污染生态学考题大纲

1.污染生态学：以生态系统理论为基础，用生物学、化学、数学分析等方法研究在污染条件下生物与环境之间相互关系及其规律的一门学科。（污染的生态系统是其研究对象）

2.污染生态学的研究内容

1.污染物在生物体内的生物过程

2.环境污染的生物防治与修复

3.环境污染的生物指示、监测和评价

3.污染生态学的任务

1.阐明污染物在生物体内的生物过程，为环境污染控制提供理论依据

2.寻求解决环境污染问题的生态学途径

3.建立和完善污染环境的生物监测评价体系

4.污染生态学的研究方法？

把生态系统作为一个整体来研究生物与受污染环境之间的相互关系，但在具体研究时常把它“分解”为各个单元进行研究，最后综合为整体。

野外调查、受控实验、多学科交叉、新技术的运用

5.污染生态学侧重于研究污染条件下生物的生物过程和生态效应，核心是分析环境中的污染物在生态系统中的行为及其对生物的影响，目的是要利用生物控制污染和改善环境质量，并对环境质量进行综合评价和预测，提出生态规划和管理对策。

6.植物对污染物的吸收

（一）植物对气态污染物的粘附和吸收

粘附的数量决定于植物表面积的大小和粗糙程度；

吸收主要通过气孔和叶孔进入植物体，积累后并对这些部位产生伤害。

（二）植物对水溶态污染物的吸收

1、水溶态污染物到达植物根（或叶）表面

两个途径：

1.质体流(mass flow)途径：污染物随蒸腾拉力，在植物吸收水分时与水一起到达

植物根部；

2.扩散途径：通过分子扩散而到达根表面。

2、水溶态污染物进入细胞的过程

一种是被动的扩散，物质顺着本身的浓度梯度或细胞膜的电化学势流动；

一种是物质的主动传递过程，这种传递需要能量。

3.污染物透过细胞膜过程的物理化学解释

植物吸收环境中的污染物有两种方式：一种是细胞壁等质外空间的吸收，一种是污染物透过细胞质膜进入细胞的生物过程。

1.不带电荷分子的跨膜扩散 (2)带电离子的跨膜扩散

3.离子被动运输①离子运输②促进运输(4)主动运输

4.

7.污染物在植物体内的迁移

一般认为穿过根表面的无机离子到达内皮层可能有两种通路：

第一条为非共质体通道，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；

第二条是共质体通道，即通过细胞内原生质流动和通过细胞之间相连接细胞质通道。

8.动物对污染物的吸收与迁移

污染物通过动物细胞膜的方式有两大类：被动运输与特殊转运。

被动运输包括：简单扩散和滤过作用；

特殊转运分为：载体转运、主动运输、吞噬和胞饮作用。

吞噬作用：某些固态物质与细胞膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与细胞膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起细胞膜外包或内凹．将固态物质包围进入细胞；

胞饮作用：吞食细胞外液的微滴和胶体物质(即液态物质，特别是蛋白质) 通过这种方式进入细胞。

动物机体对污染物质的吸收

(一)经呼吸道吸收 (二)经消化管吸收(三)经皮肤及其他途径的吸收

9.微生物对污染物的吸收

污染物连接到微生物细胞壁上有三种作用机制：

离子交换反应、沉淀作用和络合作用。

10.影响植物吸收、迁移污染物的因素

一、植物种的生物学、生态学特性

1.不同植物种对污染物的吸收、积累量差异很大

2.生态类型之间对污染物吸收的差异比较复杂

3.同一植物的不同部位吸收污染物也有差异

4.、污染物的种类及其形态差异

植物对有些元素容易吸收而对另一些元素很难吸收。

三、pH

土壤中绝大多数重金属都是以难溶态存在，它的可溶性受pH控制。

1.、氧化还原电位

重金属是过渡元素，在不同的氧化还原状态下，有不同的形态

五、土壤阳离子交换量

增加土壤有机质含量，提高土壤对阳离子的固定率，就能减少植物对镉等重金属的吸收。

六、污染物间的不同效应

(一)相加作用(addition)(二)协同作用(synergism) (三)颉颃作用(antagonism) (四)独立作用(independent joint action) M＝M1+M2(1-M1)或M＝l-(1-M1)(1-M2)。

