1、污染生態學第四章分析污染生態學第四章分析環境中各種污染物質對生活于其中的生物體都是一種逆境脅迫，會在包括分子、細胞、組織、器官、個體、種群以及生態系統等各個組織層次上對生物產生多方面的影響。長期生活在其中的生物體也會在結構、生理生化及遺傳上發生變異，產生適應性和抵抗力，這就是生物耐性或抗性（tolerance）。第四章 生物對環境污染物的抗性環境中各種污染物質對生活于其中的生物體都是一種逆境脅迫，會在生物對污染物的抗性機制是外部排斥和內部忍耐的綜合結果。外部排斥 通過形態機制生理生化機制、生態學機制將污染物排斥在體外。內部忍耐 通過代謝、固定代謝解毒、分室作用等過程將污染物在體內富集、 解毒。

2、植物抗性機制涉及到： 形態、解剖、細胞、分子等幾個層次變化第四章 生物對環境污染物的抗性生物對污染物的抗性機制是外部排斥和內部忍耐的綜合結果。第四章抗性途徑主要有一下幾類：拒絕吸收（避性）植物可以拒絕鹽分、重金速進入體內結合鈍化 螯和代謝轉化 代謝解毒排除體外 分泌型改變代謝途徑分子水平調節：有些抗性基因原來以極低的頻率存在，在污染選擇下它能在短短幾個世代內迅速擴大基因頻率，從而提高了群體對污染的高抗性。這些途徑單獨、或同時在生物體內作用第四章 生物對環境污染物的抗性抗性途徑主要有一下幾類：第四章 生物對環境污染物的抗性一、植物的避性將污染物排斥于體外，使其不能進入體內，這是一種最簡捷最有效的

3、方法，無需消耗大量的物質和能量。對不同的污染物和不同的植物種類，其防止污染物進入體內的途徑和方法不同。關閉氣孔分泌有機物改變根系周圍的環境、降低污染物的吸收性增厚表皮層、形成根套第一節 植物的抗性機制一、植物的避性第一節 植物的抗性機制一、植物的避性（一）、對氣態污染物的避性氣態污染物通過兩個途徑進入植物體內：氣孔、表皮角質層。1、氣孔阻礙作用污染嚴重時關閉氣孔，與脫落酸（ABA）含量變化有關2、外表皮阻礙作用 角質層、表皮層、木栓層增厚 第一節 植物的抗性機制一、植物的避性第一節 植物的抗性機制一、植物的避性（二）、植物對土壤污染物的避性植物對根系污染物的吸收抑制、機理主要是通過分泌體外物質

4、、改變環境的PH值、氧化還原電位等，降低污染物的生物活性，或改變根際微生物種群的數量和種類。如檸檬酸、無機磷酸鹽，蘋果酸，使污染物質形成不可溶物質。第一節 植物的抗性機制一、植物的避性第一節 植物的抗性機制一、植物的避性（二）、植物對土壤污染物的避性1、根際pH的變化根際PH的變化從多方面影響著根際環境： 植物生長以及根際土壤中各種礦質養分的化學和生物學有效性；根系對重金屬元素毒害作用的忍耐程度：根系對營養元素的吸收作用；根際微生物的種類、數量以及根際曲的活性等。根際pH的變化在一定程度上調節著植物對土壤污染物的吸收。第一節 植物的抗性機制一、植物的避性第一節 植物的抗性機制一、植物的避性（二

5、）、植物對土壤污染物的避性2改變氧化還原 金屬價態的變化與土壤氧化還原狀態有關。許多金屬離子在土壤中以多種價態存在如銅、鉻、汞、鎘以及類金屬砷等在。不同價態的重金屬的和生理生態毒性和溶解性、吸收性不同， 有的植物具有改變根際氧化還原狀態的機制。 第一節 植物的抗性機制一、植物的避性第一節 植物的抗性機制例：生長在錳污染土壤上的植物能夠分泌具有氧化作用的物質到根際環境，將Mn2+氧化成Mn4+而減輕毒性。例：水稻根表表明分泌氧和氧化性物質將土壤中大量的Fe2+和Mn2+氧化成鐵錳氧化物膠膜，一方面把根包被起來以防止根系對Fe2+和Mn2+的過度吸收另一方面把鎘、鉛、汞等重金屬密集在根外的鐵錳氧化

