环境化学污染物在生物体内的迁移转化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第五章第五章 污染物在生物体内迁移污染物在生物体内迁移转化转化第1页生物污染和生物污染生物污染和生物污染主要路径主要路径环境污染物在生物体内环境污染物在生物体内分布分布污染物质污染物质生物富集、放大和积累生物富集、放大和积累微生物微生物对环境污染物对环境污染物降解转化作降解转化作用用环境污染物对人体健康影响环境污染物对人体健康影响本章内容介绍本章内容介绍第2页重重 点点 掌掌 握握污染物质污染物质生物富集、放生物富集、放大和积累大和积累微生物微生物对环境污染物对环境污染物降降解转化作用解转化作用环境环境污染物污染物对对人体健康人体健康影响影响第3页第一节第一节生物污染和生物污染主要路径生物污染
2、和生物污染主要路径一、一、生物污染生物污染 有两种含义,一个是指对人和生物有害微生物、寄生虫等病有两种含义,一个是指对人和生物有害微生物、寄生虫等病原体和变应原等污染水体、大气、土壤和食品,影响生物产量和原体和变应原等污染水体、大气、土壤和食品,影响生物产量和质量,危害人类健康。质量,危害人类健康。另一个是指大气、水环境以及土壤环境中各种各样污染物质,另一个是指大气、水环境以及土壤环境中各种各样污染物质,包含施入土壤中农药等,经过生物表面附着、根部吸收、叶片气包含施入土壤中农药等,经过生物表面附着、根部吸收、叶片气孔吸收以及表皮渗透等方式进入生物机体内,并经过食物链最终孔吸收以及表皮渗透等方式
3、进入生物机体内,并经过食物链最终影响人体健康现象。影响人体健康现象。二、植物受污染主要路径二、植物受污染主要路径1.表面附着表面附着表面附着是指污染物以物理方式黏附在植物表面现象。表面附着是指污染物以物理方式黏附在植物表面现象。表面附着量大小与表面附着量大小与植物表面积大小、表面形状、表面性质植物表面积大小、表面形状、表面性质等等相关。植物叶片越粗糙,比表面积越大,越能吸附大量污染物。相关。植物叶片越粗糙,比表面积越大,越能吸附大量污染物。一些植物叶片分泌一些油脂性物质,增加了对颗粒态污染物吸附一些植物叶片分泌一些油脂性物质,增加了对颗粒态污染物吸附作用。比如云杉、油松、马尾松能分泌油脂性物质
4、,杨梅、草莓作用。比如云杉、油松、马尾松能分泌油脂性物质,杨梅、草莓等叶片粗糙,比表面积大。等叶片粗糙,比表面积大。生物污染生物污染生物受到污染生物受到污染云杉云杉油松油松第4页2.2.植物吸收植物吸收 植物对大气、水体和土壤中污染物吸收方式可分为植物对大气、水体和土壤中污染物吸收方式可分为主动吸收主动吸收和和被动吸收被动吸收两种。两种。主动吸收即代谢吸收主动吸收即代谢吸收,是指植物细胞利用其特有代,是指植物细胞利用其特有代谢作用所产生能量而进行吸收作用。细胞经过这种吸收谢作用所产生能量而进行吸收作用。细胞经过这种吸收能把能把浓度差逆向外界物质浓度差逆向外界物质引入细胞内。植物经过根系从引入细
5、胞内。植物经过根系从土壤或水体中吸收营养物质和水分同时亦吸收污染物,土壤或水体中吸收营养物质和水分同时亦吸收污染物,其吸收量大小与污染物性质及含量、土壤性质和植物品其吸收量大小与污染物性质及含量、土壤性质和植物品种等原因相关。种等原因相关。主动吸收可使污染物在植物体内浓缩。主动吸收可使污染物在植物体内浓缩。被动吸收即物理吸收被动吸收即物理吸收,这种吸收依靠外液与原生质,这种吸收依靠外液与原生质浓度差,经过溶质扩散作用实现吸收过程,其吸收量大浓度差,经过溶质扩散作用实现吸收过程,其吸收量大小与污染物性质及其含量大小,植物与污染物接触时间小与污染物性质及其含量大小,植物与污染物接触时间长短等相关。
