生態毒理學復習綱要第一章 緒論1962年Rachel Carson （卡遜） 寂靜的春天Ecotoxicology=Ecology +Toxicology 生態毒理學=生態學+毒理學1969年法國Rene Truhaut （薩豪特）最早提出并使用生態毒理學。生態毒理學的定義：研究環境毒物、污染物對生態系統的影響和機理以及環境毒物、污染物在生態系統中的運轉、循環與歸宿規律的一門綜合性科學。生態毒理學主要研究內容1.毒物、污染物在物理環境中釋放、分布和行為以及與物理、化學環境的相互作用；2.毒物、污染物進入生態系統的途徑、變化及其歸宿；3.毒物、污染物在生態系統各種水平上的有毒效應。生態毒理學研究意義1.全面認識毒物、污染物對生態系統的影響；2.查明毒物直接與間接對生物和人體健康的危害機制；3.為控制污染、制定環境標準和立法提供科學依據。生態毒理學發展趨勢 a 深入探討多種環境毒物作用于機體或生態系統的復合生態毒理效應及其機理以及新老污染聯合脅迫生物學變化與反應；b 深入研究次生毒物的產生過程以及所導致的次生污染生態毒理效應；c 深入研究環境毒物低水平、長時間暴露的生態毒理效應；d 深入開展種群、群落和生態系統水平的生態毒理效應研究；e 加強分子生態毒理學研究，提高生態毒理效應微觀認識水平。第二章 生態毒物及其毒性與劑量效應關系原理毒物：相對較小的劑量，導致生物受害或嚴重的細胞功能損傷、或生態系統產生不良效應的物質。污染物（pollutant）:指對環境造成直接或間接損害的物質。一次污染物：污染源直接排入環境，其物理、化學性質沒有發生變化的污染物質。又稱為原發性污染物或者“原生污染物” 。 二次污染物:排入環境中的一次污染物在物理、化學因素或生物的作用下發生變化，或與環境中的其他物質發生反應所形成的物理、化學性狀與一次污染物不同的新污染物。又稱繼發性污染物或者“次生污染物”。二次污染物的形成機制復雜，其危害程度一般比一次污染物嚴重。(對)持久性有機污染物（Persistent organic pollutants, POPs）：一系列在環境中長期殘留，并可遠距離遷移，具有脂溶性和生物蓄積性，對人類和動植物有高毒性的有機化合物 。POPs具有五個顯著特性：1持久性 /長期殘留性 2生物蓄積性 3半揮發性 4高毒性 5長距離遷移性急性毒性（acute toxicity）:毒物大劑量一次或24小時多次接觸生物機體，在短時間內對機體引起的毒性效應。慢性毒性（chronic toxicity）:生物體長時間內少量反復持續接觸環境毒物所產生的毒性效應。半數致死劑量 （half lethal dose,又稱致死中量，median lethal dose,LD50）：毒物、污染物暴露條件下50%試驗個體死亡的劑量。 LD50是衡量和比較不同毒物、污染物毒性大小的參數和分類依據。最大無作用劑量（maximal no-effect dlevel,MNEL）:指環境污染物在一定時間內，按一定方式與機體接觸，用現代的檢測方法和最靈敏的觀察指標不能發現任何損害作用的最高劑量。閾劑量（threshold dose）：指環境污染物引起受試對象中的少數個體出現某種最輕微的異常改變所需要的最低劑量，又稱為最小有作用劑量（minimal effect level,MEL）。劑量-效應關系(dose-effect relationship)：在一定的暴露時間內，試驗生物對環境毒物的反應與環境毒物劑量之間的關系。內劑量：環境毒物及其代謝產物在生物體作用部位的濃度或劑量，通常不易測定。 外劑量：毒物暴露、接觸或給予的劑量。量效應：指有各種程度差別的生物學效應，可用計量單位表示。