6、膜中阻止進入根內。第一節 植物的抗性機制例：生長在錳污染土壤上的植物能夠分泌具有氧化作用的物質到根際一、植物的避性（二）、植物對土壤污染物的避性3根分泌物對污染物的結合、降解作用植物生長過程中一部分光合作用產物被轉移到根部，并且其中大部分通過根系分泌到根際中。如有機酸、氨基酸、糖類物質、蛋白質、核酸以及大量其他物質。能同根際土壤中的污染物結合，使其移動性降低、毒性降低。第一節 植物的抗性機制一、植物的避性第一節 植物的抗性機制一、植物的避性（二）、植物對土壤污染物的避性3根分泌物對污染物的結合、降解作用根際游離金屬離子與分泌物形成穩定的金屬螯合物復合體，使其活度就會降低。如：耐鋁小麥品種的根分

7、泌高濃度的低分子二羧酸類物質如琥珀酸、蘋果酸、草酸。二羧酸是帶正電荷金屬離子的潛在整合劑，從而能夠阻止鋁擴散進入根膜，這在保護植物避免與鋁結合中起著重要作用。第一節 植物的抗性機制一、植物的避性第一節 植物的抗性機制一、植物的避性（二）、植物對土壤污染物的避性4根際效應的作用根分泌物可為微生物提供能源物質，將大量具趨化作用的微生物聚集在根周圍，從而產生“根際效應”，其中有些微生物具有凈化土壤中污染物的作用。菌根真菌和其他微生物，能夠降解、轉化環境污染物，如多氯聯苯、除草劑等有機污染物，而且能夠吸收、富集環境中的金屬等無機污染物，從而降低根際環境中污染物的濃度，減少污染物進入植物體的機會。如：鳳

8、眼蓮分泌多種氨基酸，使微生物有趨化作用，對酚類物質有抗性。第一節 植物的抗性機制一、植物的避性第一節 植物的抗性機制二、植物對污染物的結合鈍化作用抗性植物具有使進入到體內的污染物變成安全、低毒的結合態的機制，使污染物不能達到敏感分子或器官，也不參加代謝，正常的新陳代謝可免遭擾亂。細胞壁、細胞膜和細胞中的其他成分均具有這種結合鈍化作用。第一節 植物的抗性機制二、植物對污染物的結合鈍化作用第一節 植物的抗性機制二、植物對污染物的結合鈍化作用(一)、細胞壁的作用細胞壁是結合、固定污染物的重要部位。因為細胞壁果膠質中的多聚糖醛酸和纖維素分子的羧基、醛基等基團都能夠與重金屬等毒物結合。如：Hg、Pd、Z

9、n、Cu、Cd都可以結合在細胞壁的纖維素和木質素上，減少移動性。第一節 植物的抗性機制二、植物對污染物的結合鈍化作用第一節 植物的抗性機制二、植物對污染物的結合鈍化作用(二)、細胞膜的作用細胞膜上的蛋白質、糖類和脂質也能夠結合透過細胞壁的污染物。研究表明當環境中的鉛濃度相當大時，也有部分鉛透過細胞壁，在細胞膜上沉積下來。第一節 植物的抗性機制二、植物對污染物的結合鈍化作用第一節 植物的抗性機制二、植物對污染物的結合鈍化作用(三)細胞質和液泡的作用細胞質和液泡中具有許多能夠與污染物結合的“結合座”，當部分污染物突破細胞壁和細胞膜進入細胞質后，就能夠和細胞質中的蛋白質、氨基酸的羧基、氨基、琉基及酚