6、长短等相关。第5页三、动物受污染主要路径三、动物受污染主要路径 环境中污染物主要经过环境中污染物主要经过呼吸道、消化道和皮肤吸收呼吸道、消化道和皮肤吸收等等路径进入动物体内,并经过食物链得到浓缩富集,最终进路径进入动物体内,并经过食物链得到浓缩富集,最终进入人体。入人体。1.1.动物吸收动物吸收 动物在呼吸空气同时将毫无选择吸收来自空气中气态动物在呼吸空气同时将毫无选择吸收来自空气中气态污染物及悬浮颗粒物,在饮水和摄取食物同时,也将摄入污染物及悬浮颗粒物,在饮水和摄取食物同时,也将摄入其中污染物,脂溶性污染物还能经过皮肤吸收作用进入动其中污染物,脂溶性污染物还能经过皮肤吸收作用进入动物机体。比
7、如,一些气态毒物如氰化氢、砷化氢等都可经物机体。比如,一些气态毒物如氰化氢、砷化氢等都可经皮肤吸收。皮肤吸收。呼吸道吸收污染物,经过呼吸道吸收污染物,经过肺泡肺泡直接直接进入动物体内进入动物体内大大循环循环。成年人天天吸入成年人天天吸入101012m12m3 3空气,而空气中正隐藏着各空气,而空气中正隐藏着各种各样污染物质。种各样污染物质。呼吸道是吸收大气污染物质主要路径,呼吸道是吸收大气污染物质主要路径,人呼吸道主要包含鼻、咽、喉、气管、支气管及肺等部位。人呼吸道主要包含鼻、咽、喉、气管、支气管及肺等部位。第6页 主要吸收部位是主要吸收部位是肺泡肺泡。肺泡膜很薄,数量众多,表面。肺泡膜很薄,
8、数量众多,表面充满壁膜极薄、结构疏松毛细血管。呼吸道吸收污染物只充满壁膜极薄、结构疏松毛细血管。呼吸道吸收污染物只能够能够直接进入血液系统直接进入血液系统并转移至淋巴系统或其它器官,而并转移至淋巴系统或其它器官,而不经肝脏解毒作用,从而产生毒性更大。不经肝脏解毒作用,从而产生毒性更大。消化道吸收污染物经过消化道吸收污染物经过小肠小肠吸收,吸收,经肝脏经肝脏在进入大循环。在进入大循环。食物和饮水主要是经过消化道进入人体。从口腔摄入食物和饮水主要是经过消化道进入人体。从口腔摄入食物和饮水中污染物质,主要是被动扩散被消化管吸收,食物和饮水中污染物质,主要是被动扩散被消化管吸收,主动转运极少。消化管包
9、含口腔、咽喉、食管、胃、小肠、主动转运极少。消化管包含口腔、咽喉、食管、胃、小肠、大肠等部位,大肠等部位,主要吸收部位是小肠,其次是胃主要吸收部位是小肠,其次是胃。进入小肠污染物质大多数以进入小肠污染物质大多数以被动扩散被动扩散方式经过小肠黏方式经过小肠黏膜再转入血液,因而污染物质脂溶性越强、在小肠内浓度膜再转入血液,因而污染物质脂溶性越强、在小肠内浓度越高,被小肠吸收越快。越高,被小肠吸收越快。小肠吸收总面积约小肠吸收总面积约200m200m2 2,胃约为,胃约为1m1m2 2,小肠吸收功效远大于胃。,小肠吸收功效远大于胃。第7页 经皮肤吸收污染物可直接进入血液循环经皮肤吸收污染物可直接进入
10、血液循环 人体皮肤表面积平均约为人体皮肤表面积平均约为1.8m1.8m2 2,同时还有近同时还有近1010万个毛细孔和近万个毛细孔和近1010万根头发与头皮相通,这些都是万根头发与头皮相通,这些都是污染物质进入人体通道。相对而言,人体皮肤对污污染物质进入人体通道。相对而言,人体皮肤对污染物质吸收能力较弱,常以染物质吸收能力较弱,常以被动扩散被动扩散方式相继经过方式相继经过皮肤表皮及真皮,再滤过真皮中毛细血管壁膜进入皮肤表皮及真皮,再滤过真皮中毛细血管壁膜进入到血液中。到血液中。普通,相对分子质量低于普通,相对分子质量低于300,300,处于液态或溶解处于液态或溶解态,呈态,呈非极性脂溶性污染物