質效應：指效應不能用定量數值表示，而只能用“有”或“無”、“陰性”或“陽性”表示。確定劑量-效應關系前提 1、觀察到的反應應該完全來自目標污染物的作用； 2、反應的數量維度直接與劑量維度有關； 3、正確觀察與測定實驗生物對毒物或污染物的反應是可能的。劑量-效應關系曲線及其類型1、直線型：很少出現，體外試驗中一定的范圍內出現。2、拋物線型：非線性關系， 增加速率先快后慢。 3、S型曲線：低劑量范圍內,效應增長緩慢，劑量較高時，效應急速增加，劑量繼續增加時,效應強度的增加又趨向緩慢。4、 倒U型毒物興奮效應（hormesis）：低劑量條件下表現為適當的刺激(興奮)反應，而在高劑量條件下表現為抑制效應。聯合作用（joint action)：多種外來化合物同時或短時間內相繼進入生物體內所產生的綜合生物學作用。1. 獨立作用 （Independent joint action）：兩種或兩種以上的環境化合物所產生的生物學效應，表現為各個化合物本身的毒性效應。機理：作用方式、途徑、受體和部位不同。2. 相加作用 （Additional joint action）：兩種或兩種以上的環境化合物所產生的綜合生物學效應是各種化合物分別產生的生物學效應的總和。機理：化學結構相似，作用于同一器官組織，所產生的生物學效應類似。3、協同作用 （Synergison）：多種環境化合物所產生的綜合生物學效應超過它們單獨作用引起的生物學效應總和。特殊情形：一種化合物單獨與機體接觸時沒有毒性，但與另一種單獨作用時具有毒性的化合物聯合作用時顯著提高后者的毒性增效作用。機理: A、一種化合物促進另一種化合物的吸收; B、阻止其生物轉化或者排泄; C、使其轉化為毒性更高的代謝物.4、拮抗作用（antagonism） ：兩種或兩種以上的環境化合物所產生的綜合生物學效應低于其中任何一種單獨作用產生的生物學效應。 拮抗劑：能使另一種化合物的生物學作用減弱的化合物。機理：A.功能拮抗：兩種外來化合物質在同一生理功能中具有相反的作用，彼此抵消各自的生物學作用。B.化學拮抗：兩種外來化合物質發生化學反應，形成低毒或無毒的反應產物。C.受體拮抗：與同一受體結合，一種化合物將另一種化合物與生物學效應有關的受體加以封阻，以致不出現后者單獨與機體接觸時產生的生物學效應。D.干擾拮抗：一種化合物干擾另一種化合物的生物學效應，使其效應減弱、消失。第三章 環境污染來源與環境中的遷移、分布和轉化 一、大氣生態系統的污染物種類（物質形態）（1）氣溶膠(aerosol )：氣溶膠是指懸浮在大氣中的各種液態或固態微粒。 通常所指的煙、霧、塵等都是氣溶膠.氣溶膠本身是污染物,又是許多有毒、有害物質的攜帶者,它的分布在一定程度上反映了大氣污染的狀況。（2）氣體態污染物含硫化合物 含氮化合物 碳氧化合物 碳氫化合物 鹵素化合物二、水生生態系統的污染物種類(1)無機無毒物質水體富營養化： 水體接納過多的N、P等營養物質，藻類及其他水生生物異常繁殖，水體透明度、溶解氧變化，造成水質惡化，加速水體老化，使水生生態系統和水功能造成破壞。赤潮和水華：是指水域中一些浮游生物暴發性繁殖引起水色異常的現象，赤潮通常發生在近海海域，水華通常發生在湖泊、水庫等水域。(2)無機有毒物質(3)耗氧有機物(4)有機有毒物質污染源(1)工業廢水最主要污染源 (2)生活污水 (3)農業退水三、土壤生態系統的污染物種類(1)有機污染物 (2)重金屬污染物(3)化學肥料污染物污染源(1）工礦來源(2)農業來源環境中化學污染物的特性1、環境殘留持久性：化學污染物尤其是芳香族化合物和重金屬污染物，具有較強的抗降解轉化能力而在環境中長期殘存。