10、基等官能團結合，形成穩定的整合物，從而起到鈍化作用。如農藥中的OH、COOH、NH2、NH、SH和活性氯，和細胞質和液泡中的物質結合 的。金屬離子與細服質中蛋白質和其他有機化合物中的琉基以及其他基團有很強的親和力，因此，進入體內的金屬離子常與蛋白質結合而降低毒性第一節 植物的抗性機制二、植物對污染物的結合鈍化作用第一節 植物的抗性機制一、植物對污染物的結合鈍化作用(三)細胞質和液泡的作用屏蔽作用 相隔離作用：生物將污染物運輸到體內特定部位，使污染物與生物體內活性靶分子隔離是生物產生抗性適應性的又一途徑，液泡是主要的毒物隔離和代謝的場所第一節 植物的抗性機制一、植物對污染物的結合鈍化作用第一節

11、植物的抗性機制三、植物對污染物的代謝轉化作用雖然植物具有拒絕吸收、結合鈍化環境污染物的抗性機制，但在污染物濃度較高，體內的“結合座”達到飽和的情況下，為了避免受害，植物對污染物的代謝轉化作用就變得必不可少。第一節 植物的抗性機制三、植物對污染物的代謝轉化作用第一節 植物的抗性機制三、植物對污染物的代謝轉化作用機體內酶促反應，可以轉化成低毒或無毒物質，或轉化為水溶性物質而利于排出體外解毒作用。污染物在生物體內酶的作用下，通過氧化、還原、水解、脫烴、脫鹵、經基化和異構化作用，逐步代謝為毒性較低或完全無毒的物質。如對農藥，有機物，降解為CO2和H2O第一節 植物的抗性機制三、植物對污染物的代謝轉化作

12、用第一節 植物的抗性機制三、植物對污染物的代謝轉化作用（一）、植物對農藥的分解轉化 耐藥性植物有代謝分解農藥的作用，途徑有： 氧化、還原、水解、異構化和軛和化等。 （二）植物對其他有機物質的分解轉化 石油、洗滌劑、塑料等有機物，藻類高等植物第一節 植物的抗性機制三、植物對污染物的代謝轉化作用第一節 植物的抗性機制四、植物在污染物存在下改變代謝途徑、發生遺傳變異、降低污染物與靶分子的親和力改變代謝方式是生物抵抗環境污染物毒害的有效措施之一。例如，耐硒植物在硒脅迫下能夠改變蛋白質的代謝方式，使其不受硒的干擾，保證植物正常生活。而不耐硒的植物因蛋白質的正常合成受破壞而受害。生物體內與污染物作用的靶分

13、子發生遺傳突變，突變結果降低了生物靶分子與污染物的親和力，從而降低了今物對污染物的敏感性，使生物產生對污染物的抗性。第一節 植物的抗性機制四、植物在污染物存在下改變代謝途徑、發生遺傳變異、降低污染物五、植物對污染物及其代謝產物的排出作用排出作用主要有以下幾種： (1)生物體對污染物來說只是一個通道，污染物進入體內后不經過任何轉化即排出體外。 (2)污染物進入體內后很快與體內物質結合后排出體外。 (3)污染物經過氧化、還原、水解后直接排出體。 (4)污染物經過體內氧化、還原、水解后再與其他物質結合后排出體外。方式：分泌、氣孔、脫落第一節 植物的抗性機制五、植物對污染物及其代謝產物的排出作用第一節