11、质非极性脂溶性污染物质,最轻易被皮肤吸收,最轻易被皮肤吸收,如酚、醇等。如酚、醇等。由呼吸道吸收并沉积在呼吸道表面上有害物由呼吸道吸收并沉积在呼吸道表面上有害物质,可咽到消化道,再被吸收进入机体。质,可咽到消化道,再被吸收进入机体。第8页2.2.食物链作用食物链作用 生物(包含微生物)能经过食物链传递和富集污染物。生物(包含微生物)能经过食物链传递和富集污染物。水体中污染物经过生物、微生物代谢作用进入生物、微水体中污染物经过生物、微生物代谢作用进入生物、微生物体内得到生物体内得到浓缩浓缩,其浓缩作用可使污染物在生物体内含量,其浓缩作用可使污染物在生物体内含量比在水体中浓度大得多。水体环境中,浮
12、游生物是食物链基比在水体中浓度大得多。水体环境中,浮游生物是食物链基础。础。污染物在食物链每次传递中浓度就得到一次浓缩,甚至污染物在食物链每次传递中浓度就得到一次浓缩,甚至能够到达产生中毒作用程度。能够到达产生中毒作用程度。人处于食物链末端,人若长久人处于食物链末端,人若长久食用了污染水体中鱼类,则可能因为污染物在体内长久富集食用了污染水体中鱼类,则可能因为污染物在体内长久富集浓缩,引发慢性中毒。浓缩,引发慢性中毒。环境污染物不但能够经过环境污染物不但能够经过水生生物食物链富集水生生物食物链富集,也能够,也能够经过经过陆生生物链富集陆生生物链富集。如农药、大气污染物,可经过植物叶。如农药、大气
13、污染物,可经过植物叶片、根系进入植物体内得到富集,而含有污染物农作物、牧片、根系进入植物体内得到富集,而含有污染物农作物、牧草、饲料等经过牛、羊、猪、鸡等动物深入富集,最终经过草、饲料等经过牛、羊、猪、鸡等动物深入富集,最终经过粮食、蔬菜、水果、肉、蛋、奶等食物进入人体中浓缩,危粮食、蔬菜、水果、肉、蛋、奶等食物进入人体中浓缩,危害人体健康。害人体健康。第9页第二节第二节 环境污染物在生物体内分布环境污染物在生物体内分布一、一、污染物在植物体内分布污染物在植物体内分布 许多污染物质都是经过植物土壤进入生态系统。许多污染物质都是经过植物土壤进入生态系统。植植物对污染物质吸收物对污染物质吸收被认为
14、是污染物在食物链中积累并危被认为是污染物在食物链中积累并危害陆生动物第一步。害陆生动物第一步。污染物质进入到植物体路径:污染物质进入到植物体路径:经过经过根系吸收根系吸收并经过蒸腾作用输送到植物体各部并经过蒸腾作用输送到植物体各部分;分;经过植物经过植物叶片气孔叶片气孔从周围空气中从周围空气中吸收吸收蒸汽化污染蒸汽化污染物质,并输送到植物体各个部分;物质,并输送到植物体各个部分;植物表皮经过植物表皮经过渗透作用渗透作用吸收有机污染物蒸汽。吸收有机污染物蒸汽。各种路径吸收污染物总和减去植物代谢过程中消耗各种路径吸收污染物总和减去植物代谢过程中消耗或损失是污染物质在生物体内积累。或损失是污染物质在
15、生物体内积累。第10页根部吸收根部吸收 污染物主要是经过根部吸收进入植物体内,根部对污染污染物主要是经过根部吸收进入植物体内,根部对污染物质吸收有两种方式:主动吸收和被动吸收。主动吸收需要物质吸收有两种方式:主动吸收和被动吸收。主动吸收需要消耗一定量能量,而被动吸收主要是经过扩散、吸收和质量消耗一定量能量,而被动吸收主要是经过扩散、吸收和质量流动,不需要消耗能量。流动,不需要消耗能量。根部吸收主要是根部吸收主要是物理吸附物理吸附而不是生物化学行为。根部吸而不是生物化学行为。根部吸收过程在最初一个小时之内最快,占收过程在最初一个小时之内最快,占4848小时过程小时过程50%50%70%70%,且