七、土壤性质的影响

1.土壤类型和特性不同，能影响植物根系对污染物的吸收。

2.土壤中有机质含量越多，提供了更多的能沉淀、络合污染物的基团，从而对污染物

吸附能力越强，根系吸毒量就越少。

3.不同类型的金属离子，被土壤吸附的数量、强弱是不同的。

4.金属离子形成有机螯合物后，植物对它们的吸收主要取决于所形成螯合物的溶解性

八、根际微生物的作用

根际是根土界面不足1mm到几毫米范围的微区土壤，是植物根系与土壤接触的微域环境。

植物对重金属的吸收能够通过2种相互增效的方法来提高：一种是通过微生物产生含fe细胞、分泌生物表面活化剂及有机酸等来提高金属在土壤中的移动性，促进植物吸收高浓度的金属；另一种则主要通过与促进植物生长的根际细菌和丛枝菌根真菌关联性来提高植物的生物量，从而增加重金属的积累量。

真菌也能促进植物对重金属的吸收；丛枝菌根真菌也能增加植物对重金属的吸收

11.生物富集(bio-enrichment)或生物浓缩(bio-concentration)：生物个体或处于同一营养级的许多生物种群，从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物，导致生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象。

12.生物积累：同一生物个体在生长发育的不同阶段生物富集系数不断增加的现象。

13.生物放大：在同一食物链上，生物富集系数从低位营养级到高位营养级逐级增大的现象。

14.生物富集机制

1.、生物学特性

生物体内能与污染物结合的物质

糖类物质葡萄糖和果糖等，其分子结构中都有醛基(果糖是酮糖，但易变为醛糖)；在还原性环境中，重金属离子易被还原，导致活性下降，并和糖类结合形成不溶性化合物。

蛋白质和氨基酸也具有与重金属及某些农药相结合的位点。一股认为蛋白质所含有的酸性氨基酸比碱性氨基酸多，其等电点接近于pH5。如果在中性环境中，蛋白质往往呈阴离子状态，易和金属阳离子结合

在能与重金属结合的蛋白质中，最重要的是金属硫蛋白及类金属硫蛋白。⑦作为细胞内蛋白质存在，不存在于一般体液中。

脂类含有极性酯键，这类酯键能和金属离子结合而形成络合物或螯合物，从而把重金属贮存在脂肪内。

核酸是极性化合物，既含有磷酸基又含有碱性基团，属两性电解质。在一定的pH条件下能解离而带电荷，所以能和金属离子结合。因此，尽管生物体内核酸含量不多，但仍是生物富集的重要原因之一。

生物对复杂有机化合物的富集能力与其体内存在的分解该类物质的酶的活性有关。酶活性越强，则越不易富集；酶活性越弱，则越易富集

金属元素在各类生物体内的半衰期长短不同，能直接影响生物富集量。

富集还和某些元素的代谢有关

1.（）不同器官

对三种鱼(鲢鱼、草鱼、鲤鱼)的研究证明，在相同铅浓度下，三种鱼各部位的富集规律都一致，即鳃＞内脏＞骨骼＞头＞肌肉

1.（）不同生育期

在水稻的不同生育期施铅，根对铅的富集顺序为：拔节期＞分蘖期＞苗期＞抽穗期＞结实期。叶片和茎对铅的富集也以拔节期最高。谷壳和糙米的富集量则不同，都是以结实期施铅富集量最高，其富集顺序为：结实期＞苗期＞拔节期＞抽穗期＞分蘖期。

1.（）不同生物种

生物体吸收污染物后，由于其特有的生物学特性，可以降低污染物的毒性，从而使其在体内富集。主要表现为：①污染物和生物体中某些成分结合(络合、螯合)，不能再参加代谢活动，使污染物失去毒性，从而可以在生物体内富集；②体内污染物在酶的作用下通过氧化、还原、水解、脱烃、脱卤、苯环羟基化和异构化过程，毒性降低，甚至彻底分解，失去毒性，从而加速生物的吸收，增加生物富集量。

（五）超量积累的植物

这类植物有三个主要特征：①体内某一元素浓度大于一定的临界值；②植物吸收的重金属大部分分布在地上部，即有较高的地上部/根浓度比率；③在重金属污染的土壤上这类植物能良好的生长，一般不会发生重金属毒害现象。除以上主要特点外，生物有机体的大小、性别、食性、食量、生活区域、脂肪含量及生长发育季节等也都会影响生物对污染物的富集。

