简答-环境生物学

简答-环境生物学

1.生态毒理学定义、研究内容、研究方法、应用领域是什么？定义：研究污染物对活的有机体的毒性效应的学科，特备是污染物在特定的生态系统内对种群和群落的毒性效应，包括污染物的迁移途径及其与环境得相互作用。研究内容：污染物对生态系统各生物学水平的影响和效应；环境以何种方式影响污染物的毒性特征；环境如何影响生物对污染物的反应。研究方法：野外调查与实验（应该是最重要）；实验室试验（目前主要）；模拟实验（计算机建模及生态系统模拟）应用：政府立法；生态风险评估；环境质量检测与评价；科学研究核心：研究污染物-环境-生物之间的关系。科学问题：剂量-效应关系以及随时间和环境条件的变化。2.区别：生态学是自然生态学，环境生物学是污染生态学。3.污染物的来源：人类生产和生活排放；自然界释放。类型：化合物/化学品、营养物质/生源物质、生物代谢产物4.污染物的环境行为吸附/解吸迁移/扩散迁移是指污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失的过程。方式——机械迁移、物理-化学迁移（最重要）、生物迁移。结果——有利：过程中被稀释分散和被微生物分解、转化，浓度降低，对环境的毒作用降低甚至消失。不利：扩大范围、增加复杂性、富集而产生积累性慢性毒性。分布是指污染物在环境多组分间分布，包括环境空间的浓度分布及污染物不同形态（价态、化合态、结构态、络合态）、相态之间的分配。转化污染物在环境中通过理化生的作用改变形态或者变成另一种物质的过程。降解/转化后一般毒性减弱，但也有增加的情况。5.污染物的地化循环（物质循环）生物的合成作用和矿化作用所引起的污染物周而复始的循环运动过程。6.影响污染物生态毒性的重要化学性质有哪些？a．溶解与分配溶解性分水溶性与脂溶性两个方面。一般地，具有高水溶性的物质，疏水性低，生物吸附系数高；具有高脂溶性的物质，疏水性强，生物吸附系数高。b．分配系数P’=X0/Xw（辛醇中浓度/水中浓度）分配系数是指一种有机化合物在水中和沉积物中，有机质之间或水生生物脂肪之间分配的一个有用指标。其值越大，有机物在脂肪中的溶解度越大，在水中溶解度越低。分配系数可以用来表示生物活性，如进入生物体内、富集积累等，与化合物的结构和溶解性有关。c．挥发性挥发性决定物质由溶解态转入气相的快慢，其大小与物质的性质和水体特征有关，用挥发速率来描述。对水生生物来说，挥发性强的物质暴露少，但不一定毒性弱。\nd．持久性Vs降解性降解与水、光、生物、半衰期等有关。7．污染物进入生物体内和细胞的途径及机制项目途径机制适用物质备注动物皮肤分为穿透相和吸收相两个不同的阶段，其中在第一阶段，污染物通过简单扩散透过表皮角质层进入真皮，在第二阶段，污染物由真皮亦通过扩散作用进入乳头层毛细血管，速度取决于本身的水溶性既具有水溶性又具有脂溶性的物质，最好是油水分配系数接近1的化合物少见，但亦存在。如多数有机磷农药通过完整皮肤引起中毒或死亡呼吸器官肺泡上皮细胞和毛细血管内皮细胞组成的“呼吸膜”很薄，且遍布毛细血管，血容量充盈，环境中的气态污染物易通过该膜进入生物体，不同形态的气态污染物经呼吸系统吸收的机理不一样，主要是通过被动扩散进入环境中以气体、蒸汽（主）和气溶胶（被）等形式存在于空气中的污染物附着在呼吸道内表面的微粒可能滞留，也可能通过进入淋巴、胃肠道、血液等进入生物体消化系统大多数污染物在消化管中以简单扩散的方式通过细胞膜而被吸收，脂溶性易吸收，水溶性易解离或不溶于水的不易。饮水以及进入食物链的污染物吸收量与污染物的浓度、水溶性、消化道pH等有关植物地上部分主要通过植物叶片上的气孔从周围空气中吸收污染物大气污染物根部包括主动吸收和被动吸收，后者包括吸收、扩散和质量流动溶解态污染物植物表皮有机化合物蒸汽通过植物地上部表皮渗透而摄入体内挥发性有机污染物单Cell同进入细胞途径由于污染物的化学结构及理化性质不同，各种组织细胞膜也有其特异性，所以污染物进入细胞的方式有很大不同。分类如下：被动转运生物膜不起主动作用，不消耗细胞代谢能量简单扩散：高浓度向低浓度，是脂溶性有机物转运的主要方式滤过：是分子直径小于生物膜孔径的水溶性化合物的主要转运方式特殊转运具有特定结构的环境污染物和生物膜中的蛋白构成载体形成可你复合体进行转运，生物膜有主动选择性。