环境生物学课件.docx

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环境生物学课件

绪论

生态学中“环境”的概念：

生态学研究的中心事物是“生物”，则环境是以整个生物界的生命为主体，是“生物生存的环境”，可定义：

直接或间接影响生物生存和发展的各种因素的总和。

*环境问题的概念：

指由于人类活动作用于人们周围的环境所引起的环境质量变化，以及这种变化反过来对人类生产、生活和健康的影响问题。

*其产生是人类社会发展到一定阶段人类与环境矛盾激化的产物。

*其实质是由于人类活动超出了环境的承受能力，对其所赖以生存的自然生态系统的结构和功能产生了破坏作用，导致人与其生存环境的不协调。

*环境问题的分类：

环境污染,生态破坏

*重大的环境问题:

温室效应和气候变暖,臭氧层的破坏,酸雨,有毒物质污染

1.温室效应与全球变暖

*温室效应:

大气对地表热辐射能遮挡保温的属性类似温室中玻璃具有的作用，故被称为温室效应。

*温室气体：

大气中能强烈吸收地面辐射产生温室效应的气体。

包括：

二氧化碳、水汽、甲烷、氧化亚氮、臭氧等。

*全球变暖问题

主要指人为活动造成的温室气体增加，温室效应增强带来的气候变化。

人类活动对气候变暖的影响主要表现为由于工业生产需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化发展等引起人为排放的二氧化碳等温室气体不断增加；热带森林和温带植被破坏严重，光合作用吸收二氧化碳的能力减弱。

*气候变暖的直接结果

*是世界各地冰川的溶化（后退），引起海平面的上升。

海平面升高的后果是严重的，将直接威胁世界沿海城市及30多个岛屿的生存和发展。

美国环保专家预测，再过50－70年，东京、大阪、曼谷、威尼斯、圣彼得堡、阿姆斯特丹以及中国等一些沿海城市会被完全和局部淹没。

*气候变暖的间接结果

*是灾害性气候：

厄尔尼诺现象。

厄尔尼诺可以引起全球大范围的干旱，也可使某些地区暴雨成灾。

例如，1997年3月开始的第14次厄尔尼诺：

中国：

长江、松花江、嫩江全流域大洪水，直接损失几千亿元。

98年1月10日张北地区6．2级地震。

11月19日云南宁蒗又生生6．2级地震。

2.臭氧层破坏

*臭氧——O3

*臭氧大部分集中在10~30km的平流层。

*平流层中臭氧的存在对于地球生命物质至关重要，通过吸收太阳辐射维护地球的能量平衡和生态平衡。

因为，它阻挡了UV-B段紫外辐射到达地面。

研究表明UV—B能破坏生物蛋白质和基因物质，造成细胞死亡；使八类皮肤癌发病率增高；伤害眼睛导致白内障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜类、蔬菜等的生长；并穿透10m深的水层，杀死浮游植物和微生物，从而危及水中生物的食物链和自由氧的来源，影响生态平衡和水体的自净能力。

因此，臭氧层实际上已成为地球生命系统的保护层。

*南极臭氧层空洞——OzoneHole

*80年代观测发现，自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近90％臭氧被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞”。

3.酸雨

*一般将pH小于5.6的降雨称为酸雨。

*

*生态环境破坏是由于对自然资源的不合理开发和利用而引起的。

2环境科学概述

2.1环境科学的研究对象和任务

环境科学的研究对象：

环境科学是是以“人类－环境”系统为其特定的研究对象，它是研究“人类－环境”系统的发生、发展、调节和控制以及改造和利用的科学。

环境科学的任务：

是揭示人类－环境矛盾的实质，研究两者之间的辨证关系，掌握其发展规律，调控人类－环境之间的物质和能量交换过程，寻求解决矛盾的途径和方法，以改善环境，促进人类社会的向前发展。

3环境生物学概述

:

环境生物学是研究生物与受人类干扰的环境之间相互作用规律及其机理的科学。

环境生物学的研究对象：

是生物与受人类干扰的环境之间相互关系

环境生物学的研究目的：

在于为人类维护生态健康，保护和改善环境，为合理利用自然和自然资源提供科学基础，促进环境和生物的相互关系以有利于人类的生存和社会的可持续发展。

*环境生物学的形成和发展

3.5环境生物学的发展趋势

目前发展的趋势主要表现在以下几个方面：

*生态毒理学研究

生态毒理学（Ecotoxicology）是研究环境压力对生态系统内的种群和群落的生态学和毒理学效应，以及物质或因素的迁移途径和与环境相互主要规律。

*环境生物学正向宏观和微观两极方向深入发展：

宏观领域内，研究对象已由个体、种群、群落转移到生态系统和景观生态，向在生态系统水平上评价生态效应的方法和模型发展；在微观领域，采用分子生物学、遗传学等生物学方法和技术，研究污染物及其代谢物与生物大分子及细胞的相互作用等。

*环境污染的生物净化：

研究开发对高浓度有机废水、生物难降解物质、氮磷营养物质等能有效去除的新工艺和新方法。

*环境生物技术

环境质量的生物监测与评价技术的发展

污染净化和受损环境修复的生物技术

*保护生态学：

自然保护生态学；恢复生态学

3.6环境生物学与相关学科的关系

*与生态学学科的关系

生态学的研究重点在生态系统和生物圈各组成成分之间的相互关系。

环境生物学是以生态学的基本原理作为其理论基础的，但其研究的环境是以人类为主体的环境，从研究的切入点和研究层次上两者是不同的。

*与毒理学学科的关系

毒理学是研究外来化合物对生物体毒性作用的一门学科。

环境生物学在毒理学的基础上，进一步应用生态学、分子生物学、生物化学及生物物理学等基础学科对环境污染物的毒作用机理、影响其毒性作用的各种因素和控制规律等众多内容进行深入研究。

