第十章水環境毒理學

第一節污染物在水體與生物體內的遷移轉化第二節污染物的毒性作用及機理第三節水體污染對人及水生生物的影響第四節水域生態毒理學第十章水環境毒理學第一節污染物在水體與生物體內的遷移12003年10月15日，神州五號載人航天飛船上天，楊利偉在太空中拍攝到地球是一個蘭色的星球。水占地球表面的四分之三，水環境是人類生存空間的重要組成。水環境特點有：1、密度大，具有較大的浮力；2、具有折射性，能將太陽光的一部分反射到大氣中，其長波輻射被吸收，水深處則以綠光為主；3、水域中物質循環的速度比陸地快；4、水域具有復雜的垂直分層和流動性；5、浮游生物代謝率高、繁殖快。2003年10月15日，神州五號載人航天飛船上天，楊利偉在太2水域生態環境的組成

1.非生物組成：水及主要離子、溶解性氣體、微量元素、膠體和懸浮物質等。2.生物組成生產者：各種藻類（浮游植物）。消費者：浮游動物、底棲動物和魚類等。分解者：水底沉積物表面的數量為最多，因為這里積累了大量的死亡有機物質。

水域生態環境的組成1.非生物組成：水及主要離子、溶解性氣體3隨著全球經濟和社會的發展，近50年來，生產和生活過程中產生大量的廢水，不能循環利用，造成水體污染，嚴重影響水生生態系統的結構、功能和水資源的利用，還直接危害人類的身體健康。20世紀60年代美國把水中污染物大體分為8類：1、耗氧污染物；2、致病污染物；3、合成有機物；4、植物營養物；5、無機及礦物質；6、土壤、巖石等沖刷下來的沉積物；7、放射性物質；8、熱污染。

隨著全球經濟和社會的發展，近50年來，生產和生活過程中產生大4從環境科學的角度，根據污染物的物理、化學和生物性質及其污染特性，水體污染物分為：1無機無毒物質；2無機有毒物質，包括重金屬毒性物質和非金屬的無機毒性物質；3有機無毒物質；4有機有毒物質，包括農藥、酚類化合物、多環芳烴（PAHs）、多氯聯苯（PCBs）和表面活性劑。

從環境科學的角度，根據污染物的物理、化學和生物性質及其污染特5從環境毒理學的角度，水體污染物分為：物理性污染物：包括非溶解性污染物、熱污染、及放射性污染。化學性污染物：有機污染物，如酚類、苯類、鹵烴類、油類等；無機污染物，如砷、銅、鉛、鎘、汞、氰化物等。生物性污染：包括致病細菌、致病病毒及寄生蟲等。水環境毒理學：就是研究水環境中的外源化學物質對水生生物的毒性作用及其規律的科學。從環境毒理學的角度，水體污染物分為：6第一節污染物在水體與生物體內的遷移轉化

一、污染物的來源及其進入水體的途徑1.污染物的來源：工業生產排污、城市生活污水、農業灌溉、、大氣污染物及固體廢棄物的淋溶作用等都是水體污染物的來源，水生生態系統內部產生或貯存的一些污染物質的釋放也是一個污染物質的來源，比如有些水生生物自身會產生一些生物毒物。

第一節污染物在水體與生物體內的遷移轉化一、污染物的來源72.污染物進入水體的途徑（1）通過大氣沉降或污水直接排放進入地表水環境；（2）通過下滲進入地下水環境；（3）通過地表徑流進入地表水環境：l在化學品生產、排放、流通和使用過程中，有毒化學物質或直接釋放于環境，或隨廢水排入水體。l由于突發事故造成大量有毒化學品外泄，進而污染水體（如油污染）。l有毒有害廢棄物處理、處置不當，有毒化學品經淋溶、滲透等途徑進入水體。

2.污染物進入水體的途徑8二、污染物在水體中的分布

和轉移1.相對靜水的水環境的特點（以湖泊為例）湖邊緣的潛水湖濱區，在這個區域內生存著大量的水生植物、無脊椎動物和小魚，在這個區域內形成了完整的食物鏈關系。由湖濱區向湖心的亞湖濱區，這個區域內的生物相對較少。深水區，在這個區域內由于很少有水的對流運動，水體中氧氣的含量也較低，幾乎沒有生物的活動。另外在湖泊的底部有一些底棲生物存在，他們也可能構成一個獨立的生物群落。

二、污染物在水體中的分布和轉移1.相對靜水的水環境的特點9二、污染物在水體中的分布和轉移2.污染物在水體中的分布：一部分以懸浮物的形式分布在水體中還有一部分沉積在水體的底泥中。

氣象條件和季節等因素會影響到污染物在水體中的分布；

污染物的類型；二、污染物在水體中的分布和轉移2.污染物在水體中的分布：10二、污染物在水體中的分布和轉移3、污染物在水體中的遷移轉化：取決于污染物的性質以及水體的環境特點。有機污染物：通過吸附、揮發、水解、光解、生物富集和生物降解等作用進行遷移轉化。重金屬：通過沉淀、絡合、吸附、氧化還原等反應發生形態間的相互轉化及分散和富集過程。二、污染物在水體中的分布和轉移3、污染物在水體中的遷移轉化：11三、污染物的吸收

1.水生植物和微生物(受其生活型的影響）水生微生物和浮游植物主要是吸收水中的污染物，尤其是離子態的污染物；沉水植物既吸收水中的污染物，又利用底泥中的污染物；挺水植物和浮葉植物的污染物來源最多，水、陸（底泥）、空都有。三、污染物的吸收1.水生植物和微生物(受其生活型的影響）122.水生動物對污染物的吸收水體中的污染物進入動物體主要有三條途徑：動物的體表；鰓和腸道吸收污染物。水生動物對污染物的吸收有如下特點：（1）較小的動物體或處于食物鏈低營養級的生物，直接從水中吸收污染物是一條主要的途徑；而個體較大或處于高營養級的生物，主要通過取食來吸收污染物。（2）同一種動物對不同污染物的吸收途徑是不同的。（3）在急性污染的情況下，動物主要從水中吸收污染物；而在慢性污染的情況下，動物主要通過取食來吸收污染物。（4）與食物的供應情況有關，食物充足時，主要通過取食的途徑來吸收污染物。

