环境毒理学讲义.docx

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1、其次章 污染物在生物体内的迁移教学引入（可选）：生物体对污染物汲取、迁移是讨论污染物在生物体内富集，毒害以及生物体解毒、抗性作用的基础，是污染物对生物体产生生理、生态、遗传，分子毒性效应的第一步。本章节主要把握污染物的基本概念，性质，分类以及生物对污染物的汲取、迁移规律，最终知道影响植物汲取、迁移污染物的几个重要因素。教学内容与教学设计：其次章污染物在生物体内的迁移2.1 污染物的概念，性质及分类2.1.1 污染物的概念辞海的定义：进入环境后能直接或间接危害人类的物质。它转变了环境的原有组成，直接或间接的有害于人类。如：重金属，火山灰等。这类物质有自然排放的，也有人类活动造成的。2.1.2 污

2、染物的性质1）污染物必需在特定的环境中达到肯定的数量或浓度，并且持续肯定的时间。污染物本身是生产活动中的有用物质，甚至是稀有物质，有的是任何生物的必需的养分元素，少量或极微量的有些对人体还是有益的，但是若这些物质的排放量过大，超过了环境的承受负载,便会产生毒害作用。例：硒（Se）、铭（Cr）、氮（N）、磷（P）o2）污染物在环境中发生转化，即具有易变性。污染物进入环境后并非一成不变，他们会发生物理的，化学或生物的反应生成其它物质，生成的新物质可能危害更大，但也可能降解，转化成低毒或毒性减轻。例：亚硝酸盐的生成。农药的降解。相互作用:相加、协同和拮抗。2.1.3 污染物的分类1)按来源：自然来源

3、和人为来源；2)按污染物影响环境的要素，分大气，水体和土壤污染物；3)按污染物的形态，可分为气态，液态和固态；4)按污染物的性质，分为物理，化学和生物的污染物；5)按污染物在环境中物理，化学性状的变化，可分为一次和二次污染物；此外，按污染物对人体(或动物)的影响又分为致畸物，致癌物等。有关生物对污染物的汲取、迁移的几个基本概念污染物对生物的毒害作用有一个数量的相关性。所以数量的概念对污染物的汲取，迁移过程很重要。现在介绍几个有关的概念。1)平安浓度(safe concentration):生物与某种污染物长期接触,仍未发觉受害症状，这种不会产生受害症状的浓度称为平安浓度。2)最高浓度(maxi

4、mum allow concentration)：生物在整个生长发育周期内，或者是对污染物最敏感的时期内，该污染物对生物的生命活动力量和生产力没有发生明显影响的浓度，称为最高浓度。例：碑(As)铅(Pb) 汞(Hg) 铭(Cr) 镉(Cd)粮食 0.20.30.020.30.2 mg/kg蔬菜0.20.30.010.30.2饮用水0.040.10.0010.050.01大气 0.0030.00170.0033)效应浓度(effective concentration)：超过了最高允许浓度，生物开头消失受害症状，接触毒物时间长，受害越重。这种生物开头消失受害症状的浓度称为效应浓度。可以用E50,

5、 E70, E90分别代表在该浓度下有50%, 70%, 90%的个体消失特殊效应，即开头有受害症状。4)致死浓度(lethal concentration):当污染浓度连续提升到某一浓度，生物开头死亡，这时的浓度称为致死浓度，也称致死阈值。可以用L50, L70, L90分别代表在该浓度下有50%, 70%, 90%的个体的致死阈值。如一周内甲级汞。.2mg人，镉04-0.5mg人。2.3 植物对污染物的汲取与迁移2.3.1 植物对污染物的汲取1)植物对气态污染物的汲取：随大气污染的加剧，大气中充斥着有害气体，如：二氧化硫，氧化氮，光化学烟雾，飘尘，降尘等。植物能黏附和汲取气态污染物。植物粘

6、附污染物的数量主要打算于植物的表面积的大小和粗糙程度。如，云杉，侧柏等分泌油脂粘液,杨梅，木槿，榆树等页面粗糙，表面极大，具有较强的吸附粉尘的力量，大叶黄杨叶面硬挺，风吹不易抖动，也能吸附粉尘。据讨论，几种针阔叶树种截获粉尘的数量:山毛样5.9%。橡树7.15%,白桦10.59%,刺槐 17.58%。松 2.32%。云杉 5.42%。氟化物是一种积累性的大气污染物，它可以通过气孔和皮孔进入植物体。二氧化硫进入气孔，被叶肉细胞汲取，使气孔的开闭机能瘫痪。光化学烟雾主要成分之一的臭氧都可以通过气孔进入植物体，损害叶片的栅栏组织。2）植物对水溶态污染物的汲取a.水溶态污染物到达植物根的（或叶）表面：

7、水溶态污染物到达根表，有两个途径：质流和集中，在土壤中，重金属的集中一般遵循Fick的其次法则，它的平均集中距离为：Sl2= （2DT） 1/2,依据计算，100天的金属的集中距离，Zn:0.72mm,Mn:7.2mm,可见重金属的集中速度是很慢的，只有靠近根部的重金属才能通过集中作用到达根的表面，其余的重金属要通过质流到达根的表面。到达根表面的污染物不肯定被植物根汲取，植物汲取土壤中的污染物的种类和数量打算于土壤特性，污染物的种类和数量外，还打算于植物的特性。环境中的有机污染物占肯定的比重，特殊是近年来农药在农业上的大量使用，生活污水中包含了洗涤剂等有机排放物，所以有机物的植物汲取，迁移就成