14、 植物的抗性六、植物的其他保護系統1、自由基的清除2、誘導抗性物質的產生。如ABA，抗性蛋白第一節 植物的抗性機制六、植物的其他保護系統第一節 植物的抗性機制七、植物的抗性指標植物的抗性指標有以下幾個方面：(1)形態結構指標 如氣孔構造、柵欄和海綿組織的比例、角質層和木栓層的厚度及根套的有無等。(2)生理生化指標 如細胞膜透性、細胞質含水量、酶系統活性及細胞內結合物質(如谷胱甘肽、類金屬硫蛋白等)的含量等。(3)生態學指標 如根的分布特性、根際效應狀況等。第一節 植物的抗性機制七、植物的抗性指標第一節 植物的抗性機制外源性污染物進入動物體后，會給機體帶來一系列損傷和病變甚至死亡。動物與植物一樣

15、能夠對環境中的污染物作出一系列應答，以減少毒物對自身的傷害，從而獲得對污染環境的抗性。動物的抗性機制也可以劃分為：拒絕吸收結合鈍化、分解轉化排出體外第二節 動物的抗性機制外源性污染物進入動物體后，會給機體帶來一系列損傷和病變甚至一、動物對污染物的避性動物對污染物的避性可以通過行為或生理的方式表現出來動物具有排斥環境中的污染物，使其不能進人體內的機制，如皮膚、毛發對污染物具有阻擋作用，對于可以自由活動的動物來說，從行為上主動避開污染環境也許是一種更為有效的措施。許多動物對環境脅迫較為敏感，并具有逃避毒害的本能。如蚊子、蒼蠅對殺蟲劑的躲避、種群數量的變動第二節 動物的抗性機制一、動物對污染物的避性

16、第二節 動物的抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化污染物可經呼吸道、消化管皮膚其他一些途徑進人體內。進入體內的物質有不同的途徑進行鈍化：如污染物在動物體內經多種方式被結合、固定下來，使其不能達到敏感位點(稱“靶細胞”或“靶組織”)。各種脂溶性有毒污染物進入組織后，多數與體內的某些化合物或基團結合，使毒性減低，極性和水溶性增加，從而可以迅速隨尿液或汗液排出體外。第二節 動物的抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化第二節 動物的抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化結合反應的主要有6種：葡萄糖醛酸化反應硫酸、乙酰化、甲基化、甘氨酰基谷胱甘肽的形成第二節 動物的抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化第二節 動物的

17、抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化結合反應的主要有6種：葡萄糖醛酸化反應葡萄糖醛酸化是動物體內(除貓外)最常見的解毒方式. 例如，苯經過氧化后生成酚，然后與葡萄糖醛酸結合。污染物主要通過醇或酚的羥基和羧基的氧、胺類的氮、含硫化合物的硫與葡萄糖醛酸的第一位族結合成苷。污染物與葡萄糖醛酸結合后活性降低，水溶性增加，易從尿和膽汁中排除。 第二節 動物的抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化第二節 動物的抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化乙酰化是各種芳香胺類、酰阱類(如異煙阱、2萘胺)等污染物的重要生物轉化途徑，使氨基的活性作用減弱，從而達到解毒的目的。谷胱甘肽是機體內存在的一種最重要的非蛋白琉基。它具有

18、重要的生理功能，其解毒作用的機制主要有三個方面：為親電子物質或其他氧化代謝物提供琉基，形成無毒的加成物。例如，還原型谷胱甘肽中的琉基可以與污染物中的碳原子結合，還可以與親電子的金屬離子結合，所以是重要的解毒物質。阻斷親電子污染物及共代謝物與重要的生物大分子的共價結合，使其保持正常代謝。對脂質過氧化作用的抑制及對自由基的清除。第二節 動物的抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化第二節 動物的抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化乙酰化是各種芳香胺類、酰阱類(如異煙阱、2萘胺)等污染物的重要生物轉化途徑，使氨基的活性作用減弱，從而達到解毒的目的。金屬硫蛋白（MT)的形成是生物解毒的重要方面。金屬硫蛋白形成