1.、污染物的性质

污染物的价态、形态、结构形式、相对分子质量、溶解度或溶解性质、物理稳定性、化学稳定性、生物稳定性、在溶液中的扩散能力和在生物体内的迁移能力等。

化学稳定性和高脂溶性是生物富集的重要条件。

重金属作为一类特殊的污染物，具有显著的不同于其他污染物的特点：

首先，重金属在环境中不会被降解，只会发生形态和价态变化，在土壤环境中的迁移能力很差，故在环境中长期存在。

其次，许多重金属是生物生长发育所必需的营养元素，如铜、锌、铬等，具有很强的生物富集效应。只有在超过一定的浓度时、才可以被称为污染物，会产生更高的生物积累，并对生物的生长发育产生副作用。

有些重金属为生物生长发育非必需，它们具有与许多矿质营养元素相同或相似的外层电子层结构，能通过扩散和细胞膜渗透而进入生物体内，发生生物积累。这类重金属在环境中只要微量存在，即可产生毒性效应，影响生物的生长发育。

第三，环境中的某些重金属可在微生物的作用下转化为毒性更强的重金属化合物，如汞的甲基化作用。

第四，重金属在进入生物体内后，不易被排出，在食物链中的生物放大作用十分明显，在较高营养级的生物体内可成千万倍地富集起来，然后通过食物链进入人体，在人体的某些器官中蓄积起来造成慢性中毒，影响人体健康。

污染物的浓度和作用时间

生物体内污染物的富集量与环境中污染物的浓度成正相关，但富集系数与环境中污染的浓度没有显著的正相关性，相反有随污染物浓度增高而逐渐下降的趋势

富集量不仅与污染物浓度有关，还与作用时间密切相关。污染物的浓度越高，作用时间越长，则生物体内污染物富集量也超多。

1.、环境特点

环境要素通过影响生物的生长发育和污染物的性质来间接影响污染物的生物富集，土壤重金属作物效应的区域差异就是环境要素作用的结果。

土壤环境对植物的富集作用有十分重要的影响。

气态污染物主要通过气孔进人植物体，凡是能影响光合作用的因素均能影响气态污染物在植物体内的积累。

鱼体内积累的几乎都是甲基汞。鱼体内富集的甲基汞多少和湖底有机质含量有关，湖底有机质含量越高，则湖底甲基汞占总汞量越高而鱼体含汞量越低

富集与食物链

在生态系统内，污染物沿食物链流动过程中，含量逐级增加，其富集系数在各营养级中均可达到极其惊人的程度

15.受害机制

1.、生物活性点位—生物大分子中具有生物活性的基团和物质。

在生物大分子中的活性点位有：羧肽酶、碱性磷酸酶、碳酸酐酶、细胞色素C、血红蛋白以及铁氧还原蛋白等。

二、重金属对生物毒性效应的分子机制

金属的生物中毒有两种可能的分子机制：一是有毒金属进攻生物大分子活性点位，取代活性点位上有益金属，破坏了生物大分子正常的生理和代谢功能，造成生物的病变；二是有毒金属键结合到生物大分子的去活性位置上，降低或消除了生物大分子(如酶)原有的生物活性，同样使生物发生病变。

三、金属离子对生物大分子活性点位的竞争及其与金属生物毒性的关系

当进人生物体内的金属不止一种时，引起的生物毒性效应除与金属离子的种类、浓度以及金属离子与生物大分子结合的部位有关外，还与这些金属在生物体内的联合作用有关。

1.、分子、原子结构理论解释

重金属是过渡元素，都有d电子存在，而d电子在催化、磁性等方向都有特殊的性质与效能。它对生物都是致毒的根源。这些重金属如进入人体．就会起催化作用，扰乱生理反应，成为比原子能放射性更有害的污染物。因为原子能放射只是无机离子，而这些重金属都有有机化的危险。

