污染物对生物的影响省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第二章第二章 污染物对生物影响污染物对生物影响本章将讨论以下内容：n污染物在生物化学和分子水平上影响n污染物在细胞和器官水平上影响n污染物在个体水平上影响n污染物在种群和群落水平上影响n化学污染物对生物联合作用第1页第一节第一节 污染物在生物化学和分子水平上影响污染物在生物化学和分子水平上影响n生物系统各级生物学水平：生物分子 细胞器 细胞 组织 器官 器官系统 个体 种群 群落 生态系统第2页污染物进入机体后造成生物化学改变包含：污染物进入机体后造成生物化学改变包含：防护性生化反应和非防护性生化反应防护性生化反应和非防护性生化反应作用类型例子后果防护性n混合功效氧化酶诱导n加紧新陈代谢，生成水溶性代谢物，从而加速排泄n金属硫蛋白生成n增加对金属束缚速度，从而降低金属生物利用率非防护性n乙酰胆碱酯酶抑制作用n50以上因抑制而产生可见毒性效应nDNA加合物生成n若造成突变会发生损害作用表21 对污染物防护性和非防护性生化反应第3页一、一、污染物对生物机体酶影响污染物对生物机体酶影响n什么是酶（enzyme）n酶是一种特殊蛋白质，在生物体内对代谢活动起催化作用，本身不发生变化。受酶作用物质称为基质（底物），在酶作用下反应称为酶促反应。n污染物进入机体后，一方面在酶催化下，进行代谢转化，其次也导致体内酶活性改变，影响酶数量和活性。n（一）污染物对酶活性诱导n有些环境污染物对酶有诱导作用。目前已发现多种环境污染物能诱导生物体内一些酶活性增加，例如：有机氯农药、多氯联苯、多环芳烃、表面活性剂、增塑剂和染料中间体等，均可对酶产生诱导作用。第4页1.混合功效氧化酶（混合功效氧化酶（MFO）n混合功效氧化酶（MFO）qMFO是污染物在体内进行生物转化相I过程中关键酶系，它们对人工化学品解毒发挥了主要作用。qMFO引发生物转化反应特征相同，但底物、产物化学特征差异很大，即含有各种催化功效。n混合功效氧化酶（MFO）作用qMFO存在于全部脊椎动物和大部分无脊椎动物中，其作用是代谢非极性亲脂性有机化合物，包含内源性化合物和外源性化合物。q从解毒作用来看，许多外源性化合物进入体内，经MFO作用后发生各种改变，大多数被转化成低毒易溶代谢产物排出体外。但有则变成高毒甚至致癌物。第5页2.抗氧化防御系统酶抗氧化防御系统酶n活性氧（Activiated Oxygen）q在生理状态下，许多体内代谢可产生活性氧，它是带有23个电子分子氧还原产物，主要有：OH、H2O2n活性氧控制和消除q由体内产生活性氧可为抗氧化防御系统控制，消除活性氧对机体伤害作用。q一些污染物如多环芳烃、多氯联苯可在生物体内进行生物转化时产生大量活性氧。在一定范围内，这些活性氧可被体内抗氧化防御系统去除，但当体内抗氧化防御系统不能消除这些活性氧时，它们可使DNA链断裂、脂质过氧化、酶蛋白失活等，从而引发机体氧化应激或氧毒性。n抗氧化防御系统酶q超氧化物歧化酶（SOD）q谷胱甘肽过氧化酶（GPX）q过氧化氢酶（Ct）第6页3.3.谷胱甘肽转移酶（谷胱甘肽转移酶（GSTsGSTs）n谷胱甘肽转移酶是污染物在体内生物转化相过程中主要酶，含有许多同工酶。n该酶生理作用是与不一样亲电性化合物或一些相代谢产物结合，产生水溶性化合物，易于排出体外，起到脱毒作用。n研究发觉，GSTs存在于全部动物中，肝是脊椎动物中GSTs主要场所。第7页（二）污染物对酶活性抑制n酶抑制分为：q不可逆性抑制有机磷农药对胆碱酯酶抑制q非竞争性抑制可逆性抑制q竞争性抑制当底物浓度增加时，抑制作用减弱q污染物对一些酶抑制作用1.腺三磷酶（ATPase）2.乙酰胆碱酯酶（AchE）3.-氨基乙酰丙酸脱氢酶（ALAD）4.蛋白磷酸酶（PP）第8页二、二、污染物对生物大分子影响污染物对生物大分子影响n污染物及其活性代谢产物可直接与生物大分子反应，共价结合，如蛋白质、核酸、脂肪酸等，造成生物大分子化学性损伤，从而影响生物大分子功效，引发一系列生物学反应，产生毒性效应。nMiller发觉化学物质与蛋白质共价结合，其后Boyland等提出化合物与生物大分子共价结合学说，近年来，这一学说成为中毒机理主要理论之一。