环境生物学思考题参考0绪论.docx
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环境生物学思考题参考0绪论
环境生物学思考题参考(0绪论)
《环境生物学》思考题参考0绪论1、回答环境生物学定义,怎样理解环境生物学定义的各要素的函义。
回答:
环境生物学是研究生物系统与人类干扰的环境之间相互关系的科学。
该定义包含生物系统、人类干扰环境和相互关系三个要素,其中生物系统是生物各级组构水平的总称,包括基因-细胞-器官/组织-个体-种群-群落-生态系统-生物圈;人类干扰包括两方面函义a)人类活动对生态系统造成的污染;b)人类活动对生态系统的影响和破坏,即对自然资源的不合理利用;相互关系指的是作用的机理、过程、规律、技术、应用。
提示:
1)定义中的三个基本要素答全;2)生物系统的函义,不仅指生物各级组构水平的总称,还应该进一步包括基因-细胞-器官/组织-个体-种群-群落-生态系统-生物圈的详细说明。
2、针对环境生物学的研究任务1)阐明环境污染的生物学或生态学效应、2)探索生物对环境污染的净化原理和3)探讨自然保护生物学和恢复生态学、保护生态学的原理与方法,研究内容可以归纳为:
1)环境污染的生物效应、2)环境污染的生物净化和3)保护生态学(生物多样性与生物修复)。
3、了解环境科学和环境生物学的发展史。
第1章污染物在环境中行为1、什么是生物污染,生物污染包括哪些内容,生物污染的特点有哪些?
回答:
生物污染是指对人和生物有害的微生物、寄生虫等病原体和变应原等污染水、气、土壤和食品,影响生物产量和质量,危害人类健康。
生物污染从生物种类的角度包括:
病原微生物、微生物代谢产物(硫化氢气体、酸性矿水、硝酸和亚硝酸、生物毒素等)、外来种入侵和转基因产品等。
从污染传播和驻留媒介的角度包括:
大气生物污染、水生物污染和土壤生物污染。
生物污染的特点:
(1)预测难:
对外来生物在什么时候、什么地方入侵难以作出预测。
(2)潜伏期长:
一种外来生物侵入之后,其潜伏期长达数年,甚至数十年,因此,难以被发现,难以跟踪观察。
(3)破坏性大:
外来生物的侵入,在破坏了当地生态环境的同时,也破坏了该生态系统中各类生物的相互依存关系,可能造成严重的后果。
提示:
1)回答生物污染包括的内容时,请指明分类的角度;分类的角度不同,列出的内容也不相同。
2)回答生物污染的特点时过于简单。
2、以铬为例,说明污染物形态与生物效应的关系。
回答:
环境中污染物形态是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。
污染物的形态随环境条件的变化而转化。
并且不同形态的污染物在环境中有不同的化学行为,并表现出不同的污染效应。
例如重金属铬常见的有六价和三价两种形态,六价的铬有强烈毒性,而三价铬毒性较弱,小鼠的Cr(III)和Cr(VI)亚慢性和慢性RfD(经口)无明显反应剂量分别为每天1.47g/kg和25mg/kg重铬酸钾;另外,在海洋环境质量评价中,元素铬的分析和评价包括六价铬和总铬两项指标,说明六价铬对生物产生的毒性更强。
提示:
1)本题的重点是回答污染物形态与生物效应的关系,所以需要首先说明污染物形态与生物效应关系的一般观点,然后以铬为例进行说明和分析。
3、你还知道当今哪些生物污染的典型案例?
你怎样面对和理解这些生物污染问题?
4、什么是污染物的生物地球化学循环?
其构成的要素有哪两点?
其循环过程和循环机理是什么?