2.水生動物對污染物的吸收水體中的污染物進入動物體主要有三13四、污染物的代謝

水生生物可以通過體內的生物轉化作用改變它從環境中吸收的污染物質。污染物質發生生物轉化作用以后會影響其在環境及生物體內的分布、積累及其毒性作用。四、污染物的代謝水生生物可以通過體內的生物轉化作用改變它從14五、污染物的蓄積

化學物質的理化性質與其在生物體內的累積和生物富集有密切的關系，其中脂溶性是一個重要的因素。一般不易被生物轉化和具有脂溶性的物質容易在生物體內發生蓄積。

五、污染物的蓄積化學物質的理化性質與其在生物體內的累積和生15六、生物富集

不同種類生物、處在不同發育期的生物和不同的器官生物富集規律不同。以鏈魚為例，其不同器官富集重金屬鉛的量從大到小的順序為：鰓＞鱗＞內臟＞骨骼>頭部＞肌肉。水稻各器官鉛的富集量差別很大。各器官含鉛量的大小順序為：根＞葉＞莖＞谷殼＞米。

六、生物富集不同種類生物、處在不同發育期的生物和不同的器官16水生維管束植物各器官富集污染物的一般規律與陸生植物相似，但器官之間的差異沒有陸生植物明顯。它的所有器官都能吸收水中的污染物，都可稱為吸收器官。生物在不同生育期接觸污染物，體內富集量有明顯差異。水稻的根在不同時期對鉛富集量大小順序為：撥節期＞分蘗期＞苗期＞抽穗期＞結實期。水生維管束植物各器官富集污染物的一般規律與陸生植物相似，但器17七、影響污染物吸收和代謝的因素

1.污染物的濃度：2.不同器官的差異：鏈魚體內鉛的含量：鰓＞鱗＞內臟＞骨骼>頭部＞肌肉。水稻各器官含鉛量為：根＞葉＞莖＞谷殼＞米。3.毒物的性質：滲透力強的種類，能穿透表皮并轉移到內部組織，滲透力弱的種類，則多停留在植物表面上。污染物的存在形態直接影響生物對污染物的吸收和積累。如污染物是以離子態、結合態、還是有機物的形式存在。

七、影響污染物吸收和代謝的因素1.污染物的濃度：18七、影響污染物吸收和代謝的因素

4.環境因子：溫度、鹽度和光照等環境物理因素，比如在較高的溫度下，一些貝類的代謝率較高，以至對鎘、汞的吸收量也較大。5.生物因素：年齡、體重、不同發育階段和性別等生物因素對污染物的吸收和代謝有一定的影響。6.食物鏈和食物網：比較穩定的、能夠被生物吸收的、以及不易被生物體代謝分解的污染物質容易通過食物鏈或食物網進行遷移和轉化或者發生富集。七、影響污染物吸收和代謝的因素4.環境因子：溫度、鹽度和光19水體中的DDT濃度約為0.00005ppm↓浮游生物0.04ppm↓剛毛藻0.08ppm↓網茅0.33ppm↓蛤0.42ppm魚1.24ppm↓燕鷗3.42ppm↓河鷗幼體55.3ppm成體18.5ppm↓秋沙鴨22.8ppm↓鷺鳥26.4ppm↓銀鷗75.5ppm（放大150萬倍）水體中的DDT濃度約為0.00005ppm20第二節污染物的毒性作用及機理

一、分子水平的毒性效應由于分子生物學技術的快速發展，使人們可以盡快確定環境污染物的毒性效應進行早期預測。檢測的指標包括：DNA損傷、混合功能氧化酶和膽堿酯酶等。魚腦中乙酰膽堿酯酶的活性下降可以反映出水中有機磷和氨基甲酸酯的污染程度。魚血清中谷氨酸草酰乙酸轉氨酶升高，指示水體中有機氯殺蟲劑和汞污染嚴重、魚體內肝臟受損。

第二節污染物的毒性作用及機理一、分子水平的毒性效應21二、細胞與亞細胞水平的毒性效應

出現可見癥狀之前，植物在組織和細胞中出現的生理生化和亞細胞結構等微觀方面的變化：1.對植物根、葉細胞核的影響：如鎘污染會引起根和葉細胞內核變形，外膜腫大，內腔擴大，嚴重的核膜內陷。2.對植物根、葉線粒體、葉綠體等細胞結構的影響：如鎘污染會使線粒體表現為凝聚性線粒體，膜擴張；鉛污染導致葉綠體膜系統潰解，葉綠體呈球形皺縮等。

二、細胞與亞細胞水平的毒性效應出現可見癥狀之前，植物在組織223.對植物根尖細胞分裂和染色體的影響：大麥根尖經重金屬離子處理后，細胞有絲分裂指數不同程度下降。重金屬對根生長的抑制主要是由于抑制了細胞的有絲分裂。同時，重金屬處理后的細胞中，有絲分裂出現異常，染色體畸變率與對照相比顯著增高。一般來說，汞和鎘的細胞學毒性最大，其次是鉛和鎳，再其次是銅和鋅。4.對植物核仁的影響：在重金屬作用下，大麥細胞中核仁的結構和數量也發生很大變化。如出現多核仁現象等。

3.對植物根尖細胞分裂和染色體的影響：大麥根尖經重金屬離子23三、個體水平的毒性效應

1.對動、植物形態結構的影響：防腐漆添加劑TBT（三丁基錫）可引起軟體動物的畸形等。2.對種子生活力的影響：由于種子中蛋白水解酶活性嚴重受抑制，貯藏蛋白質難以水解為簡單氮化合物以滿足幼胚發育的需要。

（重金屬對種子萌發和早期生長發育的影響？）三、個體水平的毒性效應1.對動、植物形態結構的影響：防腐24三、個體水平的毒性效應

3.對動物生長、繁殖的影響：水體中污染物對動物內臟的破壞作用極明顯。（如氯丹使鱒魚肝臟退化；DDT使鱒魚魚苗肝臟出現空泡；有機氯和汞使魚的肝臟受損導致血清中轉氨酶含量增加等）有機氯農藥使魚類、水鳥、哺乳動物的繁殖率下降或幼體死亡率增加（有些激素類物質引起動物只長肉不產卵）。水污染對動物的行為產生嚴重影響：在含有一定濃度的DDT的水中生長的鮭魚對低溫非常敏感，它被迫改變產卵區，把卵產在溫度偏高的魚苗不能成活的水中；引起魚類對鹽度敏感度改變而改變產卵區。三、個體水平的毒性效應3.對動物生長、繁殖的影響：25四、種群、群落水平的毒性效應