主动运输：低浓度至高浓度，消耗能量，需要载体，水溶性大分子的主要转运方式。对污染物排出有重要作用。异化扩散：也称协同扩散/促进扩散。高浓度至低浓度，不耗能，需载体。暴饮作用/吞噬作用由于生物膜具有流动性，因此，对颗粒状物质和粒液，细胞可以通过细胞膜的变形移动和伸缩，把它们包围起来最后摄入细胞内。\n8.简述污染物在生物体内的行为及其生物学后果。污染物在生物体内的行为包括生物转运和生物转化。生物转运是指环境污染物经各种途径和方式同生物体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。吸收可以通过呼吸系统、消化系统或者皮肤进行，再进一步通过被动运输、特殊转运或者胞饮及吞噬作用进入细胞；分布是指污染物进入体内之后所停留的器官组织及系统；排泄可以通过肾脏、皮肤、呼出气体，或者随胆汁排出。生物转化是指外源化合物进入生物体后在有关系统酶的催化作用下的代谢变化过程，一般分为相Ⅰ、Ⅱ两个连续的作用过程。相Ⅰ反应主要类型有氧化、水解、还原等，代表是羟基化、去氨基和巯基反应，代表酶有YHM、MFO。经过相Ⅰ反应之后，活性基团暴露，会接着进行相Ⅱ反应，相Ⅱ反应的生成物亲水性一般增强，有利于排出。（相１反应中氧化反应最重要，可以形成活性基团伙食将活性基团暴露，从而获得二次反应基团。降解反应：使原化学物质转变为低毒或者无毒的物质从体内排出。激活反应：—————————具有亲电性质、导致毒性增强，成为致突变物或者终致癌物。）（相2反应也称结合反应，指在酶的催化下，外源性化合物的相1反应产物或者带有某些集团的外源性化合物与细胞内物质的结合反应。底物不一定是相1产物；可以与相1同时进行；大多属于体内活性物质结合解毒。）生物转化能使一些外援化合物毒性消除或者降低，或者转化成易于排出体外的物质，从而实现解毒，如将脂溶性物质变成稳定的水溶性物质排出体外；但也有一些情况下毒性却增强，或是富集产生累积毒性，如产生极性亲电物质与生物大分子反应而产生毒性。总之，生物转化过程极其复杂，同一种外源化合物可以不同的方式进行转化，形成不同的代谢产物，导致不同的生物学效应。9.生物可利用性、生物积累、生物富集、生物放大以及它们的受影响的因子及意义。答：1）生物可利用性定义：污染物可以被生物利用的程度，包括形态和数量的生物可利用性；影响因子：主要受污染物种类、形态、结构，以及温度、湿度、pH等环境因子和生物本身的特点及相互作用关系影响；意义：直接决定污染物的危害性。生物对某种污染物的可利用性越大，该污染物的危害就越大。2）生物积累定义：生物在其整个代谢活跃期通过吸收、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的化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象；影响因子：主要取决于摄取和消除两个过程的速率（取决于被动扩散、主动运输、代谢和排泄等），当摄取量大于消除量时，即发生生物积累。主要受生物种类、生物的器官组织、生物个体大小以及污染物的种类影响较大，但环境中物质浓度的大小对其影响不大；意义：可以作为环境监测的一种指标，用以评价污染物对生态系统的影响，研究污染物在环境中的迁移转化规律等；3）生物富集\n定义：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或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象，又称生物浓缩；影响因子：取决于物质本身的性质以及生物和环境等因素；意义：对于阐明污染物在生态系统中的迁移转化规律，评价和预测污染物对生态系统的危害，以及利用生物对环境进行监测和净化等均有重要意义。4）生物放大定义：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，某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象；影响因子：食物链的具体组成关系以及不同的生物种类均能影响该过程；意义：对于研究污染物在环境中的迁移转化规律，确定环境中污染物的安全浓度、评价化学污染物的生态风险和健康风险都有重要的理论和现实意义。