16、在吸收过程中污染物质在根部很快到达平衡而浓度不随时且在吸收过程中污染物质在根部很快到达平衡而浓度不随时间增加而改变。间增加而改变。植物植物叶片气孔叶片气孔吸收空气中蒸汽态污染物质吸收空气中蒸汽态污染物质 叶子表面有很多气孔,气孔能够随环境条件改变而有时叶子表面有很多气孔,气孔能够随环境条件改变而有时张开有时关闭,气孔是二氧化碳、氧气和其它气体进出口,张开有时关闭,气孔是二氧化碳、氧气和其它气体进出口,也是蒸腾作用出口。也是蒸腾作用出口。降落在植物表面污染物可经过降落在植物表面污染物可经过渗透渗透作用进入植物体内作用进入植物体内 这种吸收作用极少,但一些污染物,比根部吸收更主要。这种吸收作用极少
17、,但一些污染物,比根部吸收更主要。只有植物表面直接接触污染物质才只有植物表面直接接触污染物质才能经过渗透作用进入植物体内能经过渗透作用进入植物体内第11页植物从植物从大气大气中吸收污染物后,污染物在植物体内中吸收污染物后,污染物在植物体内残留量常残留量常以叶部分布最多。以叶部分布最多。植物从植物从土壤和水体土壤和水体中吸收污染物,其残留量普通分布规律中吸收污染物,其残留量普通分布规律为:根茎叶穗壳种子。为:根茎叶穗壳种子。表表5 5-2-2 水稻各部位水稻各部位1414C-C-六六六残留量及残留比六六六残留量及残留比表表5 5-1-1 成熟期水稻各部位中含镉量成熟期水稻各部位中含镉量第12页二
18、、污染物在动物体内分布二、污染物在动物体内分布污染物质在动物体内分别过程主要包含吸收、分布和排泄。污染物质在动物体内分别过程主要包含吸收、分布和排泄。1.吸收吸收吸收是污染物质从机体外吸收是污染物质从机体外,经过各种路径通透体膜进入经过各种路径通透体膜进入血液过程。血液过程。吸收路径主要是机体消化管、呼吸道和皮肤。吸收路径主要是机体消化管、呼吸道和皮肤。消化管主要吸收部位在小肠,其次是胃。进入小肠污染物消化管主要吸收部位在小肠,其次是胃。进入小肠污染物质大多以被动扩散经过肠粘膜再转入血液。质大多以被动扩散经过肠粘膜再转入血液。影响消化管吸收原因:(影响消化管吸收原因:(1)污染物质脂溶性污染物
19、质脂溶性:脂溶性越脂溶性越强及在小肠内浓度越高强及在小肠内浓度越高,被小肠吸收也越快。被小肠吸收也越快。(2)血液流速血液流速:污染物质脂溶性强,血流速度越大污染物质脂溶性强,血流速度越大,则膜则膜两侧污染物质浓度梯度越大两侧污染物质浓度梯度越大,机体对污染物质吸收速率也越机体对污染物质吸收速率也越大。极性污染物质大。极性污染物质,因其脂溶性小因其脂溶性小,在被小肠吸收时经膜扩在被小肠吸收时经膜扩散成了限速原因散成了限速原因,而对血流影响不敏感。而对血流影响不敏感。(3)离解度离解度:未解离型易于扩散经过膜。:未解离型易于扩散经过膜。第13页呼吸道是吸收大气污染物主要路径。其主要吸收部位是肺泡
20、。呼吸道是吸收大气污染物主要路径。其主要吸收部位是肺泡。气态和液态气溶胶污染物质气态和液态气溶胶污染物质,能够被动扩散和滤过方式能够被动扩散和滤过方式,分别快速分别快速经过肺泡和毛细血管膜进入血液经过肺泡和毛细血管膜进入血液。固态气溶胶和粉尘污染物质吸进。固态气溶胶和粉尘污染物质吸进呼吸道后呼吸道后,可在气管、支气管及肺泡表面沉积。可在气管、支气管及肺泡表面沉积。抵达肺泡固态颗粒抵达肺泡固态颗粒很小很小,粒径小于粒径小于5m。其中。其中,易溶微粒在溶于肺泡表面体液后易溶微粒在溶于肺泡表面体液后,按上述过程被吸收按上述过程被吸收,而难溶微粒往往在吞噬作用下被吸收。而难溶微粒往往在吞噬作用下被吸收