19、可和污染物結合起到解毒作用。如CdMT第二節 動物的抗性機制二、動物對污染物的結合鈍化第二節 動物的抗性機制三、動物對污染物的分解轉化污染物進入動物體后，在體內經過水解、氧化、還原或加成等一系列代謝過程，改變其原有的化學結構，生理活性也相對減弱，加速了從體內排泄的過程。通常，轉化是將親脂的外源性污染物轉變為親水物質，以降低其通過細腦膜的能力，從而加速其排出。第二節 動物的抗性機制三、動物對污染物的分解轉化第二節 動物的抗性機制三、動物對污染物的分解轉化主要反應：(1)氧化反應 各種脂溶性污染物被肝微粒體的氧化酶所氧化。產生各種代謝物。微粒體酶系對作用物的特異性較低，通常稱為混合功能氧化酶系（M

20、FOS），它是氧化酶系中最重要的酶系，可作用于具有不同化學結構的各種脂溶性污染物。MFOS能夠催化脂類、類固醇和其他化學物質，使其轉化為極性較強、脂溶性較低的代謝產物。第二節 動物的抗性機制三、動物對污染物的分解轉化第二節 動物的抗性機制三、動物對污染物的分解轉化主要反應：(2)還原反應 肝中的還原反應，主要有偶氮還原酶和硝基還原酶所催化的兩類反應，它們主要在微遺體中進行。 如硝基還原酶可使硝基苯、對硝基苯甲酸等的-NO2還原成-NH2。細胞液中含有的醇脫氫酶和醛脫氫酶等，也能夠促使各種醇、醛、胺在體內進行生物轉化。第二節 動物的抗性機制三、動物對污染物的分解轉化第二節 動物的抗性機制三、動物

21、對污染物的分解轉化主要反應：3)水解反應 動物組織中包含大量非特異性的酯酶和酰胺酶，能夠水解酯類、酰胺類、酰肼類及胺基甲酸酯類等污染物，起解毒作用。例如，酯酶水解酯鏈而形成羥基團及醇，酰胺胺酶水解酰胺鍵而形成酰胺或胺。第二節 動物的抗性機制三、動物對污染物的分解轉化第二節 動物的抗性機制三、動物對污染物的分解轉化主要反應：3)水解反應 動物組織中包含大量非特異性的酯酶和酰胺酶，能夠水解酯類、酰胺類、酰肼類及胺基甲酸酯類等污染物，起解毒作用。例如，酯酶水解酯鏈而形成羥基團及醇，酰胺胺酶水解酰胺鍵而形成酰胺或胺。第二節 動物的抗性機制三、動物對污染物的分解轉化第二節 動物的抗性機制四、動物對污染物

22、的排泄作用污染物及其代謝產物從動物體內排出的主要途徑：腎尿排出，肝膽呼吸道其他消化管隨糞便排出， 皮膚、體液（汗液，唾液、乳汁）第二節 動物的抗性機制四、動物對污染物的排泄作用第二節 動物的抗性機制微生物的解毒作用比動物、植物更強。微生物對污染物的抗性也可分為避性、分解轉化等途徑。一、微生物對污染物的避性取決于微生物的生理、形態，生態特征 （一）形態學 莢膜增厚，葡萄球菌屬、黃桿菌屬、芽孢桿菌屬 （二）生理1、沉淀 脫硫弧菌屬、桿菌屬2、胞外絡合 鐵末沉著體、胞外聚合物3、細胞壁結合 革陽（）：磷壁酸第三節 微生物的抗性機制微生物的解毒作用比動物、植物更強。微生物對污染物的抗性也可分二、對污染

