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第二章 污染物在生物体内的迁移
b.水溶态污染物进入细胞的过程 植物的细胞壁是污染物进入植物细胞的第一 屏障,在细胞壁中的果胶质成分为结合污 染物提供了大量的位点 杨居荣等(1993)研究了镉、铅在植物细胞 内的分布,也得到了类似的结果。镉以可 溶性成分所占比例最大,约为45-69%,而 铅则以沉积于细胞壁成分占绝大比例,可 达77-79%,可溶性成分仅占0.2-3.8%.
农药主要被喷洒在植物叶片上,叶片对农 药的吸收主要为角质层和气孔吸收。为了 提高药效,常常用表面活性剂来增加附着 能力。 例 草柑膦在蚕豆叶片上的气孔吸收 (刘支 前等,1998) 表面活性剂 吸收率 草柑膦 0.3(0.5) +0.5%MON0818 0.7(0.3) +0.5%TritionX-45 1.2(0.7) +0.5%silwetL-77 85.4(3.5)
彭鸣等(1989)用电镜与X射线显微分析的结果证 明不同的重金属在玉米根内的横向迁移方式不同
不同Pb,Cd处理玉米5d后X射线显微分析结果 相对含量(%) 处理浓度(mg/L) 根组织 Pb Cd 对照 0 0 100 皮层 24.5 7.02 中柱 11.43 15.03 导管 4.08 8.12 木质部薄壁组织 6.83 1.82 叶 0.86 500 皮层 31.51 4.24 中柱 13.49 13.92 导管 11.93 12.58 木质部薄壁组织 31.88 7.69 叶 2.28 1000 皮层 53.46 12.64 中柱 40.61 6.04 导管 39.79 14.5 木质部薄壁组织 39.79 9.75 叶 2.8
污染物通过细胞膜的方式 污染物通过动物细胞膜的方式有两类:被动 运输与主动转运。被动运输包括简单的扩 散和滤过作用。特殊的运转可分为载体的 转运,主动运输,吞噬和胞饮作用
动物体对污染物的吸收 1)经呼吸道吸收:肺细胞的通透性很大, 吸收大颗粒沉积在肺里,使肺泡的功能破 坏,另外,气体分子可进入血液。例如, 低流量条件下,二氧化硫的进入量几乎 100%,而臭氧仅为72%。 2)经消化道吸收 消化道是动物吸收污染 物的主要途径,肠道黏膜是吸收污染物的 主要部位之一。肠道吸收量因污染物的化 学形态不同差异很大。例,甲基汞,95%, 乙基汞就小得多,无机态的汞吸收率在 20%以下。镉在呼吸道吸收为14-10%,消 化道吸收5-10%。 3)经皮肤吸收
张笑一等(1997)认为,在有机体对阳离 子的吸收中,一些重金属离子可以通过电 荷相同,电子构形相似,离子半径相近的 必须金属离子的吸收途径进入有机体内。 对于一些能迅速形成金属有机化合物的重 金属,由于对细胞膜的亲和性比二价离子 更容易通过细胞膜,有机体对这类化合物 的选择性就更低。例外,SH-,S2-等都可以 与重金属形成配位离子,这也是重金属进 入有机体的重要渠道
微生物对污染物的吸收
微生物吸收污染物的机理 污染物结合到微生物细胞壁上有3种作用机 制:离子交换反应,沉淀作用和络合作用。 影响微生物吸收的因素 培养液的温度,培养时间,pH值,污染物的 浓度都能影响到微生物吸收污染物。
影响植物吸收,迁移污染物的因素
植物种的生物学,生态学特性 不同植物种对污染物的吸收,积累两差异很 大 生态型之间的差异也很明显 植物的不同部位,不同生长时期对污染物的 吸收亦不相同
很多研究结果表明,根是植物吸收重金属的 主要器官,大量的重金属分布在根部,流 动性大的元素则可以向上运输到茎,叶, 果实中。杨居荣等(1994)对农作物的耐 镉性的种间差异研究,粮食作物对镉的耐 性普遍高于蔬菜类。在一般情况下,作物 吸收镉的量及自根部向地上部运转比律是 决定耐受性的重要机制
动物对污染物的吸收与迁移
2.2 植物对污染物的吸收与迁移
植物对污染物的吸收 1)植物对气态污染物的吸收 2)植物对水溶态污染物的吸收
1)植物对气态污染物的吸收 随大气污染的加剧,大气中充斥着有害气体, 如:二氧化硫,氧化氮,光化学烟雾,飘 尘,降尘等 植物能黏附和吸收气态污染物 几种针阔叶树种截获粉尘的数量:山毛榉5.9%。 橡树7.15%,白桦10.59%,刺槐17.58% 松 2.32% 云杉5.42%
1.62
1.84
污染物在植物体内的迁移 从根表面吸收的污染物能横穿根的中柱,被 送入导管。进入导管后随蒸腾拉力向地上 部移动。一般认为穿过根表面的无机离子 到达内皮曾有两种通路:第一为非共质体 通道,即无机离子和水在根内横向迁移, 到达内皮层是通过细胞壁和细胞间隙等质 外空间,第二为共质体通道,即通过细胞 内原生质流动和通过细胞之间相联接的细 胞质通道。
氧化还原电位
土壤的阳离子交换量 土壤的有机质 污染物间的不同的效应
相加作用 协同作用 拮抗作用 独立作用
有关生物对污染物的吸收,迁移的几个基 本概念 1)安全浓度(safe concentration):生物与 某种污染物长期接触,仍未发现受害症状, 这种不会产生受害症状的浓度称为安全浓 度
