1、第四节第四节 污染物在生物体内的浓缩、污染物在生物体内的浓缩、积累和放大积累和放大一、生物浓缩（一、生物浓缩（Bioconcentration）1、概念：生物机体或处于同一营养级上的许、概念：生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物体内该物质的浓或难分解化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物学度超过环境中的浓度的现象，又称生物学浓缩、生物学富集。（浓缩、生物学富集。（体内体内/环境中环境中）2、特点、特点 是物化过程是物化过程 直接吸收，基本属于简单扩散直接吸收，基本属于简单扩散 与体内
2、亲和力、外界条件有关与体内亲和力、外界条件有关3、生物浓缩系数、生物浓缩系数KBCF、KBCF生物体内生物体内/环境介质中环境介质中、污染物达到平衡时的比值污染物达到平衡时的比值二、生物积累（二、生物积累（Bioaccumulation）1、概念：生物在其整个代谢活跃期间通过吸收、概念：生物在其整个代谢活跃期间通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解化合物，以致随着生长发育，浓缩元素或难分解化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。（系数不断增大的现象，又称生物学积累。（体内体内后期后期/体内前期体内前期
3、）2、特点：、特点：不同生物，比例不同不同生物，比例不同三、生物放大（三、生物放大（Biomagnification）1、概念：指在生态系统中，由于高营养级生物、概念：指在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某元素或难分解化合以低营养级生物为食物，某元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象，称生物学放大。（大的现象，称生物学放大。（体内体内/食物内食物内）2、特点、特点 间接吸收间接吸收 生物学过程生物学过程 达到平衡时间长，有波动。达到平衡时间长，有波动。与年龄、脂肪量有关与年龄、脂肪量有关3、思考：许多生物外源性
4、物质在环境中的含量很、思考：许多生物外源性物质在环境中的含量很低，通常在低，通常在ppb级，为什么这么低的浓度还会引级，为什么这么低的浓度还会引起严重的问题？起严重的问题？这正是由于生物放大作用造成的，这样的生物外源性这正是由于生物放大作用造成的，这样的生物外源性物质必须满足以下两个条件：一、难以生物降解；二、物质必须满足以下两个条件：一、难以生物降解；二、具有亲脂性。具有亲脂性。4、思考：三个概念有何区别？有何意义？、思考：三个概念有何区别？有何意义？生物浓缩：生物浓缩：C体内体内C环境环境 生物积累：生物积累：t（生长期）（生长期），KBCF 生物放大：营养级生物放大：营养级 ，KBCF
5、四、生物浓缩系数四、生物浓缩系数1、概念：生物体内某种元素或难分解的化、概念：生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中该物质合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度比值，可用以表示生物浓缩的程的浓度比值，可用以表示生物浓缩的程度，又称浓缩系数、生物富集系数、生度，又称浓缩系数、生物富集系数、生物积累率等。物积累率等。2、平衡浓缩系数：物质交换达到动态平衡、平衡浓缩系数：物质交换达到动态平衡时的浓缩系数。时的浓缩系数。3、测定方法：、测定方法：优缺点优缺点 实验室饲养法：实验室饲养法：条件易于控制，但数值不够准确条件易于控制，但数值不够准确 野外调查法：野外调查法：数值标准，技术
6、难度大，时间周期长数值标准，技术难度大，时间周期长 动力学方法：动力学方法：节省试验时间，更适合大个体生物节省试验时间，更适合大个体生物4、影响因素、影响因素 生理因素：如生物的生长、发育、大小、年龄生理因素：如生物的生长、发育、大小、年龄 环境因素：如污染物的浓度、化学形态、环境温度、环境因素：如污染物的浓度、化学形态、环境温度、pH值、光照条件及季节值、光照条件及季节表表1 12 2汞在水生物富集汞在水生物富集生物类型生物类型汞浓度（汞浓度（ppmppm）浓缩系数浓缩系数食肉娃鱼食肉娃鱼1-21-210000-2000010000-20000小鱼小鱼0.1-0.30.1-0.31000-3