2、環境遷移性和循環性：由于人類活動和自然因素的作用可在不同的環境、生物體之間遷移并循環，如DDT3、環境可轉化性：化學污染物進入環境后，由于受到物理、化學和生物的作用而發生各種各樣的轉化。4、環境生物濃縮性：通過生物吸收逐步富集，污染物在生物體內的濃度高于環境中的濃度。污染物在環境中的遷移方式A、機械遷移：B、物理化學遷移：最重要的形式。C、生物遷移環境相（Environmental phase ）：質地均一的環境組成成分，化合物在其內部的行為可看作是同一的。相間分配：當一種化合物從某一相進入環境后，如同有機物在水與有機溶劑之間的分配一樣，相鄰兩相間產生活躍的交換，直至達到分配平衡。1.兩相分配-Freundlich 方程（參考課本，了解公式含義）：CA、CB ：化學物質在A相和B相中的濃度；K:分配系數；n:非線性常數化合物低濃度： n=1，即 CA=KCB 化合物高濃度： 2.水體內的分配過程（參考課本，了解公式含義） KBL=KBL:生物脂肪與水的分配系數；CBL/CW：化學物質脂相/水相中的濃度。如果脂肪占生物體的比率為y，那么：CB ：為生物體內的濃度。故：KBLCB/y CW 用KB表示生物與水的分配系數，即：KBCB/CW則KBCB/CW KBLy CW/CW y KBL如果生物脂肪與辛醇相同，即KBLKOW（化合物的脂水分配系數），那么：KBy. KOW由此可以根據化合物的脂水分配系數，只要測定出水生生物的脂肪含量（魚中的脂肪含量通常為5），就可以計算出化合物的生物與水的分配系數KB。3.大氣/水分配過程（參考課本，了解公式含義）大氣/水分配過程用亨利定律表示：亨利定律： P ：化合物在大氣中的分壓（Pa）H ：亨利定律常數（ Pa. m3/mol）CW ：化合物在水相中濃度（mol/m3）H可以換算成分配系數HD= CA/CW HD ：大氣/水分配系數CA：化合物在大氣中的濃度。因為氣態方程pVnRT（V是氣體容積，n是分子數，R是氣體常數，T是絕對溫度）所以 pRT.n/V n/V是氣體濃度，等于CA故：pCA.RT p/ CWRT CA/CW 所以：HHDRT生物放大（ Biomagnification） ：在同一食物鏈上，高位營養級生物體內來自環境的某些元素或難以分解的化合物的濃度高于低位營養級生物的現象。生物濃縮（bioconcentration):又稱生物富集（bioenrichment）：系指生物機體從周圍環境中吸收并積累某種元素或難分解的化合物，導致生物體內該物質的濃度超過環境中濃度的現象。生物對環境污染物富集的條件有3個：A、該環境污染物容易被生物吸收；B、在生物體內的降解和排泄的速度較慢；C、該化合物在積累過程中對生物體本身未達到致命傷害。與三個方面的影響因素有關：不同生物、不同物質、不同的環境條件下，BCF變化很大，可以是個位到萬位級，甚至更高。生物積累（Bioaccumulation）：同一生物隨著其生長發育期的延長或者隨著年齡的增長，環境中某種元素或難分解的化合物的富集系數也不斷增大的現象。富集系數（ bioconcentration factor，BCF）又稱生物濃縮因子（ Biological Concentration Factor，BCF） 計算：BCF生物體內化學物濃度/環境中該化學物濃度 污染物在環境中的轉化特點（1）化合物可以在環境中轉化為性質和結構相似的化合物，也可以降解成多種性質不同的小分子化合物；（2）可以在非生物條件下進行，也可由生物加速其發生；（3）環境中參與轉化和降解的物質主要是氧氣和水，無論是氧還是水參與反應，最終都產生羥基和羧基等極性基團，從而增加產物的水溶性；（4）化合物的轉化和降解速率，在生態毒理學上可直接影響化合物持續時間和擴散。