回答:
生物的合成作用和矿化作用所引起的污染物在生物体和环境之间周而复始的循环运动。
构成要素有以下两点:
一是污染物储库,包括生物体和环境;二是循环途径,包括合成作用和分解/矿化作用。
循环过程指的是地质环境和生物体之间的物质循环/生物小循环。
循环机理包括以下三个方面:
(1)根本原因在于生物/人类取食导致污染物在环境(水、土和气)与生物群落之间交换引起污染物的生物地球化学循环;
(2)循环过程包括迁移、转化、分散和富集等;(3)过程变化包括形态、化学组成和性质的改变。
第2章污染物在生物体中的行为1.根据物质的跨膜转运方式,说明污染物的主要跨膜转运方式及其生物学意义。
回答:
一般说来,物质的跨膜转运分为被动转运和特殊转运两大类;被动转运包括简单扩散和滤过过程两种方式,特殊转运包括易化扩散、主动转运和内吞作用三种方式。
下面依次为不同种类跨膜转运的具体方式、转运的特点及其转运的物质对象。
1)被动转运:
被动转运的发生,生物膜不起主动作用,不消耗细胞的代谢能量.
(1)简单扩散:
简单扩散指物质由浓度高的一边向浓度低的一边迁移。
脂溶性和水溶性是影响化合物简单扩散能力的重要影响因素,还包括化合物的解离度、膜蛋白的浓度和亲和力和化合物分子大小及其空间构型。
转运对象脂溶性有机物。
大部分脂溶性有机污染物。
(2)滤过过程:
在生物膜两侧存在流体静压或渗透压差条件下,水或水溶性物质经亲水性膜孔顺压透过生物膜的过程。
影响滤过过程的滤过速度的因素为化合物的直径和构象。
滤过对象分子直径小于生物膜亲水性孔道的水溶性化合物。
水溶性的小分子污染物。
2)特殊转运具有特定结构的环境污染物和生物膜中的蛋白质构成的载体形成可逆复合物进行转运,生物膜有主动选择性.
(1)主动转运--环境污染物由生物膜低浓度一侧逆浓度梯度向高浓度一侧转运,消耗细胞代谢能量。
转运对象--水溶性大分子化合物。
主动转运已吸收的污染物,使之从体内排出体外。
e.g.肾,肝,中枢神经系统的血脑屏障等处,其细胞膜都具有主动转运有机酸/碱的载体,从而可以转运相应的毒物。
(2)易化扩散/促进扩散/载体扩散:
环境污染物与生物膜的载体结合,由生物膜高浓度一侧向低浓度一侧转运;不能逆浓度梯度,也不消耗细胞代谢能。
影响因素包括膜上载体的数量和亲和力(载体与化合物)。
转运对象:
水溶性大分子。
(3)内吞作用:
颗粒或液体借形成液泡而通过生物膜被成批摄取的过程。
内吞作用,由于生物膜具有可塑性和流动性,因此细胞可以通过细胞膜变形移动和收缩,将颗粒状物质和液粒包围起来,摄入细胞内由。
进入细胞后的颗粒或液泡由于胞质环境变化,或者与溶酶体融合,被消化,其输运的营养物质被释放,其生物膜部分重新与细胞膜融合。
内吞作用的意义在于:
转运毒物或污染物到细胞内,再消化降解。
e.g.1.血液中的白细胞吞噬作用;e.g.2.肝,脾网状内皮系统清除血液中的毒物。
2.举例说明内吞作用对清除某些污染物的意义。
内吞作用:
颗粒或液体借形成液泡而通过生物膜被成批摄取的过程。
内吞作用,由于生物膜具有可塑性和流动性,因此细胞可以通过细胞膜变形移动和收缩,将颗粒状物质和液粒包围起来,摄入细胞内由。
进入细胞后的颗粒或液泡由于胞质环境变化,或者与溶酶体融合,被消化,其输运的营养物质被释放,其生物膜部分重新与细胞膜融合。
内吞作用的意义在于:
转运毒物或污染物到细胞内,再消化降解。
内吞作用的意义:
清除某些颗粒态污染物。
e.g.1.血液中的白细胞吞噬作用;e.g.2.肝、脾网状内皮系统清除血液中的毒物;e.g.3.网状人皮系统的吞噬细胞清除肺泡内的尘粒和血液中的某此有毒物质。
3.植物和动物对污染物的吸收行为和运输行为通过哪些途径进行?