有机氯农药和有机磷农药对生物毒害效应的差别主要是前者为慢性中毒，后者主要是急性中毒。

16.生物监测是利用生物分子、细胞、组织、器官、个体、种群和群落等各层次对环境污染程度所产生的反应来阐明环境状况，从生物学的角度为环境质量的监测和评价提供依据。

17.生物监测优缺点

优点：1.能够反映环境污染的综合效应2.能够反映环境污染的累积效应3.具有连续监测的特点4.具有经济性特点

缺点：定量困难、灵敏度低、选择性不强、时效性差。

18.生物多样性丧失的原因

1.遗传多样性丧失的原因

1.在污染条件下，种群的敏感性个体消失，这些个体所具有的特异性遗传多样性也因

此不复存在，从而整个种群的遗传多样性水平下降。

2.污染引起种群的规模减小，由于遗传漂变的发生，降低了种群的遗传多样性水平。

3.污染引起种群数量减小，以至于达到了种群的遗传学瓶颈，即使种群最后实现了完

全的适应，并恢复到原来的种群数量，由于建立者效应，导致遗传来源单一，使得遗传变异性的来源也大大降低。

2.物种多样性

1.污染物的直接毒害作用，阻碍生物的正常生长发育，使生物丧失生存或繁衍的能力

2.污染引起生境的改变，使生物丧失了生存的环境

3.生态系统中的富集和积累作用，使食物链后端的生物中毒难以存活或繁育等

3.生态系统多样性

1.生态系统多样性的丧失

环境污染往往导致生境的单一化，从而生态系统多样性的丧失也成必然

2.生态系统复杂性的降低

主要表现为生态系统的结构趋于简单化，食物链简化，食物链不完整；生态系统的物质循环路径减少或不畅通，能量供给渠道减少、供给程度减少，信息传递受阻。

导致生态系统复杂性减低的原因主要有两个，一是污染直接影响物种的生存和发展，从根本上影响了生态系统的结构和功能基础；二是污染大大降低了初级生产，从而使依托强大初级生产力才能建立起来的各级消费类群没有足够的物质和能量支持，生态系统的结构和功能趋于简单化。

19.“指示生物”指对环境中的污染物能产生各种定性反应，指示环境污染物的存在。

“监测生物”不仅能够反映污染物的存在，而且能够反映污染物的量。

监测生物必然是指示生物

20.水体污染：进入水体的外来杂质含量超过了水体的自净能力，使水质恶化，对人来

环境和水的利用产生不良影响。

21.水体富营养化：指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖

泊、河口、海湾等缓慢水体，导致某些特征性藻类异常增殖。水体颜色加深，水体透明度下降，溶解氧降低，水质变坏，鱼类及其他生物大量死亡，水体呈鱼腥气味，从而破坏了水体的生态平衡，导致水体生物多样性下降，单优势种群数量增加，水生生态系统失去原有价值。

植物对污染物的结合钝化（细胞壁的结合钝化作用：细胞壁是结合、固定污染物的重要部位；细胞膜的结合钝化作用；细胞质和液泡的结合钝化作用：细胞质和液泡中具有许多能够与污染物结合的“结合座”，当部分污染物突破细胞壁和细胞膜进入细胞质后，就能够和细胞质中的蛋白质、氨基酸的羧基、氨基、琉基及酚基等官能团结合，形成稳定的整合物，从而起到钝化作用。）

动物对污染物的结合钝化（各种脂溶性有毒污染物进入组织后，多数耍与体内的某些化合物或基团结合，使毒性减低，极性和水溶性增加，从而可以迅速随尿液或汗液排出体外。结合反应的主要有6种：葡萄糖醛酸化反应、硫酸、乙酰化、甲基化、甘氨酰基、谷胱甘肽的形成）

葡萄糖醛酸化是动物体内(除猫外)最常见的解毒方式；乙酰化是各种芳香胺类、酰阱类使氨基的活性作用减弱，从而达到解毒的目的；谷胱甘肽是机体内存在的一种最重要的非蛋白琉基，其解毒作用的机制主要有三个方面：(1)为亲电子物质或其他氧化代谢物提供琉基，形成无毒的加成物。(2)阻断亲电子污染物及共代谢物与重要的生物大分子的共价结合，使其保持正常代谢。(3)对脂质过氧化作用的抑制及对自由基的清除。金属硫蛋白形成可和污染物结合起到解毒作用。如Cd－MT

微生物对污染物的结合钝化（沉淀作用、胞外络合作用、细胞壁结合作用、细胞质的结合作用）

23、生物对污染物的代谢解毒：

植物对污染物的代谢解毒；

动物对污染物的代谢解毒；

微生物对污染物的代谢解毒

24、生物对污染物的遗传解毒控制：

植物对污染物的遗传解毒控制

微生物对污染物的遗传解毒控制

25、生物对污染物及代谢产物的排出作用：

植物对污染物及代谢产物的排出作用

动物对污染物及代谢产物的排出作用（（一）肾尿排出，（二）肝胆（三）呼吸道（四）其他消化管随粪便排出，皮肤、体液（汗液，唾液、乳汁））

微生物对污染物及代谢产物的排出作用

26、生物对污染物的解毒通过哪些途径实现？

1、生物对污染物的结合钝化

3、生物对污染物的遗传解毒控制：

4、生物对污染物及代谢产物的排出作用：