污染物在環境中的轉化形式l 物理轉化 ：通過蒸發、滲透、凝聚、吸附、稀釋、懸浮、擴散及放射性蛻變等一種或多種物理變化。l 化學轉化：通過各種化學反應而發生的轉化，如氧化還原反應、水解反應、絡合反應、光化學反應等l 生物轉化:污染物進入生物機體后，在有關酶系統的催化作用下的代謝變化過程。生物轉化中轉化能力最強大的是微生物，其次是植物和動物。微生物種類繁多、數量巨大、多樣的代謝途徑、驚人的代謝速度而對各種各樣的化學污染物具有強大的降解轉化能力，即使新的人工合成化合物，微生物也能在不斷適應過程中降解轉化。生物半衰期（BHLBiological half Life）：污染物進入生物體內后，在代謝作用下，污染物減少到初始濃度的一半所需要的時間，即生物半衰期。第四章 環境化合物的生物轉運和生物轉化生物轉運（Bio-Transport，生物轉移）：環境化合物經各種途徑和方式被生物吸收、分布和排泄過程的總稱。吸收途徑（1）動物吸收途徑： A、消化管：是吸收污染物質最主要的途徑。 B、呼吸管 吸收大氣污染物的主要途徑。 C、皮膚（2）、植物吸收途徑：葉片吸附、葉孔吸收、根部吸收環境化合物通過生物膜的方式（1）簡單擴散：物質或化合物分子從濃度較高一側透過生物膜向濃度較低一側擴散的過程。不消耗代謝能量。影響因素：A 膜兩側濃度梯度 B 脂水分配系數 C 化合物的解離度（2）易化擴散：化合物分子利用載體從高濃度一側透過生物膜向低濃度一側轉運的過程。不消耗代謝能量。（3）主動轉運：化合物分子由低濃度一側通過生物膜向高濃度一側轉運并消耗代謝能量的過程。特點：A 需要載體參與；B 逆濃度梯度轉運，消耗能量。（4）吞噬和胞飲作用（膜動轉運）吞噬作用（phagooytosis）：固態顆粒物質與生物膜上一些蛋白有特殊的親和力，當其與生物膜接觸后，可改變膜的表面張力，引起膜外包或內凹，將異物包圍進入細胞。胞飲作用（pinocytosis）：液態異物環境化合物通過生物膜特性（1）進入血液的環境化合物僅少數呈游離狀態，大部分與血漿蛋白結合；（2）同一種環境化合物在機體內各組織器官的分布是不均勻的，不同的化合物在機體內各組織器官分布也存在差異；（3）分布的去向：A 在毒性作用部位表現毒性作用；B 在某一組織器官貯存；C 運往代謝轉化器官，被降解和排泄。影響分布的因素1細胞膜的通透性 2外來物質的脂溶性 3與組織的親和力生物轉化：外源化合物經過不同途徑被吸收進入機體后，在機體酶系統的作用下發生一系列化學變化，并形成一些分解產物或者衍生物的過程。兩個階段：第一個階段相反應 主要是氧化、還原、水解反應。第二個階段相反應 主要是結合反應。生物轉化特殊情形：A 高度親脂性外源化合物，不能與生物轉化系統中的酶類結合 不能發生生物轉化，而蓄積在機體內；如 DDT、多氯聯苯B 進入機體的極性物質 ，可以不經相反應而直接發生相反應；C 某些水溶性物質，可以不經生物轉化而直接排出體外。生物轉化意義A 外源化合物極性增強，水溶性提高，容易排出體外；B 對生物機體的毒性作用可降低，因為大多數外源化合物的代謝產物的毒性低于母體化合物。相反應（一）、氧化反應1.混合功能氧化酶系（mixed-function oxidase，MFO)（1）組成：A兩種細胞色素細胞色素P450（CytP450）即細胞色素P450單加氧酶細胞色素 b5（Cytb5）即細胞色素b5單加氧酶 B兩種黃素蛋白還原性輔酶細胞色素P450還原酶還原性輔酶細胞色素b5還原酶 C磷脂（2）反應類型（6個）羥化反應， 環氧化反應， N、O、S脫烷基反應，S氧化反應， 脫S反應， 氧化脫鹵反應2. 線粒體單胺氧化酶系存在部位：線粒體內單胺氧化酶( monoamine oxidase, MAO)催化的反應：催化胺類氧化脫氨基生成相應的醛3.