回答:
1)吸收:
污染物通过各种途径透过生物机体的生物膜进入体液的过程。
陆生哺乳动物的吸收途径包括:
呼吸系统吸收气体、蒸气和气溶胶etc.;消化道吸收液(水)、固液混合(食物)和气态(呼吸中的一部分);皮肤吸收。
高等植物以根为主要吸收器官,吸收N、P、K和HM等溶解态、吸附于胶体表面的可交换态物质;根分泌有机酸,可以溶解土壤中难溶性矿物,利于吸收;叶主要吸收溶液和气体物质。
2)运输:
动物体内运输的途径为循环系统包括血液循环系统和淋巴循环系统。
动物对污染物的运输通过消化道、呼吸道、口腔、直肠和皮肤途径进行。
植物对污染物的运输维管系统进行。
4.说明生物转化的基本阶段和反应类型。
生物转化的基本阶段和反应类型如下:
第一阶段/I相反应:
氧化、还原和水解反应,引入极性基团(-OH、-COOH和-NH2等)或暴露极性基团;第二阶段/II相反应:
结合反应(葡萄糖醛酸结合反应),I相反应产物+内源化合物水溶性化合物(排出体外)。
5.污染物通过生物转化,主要是使非营养物质的极性(水溶性)增高,易于从胆汁或尿液中排除体外,使一些非营养物质的生物学活性降低或消除(灭活作用,如激素),使有毒物质的毒性减低或消除(解毒作用)。
生物转化包括两个基本阶段:
a.第一阶段/I相反应,通过氧化、还原和水解反应,引入极性基团(-OH、-COOH和-NH2)或暴露极性基团;b.第二阶段/II相反应,通过结合反应(葡萄糖醛酸结合反应),使I相反应产物与内源化合物结合,形成水溶性化合物,从而排出体外。
6.动物和植物对污染物的排泄途径有哪些?
动物的排泄方式:
a)肾脏排泄,b)随同胆汁排泄,c)经呼吸道排出,d)其它(随同乳汁排泄、经胃肠道排泄、随同汗液和唾液排泄、毛发和指甲)。
植物的排泄方式:
分泌、弃叶等。
7.生物积累和生物放大的定义是什么?
二者有什么区别?
生物积累:
生物有机体在生长发育过程中,直接从环境介质或从所消耗的食物中吸收,如果吸收超过排泄及其代谢转化,则出现该外源化合物在生物体内逐渐增加的现象。
生物放大:
在同一个食物链上,高位营养级生物体内来自环境的某些元素或难以分解的化合物的浓度,高于低位营养级生物的现象。
8.举例说明什么是生物的超量蓄积现象。
超量蓄积现象:
生物体蓄积异常高含量污染物的现象。
例如锌矿区植物中的锌含量高达0.1%。
9.举例说明什么是主动转运,主动转运对污染物从体内排泄的意义。
污染物的主动排泄过程。
e.g.肝3种主动转运系统(有机酸,有机碱,中性有机化合物);肾2种;神经系统2种。
第3章污染物对生物的影响1、污染物影响于各级生物学水平,影响到不同的生物功能层次,包括致死效应、生长效应、生殖效应、形态结构效应、行为效应、致突变效应和其他效应;其中致死效应是污染物生物效应最严重的情况。
2、请举例说明污染物对酶的诱导和抑制作用。
回答:
对酶的诱导指的是污染物可使某些与代谢转化有关的酶系统活力增强或酶含量增加,并因此而促进其他外来物质生物转化过程。
对酶的抑制指的是污染物可使某些与代谢转化有关的酶系统活力减弱或酶含量减少,并因此而阻碍其他外来物质生物转化过程。
被污染物诱导的酶类主要有I)污染物在生物体内进行生物转化的相I和相II酶,如MFO;II)抗氧化防衡系统的酶系,如VE、-胡萝卜素、谷胱甘肽过氧化酶(GPx)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(Ct)等。
污染物对酶的抑制作用包括污染物对酶的直接抑制作用和污染物的产物或代谢产物对酶活性的间接抑制作用。
例如有机磷农药与胆碱酯酶形成稳定的复合物,形成不可逆的直接抑制作用。
有机磷酸酯类与胆碱酯酶结合,生成磷酰化胆碱酯酶,使胆碱酯酶失去水解乙酰胆碱能力,乙酰胆碱在体内增多,产生M和N受体过度兴奋及中枢症状。
提示:
对酶的诱导和抑制作用,不仅包括活性的增强或减弱,也包括数量/含量的增加或减少。
3、谷胱甘肽过氧化酶(GPx):
大气污染物(O3、SO2、NO2和SO2etc.)可以诱导GPx活性增加,从而绘制GPx活性大气污染图谱。
4、污染物对细胞膜结构和功能的影响有哪些?