1.種群效應：較高濃度污染物使水生生物種群在短時間內發生種群數量的減少甚至趨于滅亡，而較低濃度下長期接觸污染物的生物種群可能對毒物產生耐性和抗性。2.群落效應：關于群落變化的研究多以大型底棲生物為對象，因為其種類和數量多，生活相對固定且易于采集。在受到嚴重污染之后，一些種類已不復存在，某些種類的種群明顯減小，其他的種類具有很大的波動變化。

四、種群、群落水平的毒性效應1.種群效應：較高濃度污染物26五、生態系統水平的毒性效應

在水環境中，污染物影響水生生物種群和群落結構變化，使生態系統結構與功能受到損害。生態系統中的相互作用亦可使水生生物種類組成發生變化。當污染物在一定的時空范圍內持續作用于水生生態系統時，生態系統物質循環和能量流動受阻，生態系統健康受到影響，逐步走向衰退。五、生態系統水平的毒性效應在水環境中，污染物影響水生生物種27長期環境污染對生態系統的生態效應：1、生物多樣性的喪失，包括遺傳多樣性的喪失、物種多樣性的喪失和生態系統多樣性的喪失；2、生態系統復雜性降低；3、自我調控能力下降。

長期環境污染對生態系統的生態效應：28六、不同生態環境因子對污染物毒性的影響

1.水體溫度：溫度主要影響變溫動物的生理過程，改變生物的代謝活動和生物積累能力，同時也影響污染物質的酶的誘導、生物轉化作用、停滯時間和毒性大小，如溫度增加魚的好氧量增加，對污染物的吸收量也增加。2.水體pH：魚類生長的最適pH為5－9；pH在5.5以下時魚類生長受阻，產量下降；pH在5以下時魚類生殖功能失調，繁殖停止。魚胚和魚苗階段是魚類生活周期中對低pH最為敏感而且最易死亡的階段。某些污染物在酸性條件下對水生生物產生協同作用，如重金屬。六、不同生態環境因子對污染物毒性的影響1.水體溫度：溫度293.光照：太陽光可以直接誘發有機污染物發生光解作用，不可逆地改變了反應分子，影響其在水環境中的歸趨。一個有毒化合物的光化學分解的產物可能還是有毒的。例如，輻照DDT反應的產物DDE在環境中滯留時間比DDT還長。4.水流速和流量的影響：影響污染物在水中的稀釋和沉淀量。3.光照：太陽光可以直接誘發有機污染物發生光解作用，不可逆30第三節水體污染對人及水生生物的影響

一、水污染對人體健康的影響1.生物地球化學性疾病微量元素雖然在人體內的含量很少，但它們有些是人體必須的組成部分，在一些地區由于某種元素的缺乏或過多，會引起一些地方性的疾病。比如長期飲用含砷量高的水會引起“烏腳病”的發生；長期攝入含氟量高的水可引起氟斑牙和氟骨癥。

第三節水體污染對人及水生生物的影響一、水污染對人體健康的312.急性、慢性中毒當水體中的有害物質超過容許濃度時，飲用后可能產生急性和慢性中毒。如氰化物含量過高時，飲用后會產生急性中毒；但環境中污染物質濃度很低，長期反復接觸后也可能產生慢性疾病的發病率或死亡率升高。另外水中的污染物可以通過食物鏈進入到食物中，對人體健康產生嚴重的危害。如水俁病和骨通病的發生。2.急性、慢性中毒32我國桂林陽朔鎘污染區農民中有類似骨通病早期和中期的癥狀，污染區居民日攝入鎘量達到0.422mg，是世界衛生組織規定的6倍。污灌區居民食用的稻米的粘度低，糧菜味道不好，蔬菜易腐爛不易貯存，土豆畸型、黑心等。沈陽和撫順污灌區用高濃度石油廢水灌溉水稻后，引起芳香烴在稻米中累積，米飯有異味。

我國桂林陽朔鎘污染區農民中有類似骨通病早期和中期的癥狀，污染333.三致作用：比如苯并芘、氯乙烯、四氯化碳、艾氏劑、甲基苯等化學物質對人體有三致作用。4.公害病：如水俁病、骨通病等。5.傳染病：人類的生活垃圾以及醫院垃圾中的細菌、病毒、寄生蟲污染物隨水傳播和流行。如霍亂、傷寒、痢疾、胃腸炎以及肝炎等。3.三致作用：比如苯并芘、氯乙烯、四氯化碳、艾氏劑、甲基苯34二、水生生物毒素對人體健康的危害

毒素主要有：藻類毒素、貝類毒素、魚類毒素、螺類毒素、沙蠶毒素、海葵毒素等。如豚毒魚類中，河豚毒素可阻礙神經信號和肌肉的傳導，使骨骼肌、橫隔肌及呼吸神經中樞麻痹。人一般在食用后10－45分鐘內出現眩暈、惡心嘔吐、全身麻木、運動不協調甚至癱瘓等現象，嚴重時呼吸困難，血壓下降，心律失常，最終因呼吸循環衰竭而死亡。二、水生生物毒素對人體健康的危害毒素主要有：藻類毒素、貝類35貝類通過濾食有毒藻類（主要是藻黃素），經過生物累積和放大轉化為有機毒素，即貝毒。貝毒的形成與海洋中有毒藻類赤潮密切相關。貝類毒素主要有：

麻痹性貝類毒素；腹瀉性貝類毒素；神經性貝類毒素；記憶缺損性貝類毒素海兔（有毒貝類）的體內有毒腺，含有一種海兔素，對神經系統有麻痹作用，接觸部位可發生皮膚感覺障礙，有刺痛感。大量食用會引起多汗、流淚、流涎不止、頭痛、腹瀉、瞳孔縮小、呼吸困難等，嚴重時出現肌顫和全身痙攣，可因呼吸衰竭而死亡。