醇脫氫酶存在部位：胞液中催化的反應:醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase, ADH)催化醇類氧化成醛。4.醛脫氫酶系存在部位：胞液中催化的反應:醛脫氫酶(aldehyde dehydrogenase, ALDH)催化醛類生成酸。（二）還原反應1、羰基還原反應 2、含N基因還原反應 3、含S基因還原反應（三）、水解反應水解反應類型(1）羧酸酯酶使脂肪族酯水解(2）芳香酯酶使芳香族酯水解(3）磷脂酶使磷酸酯水解(4）酰胺酶使酰胺水解 相反應1.葡萄糖醛酸結合反應最常見的結合反應：葡萄糖醛酸基轉移酶 2.硫酸結合反應：磺基轉移酶 3.乙酰結合反應：N-乙酰轉移酶4.谷胱甘肽結合反應：谷胱甘肽-S-轉移酶5.氨基酸結合反應：6.甲基結合反應：甲基轉移酶生物轉化的特點1. 代謝反應連續性：是指一種物質的生物轉化需要經過幾種連續反應，產生幾種產物。如乙酰水楊酸，先被水解成水楊酸，然后與葡萄糖醛酸或甘氨酸結合，分別生成葡萄糖醛苷和甘氨酰水楊酸。2.反應類型多樣性：是指同一種物質可發生多種反應。如苯甲酸，既可與甘氨酸結合生成馬尿酸，又可與葡萄糖醛酸結合生成苯甲酰葡萄糖醛酸苷。3、 大多數發生生物失活，少數發生生物活化。生物失活（bioinactivation）:外源化合物經生物轉化后,其生物活性減弱或消失。生物活化（bioinactivation）：外源化合物經生物轉化后,其衍生物的生物活性更強。*生物蓄積：機體長期接觸某污染物質，若吸收大于排泄及其代謝轉化，則會出現該污染物質在體內逐增的現象，稱為生物蓄積。蓄積量是吸收、分布、代謝轉化和排泄各量的代數和。污染物質生物蓄積特點：1、蓄積部位是血漿蛋白、脂肪組織和骨骼。2、污染物質的蓄積部位與毒性作用部位可以相同，也可能不同。3、蓄積部位中的污染物質，常同血漿中游離型污染物質保持相對穩定的平衡。第五章 環境化合物的毒理機制與個體水平毒性效應外源化合物攻擊核酸方式a 親電子活性代謝產物攻擊核酸（最常見）b 親核活性代謝產物攻擊核酸c 以自由基形式攻擊核酸有機磷農藥對乙酰膽堿脂酶（AchE）的抑制原理 AchE在神經系統信息傳遞中起重要作用。可去除體內多余的乙酰膽堿，保護神經傳導的正常功能。有機磷化合物也是AchE的底物，占據乙酰膽堿的作用部位，從而產生神經功能破壞，導致一系列中毒反應。許多重金屬（Pb，Hg）也是通過與酶蛋白分子的活性部位的半胱氨酸殘基的SH結合，抑制酶的活性。如對氯汞苯甲酸對酶的抑制。自由基（ free radical ）：外層軌道上具有不配對電子的原子、原子團或特殊狀態的分子自由基分類：氧自由基、脂性自由基、氮中心自由基自由基來源（能在體內形成自由基的外源化合物）a. 本身具有自由基性質的物質；b. 化學反應性極強的物質；c. 經酶催化而形成自由基-大多數外源化合物形成自由基方式。氧化應激與脂質過氧化機體防御體系（抗氧化體系）酶性抗氧化系統：1超氧化物歧化酶，SOD2過氧化氫酶，CAT 3谷胱甘肽過氧化物酶，GSH-Px脂質過氧化：機體產生的活性氧，與生物膜磷脂中的多不飽和脂肪反應，形成過量的脂質氫過氧化物，并產生細胞損傷。產生細胞損傷的機制：1 膜脂的損傷導致膜功能障礙;膜脂質過氧化，膜不飽和性異常，膜流動性通透性2 脂質過氧化進程產生的活性氧對酶和其他細胞組分的損傷；如脂質過氧化自由基和烷自由基可引起DNA堿基，特別是鳥嘌呤堿基的氧化.3 脂質過氧化物的分解產物，尤其是醛式產物對細胞及其成分的毒性效應。如丙二醛可以共價結合方式導致DNA鏈斷裂和蛋白質交聯。