23、物的分解轉化有害 無害、營養物質1951年，球形節桿菌 分解有機農藥（一）微生物對金屬離子的轉化作用汞、鉛、錫、硒、神等金屬或類金屬離子都能夠在微生物作用下發生轉化而失去毒性。表45轉化的方式有三種：都有酶的催化第三節 微生物的抗性機制二、對污染物的分解轉化第三節 微生物的抗性機制污染生態學第四章分析（一）微生物對金屬離子的轉化作用1、甲基化Hg、Cd、Pd、As都可以甲基化，毒性增強如：甲基汞的毒性比無機汞毒性大50100倍 甲基轉移體：甲基鈷胺素（甲基供體） 主要菌類：假單胞菌屬（銅綠假單胞菌 ）第三節 微生物的抗性機制（一）微生物對金屬離子的轉化作用第三節 微生物的抗性機制污染生態學第四

24、章分析（一）微生物對金屬離子的轉化作用2、還原作用高價 低價，有機態 單質 Pseudomonas屬菌類：硒酸鹽和亞硒酸鹽 膠態的硒，Pd2 Pd0膠態硒和膠態鉛不具毒性；而且結構穩定。第三節 微生物的抗性機制（一）微生物對金屬離子的轉化作用第三節 微生物的抗性機制（一）微生物對金屬離子的轉化作用3、氧化作用Mn2、Sn3（毒性大） Mn4、Sn4（毒性小）無機汞 轉運入細胞 揮發汞或甲基汞 甲基汞脂溶性高，易與蛋白質中的SH結合，又是潛在的神經毒素。不同微生物對不同形態汞的抗性不盡相同有有機汞裂解酶的菌類才能分解有機汞第三節 微生物的抗性機制（一）微生物對金屬離子的轉化作用第三節 微生物的抗

25、性機制（二）微生物對有機污染物的分解轉化作用 1、微生物對農藥的降解許多微生物能夠降解農藥.微生物對農藥的分解轉化作用包括：脫鹵作用、脫烴作用、酰胺及酯的水解、氧化作用、還原作用、環裂解、縮合或共軛形成等幾種方式。不同類型的農藥，降解途徑有所不同。第三節 微生物的抗性機制（二）微生物對有機污染物的分解轉化作用第三節 微生物的抗性（二）微生物對有機污染物的分解轉化作用 2、微生物對氰和睛的分解分解氰和睛獲得碳、氮養料，有些微生物甚至以此作為唯一的碳源和氮源。氰化物的分解機制為：第三節 微生物的抗性機制（二）微生物對有機污染物的分解轉化作用第三節 微生物的抗性（二）微生物對有機污染物的分解轉化作用

26、 2、微生物對氰和睛的分解有機睛化物的分解機制為：分解氰和睛化物的微生物有諾卡氏菌屬、腐皮鐮孢霉屬、木霉屬、假單胞菌屬等14個屬。第三節 微生物的抗性機制（二）微生物對有機污染物的分解轉化作用第三節 微生物的抗性（二）微生物對有機污染物的分解轉化作用3、微生物對合成洗滌劑的分解轉化合成銑滌劑的基本成分是表面恬性劑，根據它在水中的電離特點可以分為：陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性電解質型4類。如：烷基苯磺酸鹽：第三節 微生物的抗性機制（二）微生物對有機污染物的分解轉化作用第三節 微生物的抗性三、微生物對污染物結合、鈍化作用 在重金屬脅迫環境中，生物體內普遍存在全屬硫蛋白、類金屬硫蛋白和重金屬螯合多肽。第三節 微生物的抗性機制三、微生物對污染物結合、鈍化作用第三節 微生物的抗性機制四、微生物對污染物的外排金色葡萄球菌的革蘭氏陽性細菌中存在對鎘、鋅離子外排的CadCA離子外排系統。為CadCA基因編碼的大蛋白由727個氨基酸組成，是位于膜上的泵蛋白，具有E1E2型ATP水解酶活性，在膜內有通道。有4個結合位點：ATP結合位點、蛋白激酶結合位點、能量傳導結構域和底物結合位點。過程：ATP與CadA蛋白結合ATP水解磷酸基團磷酸基團結合構象改變變成高能態高能態向低能態的轉變 鎘、鋅離