貝類通過濾食有毒藻類（主要是藻黃素），經過生物累積和放大轉化36三、赤潮和水華的毒性作用

1.赤潮：海洋中某些微小的浮游藻類、原生動物或更小的細菌，在一定的條件下爆發性繁殖或突然性聚集，引起水體變色的一種現象。赤潮是海洋環境污染的一種危險信號。赤潮種中約有70余種能產生毒素，可通過食用魚或貝類等對人體造成毒害，造成人類消化系統或神經系統中毒，嚴重的還可致死。三、赤潮和水華的毒性作用1.赤潮：海洋中某些微小的浮游藻371997年11月中旬至12月下旬，北起福建泉州灣，南至廣東汕尾的數千km2的近岸、內灣水域發生了有史以來規模最大的棕囊藻赤潮，造成巨大經濟損失，水體中布滿棕色膠質囊和死亡的白色透明空囊。1998年春季3月下旬至4月底，以香港為中心的珠江口海域發生了裸甲藻赤潮，給香港和廣東珠江口兩岸的養殖漁業造成近10億元的直接經濟損失。短短4個月內在我國東南沿海發生的兩次大規模赤潮，水體富營養化是兩次赤潮發生的物質基礎，而1997－1998年強烈的厄爾尼諾引起的全球氣候異常是誘因。1997年11月中旬至12月下旬，北起福建泉州灣，南至廣東汕38三、赤潮和水華的毒性作用

2.“水華”是一種普遍發生的淡水污染現象，發生時，水體呈藍色或綠色。“水華”產生的藻毒素造成的最大危害是引起魚類死亡，使飲用水源受到威脅并通過食物鏈影響人類的健康。藍藻“水華”能損害肝臟，具有促癌效應，直接威脅人類的健康和生存。澳大利亞以銅綠微囊藻污染嚴重的水庫為飲用水源的居民作為研究對象，發現引起血清中某些肝臟酶含量增高江蘇泰興肝癌高發區研究發現，長期飲用微囊藻毒素污染的水，血清丙氨酸氨基轉移酶等指標顯著高于對照組。

三、赤潮和水華的毒性作用2.“水華”是一種普遍發生的淡水39四、對水生生物的影響

1.對水生植物的影響：污染物進入植物體以后，對植物的生長發育、生理過程都有影響。（1）水生植物生長發育的影響：比如隨著汞、鎘濃度的升高，對綠藻的生長有明顯的抑制作用，生長明顯降低。（首先是抑制了根的生長）四、對水生生物的影響1.對水生植物的影響：污染物進入植物40（2）水生植物生理生化過程的影響：對細胞膜通透性的影響：鎘等污染物對植物細胞膜有嚴重的破壞作用。對光合作用的影響：鎘能破壞綠藻中的葉綠素使光合作用能力下降；隨著鉛濃度的增加，水稻葉片中葉綠素含量遞減。對呼吸作用的影響：鉛對水稻種子萌發時的呼吸作用（也叫生物氧化作用）有明顯的抑制作用。影響植物體內的化學組成成分：抗氧化酶系統和可溶性糖類等的變化。

（2）水生植物生理生化過程的影響：412.對水生動物的影響：（1）對呼吸器官及血液輸送氧氣能力的影響：重金屬元素能嚴重影響和破壞魚類的呼吸器官，導致呼吸機能減弱。首先，這些重金屬元素能黏結在鰓的表面，從而影響對氧氣的吸收和抑制氧氣與血紅蛋白的結合,從而降低血液輸送氧氣的能力，重金屬還能使血液中紅血球減少。2.對水生動物的影響：42（2）對生殖發育的影響：有機氯農藥DDT對魚卵中胚胎的發育、魚卵的孵化、孵化后幼苗的成活率等都有影響。（3）對生物遺傳的影響：由于重金屬容易與-SH及核酸中的堿基、磷酸結合。金屬離子進入細胞后與DNA、RNA和蛋白質結合，加速細胞的老化，有些金屬進入血液可促進腦細胞的老化。

（2）對生殖發育的影響：有機氯農藥DDT對魚卵中胚胎的發育、43第四節水域生態毒理學

生態毒理學研究毒物－環境－生態系統三者之間的相互關系，目的是控制污染物對生態系統的毒性影響，保護人類及其生活環境。水生態毒理學研究集中在個體、種群、群落、生態系統這4個層次，主要探討因受環境污染物影響而產生異常變化的信號指標、污染物的生物轉化、生物降解、致毒和解毒機制。

第四節水域生態毒理學生態毒理學研究毒物－環境－生態系統441.河口生態毒理學

河口：指海水和淡水交匯和混合的部分封閉的沿岸海灣，它受潮汐作用的強烈影響，理化條件具有很大的波動性。河口生態系統位于河流生態系統與海洋生態系統的交匯處，是地球上兩類水城生態系統之間的過渡區。1.河口生態毒理學河口：指海水和淡水交匯和混合的部分封閉45河口區環境特征：環境條件比較惡劣，生物種類少，廣鹽性、廣溫性和耐低氧性是河口生物的重要生態特征。造成河口生態系統危機的主要原因是：1、河口區城市人口的急劇增加，工廠的污水和居民生活廢水大量傾瀉到河口區；2、河流經過農田時沖刷部分的肥料和農藥匯入河口區；3、“局部水產養殖過度”，大量養殖廢水進入河口區；4、停留在河口灣的船舶所產生的燃料油泄漏和生活廢水等傾倒入海。

河口區環境特征：環境條件比較惡劣，生物種類少，廣鹽性、廣溫性46河口生態毒理學是以河口為研究對象，定量研究污染物在個體、種群、群落、生態系統各個層次上的毒性機制、環境行為及其與環境因素的相互影響。探索毒物在河口生態系統中的遷移、轉化與歸宿，建立可預測模型。目的在于減少人類對河口生態系統造成的破壞，并遏制生態環境的繼續惡化。