細胞內鈣穩態的失調：在細胞受損時可導致Ca2+內流增加，或Ca2+從細胞內貯存部位釋放增加，或抑制細胞膜向外逐出Ca2+，表現為細胞內Ca2+濃度不可控制的持續增加，即打破細胞內鈣穩態，或稱為細胞內鈣穩態的失調。 引起鈣穩態失調的外源化合物：重金屬離子如鉛、鎘， 農藥，四氯化碳 環境致突變作用（環境誘變作用）：環境因素引起生物體發生突變的作用及過程。誘變劑：直接損傷DNA或產生其他遺傳學改變，使細胞基因和染色體發生改變的化學物，又稱為致突變體或遺傳毒物。直接誘變劑：某些化學物質化學性質非常活躍，其原型或化學水解產物引起生物體突變。間接誘變劑：某些化學物質本身不能引起突變，必須在生物體內經過代謝活化后才具致突變作用。從突變效應分：移碼突變、校正突變、錯義突變、無義突變 中性突變、沉默突變、回復突變斷裂劑：導致染色體結構變異的物質。擬紫外線裂劑：像紫外線一樣誘發單鏈斷裂。擬放射性斷裂劑：像電離輻射一樣誘發雙鏈斷裂。染色體畸變：A 缺失 B 重復 C 倒位 D 易位*缺失、重復、倒位三者與易位的本質區別： 易位與倒位相似，一般不改變染色體和基因的數量，只改變其原來的位置。前三者都是發生在同源染色體之間，而易位發生在兩對非同源染色體之間。呼吸作用的變化的毒性效應：呼吸率增加：盡快排除毒物呼吸率降低：避免接觸更多的毒物 生長余力（SFG）：生物單位時間內積累的用于生物生長的能量。公式：SFG=(攝食能排泄物能量)(代謝能+排泄能) 單位：焦耳/單位時間環境內分泌干擾物 (Environmental Endocrine Disruptors)：由于人類的生產和生活活動而釋放到周圍環境中，對維持生物體內平衡、生殖、發育及行為的正常激素的合成、分泌、結合、清除等功能產生影響，從而影響內分泌系統的化學物質。環境內分泌干擾物的特點：l 延遲性 ：成年和晚年才顯露出來。l 時段性 ：不同生長階段對生物個體會 不同方式的影響和后果。l 復雜性 ：不同劑量、不同暴露方式對不同器官可能造成不同的影響，其毒性有時有協同或拮抗作用。l 去除困難：在環境中不易分解、通過食物鏈蓄積放大、通常具有脂溶性，進入生物體后不易排除。第六章 污染脅迫的種群生物學效應胚胎發育階段的敏感性：前植入期、器官形成期、胎兒期、新生兒期（1）、前植入期：包括受精、囊胚形成、原腸胚形成以及侵植子宮壁早期階段。特征：易于發生胚胎致死，較少見胚胎致畸。（2）、器官形成期特征：易于發生胚胎致畸，也可導致胚胎死亡 如：“反應停”事件 藥名：沙利多胺 （3）、胎兒期特征：致畸原不發生作用，生長阻滯，胎內致癌，胎兒死亡。（4）、新生兒期特征：生長阻滯，神經、免疫、內分泌系統功能缺陷，幼兒癌癥。污染對捕食的影響對捕食者的影響A 降低取食頻率；B 影響捕食者的搜尋策略和感覺系統；C 改變捕食者對獵物的選擇行為；D 影響捕獲效率和捕獲后對獵物的處理時間的長短。對獵物的影響A 表現異常而易被捕食者發現； B 群集效果和警戒能力下降；C 降低獵物逃避反應、速度。污染脅迫影響寄生關系的方式基本類型：刺激寄生；抑制寄生；對寄生無影響污染脅迫作用方式A、經影響寄生物而影響寄生關系；B、經影響寄主而影響寄生關系；C、經影響與寄生物有協同作用或拮抗作用的其他有機體與寄生物的平衡而影響寄生關系。抗性：生物有機體暴露在逆境中，仍然能進行各項固有活動的能力。避性（回避性）：機體阻止過量環境污染物進入體內的能力。耐性（耐受性）：機體處理過量蓄積在體內的環境污染物的能力。避性機制（影響大氣污染物吸收的因素）：A 氣孔的關閉和開啟的方式；B 氣孔的多少和形態特征；C 表皮的組成和結構。耐性機制：A 質膜對污染物的阻隔作用；B 植物體內抗壞血酸水平與其抗性相關；C 存在于植物體內的多種解毒酶系統保護敏感組織避免污染物傷害；D 污染物脅迫誘導抗逆基因的表達。