第一章:

环境污染的生物效应

1环境污染物在生态系统中的行为

1.1环境污染概述

通常，环境污染主要指人类活动所引起的环境质量下降而有害于人类及其它生物的正常生存和发展的现象。

而自然过程引起的同类现象称为自然突变或异常。

按污染物性质：

生物污染，化学污染，物理污染

按污染物形态：

废气污染，废水污染，固体废弃物污染，噪声污染，辐射污染

环境污染的分类:

环境效应——环境污染所导致的环境变化

*环境生物效应：

指各种环境因素变化而导致生态系统变异的结果。

环境化学效应：

在多种环境条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果。

如：

酸雨、光化学烟雾等。

环境物理效应：

物理作用引起的环境效果。

如热污染、噪声污染等污染源（PollutionSource）

*污染源：

工业污染源,农业污染源,交通运输污染源,生活污染源

*污染物:

指进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化，直接或间接有害于人类的生存和发展的物质。

*生产性污染物和生活污染物

一次污染物和二次污染物：

*二次污染物是指进人大气的一次污染物之间相互作用或一次污染物与正常大气组分发生化学反应，以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物，它常比一次污染物对环境和人体的危害更为严重。

*优先污染物（PriorityPollutant）：

指在众多的污染物中筛选出的潜在危险大的作为优先研究和控制对象的污染物，亦称优先控制污染物。

*主要针对下列污染物：

有毒有机化学污染物、生物难降解性物质、具有生物积累性、三致性的污染物

环境污染的特点：

影响范围大,作用时间长,污染物浓度低、情况复杂,污染容易、治理难

1.2污染物在环境中的迁移与转化

1.2.1污染物在环境中的迁移

*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。

*污染物进入环境的途径包括：

*

（1）人类活动过程中无意排放

（2）工业三废（3）人类活动过程中故意应用：

污染物在环境中的迁移方式

*机械迁移

（1）水的机械迁移作用

（2）气的机械迁移作用（3）重力的机械迁移作用

*物理－化学迁移（污染物在环境中迁移的最重要的形式）

（1）溶解－沉淀作用、络合－螯合作用、吸附－解吸作用、氧化－还原作用、水解作用

（2）化学分解、光化学分解、生物化学分解

*生物迁移

例：

生物通过食物链对重金属的放大积累作用

影响迁移的因素：

（1）内部因素

污染物自身的物理化学性质：

组成该物质的元素所具有的组成化合物的能力、形成不同的电价离子能力、水解能力、形成络合物的能力、被胶体吸附的能力

*原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物的键性、溶解度等都是影响迁移的主要理化参数。

（2）外部因素:

酸碱条件,氧化－还原条件,胶体的种类、数量,络合配位体的数量、性质

1.2.2污染物的形态和分布（FormandDistributionofPollutant）

*污染物的形态定义：

指环境中污染物的外部形状、化学组成和内部结构的表现形式。

*污染物的存在形态包括：

1.价态，如Cr（VI）、Cr（III）;2.化合态，如有机汞和无机汞3.结构态，如同分异构体;4.络合态

*几种重要的形态分类：

*离子态代换态胶体有机结合态难溶态

污染物的分布

定义：

指污染物在环境多组分间分布，不仅指在环境空间的浓度分布，而且还指污染物不同形态、不同相态之间的分配。

1.2.3污染物在环境中的转化（TransformationofPollutant）

*转化：

指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转变成另一种物质的过程。

*转化的形式

（1）物理转化：

（2）化学转化（3）生物转化

*转化的结果：

两种可能：

1.污染物转化为无毒物质或易降解结构

2.污染物的毒性增强或转化为难降解结构

大气中的转化：

以光化学氧化、催化氧化反应为。

水体中的转化

水体中的转化主要通过下列途径：

（1）氧化－还原作用

*天然水体本身是一个氧化－还原体系，含有多种无机、有机氧化剂和还原剂，如DO、Fe3+、Mn4+、S2－、有机化合物等，对污染物的转化起重要作用。

*水体中的氧化还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定了水中重要污染物的性质。

如：

厌氧性湖泊

*水体中的许多氧化还原反应均为微生物催化反应。

（2）配合作用：

无机配位体：

OH－、Cl－、CO32-、HCO3－等；有机配位体：

（3）生物降解作用

土壤中的转化

*氧垂曲线：

在河流受到有机物污染时，由于有机物的氧化分解作用，水体的DO发生变化。

从污染源到河流下游一定距离内，可绘制一条DO逐渐变化的曲线，称之为氧垂曲线。

*根据有机物在水体中分解变化和DO的变化，可把受污河流分成几段:

清洁区：

未受污染;分解区;腐败区;恢复区

1.2.4污染物的生物地球化学循环

*生物地球化学循环的概念

指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。

注：

合成作用指生物（主要是绿色植物）将吸收的环境化学物质转变为生物体本身的有机物质的过程。

矿化作用指生物通过代谢作用（包括微生物的分解作用）将生物体的有机物质转化为无机物质或简单的有机物。

1.3污染物在生物体内的生物转运和生物转化

1.3.1生物转运

*生物转运：

是指环境污染物经各种途径和方式同生物机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。

这些过程都需要通过细胞的膜结构。

*细胞膜（生物膜）有多种：

细胞质膜、内质网膜、线粒体膜、核膜等；它们基本的化学组成、分子结构、功能有共同的特征。

*一般细胞膜由蛋白质分子和脂质分子（主要是磷脂类）组成

污染物透过细胞膜的方式

污染物的吸收（AbsorptionofPollutant）：

指污染物在多种因素影响下，自接触部位透过体内细胞