21、。皮肤吸收是不少污染物质进入机体路径。皮肤吸收是不少污染物质进入机体路径。皮肤接触污染物质皮肤接触污染物质,常以被动扩散相继经过皮肤表皮及真皮常以被动扩散相继经过皮肤表皮及真皮,再滤过真皮中毛细血管壁再滤过真皮中毛细血管壁膜进入血液。膜进入血液。普通普通,分子量低于分子量低于300,处于液态或溶解态,处于液态或溶解态,呈非极呈非极性脂溶性污染物质性脂溶性污染物质,最轻易被皮肤吸收最轻易被皮肤吸收,如酚、尼古丁、马钱子碱如酚、尼古丁、马钱子碱等。等。血脑屏障血脑屏障:中枢神经系统毛细血管壁内皮细胞相互紧密相中枢神经系统毛细血管壁内皮细胞相互紧密相连、几乎无空隙连、几乎无空隙,是阻止已进入人体有毒
22、污染物深入到中枢神是阻止已进入人体有毒污染物深入到中枢神经系统屏障。经系统屏障。当污染物质由血液进入脑部时当污染物质由血液进入脑部时,必须穿过这一毛必须穿过这一毛细管壁内皮屏障细管壁内皮屏障,此时此时,污染物质经膜通透性成为其转运限速污染物质经膜通透性成为其转运限速原因。原因。高脂溶性低解离度污染物质经膜通透性好高脂溶性低解离度污染物质经膜通透性好,轻易经过血轻易经过血脑屏障脑屏障,由血液进入脑部由血液进入脑部,如甲基如甲基汞汞化合物。化合物。第14页2.2.排泄排泄 排泄是污染物质及其代谢物质向机体外转运过程。排泄是污染物质及其代谢物质向机体外转运过程。排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等
23、,而以排泄器官有肾、肝胆、肠、肺、外分泌腺等,而以肾和肝肾和肝胆胆为主。为主。肾排泄是污染物质经过肾随尿而排出过程。肾排泄是污染物质经过肾随尿而排出过程。胆汁排泄是指主要由消化管及其它路径吸收污染物质,经胆汁排泄是指主要由消化管及其它路径吸收污染物质,经血液抵达肝脏后,以原物或其代谢物和胆汁一起分泌至十二指血液抵达肝脏后,以原物或其代谢物和胆汁一起分泌至十二指肠,经小肠至大肠内,再排出体外过程。肠,经小肠至大肠内,再排出体外过程。*值得注意是有些物质由胆汁排泄,在肠道运行中又重新值得注意是有些物质由胆汁排泄,在肠道运行中又重新被吸收,该现象称为被吸收,该现象称为肠肝循环肠肝循环。3.3.分布分
24、布 分布是分布是指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后,由指污染物质被吸收后或其代谢转化物质形成后,由血液转送至机体各组织血液转送至机体各组织;与组织成份结合;从组织返回血液以与组织成份结合;从组织返回血液以及再重复等过程。及再重复等过程。第15页 按照污染物性质和进入动物组织类型不一样,大致有以按照污染物性质和进入动物组织类型不一样,大致有以下五种分布规律:下五种分布规律:(1 1)能溶解于体液物质,如钠、钾、锂、氟、氯、溴等)能溶解于体液物质,如钠、钾、锂、氟、氯、溴等离子,在体内分布比较均匀。离子,在体内分布比较均匀。(2 2)镧、锑、钍等三价和四价阳离子,水解后生成胶体,)镧、锑、钍
25、等三价和四价阳离子,水解后生成胶体,主要蓄积于肝或其它网状内皮系统。主要蓄积于肝或其它网状内皮系统。(3 3)与骨骼亲和性较强物质,如铅、钙、钡、锶、镭、)与骨骼亲和性较强物质,如铅、钙、钡、锶、镭、铍等二价阳离子在骨骼中含量较高。铍等二价阳离子在骨骼中含量较高。(4 4)对某一个器官含有特殊亲和性物质,则在该种器官)对某一个器官含有特殊亲和性物质,则在该种器官中蓄积较多。如碘对甲状腺,汞、铀对肾脏有特殊亲和性。中蓄积较多。如碘对甲状腺,汞、铀对肾脏有特殊亲和性。(5 5)脂溶性物质,如有机氯化合物(六六六、)脂溶性物质,如有机氯化合物(六六六、DDTDDT等),等),易蓄积于动物体内脂肪中。
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