8、为了很多讨论者的关注对象。农药主要被喷洒在植物叶片上，叶片对农药的汲取主要为角质层和气孔汲取。为了提高药效，经常用表面活性剂来增加附着力量。例：草柑嶙在蚕豆叶片上的气孔汲取（刘支前等，1998）：表面活性剂汲取率草柑瞬0.3 （0.5）+0.5%MON08180.7(0.3)0.5%TritionX-451.2(0.7)+0.5%silwetL-7785.4(3.5)同时又发觉草柑瞬的汲取程度与表面活性剂的种类，植物种类，光照强度和水分状况等亲密相关。小麦再添加+05%silwetL-77时气孔的汲取已不足20%。b.水溶态污染物进入细胞的过程：植物的细胞壁是污染物进入植物细胞的第一屏障，在细

9、胞壁中的果胶质成分为结合污染物供应了大量的位点，Wierzibika (1987年)指出：从溶液中汲取的铅首先沉积在根的表面，然后以非共质体方式集中进入冠层细胞。在根的成熟区域，在皮层细胞壁和表皮细胞壁都可以看到铅的沉积。彭明等(1989),从玉米的试验的电镜照片(手工画图)也看到了这种现象，这说明植物最初对铅的快速汲取主要靠细胞内自由空间的非代谢集中运动，与细胞壁上带有负电荷的道南相坚固结合一吸附作用。当这种结合达到平衡时才有粗颗粒的铅沿细胞壁的水分自由空间沉积，迁移。同时也看到了，当铅的浓度过大时,也有铅透过细胞壁，穿过质膜进入细胞中。这说明白质膜，细胞壁是前进入细胞内部的障碍，这也是细胞

10、对重金属的一种排斥机制。除了细胞壁的吸附，非共质体的沉积的方式汲取重金属外，重金属可以透过质膜在细胞内积累已被很多试验所证明。Weigel(1979)和Fujita( 1985)的试验表明，大豆等植物中隔的亚细胞分布，大约70%的镉沉积在细胞质部分，只有8-10%结合到细胞壁及其他细胞其中，杨居荣等(1993)讨论了镉、铅在植物细胞内的分布，也得到了类似的结果。镉以可溶性成分说占比例最大，约为45-69%,而铅则以沉积于细胞壁成分占绝大比例，可达77-79%,可溶性成分仅占023.8%。表黄瓜，菠菜个细胞组分Cd,Pb的分配率细胞壁等残渣细胞核线粒体核蛋白可溶性ug/gFW%Cd黄瓜茎，叶51

11、5. 7464.4356. 16.76.345.8根285. 2535.637.64.83.90. 153.6菠菜茎，叶0. 790.923.92.522.269.4根85.4399. 122.9219.62.245.2Pb黄瓜茎，叶2748.87710.97.70. 73.8根284291.287. 37. 14.40. 60. 7菠菜茎，叶194.43.677.914.44,30.82.5根5217.396.499.94.55.80.60.2细胞膜调整着物质进出细胞的过程，他与细胞壁一起构成了细胞的防卫体系。污染物通过植物细胞末进入细胞的过程，目前认为有两种方式，即被动的集中和主动的传递过

12、程。生物膜是非极性的类脂双层膜，Park把细胞膜透过机理归纳为以下几个主要方面：流淌运输（8.4nm）,脂质层受控集中，媒介输送和能动载体输送。张笑一等（1997）认为，在有机体对阳离子的汲取中，一些重金属离子可以通过电荷相同，电子构形相像，离子半径相近的必需金属离子的汲取途径进入有机体内。对于一些能快速形成金属有机化合物的重金属，由于对细胞膜的亲和性比二价离子更简洁通过细胞膜，有机体对这类化合物的选择性就更低。例外，SH-, S2-等都可以与重金属形成配位例子，这也是重金属进入有机体的重要渠道。植物细胞能对环境胁迫进行适应性的调解，而从肯定范围和程度上阻挡有害物质进入细胞（罗立信，1998）

13、。但假如污染物毒性强使脂膜中不饱和脂肪酸氧化分解，产生更多的自由基时，细胞膜的透性就大大提高了。有机农药经过气孔和角质层进入植物体后，有些农药时可以降解的。杨培素等(1998)在北京和沈阳两地讨论了烟喀黄隆在玉米和土壤中的残留和消解动态，结果如表。烟喀黄隆在玉米植株中的消解动态年份 距施药时间 植株中的残留量 消解率 回归方程 半衰期地点d07. 77199515. 6527. 251. 62北京32. 1472. 4350. 6491. 7570. 4694. 0509. 80199518. 5013. 171. 84沈阳33. 9459. 8850. 3896. 1370. 1998. 1

14、很多讨论结果表明，若按常规施用，经植物汲取的农药能被降解,在植物体内积累作用不大。但是这必需说明的是有些农药在生物降解方面是很难降解的。2.3.2 污染物在植物体内的迁移从根表面汲取的污染物能横穿根的中柱，被送入导管。进入导管后随蒸腾拉力向地上部移动。一般认为穿过根表面的无机离子到达内皮曾有两种通路：第一位非共质体通道，即无机离子和水在根内横向迁移，到达内皮层是通过细胞壁和细胞间隙等质外空间，其次为共质体通道，即通过细胞内原生质流淌和通过细胞之间相联接的细胞质通道。彭鸣等(1989)用电镜与X射线显微分析的结果证明不同的重金属在玉米根内的横向迁移方式不同。各主要是以共质体方式在玉米根内横向迁移，铅主要以非共质体方式在玉米根内移动。不同Pb, Cd处理玉米5d后X射线显微分析结果处理浓度(mgL)根组织相对含量()对照100PbCd00皮层24. 57. 02中柱11.4315.03导管4.088.12木灰部薄壁组织6.831.82叶0. 861000