10.BCF定义、意义、受影响的因子。定义：生物体内某种元素或者难分解化合物的浓度同它所生存的环境中该物质的浓度比值，可以用以表示生物浓缩的程度。意义：阐述生物浓缩生物积累生物放大这些现象，都用BCF的值来表示相应的数量关系。一般多用来表示某种物质在水中浓度同在水生生物体内的浓度之间的关系，因为水中无论是构成环境上的成分还是污染物的浓度和分布容易均匀化。求法：实验室饲养法——易于控制，但同自然情况往往不相符，常偏小。野外调查法——能得到标准数值。但当浓度极低时会因技术上的限制而无法测出，无法求解。影响因素：生理因素——生物的生长、发育、大小、年龄。环境因素——污染物的浓度、化学形态，物质存在的条件如温度、pH、光照条件及季节。11.什么是优先控制污染物？对其进行研究有何意义？答：优先控制污染物是指那些难于降解，并具有生物积累性和三致（致癌、致畸、致突变）作用或慢性毒性，潜在危险大且在环境中出现频率高，并且已具有相对成熟的检测方法的优先研究和控制污染物。研究意义：是一种充分考虑人力、财力、物力以及化学污染物的危害程度和出现频率的实际情况后，有重点、针对性地对部分污染物进行监测和控制的手段。对优先控制污染物的研究既能最大程度地保证环境的安全，生物的健康，又能充分保证这些监测和控制手段能在现有条件下有效进行。12.举例说明污染物在各级生物学水平的生态毒理效应（包括所涉及的重要概念）。答：污染物在各级生物学水平上的生态毒理效应如下：生物级别主要生态毒理效应效应机理举例重要概念核酸能在不同程度上引起DNA序列错误，造成各种DNA损伤，如无法及时修复，将导致细胞突变甚至死亡，引发遗传疾病。碱基类似物取代，化合物与DNA共价结合，平面大分子嵌入DNA链，改变或破坏碱基的共化学结构，修复酶失活化学诱变剂如黄曲霉素使DNA损伤\n生物大分子脂质使生物发生过氧化降解，导致各种亚细胞结构的损伤，使多种与脂蛋白结合的酶活性降低或者消失。污染物代谢产生L·自由基→生成LOO·过氧自由基→LOOH&LOO→丙二醛，最终导致脂质降解O3，NO2，CCl4，PCB，PAH等对脂质的毒性效应蛋白质对结构蛋白的影响——通过共价结合，破坏细胞和亚细胞结构；对功能蛋白的影响——诱导功能蛋白产生蛋白质中很多氨基酸带有活性基团，如—OH基，胍基，—NH2等，这些基团易与污染物发生共价结合作用，继而影响自身结构环境中的一定浓度的金属离子可以诱导鱼类等产生金属硫蛋白酶酶的诱导作用——环境中某些污染物可以增加酶合成或降低酶降解，继而影响生命活动酶的抑制作用——某些污染物会抑制生物酶的活性，包括不可逆性抑制、竞争性抑制以及非竞争性抑制操纵基因去阻遏作用；污染物与底物结构相似，与酶结合位点相同，酶的活性中心或者非活性中心与污染物不可逆性或者可逆性的结合；药物、杀虫剂等对MFO的诱导作用；有机氯农药对磷三腺酶的抑制作用①混合功能氧化酶生化反应防御性诱导一些酶的生成，使生物的新陈代谢发生变化降低细胞中游离污染物的浓度；防止或限制细胞组成部分发生可能的有害反应；消除污染物对机体的影响MFO的诱导；金属硫蛋白的生成②抗氧化防御系统非防御性产生对生物体有害的影响不同的生化反应有不同的机理乙酰胆碱酯酶的抑制作用；DNA加合物的生成细胞与细胞器细胞引起细胞结构和功能的损伤，如影响细胞膜的通透性，和其上受体结合污染物引起脂质过氧化导致细胞膜损伤SO2的毒性作用细胞器污染物可以引起细胞线粒体膜和嵴的形态发生改变，影响线粒体氧化磷酸化和电子转移功能；亦会影响内质网、高尔基体等其他细胞器的功能污染物可以与各细胞器上的结构蛋白，脂质等发生可逆或不可逆的化学反应，继而引起细胞器的损伤甲基汞对大鼠的毒性试验组织器官植物——叶组织坏死，叶面出现点、面伤害斑；叶、花、果实等器官脱落，畸形动物——不同组织器官有差异细胞器以及细胞水平上的影响积聚累积效应乙烯、农药等影响作物生长；铅干扰血红素的合成；③靶器官，④效应器官，⑤蓄积器官个体动物死亡；行为改变；繁殖下降；生长和发育抑制；疾病敏感性增加和代谢率变化有机磷农药对鸟类行为的影响⑥致死剂量，致死浓度，⑦环境内分泌干扰物，⑧SPG\n污染物达到致死浓度后可引起个体死亡；污染物使得机体受到伤害，使动物的行为改变，产生行为毒性，影响植物的株高、生物量以及物质积累；亦可