河口生態毒理學是以河口為研究對象，定量研究污染物在個體、種群472.濕地生態毒理學

濕地是介于陸地和水生環境之間的過渡帶，并兼有兩種生態系統的某些特征。1971年濕地公約中將濕地定義為不論其為天然和人工、長久或暫時地沼澤地、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止或流動，或淡水、半咸水或咸水水體者，包括低潮時水深不超過6米的水域，濕地具有調節水循環和作為棲息地養育豐富生物多樣性的基本生態功能。濕地的分類：按照淡、咸水分淡水濕地生態系統：淡水湖泊生態系統和沼澤生態系統；濱海生態系統。2.濕地生態毒理學濕地是介于陸地和水生環境之間的過渡帶，48濕地的凈化功能：1、排除水中營養物質：通過植物、微生物的聚集沉積作用、脫氮作用而將其從水中排除。2、阻截懸浮物：通過吸附、沉降和植物的吸收等作用阻截懸浮物而使水體得到改善。3、降解有機物：濕地的pH都偏低，有助于酸催化水解有機物。另外濕地在水和化學物質循環過程中發揮重要作用，同時也具有排洪、蓄洪功能。據統計，全世界共有濕地8558*106km2，占陸地總面積地6.4％（不包括濱海濕地），由于人類的開發利用，自1990年以來，地球上已經消失了近一半的濕地。濕地的凈化功能：493.海岸帶生態毒理學

海岸帶或稱為濱海帶，包括潮間帶和高潮時浪花可以濺到的岸線。它是海洋與陸地之間一個狹窄的過渡帶上。環境特征：這個區域是溫度變化最劇烈的區域，海水的鹽度也由于蒸發、降水和大陸排水而變化幅度很大。

3.海岸帶生態毒理學海岸帶或稱為濱海帶，包括潮間帶和高潮503.海岸帶生態毒理學

海洋污染：由于人類活動直接或間接地把物質引入海洋環境而造成或能造成的損害海洋生物資源、危害人體健康、防礙海洋活動（包括漁業）、損壞海洋環境質量等一系列影響，稱為海洋污染。海洋污染的特點:污染源廣、持續性強、危害大、擴散范圍廣、防治困難。3.海岸帶生態毒理學海洋污染：由于人類活動直接或間接地把51海洋環境中的毒物通過食物鏈的富集作用使生物受到毒害，改變生物群落組成和結構，造成生態系統的退化，破壞生態系統的能量流動和物質循環，危害人類的生活質量和身體健康。海洋環境中的毒物通過食物鏈的富集作用使生物受到毒害，改變生物52重點：1.水體中污染物的毒性作用及其機理（分子、細胞及亞細胞、個體、種群、群落、生態系統6個水平）？2.水體中污染物對人及水生生物的影響？（對水生植物和水生動物）3、河口、濕地、海岸帶或稱為濱海帶重點：53演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！54第十章水環境毒理學

第一節污染物在水體與生物體內的遷移轉化第二節污染物的毒性作用及機理第三節水體污染對人及水生生物的影響第四節水域生態毒理學第十章水環境毒理學第一節污染物在水體與生物體內的遷移552003年10月15日，神州五號載人航天飛船上天，楊利偉在太空中拍攝到地球是一個蘭色的星球。水占地球表面的四分之三，水環境是人類生存空間的重要組成。水環境特點有：1、密度大，具有較大的浮力；2、具有折射性，能將太陽光的一部分反射到大氣中，其長波輻射被吸收，水深處則以綠光為主；3、水域中物質循環的速度比陸地快；4、水域具有復雜的垂直分層和流動性；5、浮游生物代謝率高、繁殖快。2003年10月15日，神州五號載人航天飛船上天，楊利偉在太56水域生態環境的組成

1.非生物組成：水及主要離子、溶解性氣體、微量元素、膠體和懸浮物質等。2.生物組成生產者：各種藻類（浮游植物）。消費者：浮游動物、底棲動物和魚類等。分解者：水底沉積物表面的數量為最多，因為這里積累了大量的死亡有機物質。

水域生態環境的組成1.非生物組成：水及主要離子、溶解性氣體57隨著全球經濟和社會的發展，近50年來，生產和生活過程中產生大量的廢水，不能循環利用，造成水體污染，嚴重影響水生生態系統的結構、功能和水資源的利用，還直接危害人類的身體健康。20世紀60年代美國把水中污染物大體分為8類：1、耗氧污染物；2、致病污染物；3、合成有機物；4、植物營養物；5、無機及礦物質；6、土壤、巖石等沖刷下來的沉積物；7、放射性物質；8、熱污染。

隨著全球經濟和社會的發展，近50年來，生產和生活過程中產生大58從環境科學的角度，根據污染物的物理、化學和生物性質及其污染特性，水體污染物分為：1無機無毒物質；2無機有毒物質，包括重金屬毒性物質和非金屬的無機毒性物質；3有機無毒物質；4有機有毒物質，包括農藥、酚類化合物、多環芳烴（PAHs）、多氯聯苯（PCBs）和表面活性劑。

從環境科學的角度，根據污染物的物理、化學和生物性質及其污染特59從環境毒理學的角度，水體污染物分為：物理性污染物：包括非溶解性污染物、熱污染、及放射性污染。化學性污染物：有機污染物，如酚類、苯類、鹵烴類、油類等；無機污染物，如砷、銅、鉛、鎘、汞、氰化物等。生物性污染：包括致病細菌、致病病毒及寄生蟲等。水環境毒理學：就是研究水環境中的外源化學物質對水生生物的毒性作用及其規律的科學。從環境毒理學的角度，水體污染物分為：60第一節污染物在水體與生物體內的遷移轉化

一、污染物的來源及其進入水體的途徑1.污染物的來源：工業生產排污、城市生活污水、農業灌溉、、大氣污染物及固體廢棄物的淋溶作用等都是水體污染物的來源，水生生態系統內部產生或貯存的一些污染物質的釋放也是一個污染物質的來源，比如有些水生生物自身會產生一些生物毒物。

第一節污染物在水體與生物體內的遷移轉化一、污染物的來源612.污染物進入水體的途徑（1）通過大氣沉降或污水直接排放進入地表水環境；（2）通過下滲進入地下水環境；（3）通過地表徑流進入地表水環境：l在化學品生產、排放、流通和使用過程中，有毒化學物質或直接釋放于環境，或隨廢水排入水體。l由于突發事故造成大量有毒化學品外泄，進而污染水體（如油污染）。l有毒有害廢棄物處理、處置不當，有毒化學品經淋溶、滲透等途徑進入水體。