n在污染物及其活性代谢产物与生物大分子结合中，最经典方式是污染物及其活性代谢产物作为生物合成“原料”，掺入生物大分子，造成生物大分子组成功效性异常。如D-半乳糖胺在通常情况下，以乙酰化物存在于结构多糖中，给动物大剂量D-半乳糖胺，D-半乳糖胺代谢物掺入糖蛋白及糖脂，产生细胞膜损害，最终发生动物肝损害。除与生物大分子结合外，污染物及其代谢产物还可抑制生物大分子合成，以下第9页1.污染物对蛋白质影响污染物对蛋白质影响污染物对蛋白质影响主要表现在以下方面：n造成蛋白质化学损伤：细胞膜结构及通透性改变；影响酶催化功效等n诱导生物机体内一些功效蛋白产生：如应应激激蛋蛋白白（Stress Proteins）和金金属属硫硫蛋蛋白白（Metallothionein）产生，这些蛋白质产生可保护生物机体抵抗污染物损害。q注：金属硫蛋白对二价金属离子含有极高亲和力，在细胞内起贮存必需微量金属如Zn、Cu和结合有毒金属如Cd、Hg作用，它与必需金属结合起调整这些金属在细胞内浓度作用，而与有毒金属结合则能够保护细胞免受金属毒性影响。第10页2.污染物对污染物对DNA影响影响n外源性化合物及其代谢产物能引发DNA损伤，它们与DNA相互作用过程有以下四个阶段：q形成DNA加合物（DNA Addcuts）q发生DNA二次修饰qDNA结构破坏被固定q当细胞分裂时，外源性化合物造成危害可造成DNA突变及其基因功效改变nDNA加合物形成是产生DNA损伤最早期作用，随即产生最主要影响是DNA结结构构改改变变，如碱基置换、碱基丢失、链断裂等。nDNA加合物作为一项生物指标来评价环境中化学污染物遗传毒性研究日益受到重视。第11页3.脂质过氧化多烯脂肪酸使蛋白膜对亲水性物质含有一定通透性污染物，如卤代烃、多环芳烃等自由基代谢作用脂质过氧化脂质过氧自由基第12页第二节第二节 污染物在细胞和器官水平上影响污染物在细胞和器官水平上影响一、一、对细胞影响对细胞影响（一）对细胞膜影响主要表现在以下方面：q污染物引发脂质过氧化作用造成损伤q污染物可影响膜离子通透性q污染物与膜上受体结合，干扰正常生理功效第13页（二）（二）对细胞器影响对细胞器影响n线粒体q线粒体是氧化磷酸化部位，是细胞供能场所。q污染物可引发其结构改变，从而影响线粒体氧化磷酸化和电子传递功效n光面内质网和糙面内质网q光面内质网是进行激素和外源性化合物代谢场所。q糙面内质网经过附着或解离核糖体，控制蛋白质合成。q例：各种化学致癌物如黄曲霉毒素能引发核糖体脱落，造成蛋白质合成控制改变。第14页二、二、污染物对组织器官影响污染物对组织器官影响n三个概念：靶器官、效应器官和蓄积器官靶器官、效应器官和蓄积器官 化学物质被吸收后可随血流分布到全身各个组织器官，但其直接发挥毒作用部位往往只限于一个或几个组织器官，这么组织器官称为靶器官；所谓靶靶器器官官，就是因某种毒物或环境污染物进入，机体内首先到达毒作用临界浓度器官，称为该毒物靶器官。效效应应器器官官：是外来化合物作用于机体，产生在动物试验或临床上所观察毒性效应器官。第15页蓄蓄积积器器官官：是毒物在体内蓄积部位。毒物在蓄积器官内浓度高于其它器官，但对蓄积器官并不一定显示毒作用。q注1：靶器官不一样于效应器官，污染物毒作用能够经过靶器官表现处来，也可由另外效应器官表现出来。q注2：靶器官不一样于蓄积器官，污染物在蓄积器官内浓度高于其它器官，但对蓄积器官并不一定显示毒作用。n对组织器官影响q对植物，表现为叶面出现点、片伤害斑，造成叶、蕾、花、果实等脱落q对动物，以重金属污染为例：铅可损害造血器官和神经系统，镉可损害肝脏、肾脏，造成骨痛病。第16页第三节第三节 污染物在个体水平上影响污染物在个体水平上影响n污染物对植物在个体水平上影响：q主要表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等n污染物对动物在个体水平上影响：q主要表现为死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发育抑制、疾病敏感性增加、代谢率改变第17页一、一、死亡死亡n衡量死亡指标q死亡率：死亡百分比大小，为评价污染物毒性大小生物学指标。q致 死 剂 量（Lethal Dose）或 致 死 浓 度（Lethal Concentration）：能引发动物死亡污染物剂量或浓度。q半数致死剂量（LD50）或半数致死浓度（LC50）：能引发50动物死亡污染物剂量或浓度。