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第八章 水环境毒理学1
本章内容
第一节 水域生态环境概述
第二节 污染物在水体与生物体内的迁移转化
第三节 污染物的毒性作用及机理
第一节 水域生态环境概述
一、水域生态环境的特点
水环境是一个开放和动态的体系，其中生物与非生物环境是相互关联和相互作用的。水环境的特点有：
水密度大，具有较大的浮力
水体具有折射性
水域中物质循环的速率比陆地快
水域具有复杂的垂直分层和流动性
浮游生物代谢率高、繁殖快
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二、水域生态环境的组成
水域生态环境由非生物和生物组成。非生物包括：水及其主要离子、溶解性气体、微量元素、胶体和悬浮物质等。生物组成包括：生产者、消费者和分解者。生产者主要是藻类。消费者有初级消费者和高级消费者，如很小的浮游动物和底栖动物等。分解者主要是细菌和真菌。
三、水环境中污染物的类型
从环境毒理学的角度，把进入水体的污染物分为物理性、化学性和生物性污染物三类。
物理性污染物包括非溶解性污染物、热污染及放射性污染。化学性污染物包括有机污染物和无机污染物。生物性污染物包括致病细菌、致病病毒及寄生虫等。
自第二次世界大战以来，大量环境污染物进入水体，环境公害事件不断发生；同时近几十年来，许多国家在发展经济的同时，却付出了沉重的环境污染的代价。生态后果表现为生物多样性锐减、近海赤潮频繁、湖泊富营养化严重、河流酸化和水质恶化及污染事故经常发生。具体表现为：对水生生物的直接损害；对水生生物群落与功能的影响；对水生生态系统服务功能影响。
四、环境污染对水域生态系统的损害
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第二节 污染物在水体与生
物体内的迁移转化
污染物进入水体的途径
污染物在水环境中的分布和转移
生物对污染物的吸收
生物富集
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一、污染物进入水体的途径
通过大气沉降进入地表水环境
通过下渗进入地下水环境
通过地表径流进入地表水环境
污染物进入水体后发生各种反应，根据污染物的不同性质可产生不同的污染过程。
有机污染物一般通过吸附作用、挥发作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等过程进行迁移转化。
重金属在水体中发生形态间的相互转化及分散和富集过程，即重金属迁移，这主要与重金属的沉淀、络合、螯合、吸附和氧化还原等作用有关。
二、污染物在水环境中的分布和转移
人与动物对外源性化合物的吸收途径主要有经消化道、呼吸道和皮肤吸收。
陆生植物可通过根和叶的表面吸收污染物。质体流（mass flow）是其主要的吸收途径。即污染物随蒸腾拉力在植物吸收水分时与水一起到达植物的根部，并随水向地上部分转运。另一吸收途径是通过叶表面扩散进入根部。
水生植物中挺水植物主要通过根吸收植物，浮水植物和沉水植物与水的接触面积较大，通过植物根、茎、叶的表面吸收污染物。
三、生物对污染物的吸收
生物个体或处于同一营养级的许多生物种群从周围环境吸收并积累某种元素或难分解的化合物，导致生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象，称为生物富集（bio-enrichment）或生物浓缩（bio-concentration）。
也有人用生物放大（bio-magnification）及生物积累（bio-accumulation）来描述生物富集现象，前者是指同一生物个体在生长发育的不同阶段生物富集系数不断增加的现象；后者是指同一生物链中，生物富集系数从低级营养级到高级营养级逐步增大的现象。
四、生物富集
影响生物富集的因素很多，生物种的特性、污染物的性质、污染物的浓度与作用时间及环境特点等均是生物富集的影响因子。不同种类的生物、处在不同发育期的生物和不同的器官生物富集规律不同。
以鲢鱼为例，其不同器官富集金属铅的量从大到小顺序为：鳃＞鳞＞内脏＞骨骼＞头部＞肌肉。