2.污染物進入水體的途徑62二、污染物在水體中的分布

和轉移1.相對靜水的水環境的特點（以湖泊為例）湖邊緣的潛水湖濱區，在這個區域內生存著大量的水生植物、無脊椎動物和小魚，在這個區域內形成了完整的食物鏈關系。由湖濱區向湖心的亞湖濱區，這個區域內的生物相對較少。深水區，在這個區域內由于很少有水的對流運動，水體中氧氣的含量也較低，幾乎沒有生物的活動。另外在湖泊的底部有一些底棲生物存在，他們也可能構成一個獨立的生物群落。

二、污染物在水體中的分布和轉移1.相對靜水的水環境的特點63二、污染物在水體中的分布和轉移2.污染物在水體中的分布：一部分以懸浮物的形式分布在水體中還有一部分沉積在水體的底泥中。

氣象條件和季節等因素會影響到污染物在水體中的分布；

污染物的類型；二、污染物在水體中的分布和轉移2.污染物在水體中的分布：64二、污染物在水體中的分布和轉移3、污染物在水體中的遷移轉化：取決于污染物的性質以及水體的環境特點。有機污染物：通過吸附、揮發、水解、光解、生物富集和生物降解等作用進行遷移轉化。重金屬：通過沉淀、絡合、吸附、氧化還原等反應發生形態間的相互轉化及分散和富集過程。二、污染物在水體中的分布和轉移3、污染物在水體中的遷移轉化：65三、污染物的吸收

1.水生植物和微生物(受其生活型的影響）水生微生物和浮游植物主要是吸收水中的污染物，尤其是離子態的污染物；沉水植物既吸收水中的污染物，又利用底泥中的污染物；挺水植物和浮葉植物的污染物來源最多，水、陸（底泥）、空都有。三、污染物的吸收1.水生植物和微生物(受其生活型的影響）662.水生動物對污染物的吸收水體中的污染物進入動物體主要有三條途徑：動物的體表；鰓和腸道吸收污染物。水生動物對污染物的吸收有如下特點：（1）較小的動物體或處于食物鏈低營養級的生物，直接從水中吸收污染物是一條主要的途徑；而個體較大或處于高營養級的生物，主要通過取食來吸收污染物。（2）同一種動物對不同污染物的吸收途徑是不同的。（3）在急性污染的情況下，動物主要從水中吸收污染物；而在慢性污染的情況下，動物主要通過取食來吸收污染物。（4）與食物的供應情況有關，食物充足時，主要通過取食的途徑來吸收污染物。

2.水生動物對污染物的吸收水體中的污染物進入動物體主要有三67四、污染物的代謝

水生生物可以通過體內的生物轉化作用改變它從環境中吸收的污染物質。污染物質發生生物轉化作用以后會影響其在環境及生物體內的分布、積累及其毒性作用。四、污染物的代謝水生生物可以通過體內的生物轉化作用改變它從68五、污染物的蓄積

化學物質的理化性質與其在生物體內的累積和生物富集有密切的關系，其中脂溶性是一個重要的因素。一般不易被生物轉化和具有脂溶性的物質容易在生物體內發生蓄積。

五、污染物的蓄積化學物質的理化性質與其在生物體內的累積和生69六、生物富集

不同種類生物、處在不同發育期的生物和不同的器官生物富集規律不同。以鏈魚為例，其不同器官富集重金屬鉛的量從大到小的順序為：鰓＞鱗＞內臟＞骨骼>頭部＞肌肉。水稻各器官鉛的富集量差別很大。各器官含鉛量的大小順序為：根＞葉＞莖＞谷殼＞米。

六、生物富集不同種類生物、處在不同發育期的生物和不同的器官70水生維管束植物各器官富集污染物的一般規律與陸生植物相似，但器官之間的差異沒有陸生植物明顯。它的所有器官都能吸收水中的污染物，都可稱為吸收器官。生物在不同生育期接觸污染物，體內富集量有明顯差異。水稻的根在不同時期對鉛富集量大小順序為：撥節期＞分蘗期＞苗期＞抽穗期＞結實期。水生維管束植物各器官富集污染物的一般規律與陸生植物相似，但器71七、影響污染物吸收和代謝的因素

1.污染物的濃度：2.不同器官的差異：鏈魚體內鉛的含量：鰓＞鱗＞內臟＞骨骼>頭部＞肌肉。水稻各器官含鉛量為：根＞葉＞莖＞谷殼＞米。3.毒物的性質：滲透力強的種類，能穿透表皮并轉移到內部組織，滲透力弱的種類，則多停留在植物表面上。污染物的存在形態直接影響生物對污染物的吸收和積累。如污染物是以離子態、結合態、還是有機物的形式存在。

七、影響污染物吸收和代謝的因素1.污染物的濃度：72七、影響污染物吸收和代謝的因素

4.環境因子：溫度、鹽度和光照等環境物理因素，比如在較高的溫度下，一些貝類的代謝率較高，以至對鎘、汞的吸收量也較大。5.生物因素：年齡、體重、不同發育階段和性別等生物因素對污染物的吸收和代謝有一定的影響。6.食物鏈和食物網：比較穩定的、能夠被生物吸收的、以及不易被生物體代謝分解的污染物質容易通過食物鏈或食物網進行遷移和轉化或者發生富集。七、影響污染物吸收和代謝的因素4.環境因子：溫度、鹽度和光73水體中的DDT濃度約為0.00005ppm↓浮游生物0.04ppm↓剛毛藻0.08ppm↓網茅0.33ppm↓蛤0.42ppm魚1.24ppm↓燕鷗3.42ppm↓河鷗幼體55.3ppm成體18.5ppm↓秋沙鴨22.8ppm↓鷺鳥26.4ppm↓銀鷗75.5ppm（放大150萬倍）水體中的DDT濃度約為0.00005ppm74第二節污染物的毒性作用及機理