2)最高浓度 (maximum allow concentration):生物在 整个生长发育周期内,或者是对污染物最敏感的时期 内,该污染物对生物的生命活动能力和生产力没有发 生明显影响的浓度,称为最高浓度。 例: 砷(As) 铅(Pb) 汞(Hg ) 铬(Cr)镉(Cd) 粮食 0.2 0.3 0.02 0.3 0.2 mg/kg 蔬菜 0.2 0.3 0.01 0.3 0.2 饮用水 0.04 0.1 0.001 0.05 0.01 大气 0.003 0.0017 0.003 mg/M3
有机农药经过气孔和角质层进入植物体后, 有些农药是可以降解的
烟嘧黄隆在玉米植株中的消解动态 年份 距施药时间 植株中的残留量 消解率 地点 d 0 7.77 1995 1 5.65 27.25 北京 3 2.14 72.43 5 0.64 91.75 7 0.46 94.05 0 9.80 1995 1 8.50 13.17 沈阳 3 3.94 59.88 5 0.38 96.13 7 0.19 98.1 回归方程 半衰期
污染物的分类 1)按来源:自然来源和人为来源 2)按污染物影响环境的要素,分大气,水体 和土壤污染物。 3)按污染物的形态,可分为气态,液态和固 态。 4)按污染物的性质,分为物理,化学和生物 的污染物。 5)按污染物在环境中物理,化学性状的变化, 可分为一次和二次污染物。 另外,按污染物对人体(或动物)的影响又分 为致畸物,致癌物等
污染物的种类极其形态差异 同一元素的不同价态吸收系数差别很大 Cr3+,吸收系数0.032,Cr6+,0.056 CdS,CdSO4,CdI2,CdCl2灌溉水稻,糙米的积 累比率为1:1.9:3.7:3.9
Cr 微量摄取元素 Hg 中量摄取元素 As 强度积累元素 Cd 强度积累元素
pH值
3)效应浓度(effective concentration):超过了最高 允许浓度,生物开始出现受害症状,接触毒物时 间长,受害越重。这种生物开始出现受害症状的 浓度称为效应浓度。 E50,E70,E90分别代表在该浓度下有50%, 70%,90%的个体出现特殊效应,即开始有受害 症状。 4)致死浓度(lethal concentration):当污染浓度继 续上升到某一浓度,生物开始死亡,这时的浓度 称为致死浓度,也称致死阈值。 L50,L70,L90分别代表在该浓度下有50%,70%, 90%的个体的致死阈值。如一周内甲级汞0.2mg/ 人,镉0.4-0.5mg/人
表 黄瓜,菠菜个细胞组分Cd, Pb的分配率 细胞壁等残渣 细胞核 线粒体 核蛋白 可溶性 % ug/gFW % Cd 黄瓜 茎,叶 515.74 64.4 35 6.1 6.7 6.3 45.8 根 285.25 35.6 37.6 4.8 3.9 0.1 53.6 菠菜 茎,叶 0.79 0.9 23.9 2.5 2 2.2 69.4 根 85.43 99.1 22.9 21 9.6 2.2 45.2 Pb 黄瓜 茎,叶 274 8.8 77 10.9 7.7 0.7 3.8 根 2842 91.2 87.3 7.1 4.4 0.6 0.7 菠菜 茎,叶 194.4 3.6 77.9 14.4 4.3 0.8 2.5 根 5217.3 96.4 99.9 4.5 5.8 0.6 0.2
氟化物是一种积累性的大气污染物,它可以 通过气孔和皮孔进入植物体。 二氧化硫进入气孔,被叶肉细胞吸收,使气 孔的开闭机能瘫痪。 光化学烟雾主要成分之一的臭氧都可以通过 气孔进入植物体,损害叶片的栅栏组织
2)植物对水溶态污染物的吸收 a.水溶态污染物到达植物根的(或叶)表面: 水溶态污染物到达根表,有两个途径:质 1污染物的概念,性质及分类
污染物的概念 《辞海》的定义:进入环境后能直接或间 接危害人类的物质。 它改变了环境的原有组成,直接或间接的有 害于人类。如:重金属,火山灰等。这类 物质有自然排放的,也有人类活动造成的。
污染物的性质 1)污染物必须在特定的环境中达到一定的数 量或浓度,并且持续一定的时间 2)污染物在环境中发生转化,即具有易变性
土壤或培养液中离子浓度的高低,能直接影 响离子的运输速率。浓度过高时,离子向 地上部运输速率相应变小。并且还影响离 子的形态。环境中的重金属元素浓度低时, 以络合态的形态迁移,并以共质体通路迁 移,高浓度时,以游离的离子态存在,主 要以非共质体通路迁移。当离子进入内皮 层中柱周围的细胞内,就会在这里沉积, 是移动速度变慢。
细胞膜调节着物质进出细胞的过程,他与 细胞壁一起构成了细胞的防卫体系。污染 物通过植物细胞膜进入细胞的过程,目前 认为有两种方式,即被动的扩散和主动的 传递过程。 生物膜是非极性的类脂双层膜,Park把细 胞膜透过机理归纳为以下几个主要方面: 流动运输(8.4nm), 脂质层受控扩散 媒介输送 能动载体输送。