对水稻的研究表明，根在不同时期对铅的富集量大小顺序为：拔节期>分蘖期>苗期>抽穗期>结实期。
以美国长岛河口区生物对DDT的富集为例，不同生物的DDT含量顺序为：海鸟>大鱼>小鱼>浮游生物>大气,其相应的富集系数:8.33×106 > 6.6 × 105 > 1.67 × 105 > 1.3 × 104。
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第三节 污染物的毒性
作用及机理
分子水平的毒性效应
细胞与亚细胞水平的毒性效应
个体水平的毒性效应
种群、群落水平的毒性效应
生态系统水平的毒性效应
不同生态环境因子对污染物毒性的影响
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一、分子水平的毒性效应
现阶段分子生物学技术的快速发展使从分子水平探索污染物对水生生物和人体产生毒性作用的机制成为可能，从而使人们可以尽快确定环境污染物的早期检测终点（endpoint）并进行早期预测。检测的指标包括：DNA损伤、混合功能氧化酶和胆碱酯酶等。
二、细胞与亚细胞水平的毒性效应
动物、植物在受到污染物的影响而尚未出现可见症状之前，在组织和细胞中已出现生理生化和亚细胞显微结构等微观的变化。如对植物根、叶细胞核、线粒体、染色体、核仁等的影响。
图①示56mg/m3SO2组，箭头示正常肝组织中核碎裂细胞 HE×400；
图②示112mg/m3SO2组，肝组织中多处点状坏死 HE×200；
图③示168mg/m3SO2组，肝组织灶状坏死 HE×200。
来源：二氧化硫对肝脏组织学结构的影响，白剑英
孟紫强，中华病理学杂志，2004年2期
二氧化硫染毒后肝脏病理学改变光镜观察图
1.对动植物形态结构的影响：如骨骼变形、肢 体变形、肿瘤形成等。
2.对种子生活力的影响：种子发芽率降低等。
3.对动物生长、繁殖和行为的影响：如抑制卵 黄形成、抑制黄体生成素（LH）对排卵的诱导作用，使卵中胚胎发育受阻。严重时水生动物繁殖停止、行为改变。
三、个体水平的毒性效应
2002年6月10日至12日，我国河南省襄城县
紫云镇黄南村新寨水库中大量死鱼漂浮在水面上
来源：新华网新疆频道
1.种群效应:对于较高浓度污染物水生生物种群数量的减少甚至灭亡,而较低浓度下长期接触污染物的生物种群可能对毒物产生耐性和抗性.不同种群对水污染的敏感性和耐性不同.
2.群落效应:对于较高浓度污染物水生生物某些种群已不复存在,某些种群明显减少,某些种类具有很大的波动变化.如大型底栖生物受原油泄漏这种灾难性事件影响后种群变化很大或单甲脒农药对藻类、浮游动物和水生植物、底栖动物、好氧异养菌等的影响。
四、种群、群落水平的毒性效应
在水环境中，污染物影响水生生物种群和群落结构变化，使生态系统结构与功能受到损害。当污染物在一定的时空范围内持续作用于水生生态系统时，生态系统物质流动和能量流动受阻，生态系统健康（ecosystem health）受到影响，逐步走向衰退。
长期环境污染对生态系统的生态效应：
(1) 生物多样性的丧失，包括遗传多样性的丧失、物种多样性的丧失和生态系统多样性的丧失；
(2) 生态系统复杂性降低；
(3) 自我调控能力下降。
五、生态系统水平的毒性效应
水体温度：温度主要改变变温生物的生理过程，对生物的代谢活动和生物积累有一定的影响。温度对水中污染物质的生物转化作用、酶的诱导、残留停滞和毒性均有很大影响。
水体pH:通常鱼类生长的最适pH为5～9; pH在5.5以下时鱼类生长受阻，产量下降；pH在5以下时鱼类生殖功能失调，繁殖停止。鱼胚和鱼苗阶段是鱼类生活周期中对低pH最为敏感而且最易死亡的阶段。
六、不同生态环境因子对
污染物毒性的影响
光照：太阳光可以直接与很多有机污染物反应，溶解有机碳提供光化学反应媒介，诱发光化学变化。光解作用是有机污染物真正的分解过程，因为它可不可逆地改变反应分子，强烈地影响水环境中某些污染物的归趋。
水流速和流量的影响：水体的混合稀释能力因流速、河量、河床形状的不同而异。流速大，流量大，河床弯曲不平，则其混合稀释能力较强。湖泊由于水交换缓慢，更容易积累污染物质。
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