一、分子水平的毒性效應由于分子生物學技術的快速發展，使人們可以盡快確定環境污染物的毒性效應進行早期預測。檢測的指標包括：DNA損傷、混合功能氧化酶和膽堿酯酶等。魚腦中乙酰膽堿酯酶的活性下降可以反映出水中有機磷和氨基甲酸酯的污染程度。魚血清中谷氨酸草酰乙酸轉氨酶升高，指示水體中有機氯殺蟲劑和汞污染嚴重、魚體內肝臟受損。

第二節污染物的毒性作用及機理一、分子水平的毒性效應75二、細胞與亞細胞水平的毒性效應

出現可見癥狀之前，植物在組織和細胞中出現的生理生化和亞細胞結構等微觀方面的變化：1.對植物根、葉細胞核的影響：如鎘污染會引起根和葉細胞內核變形，外膜腫大，內腔擴大，嚴重的核膜內陷。2.對植物根、葉線粒體、葉綠體等細胞結構的影響：如鎘污染會使線粒體表現為凝聚性線粒體，膜擴張；鉛污染導致葉綠體膜系統潰解，葉綠體呈球形皺縮等。

二、細胞與亞細胞水平的毒性效應出現可見癥狀之前，植物在組織763.對植物根尖細胞分裂和染色體的影響：大麥根尖經重金屬離子處理后，細胞有絲分裂指數不同程度下降。重金屬對根生長的抑制主要是由于抑制了細胞的有絲分裂。同時，重金屬處理后的細胞中，有絲分裂出現異常，染色體畸變率與對照相比顯著增高。一般來說，汞和鎘的細胞學毒性最大，其次是鉛和鎳，再其次是銅和鋅。4.對植物核仁的影響：在重金屬作用下，大麥細胞中核仁的結構和數量也發生很大變化。如出現多核仁現象等。

3.對植物根尖細胞分裂和染色體的影響：大麥根尖經重金屬離子77三、個體水平的毒性效應

1.對動、植物形態結構的影響：防腐漆添加劑TBT（三丁基錫）可引起軟體動物的畸形等。2.對種子生活力的影響：由于種子中蛋白水解酶活性嚴重受抑制，貯藏蛋白質難以水解為簡單氮化合物以滿足幼胚發育的需要。

（重金屬對種子萌發和早期生長發育的影響？）三、個體水平的毒性效應1.對動、植物形態結構的影響：防腐78三、個體水平的毒性效應

3.對動物生長、繁殖的影響：水體中污染物對動物內臟的破壞作用極明顯。（如氯丹使鱒魚肝臟退化；DDT使鱒魚魚苗肝臟出現空泡；有機氯和汞使魚的肝臟受損導致血清中轉氨酶含量增加等）有機氯農藥使魚類、水鳥、哺乳動物的繁殖率下降或幼體死亡率增加（有些激素類物質引起動物只長肉不產卵）。水污染對動物的行為產生嚴重影響：在含有一定濃度的DDT的水中生長的鮭魚對低溫非常敏感，它被迫改變產卵區，把卵產在溫度偏高的魚苗不能成活的水中；引起魚類對鹽度敏感度改變而改變產卵區。三、個體水平的毒性效應3.對動物生長、繁殖的影響：79四、種群、群落水平的毒性效應

1.種群效應：較高濃度污染物使水生生物種群在短時間內發生種群數量的減少甚至趨于滅亡，而較低濃度下長期接觸污染物的生物種群可能對毒物產生耐性和抗性。2.群落效應：關于群落變化的研究多以大型底棲生物為對象，因為其種類和數量多，生活相對固定且易于采集。在受到嚴重污染之后，一些種類已不復存在，某些種類的種群明顯減小，其他的種類具有很大的波動變化。

四、種群、群落水平的毒性效應1.種群效應：較高濃度污染物80五、生態系統水平的毒性效應

在水環境中，污染物影響水生生物種群和群落結構變化，使生態系統結構與功能受到損害。生態系統中的相互作用亦可使水生生物種類組成發生變化。當污染物在一定的時空范圍內持續作用于水生生態系統時，生態系統物質循環和能量流動受阻，生態系統健康受到影響，逐步走向衰退。五、生態系統水平的毒性效應在水環境中，污染物影響水生生物種81長期環境污染對生態系統的生態效應：1、生物多樣性的喪失，包括遺傳多樣性的喪失、物種多樣性的喪失和生態系統多樣性的喪失；2、生態系統復雜性降低；3、自我調控能力下降。

長期環境污染對生態系統的生態效應：82六、不同生態環境因子對污染物毒性的影響

1.水體溫度：溫度主要影響變溫動物的生理過程，改變生物的代謝活動和生物積累能力，同時也影響污染物質的酶的誘導、生物轉化作用、停滯時間和毒性大小，如溫度增加魚的好氧量增加，對污染物的吸收量也增加。2.水體pH：魚類生長的最適pH為5－9；pH在5.5以下時魚類生長受阻，產量下降；pH在5以下時魚類生殖功能失調，繁殖停止。魚胚和魚苗階段是魚類生活周期中對低pH最為敏感而且最易死亡的階段。某些污染物在酸性條件下對水生生物產生協同作用，如重金屬。六、不同生態環境因子對污染物毒性的影響1.水體溫度：溫度833.光照：太陽光可以直接誘發有機污染物發生光解作用，不可逆地改變了反應分子，影響其在水環境中的歸趨。一個有毒化合物的光化學分解的產物可能還是有毒的。例如，輻照DDT反應的產物DDE在環境中滯留時間比DDT還長。4.水流速和流量的影響：影響污染物在水中的稀釋和沉淀量。3.光照：太陽光可以直接誘發有機污染物發生光解作用，不可逆84第三節水體污染對人及水生生物的影響

一、水污染對人體健康的影響1.生物地球化學性疾病微量元素雖然在人體內的含量很少，但它們有些是人體必須的組成部分，在一些地區由于某種元素的缺乏或過多，會引起一些地方性的疾病。比如長期飲用含砷量高的水會引起“烏腳病”的發生；長期攝入含氟量高的水可引起氟斑牙和氟骨癥。