引起生物机体的摄食率和生理代谢的危害，或者消耗机体大量能量，导致生长和发育的障碍；生长减慢；植物发育受阻；失绿黄化；早衰汞等重金属离子对植物繁殖产生不利影响种群污染物对种群的影响表现为种群数量的密度改变、结构和性别比例的变化、遗传结构的改变和竞争关系的改变等通过污染物对生物机体在分子水平、细胞水平、组织器官水平和个体水平上的影响，表现在种群水平和生物群落水平上氮、磷的增加引起蓝藻爆发生物群落污染物可导致群落组成和结构的改变，包括优势种变化、生物量、丰度、种的多样性等等陡河水库污染问题①混合功能氧化酶：是污染物在体内进行生物转化相I的过程中的关键酶系。属于电子传递系统，存在于大多数组织的细胞内质网上，但肝脏中的或习惯叫其他组织中活性要高得多，主要代谢亲脂类有机化合物②抗氧化防御系统：在长期进化中，需氧生物发展防御过氧化损害的系统，可控制有体内代谢产生的活性氧，消除其对机体的损害作用，包括SOD，GPx，GSTs等，它们可被参与氧化还原循环的污染物所诱导③靶器官：污染物进入机体后，对各器官并不产生同样的毒作用，而只对部分器官产生直接毒作用，这些器官称为靶器官④效应器官：表现毒作用的器官，可以是靶器官，也可以是其他器官⑤蓄积器官：污染物毒物在体内的蓄积部位⑥致死剂量，致死浓度：引起动物死亡的剂量或浓度称为致死剂量或致死浓度⑦环境内分泌干扰物：环境中存在的具有动物和人体激素的活性，能干扰和破坏野生动物和人内分泌功能，导致野生动物繁殖障碍，甚至诱发人类重大疾病如肿瘤的天然物质和人工合成的环境污染物⑧SPG：生长指示剂，反应生物机体能量获取利用和代谢的综合指标，P=A-（R+U），只有当P=0时，才是生长平衡13.EDCs作用特点：作用持久——大多属POPs，稳定性强，脂溶性，难分解难排除，随食物链传递蓄积放大作用浓度低——一般的污染物积累到一定量才会产生有害作用，但激素作用和调控有独特生物学特点。危害潜在性——潜伏期长，胚胎幼年所造成的影响可能到晚年或子代才显现。后代影响巨大——发育期间系统对内分泌干扰物特别敏感，especially胚胎，胎儿，新生儿组织。机理复杂性——剂量不同、气管不同、暴漏方式不同可能够造成不同影响，存在协同或拮抗作用。效应的特异性——在各级生物学水平上表现出特异性。14.水体富营养化及危害定义：大量N、P等营养元素进入水体，是水中藻类等浮游生物旺盛增殖，从而破坏生态平衡的现象。\n危害：水体外观、色度、浊度；气味；DO含量下降；水生生物死亡；产生藻毒素（HPLC）；污染饮用水源。15..生物测试于物理检测、化学检测的关系。生物测试是指系统的利用生物的反应测定一种或者多种污染物或环境因素单独或者联合存在时，所导致的影响或者危害。包括个生物学水平。常规的物理化学检测只能测定污染物的浓度，但不能测定污染物对生物集体的影响。例如在水环境中，多数化学物质的相互作用以及错综复杂的基质的毒性效应都不能测得，物种不同，生活阶段不同，反应就不同，甚至如果生物体以前接触过毒物，目前的受害性也会改变。生物测试可以弥补这一点，此外还能获得以下数据：1）环境状况对水中生物的适合度。2）环境中的各项理化指标（DO、pH等）对水中生命的有利及不利的浓度或强度。3）环境因素对于毒物的影响4）废物对某一被测试生物种的影响。5）各种水生物对某种排放废水或者污染物的相对敏感性。6）为满足水控要求所应采取的处理强度及有效程度。7）允许的废水排放量及排放浓度。8）有关水质标准、对废水的要求和排放许可之间的一致性。16.生物监测定义及优缺点定义：利用生物个体、种群或者群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染的状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。优点：连续性——具有连续监测的功能，并且可以在大面积长距离内布点。综合性——能综合反映灵敏性——灵敏度高，能直接反映环境质量对生态系统的影响。经济性——价格低廉，不需购置精密仪器；不需繁琐的仪器保养和维修。缺点：无法实现全定量，精确度不高，通常只能反应各监测点的相对污染或者变化水平。不如理化仪器反应迅速，并且不能测知污染物浓度。重现性差，受非污染因素影响大，不同自然条件下应用有局限，季节、地理差异大。