7、0001000-3000低等动物低等动物0.02-0.050.02-0.05200-500200-500植物植物0.01-0.020.01-0.02100-200100-200海水海水0.00010.0001q v C BiVBCBVTCTK2CTq v C Bo血液血液组织组织图图16 生物体某一组织生物浓缩的机理模型生物体某一组织生物浓缩的机理模型TTBoBiVTTcKVccqdtdcV2 tKBoBiTVTeccKVqtc221 BoBiTVTccKVqc2由此可知：生物组织中化合物的浓度不仅与该化合物由此可知：生物组织中化合物的浓度不仅与该化合物在该组织中的代谢速率有关，还与进出组织的
8、血液中在该组织中的代谢速率有关，还与进出组织的血液中的化合物浓度差成正比。的化合物浓度差成正比。五、生物浓缩机理五、生物浓缩机理六、六、外来物动力学外来物动力学 0级动力学过程：物质的转运速率与浓度无关，级动力学过程：物质的转运速率与浓度无关，是恒定值。是恒定值。一级动力学过程：物质的转运速率与所在部位的一级动力学过程：物质的转运速率与所在部位的量（或浓度）的一次方成正比。量（或浓度）的一次方成正比。二级动力学过程：两种物质参与反应，非线形。二级动力学过程：两种物质参与反应，非线形。速率：速率：mg/min.速率常数：速率常数：K=总量（浓度）总量（浓度）/速率速率=mg/（mg/min.）=
9、min.-1 七、生物浓缩模型七、生物浓缩模型ffWcKKcKcKdtdcT)(211tKKCfeKKKKcW)(111111)(水水cw生物生物cfK1K-1tKKCCeKKKKwf)(111111)(1、从以上讨论可以看出，生物浓缩系数由、从以上讨论可以看出，生物浓缩系数由分配系数分配系数K和速度常数组合而成，这种组和速度常数组合而成，这种组合可分三种情况：合可分三种情况：a.K1K-1，t ，KBCF为分配系数为分配系数Kb.K1K-1，t ，KBCF为分配系数的一半为分配系数的一半K/2c.K1K-1，t ，KBCF为为K/K-1八、影响生物浓缩的因素八、影响生物浓缩的因素1、生物种的
10、生物学特征、生物种的生物学特征2、不同组织器官的影响、不同组织器官的影响3、不同生育期、不同生育期4、与性别的关系、与性别的关系5、污染物的性质、污染物的性质6、污染物浓度和作用时间、污染物浓度和作用时间7、环境条件、环境条件第五节第五节 生物对污染物环境行为的影响生物对污染物环境行为的影响一、生物污染（一、生物污染（Biological Pollution）1、环境中的病原微生物，例如：沙门氏菌、环境中的病原微生物，例如：沙门氏菌、霍乱弧菌、肠道病毒等霍乱弧菌、肠道病毒等2、水体的富营养化、水体的富营养化 概念：指大量的氮磷等营养元素物质进入水体，使概念：指大量的氮磷等营养元素物质进入水体，
11、使水中藻类等浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体的生水中藻类等浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体的生态平衡的现象。态平衡的现象。不良后果：不良后果：3、微生物代谢产物产生的污染、微生物代谢产物产生的污染 硫化氢硫化氢 酸性矿水酸性矿水 硝酸和亚硝酸硝酸和亚硝酸4、微生物毒素、微生物毒素 指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素，可污指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素，可污染食品和环境，危害人类健康。如黄曲霉毒素、葡萄染食品和环境，危害人类健康。如黄曲霉毒素、葡萄球菌肠毒素、藻类毒素等。球菌肠毒素、藻类毒素等。酸性矿水（酸性矿水（p61）成因成因 由黄铁矿（由黄铁矿（FeS2）氧化所产生的硫酸引起，
12、微生物与）氧化所产生的硫酸引起，微生物与形成酸性矿水的整个过程密切相关。当形成酸性矿水的整个过程密切相关。当pH3.5时，铁时，铁细菌即细菌即氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌可催化铁的氧化，其它如可催化铁的氧化，其它如氧化氧化硫硫杆菌硫硫杆菌和和氧化亚铁铁杆菌氧化亚铁铁杆菌都与酸性矿水的形成密切都与酸性矿水的形成密切相关。相关。危害危害 酸性矿水中最有破坏性的组分是硫酸，有直接的毒性酸性矿水中最有破坏性的组分是硫酸，有直接的毒性及其他不良影响。及其他不良影响。防治防治 利用利用碳酸钙矿石碳酸钙矿石中和过量酸性矿水，但中和过量酸性矿水，但Fe(III)往往同时往往同时存在，反应后，存在，反应后，pH