第三節水體污染對人及水生生物的影響一、水污染對人體健康的852.急性、慢性中毒當水體中的有害物質超過容許濃度時，飲用后可能產生急性和慢性中毒。如氰化物含量過高時，飲用后會產生急性中毒；但環境中污染物質濃度很低，長期反復接觸后也可能產生慢性疾病的發病率或死亡率升高。另外水中的污染物可以通過食物鏈進入到食物中，對人體健康產生嚴重的危害。如水俁病和骨通病的發生。2.急性、慢性中毒86我國桂林陽朔鎘污染區農民中有類似骨通病早期和中期的癥狀，污染區居民日攝入鎘量達到0.422mg，是世界衛生組織規定的6倍。污灌區居民食用的稻米的粘度低，糧菜味道不好，蔬菜易腐爛不易貯存，土豆畸型、黑心等。沈陽和撫順污灌區用高濃度石油廢水灌溉水稻后，引起芳香烴在稻米中累積，米飯有異味。

我國桂林陽朔鎘污染區農民中有類似骨通病早期和中期的癥狀，污染873.三致作用：比如苯并芘、氯乙烯、四氯化碳、艾氏劑、甲基苯等化學物質對人體有三致作用。4.公害病：如水俁病、骨通病等。5.傳染病：人類的生活垃圾以及醫院垃圾中的細菌、病毒、寄生蟲污染物隨水傳播和流行。如霍亂、傷寒、痢疾、胃腸炎以及肝炎等。3.三致作用：比如苯并芘、氯乙烯、四氯化碳、艾氏劑、甲基苯88二、水生生物毒素對人體健康的危害

毒素主要有：藻類毒素、貝類毒素、魚類毒素、螺類毒素、沙蠶毒素、海葵毒素等。如豚毒魚類中，河豚毒素可阻礙神經信號和肌肉的傳導，使骨骼肌、橫隔肌及呼吸神經中樞麻痹。人一般在食用后10－45分鐘內出現眩暈、惡心嘔吐、全身麻木、運動不協調甚至癱瘓等現象，嚴重時呼吸困難，血壓下降，心律失常，最終因呼吸循環衰竭而死亡。二、水生生物毒素對人體健康的危害毒素主要有：藻類毒素、貝類89貝類通過濾食有毒藻類（主要是藻黃素），經過生物累積和放大轉化為有機毒素，即貝毒。貝毒的形成與海洋中有毒藻類赤潮密切相關。貝類毒素主要有：

麻痹性貝類毒素；腹瀉性貝類毒素；神經性貝類毒素；記憶缺損性貝類毒素海兔（有毒貝類）的體內有毒腺，含有一種海兔素，對神經系統有麻痹作用，接觸部位可發生皮膚感覺障礙，有刺痛感。大量食用會引起多汗、流淚、流涎不止、頭痛、腹瀉、瞳孔縮小、呼吸困難等，嚴重時出現肌顫和全身痙攣，可因呼吸衰竭而死亡。

貝類通過濾食有毒藻類（主要是藻黃素），經過生物累積和放大轉化90三、赤潮和水華的毒性作用

1.赤潮：海洋中某些微小的浮游藻類、原生動物或更小的細菌，在一定的條件下爆發性繁殖或突然性聚集，引起水體變色的一種現象。赤潮是海洋環境污染的一種危險信號。赤潮種中約有70余種能產生毒素，可通過食用魚或貝類等對人體造成毒害，造成人類消化系統或神經系統中毒，嚴重的還可致死。三、赤潮和水華的毒性作用1.赤潮：海洋中某些微小的浮游藻911997年11月中旬至12月下旬，北起福建泉州灣，南至廣東汕尾的數千km2的近岸、內灣水域發生了有史以來規模最大的棕囊藻赤潮，造成巨大經濟損失，水體中布滿棕色膠質囊和死亡的白色透明空囊。1998年春季3月下旬至4月底，以香港為中心的珠江口海域發生了裸甲藻赤潮，給香港和廣東珠江口兩岸的養殖漁業造成近10億元的直接經濟損失。短短4個月內在我國東南沿海發生的兩次大規模赤潮，水體富營養化是兩次赤潮發生的物質基礎，而1997－1998年強烈的厄爾尼諾引起的全球氣候異常是誘因。1997年11月中旬至12月下旬，北起福建泉州灣，南至廣東汕92三、赤潮和水華的毒性作用

2.“水華”是一種普遍發生的淡水污染現象，發生時，水體呈藍色或綠色。“水華”產生的藻毒素造成的最大危害是引起魚類死亡，使飲用水源受到威脅并通過食物鏈影響人類的健康。藍藻“水華”能損害肝臟，具有促癌效應，直接威脅人類的健康和生存。澳大利亞以銅綠微囊藻污染嚴重的水庫為飲用水源的居民作為研究對象，發現引起血清中某些肝臟酶含量增高江蘇泰興肝癌高發區研究發現，長期飲用微囊藻毒素污染的水，血清丙氨酸氨基轉移酶等指標顯著高于對照組。

三、赤潮和水華的毒性作用2.“水華”是一種普遍發生的淡水93四、對水生生物的影響

1.對水生植物的影響：污染物進入植物體以后，對植物的生長發育、生理過程都有影響。（1）水生植物生長發育的影響：比如隨著汞、鎘濃度的升高，對綠藻的生長有明顯的抑制作用，生長明顯降低。（首先是抑制了根的生長）四、對水生生物的影響1.對水生植物的影響：污染物進入植物94（2）水生植物生理生化過程的影響：對細胞膜通透性的影響：鎘等污染物對植物細胞膜有嚴重的破壞作用。對光合作用的影響：鎘能破壞綠藻中的葉綠素使光合作用能力下降；隨著鉛濃度的增加，水稻葉片中葉綠素含量遞減。對呼吸作用的影響：鉛對水稻種子萌發時的呼吸作用（也叫生物氧化作用）有明顯的抑制作用。影響植物體內的化學組成成分：抗氧化酶系統和可溶性糖類等的變化。

（2）水生植物生理生化過程的影響：952.對水生動物的影響：（1）對呼吸器官及血液輸送氧氣能力的影響：重金屬元素能嚴重影響和破壞魚類的呼吸器官，導致呼吸機能減弱。首先，這些重金屬元素能黏結在鰓的表面，從而影響對氧氣