化作用。在硫化作用中以硫杆菌和硫磺菌为最主要。硫酸盐、亚硫酸盐等在微生物作用下进行还原，最终生成硫化氢过程称为反硫化，以脱硫弧菌最主要。海水中硫酸盐浓度较高，经反硫化细菌作用还原成硫化氢是海水中硫化氢主要起源；而淡水中硫化氢主要起源于含硫有机物质厌氧降解。第11页4.2.3.1 汞微生物参加汞形态转化主要方式是汞甲基化作用和将汞化合物还原为金属汞还原作用。在好氧或厌氧条件下，一些微生物将二价无机汞盐转变为甲基汞和二甲基汞过程称汞甲基化，反应机理是微生物利用体内甲基钴氨蛋氨酸转移酶来实现汞甲基化。该酶辅酶是甲基钴胺素（甲基维生素B12）。汞生物甲基化路径可由此辅酶把甲基离子传递给Hg2+形成甲基汞，本身转变为水合钴胺素。后者因为其中Co被辅酶FADH2还原并失水而转变为五个氨配位一价钴胺素。最终辅酶甲基四叶氢酸将甲基离子转于五配位钴胺素，并从其一价钴上取得两个电子，以负甲基离子与之络合，完成甲基钴胺素再生，使循环继续。一样，在上述过程中以甲基汞取代汞离子位置就形成二甲基汞。二甲基汞生成速度比甲基汞约慢6000倍。二甲基汞挥发性大，轻易从水体或土体中散逸至大气。将甲基汞或二甲基汞还原脱去甲基并生成金属汞反应过程又称为生物去甲基化，促酶常见是假单胞菌属。第12页4.2.3.2 砷砷毒性很强，普通三价砷毒性最大，五价砷次之，甲基砷化合物再次之，三甲基砷依然含有高毒性。砷微生物甲基化作用基本路径以下：其中甲基供体是对应转移酶辅酶S-腺苷甲硫氨酸，起着传递甲基离子作用。微生物砷甲基化作用在厌氧和好氧条件下都可发生，主要发生在水体和土体中。另外，无色杆菌、假单胞菌、黄杆菌等能将亚砷酸盐氧化成砷酸盐。而甲烷菌、脱硫弧菌、微球菌等能将砷酸盐还原为亚砷酸盐。第13页4.2.3.3 硒硒是人体必需微量元素，摄入机体硒稍有不足或略微过量都会产生毒害作用。在有毒硒化合物中，以亚硒酸及其盐和酯毒性最大。环境中除亚硝酸盐外，还有硒酸盐、单质硒及有机硒化合物等。微生物参加硒转化有：（1）有机硒化合物转化为无机硒化合物（2）硒化合物甲基化，最主要产物是二甲基硒和三甲基硒（3）将硒酸盐转化为单质硒（4）单质硒氧化：如光合紫硫菌能将单质硒转化为硒酸盐第14页4.2.3.4 铁铁细菌能把二价铁转化为三价铁：当铁细菌生活在铁制管道中时，常因管内有酸性水而将铁氧化成可溶性Fe2+，再被铁细菌氧化为三价铁，形成为Fe(OH)3凝胶沉积于管壁上。煤矿及一些无机矿床内所含黄铁矿可在铁细菌作用下发生化学氧化，形成酸性矿水：当矿水pH在4.52.5之间时，可深入发生氧化，第15页上述反应可被耐酸铁细菌催化而大大加速。生成Fe3+深入氧化黄铁矿，以上两个反应联合作用组成了一个由铁细菌发挥重大作用溶解黄铁矿循环过程，生成大量硫酸，加剧了矿水酸化，有时能使矿水pH降至0.5。另外在还原状态环境中（氧还电位较低）经过微生物作用，可使难溶性三价铁化合物还原成亚铁化合物而溶解。有机铁化合物也可被一些微生物分解而释放出无机铁。第16页（1）混合功效氧化酶加氧氧化 这类型酶专一性强，能催化各种有机毒物氧化碳双键环氧化碳羟基化氧脱烃第17页硫脱烃及脱硫氮脱烃及脱氮（2）脱氢酶脱氢氧化（3）氧化酶氧化第18页（1）可逆脱氢酶加氢还原（2）硝基还原酶还原（3）偶氮还原酶还原（4）还原脱氯酶还原第19页（1）羧酸酯酶使脂肪酸酯水解（2）芳香酯酶使芳香酸酯水解（3）磷脂酶使磷酸酯水解（4）酰胺酶使酰胺水解第20页（1）葡萄糖醛酸结合在葡萄糖醛酸基转移酶作用下，生物体内尿嘧啶核苷二磷酸葡萄糖醛酸中，葡萄糖醛酸基可转移至含羟基化合物上，形成O-葡萄糖苷酸结合物。所包括羟基化合物有醇、酚、烯醇、羟酰胺、羟胺等。芳香及脂肪酸中羧基上羟基，也能够与葡萄糖醛酸结合成O-葡萄糖苷酸。该结合反应很常见，也很主要。结合后葡萄糖苷酸结合物水溶性很高，而有利于从机体内排出体外，可防止体内许多生物大分子损伤而起到解毒作用。不过也有少许结合物毒性比母体高，如与2-巯基噻唑，其葡萄糖苷酸结合物致癌性更强。（2）硫酸结合在硫酸基转移酶催化作用下，可将3-磷酸-5-磷硫酸腺苷中硫酸基转移到酚或醇羟基上，形成硫酸酯结合物。普通形成磷酸酯结合物极性增加而轻易排出体外，实际上起到解毒作用。也有化合物，如N-羟基芳胺或N-羟基芳酰胺与硫酸结合后毒性增加。另外，与葡萄糖醛酸结合相比较，硫酸结合相对没有葡萄糖醛酸结合主要。第21页