13、上升，上升，Fe(OH)3立即覆盖在碳酸钙立即覆盖在碳酸钙矿石的表面成为不透水层，这种保护效应阻止了碳酸矿石的表面成为不透水层，这种保护效应阻止了碳酸钙对酸的进一步中和。钙对酸的进一步中和。二、金属的生物转化二、金属的生物转化1、金属的毒性、金属的毒性 影响因素：金属的浓度、金属的形态影响因素：金属的浓度、金属的形态 例如，六价铬比三价铬毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大例如，六价铬比三价铬毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；有机锡比无机锡毒，有机锡中的烷基锡比芳香基锡毒，烷基锡中得多；有机锡比无机锡毒，有机锡中的烷基锡比芳香基锡毒，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒。三烷基又
14、比其他烷基锡毒。2、金属的微生物转化、金属的微生物转化 微生物对金属的毒性转化，主要是微生物对金属的毒性转化，主要是氧化、还原氧化、还原和和甲基甲基化化作用。作用。3、汞的转化、汞的转化a、汞的存在形式、汞的存在形式 无机汞：零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶无机汞：零价的金属汞与一价汞盐几乎不溶;二价汞二价汞盐除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解盐除了硫化汞、碘化汞外几乎均可溶解 有机汞：汞易和有机基团形成化合物，通常是以共有机汞：汞易和有机基团形成化合物，通常是以共价键连接在碳原子上形成有机汞。价键连接在碳原子上形成有机汞。b、汞化合物的毒性、汞化合物的毒性 难溶的汞难溶的汞生物吸收困难，毒性很小
15、生物吸收困难，毒性很小 易溶的汞易溶的汞容易吸收，毒性很强（其中甲基汞的毒容易吸收，毒性很强（其中甲基汞的毒性最强）性最强）毒性体现：生物的神经系统受到伤害，神经麻痹以致毒性体现：生物的神经系统受到伤害，神经麻痹以致引起死亡。引起死亡。c、汞的甲基化、汞的甲基化汞的甲基化是由微生物形成的。汞的甲基化是由微生物形成的。鱼类体表粘液中有许多鱼类体表粘液中有许多含有甲基化辅酶的微含有甲基化辅酶的微生物生物，他们将无机汞转化为甲基汞，动物和，他们将无机汞转化为甲基汞，动物和人体肠道的细菌大部分也具有这种功能，因人体肠道的细菌大部分也具有这种功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。此甲基汞中毒是由微生物造
16、成的。汞甲基化微生物：汞甲基化微生物：细细 菌菌甲烷菌、匙形梭菌、荧光假单胞菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、甲烷菌、匙形梭菌、荧光假单胞菌、大肠埃希氏菌、产气肠杆菌、巨大芽孢杆菌巨大芽孢杆菌真真 菌菌粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。粗糙链孢霉、黑曲霉、酿酒酵母等。过程如下：过程如下：Hg2+Hg+-CH3 Hg(CH3)2 甲基化辅酶甲基化辅酶甲基化辅酶甲基化辅酶-CH3-CH3d、甲基汞的降解、甲基汞的降解 事实上通常情况甲基汞在天然水体中的事实上通常情况甲基汞在天然水体中的浓度十分低，这是由于不仅存在汞的甲浓度十分低，这是由于不仅存在汞的甲基化，同时还存在甲基汞的降解，甲基基化，同时还存在甲
17、基汞的降解，甲基汞可被生物还原为金属汞。汞可被生物还原为金属汞。甲基汞降解微生物：柠檬酸杆菌、假单甲基汞降解微生物：柠檬酸杆菌、假单胞菌、节杆菌、隐球菌等。胞菌、节杆菌、隐球菌等。小结小结生物意义：汞的甲基化与脱甲基化保持着一个生物意义：汞的甲基化与脱甲基化保持着一个动态的平衡动态的平衡，从而，从而使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。但是，在使环境中的甲基汞浓度维持在低水平。但是，在有机污染严重有机污染严重、pH较低较低的环境中，容易形成和释放甲基汞，对生物的危害较大。的环境中，容易形成和释放甲基汞，对生物的危害较大。一方面甲基汞溶于水被鱼、贝吸收一方面甲基汞溶于水被鱼、贝吸收浓缩浓缩，另一方面
18、甲基汞还会，另一方面甲基汞还会逸逸出水体出水体，进入大气，使污染扩大。，进入大气，使污染扩大。4、其它重金属的转化、其它重金属的转化a、与汞相似，、与汞相似，重金属（砷、铅、锡、镉等）重金属（砷、铅、锡、镉等）普遍可被微生物甲基化普遍可被微生物甲基化，毒性提高。毒性提高。b、重金属生物转化的环境效应、重金属生物转化的环境效应 微生物通过微生物通过分泌作用分泌作用或或呼吸作用呼吸作用排出形成的有机金属排出形成的有机金属化合物，是微生物的自我保护机制。化合物，是微生物的自我保护机制。另一方面，微生物可将化合态的重金属转化还原为单另一方面，微生物可将化合态的重金属转化还原为单质形式，可将金属从环境中去除。质形式，可将金属从环境中去除。思考题 污染物在环境中的迁移方式和转化途径有哪些？什么是生物转运和生物转化？污染物透过细胞膜的方式有哪些？有何特点？什么是生物浓缩、生物积累、生物放大和浓缩系数？