抗性機理（1）行為抗性（避性）害蟲在殺蟲劑的選擇壓力下，能改變行為習性，通過減少或避免與殺蟲劑接觸，逐漸提高其抗性。（2）穿透抗性昆蟲通過增加表皮膜或神經膜的厚度或改變其結構和化學組成從而降低殺蟲劑的穿透性以減慢或阻滯殺蟲劑到達靶標部位。（3）代謝抗性害蟲在殺蟲劑的選擇壓力下通過增加解毒酶的活力和提高解毒酶與殺蟲劑親和力的方式，加速對體內殺蟲劑的解毒和代謝作用而產生的抗性。直接證據則來自（多功能氧化酶的離體測定），主要通過：（1）殺蟲劑氧化代謝的直接測定；（2）模型底物氧化代謝的測定；（3）對多功能氧化酶主要成分如 Cyt P450水平的測定。如：酯酶、谷胱甘肽S-轉移酶（GSTs）（4）靶標抗性昆蟲體內的殺蟲劑作用靶標發生突變導致昆蟲對殺蟲劑的神經敏感性降低而獲得的抗性。抗性變異遺傳類型主基因遺傳：抗性主要有單個主基因控制多基因遺傳：抗性是由多個基因控制抗性基因的起源（1）自發突變模式隨機突變符合新達爾文進化理論：抗性突變存在于自然（正常）種群中， 污染物起選擇作用。（2）定向突變模式方向性取決于污染脅迫性質細菌污染脅迫環境抗性基因突變率抗逆細菌產生抗性速度快第七章 污染脅迫的群落和生態系統效應生物指數法（biotic index）用數學公式反映種群、群落結構的變化，以評價環境質量。 貝克生物指數法由貝克（Beck）1955年提出 貝克生物指數BI值意義 0 161040嚴重污染區域中等污染區域清潔區域生物指數（BI）=2A+BA：敏感底棲動物種類數 B：耐污底棲動物種類數 一定程度污染時 部分敏感種消失 BI嚴重污染 所有敏感種消失，部分抗性種消失 BI極端污染 BI=0渡邊生物指數（硅藻生物指數）即：藻類指數= （2A+B-2C）/（A+B-C）100A:不耐污染藻類種類數B:廣譜性藻類種類數C:僅在污染水域出現的藻類種類數生物指數法局限性：A 所得結果的有效性取決于對物種的正確鑒定和對其抗污染能力的了解；B 大多數生物指數僅僅考慮物種數而忽略了物種個體數，損失了部分有用信息。多樣性指數：群落內物種數及其多度的綜合測度，用以描述群落的復雜度。根據各種理論和物種的權重，已經提出大量多樣性指數。在生態毒理學中，這些多樣性指數常被用于確定群落是否受到污染物的影響。如果多樣性下降，則表示群落受到污染物的損害，因此，多樣性指數也是環境質量評價的常用參數。（1）、Shannan-Weiner diversity index （香農-威納指數）(手寫）S：物種數； N：所有物種個體數； ni：第i個物種個體數。該指數取決于兩個要素，即物種數目和種間個體分布均勻度。（2）、 (Simpsons diversity index) （辛普森指數）N:n:（3）、Margalef豐富度指數S：群落中物種數目，N：調查樣方中觀察到的個體總數（隨樣本大小而增減）。多樣性指數局限性：A 沒有考慮到不同物種的相對重要性或生態學功能，在以一個物種代替另一個物種的情形下，不能反映群落結構變化，也不能反映稀有物種的消失；B 并不總是具有測定環境質量的功能，許多與脅迫無關的因素也可影響多樣性指數 （ex：種群發育階段）。實驗方法模擬微系統試驗（microcosm test）：也稱“微宇宙試驗”，指能在實驗室、溫室甚至氣候箱等人工控制條件下建立與重復，用以模擬生態系統成分相互作用及其過程的系統。標準化水生微宇宙（Standardized Aquatic Microcosm，SAM）：用于在實驗室測定有毒物質在多物種水平對淡水生態系統的影響。