n影响致死效应主要原因：q污染物种类及其物理化学性质；q生物种类、生物生理年纪、生理状态、发育阶段等；q作用时间、水质条件，如温度、硬度、溶解氧等；q各种污染物综合作用。第18页二、二、对行为影响对行为影响n行为毒性（Behavioral Toxicity）概念q指一个污染物或其它原因（如温度、光照、辐射）使得动物一个行为超出正常改变范围。n对水生生物行为影响：q回避行为q捕食行为q警觉行为n对鸟类行为影响q有机磷农药可影响鸟神经系统，造成鸟平衡和协调性损害。q受污染鸟类还可表现出对领地失控和不能照料后代。第19页三、三、对繁殖影响对繁殖影响n污染物对繁殖影响q主要表现为：产卵数、孵化率、幼体存活率下降以及繁殖行为下降等n概念：环境激素（Environmental Endocrine Disrupters）q指含有动物和人体激素活性，能干扰和破坏野生动物繁殖障碍、诱发人类重大疾病天然物质或人工合成物质。也叫做外源性雌激素或环境内分泌干扰物。q环境激素种类包含：天然雌激素和合成雌激素、植物雌激素、含有雌激素活性环境化学物质q 注：含有雌激素活性环境化学物质：如杀虫剂、多氯联苯、多环芳烃、洗涤剂、塑料添加剂、食品添加剂等，工业废水和生活污水往往含有上述物质。第20页四、对生长和发育影响四、对生长和发育影响n污染物对生长和发育影响可经过生长指示器来测定q生长指示器（Scope for Growth，SFG）是反应生物机体能量获取利用和代谢综合指标。P=A(R+U)注：PSFG；A从食物取得能量；R呼吸作用能量损失；U排泄作用能量损失当A（R+U）时，生物机体将利用能量进行生长发育和繁殖；反之，则不能生长发育或死亡q有些污染物不会危害生物生长发育，但机体对污染物解毒作用消耗了大量能量，仍能造成发育障碍第21页第四节第四节 污染物在种群和群落水平上影响污染物在种群和群落水平上影响一、对生物种群影响一、对生物种群影响n概念：种群（Population）q是指在一定时空中同种个体组合，含有三个基本特征，即空间、数量、遗传。n污染物对种群影响表现为：q种群数量密度改变q结构和性别百分比改变：年纪结构、种群大小、性逆转q竞争关系改变第22页二、对生物群落影响二、对生物群落影响n基本概念q群落（Community）：是指在一定时间内，居住在一定区域或生境内各种生物种群相互关联、相互影响有规律一个结构单元。q优势种（Dominant Species）：在群落中优势度大即为群落优势种，它在群落功效中占主要位置。q耐污种：只在某一污染条件下生存物种。q敏感种：指对环境条件改变反应敏感物种。n污染物对群落影响表现在：q群落组成和结构改变q对物种多样性（物种多样性（Species Diversity）影响q注：物种多样性指群落中物种数目（丰富度）和各个物种相对密度（群落异质性）。第23页第五节第五节 化学污染物对生物联合作用化学污染物对生物联合作用n联合作用(Combined Effect)概念q指两种或两种以上化学污染物共同作用所产生综合生物学效应。n联合作用类型：q协同作用（Synergistic Effect）：污染物总作用强度大于其各个成份单独作用强度总和。如：农药马拉硫磷和苯硫磷，苯硫磷抑制了肝脏中降解马拉硫磷酯酶，使马拉硫磷降解受阻，毒性增强。亚硝酸盐和一些胺化合物在胃内发生反应生成亚硝胺，毒性增大，且可能为致癌剂。第24页p相加作用（Additive Effect）：污染物总作用强度等于其各个成份单独作用强度总和。机理：化学结构相近，性质相同，靶器官相同或毒性作用机理相同第25页q独立作用（Independent Effect）：各污染物对机体侵入路径、方式、作用部位、产生毒作用机理各不相同，所以产生生物学效应彼此无关。练习题：化学物质A和B，能分别引发某动物10%和40%死亡率，在相加作用和独立作用两种条件下，100只动物中存活数分别是多少？1.相加作用：存活50只2.独立作用：存活54只第26页n拮抗作用（Antagonistic Effect）：污染物总作用强度小于其中任何一个成份单独作用强度。如：硒为汞拮抗物，硒与镉、锌与镉、锌与铜等都有拮抗作用。在酸雨地域土壤中加入Ca2+，防治酸雨（Al3+）对植物菌根毒性。第27页一些外来化合物联合作用第28页