燒杯水生微宇宙（Mixed Flask Culture，MFC）：又稱燒杯混合培養，試驗時間1214周，容器為1L的玻璃廣口瓶，試驗生物包括4種藻、2種無脊椎動物、一些細菌和原生動物。對溫度、光照強度、pH值等理化參數均有具體要求。與SAM不同的是通過加入來自生態系統浸出液提供給微宇宙中生物群落所需的基質。PFU法（Polyurethane foam unit）：也稱水質微型生物群落監測PFU法：是用聚氨酯泡沫塑料塊采集水域中微生物和測定其群集速度來監測和評價環境質量狀況的一種方法。半模擬微系統試驗（mesoocosm test）：也稱“中宇宙試驗”，野外條件下的部分人工控制試驗。特點：A 介于模擬微系統試驗與純粹野外試驗之間的一種過渡試驗；B 能在真實環境條件下研究潛在污染物對生態系統的影響而沒有產生環境污染風險。野外試驗：以真實生態系統為實驗系統，測試污染物對生態系統結構和功能效應。特點：A 所有個體保持自然狀態，可控制的只有污染物種類和數量；B 不能重復，也沒有嚴格意義的對照；C 持續時間長。 舉例：湖泊酸化試驗初級生產量：綠色植物固定太陽能制造的有機物質能量基本來源。污染物對初級生產量產生不利影響嚴重污染：初級生產者受到嚴重傷害（直接毒性），反映出可見癥狀（傷斑、枯萎、死亡） 初級生產者初級生產量下降。中等污染：通過各種不產生明顯癥狀的直接或者間接作用影響初級生產量。抑制光合作用重金屬、農藥、大氣污染物。污染對食物鏈的影響：對營養循環的影響：污染物能在營養循環的以下三個方面影響營養物質的動態與營養循環。1、降低有機質的分解和礦化速率2、增加營養物質的淋溶作用l 將營養物質從植物體淋失；l 增加土壤養分的淋失；l 促進土壤礦物的風化。3、抑制共生微生物生態風險：指一定區域內一些具有不確定性的事故或災難對生態系統及其組分可能產生的不利作用，包括生態系統結構和功能的損害，從而危及生態系統健康和安全。生態風險特點：1、不確定性 2、客觀性 3、復雜性 4、內在價值性 5、動態性生態風險評估概念（Ecological Risk Assessment , ERA）美國EPA 1992年：研究一種或多種壓力形成或可能形成的不利生態效應的可能性的過程。ERA程序（一）、受體分析確定生態受體，選擇評價終點生態受體( Ecological Receptor)：暴露于壓力下的生態實體，包括不同生命組建層次。評價終點(Assessment Endpoint)：是對那些受體所具有的、需要保護的重要生態環境價值的清晰描述，通過生態受體及其屬性特征來確定。（二）暴露評價（化學風險源暴露評價）1、有毒有害物質遷移、轉化進程，以及在不同環境中分布與歸趨；2、受體的暴露途徑、暴露方式和暴露劑量。（三）、危害評價（研究不同暴露水平有毒有害物質對生態受體產生的有害效應）1、資料調研2、方案設計3、進行實驗4、結果分析5、外推分析外推分析方式：A 根據同類有害物質已有的實驗資料，建立外推關系；B 將實驗室分析所建立的關系外推到自然環境和生態系統中；C 由一類終點的分析結果外推到另一類終點。（四）、風險表征（暴露于各種生態壓力下的不利生態效應的綜合判斷和表達。）1、定性風險表征風險評價初步分析2、定量風險表征商值法 風險商值(Risk Quotient, RQ ) RQ=EEC/ TOXn EEC：實際監測或模擬所計算出的有毒有害物質的環境暴露濃度。TOXn：有毒有害化合物質毒理學上的濃度閾值。第八章 重金屬污染生態毒理學第一節 砷 As砷的暴露途徑1、大氣暴露途徑主要暴露途徑 2、水體暴露 3、土壤暴露A、大氣沉降 B、含砷農藥的使用生物調控：利用特殊植物或微生物來去除土壤中重金屬或降低重金屬的生物毒性。狹義的植物修復技術概念：主要是利用超富集植物，將土壤中各種過量重