回答:
污染物对细胞膜结构和功能的影响主要表现在以下方面。
引起脂质过氧化,导致膜结构和功能改变。
影响膜的通透性。
例如:
神经毒剂-除虫菊酯改变神经细胞膜的通透性-与膜上钠离子通道中的闸门结合,使之开启,使膜外面的钠离子源源不断流进膜内面;神经去极化,失去传递信号的能力。
与膜上受体结合,干扰受体的正常生理功能。
5、有机磷农药在生态系统中的行为及其生物效应和机制。
提示:
该问题相当于以有机磷农药为典型污染物,将污染物在环境和生物体中的行为,及其对生物的影响贯通起来;包括有机磷的来源和种类,在环境中的分布、迁移和转化,被生物吸收,在生物体中分布、转化和排汇,以及在生物系统不同生物水平的生物学效应和生态学效应(包括对酶、受体、细胞器、行为毒性等个体行为、生长、繁殖和种群繁衍等的损害)等。
第4章污染物的生物效应检测与生物监测1、什么是毒作用带?
分析急性毒性作用带和慢性毒性作用带的大小如何说明毒物的危险性高低?
回答:
毒作用带一种根据毒性和毒性作用特点综合评价外来化合物危险性的指标.
(1)急性毒性作用带(ATEZ,acutetoxicityeffectzone)ATEZ=半数致死量/急性毒性最小有作用剂量值越大,表明毒物出现作用时与致死作用之间的距离越远,越安全,毒物的危险性越小。
(2)慢性毒性作用带(CTEZ,chronictoxicityeffectzone)CTEZ=急性毒性最小有作用剂量/慢性毒性最小有作用剂量。
值越大,说明慢性毒性与急性毒性之间的距离越大,越安全,毒物危险性越小。
2、以近海环境的重金属污染为例,设计其对海洋微藻的急性毒性试验方案。
提示:
参照急性毒性试验的思路和方法,结合具体问题。
1)试验目的测定化学物质毒性强度、测定环境污染程度、检查废水处理的有效程度,评价受试物对生物产生的短期暴露效应;为制定环境标准、评价环境质量和管理废水排放提供环境依据。
2)试验材料
(1)藻
(2)试验容器(3)试验用水3)染毒方式4)试验过程
(1)预试验确定正式实验所需浓度范围,可选择较大范围的浓度系列。
(2)正式试验A)污染物浓度设置;B)样品数量;C)观察取样;D)水质监测;E)其他。
5)数据处理与计算
(1)绘制暴露浓度对死亡率的曲线(暴露浓度为横坐标,死亡率为纵坐标)
(2)计算半致死浓度(LC50),并计算95%的置信限(直线内插法或常用统计程序)6)结论依据LC50值的大小,给出毒性级别等结论。
3、乙酰胆碱酯酶的分析检测方法有哪些?
并说明其在有机磷农药检测是的应用。
回答:
乙酰胆碱酯酶主要分布在神经细胞和红细胞,对于乙酰胆碱有特殊作用,其主要对神经传导起作用。
检测方法测定酶作用产物生成量的方法:
主要测定乙酸,采用溴麝香草酚蓝比色法;测定酶作用后剩余底物的方法:
如羟肟酸铁比色法(羟胺三氯化铁法);利用特殊底物做测定:
如用乙酰硫代胆碱(DTNB法)或乙酰萘做底物的测定方法。
有机磷农药中毒的早期检查方法。
速测卡:
固化有胆碱酯酶和靛酚乙酸酯试剂的纸片。
酶抑制法。
4、常用的致突变试验有哪些?
为什么致突变评价程序是一组试验,而不是单个试验?
回答:
常用的致突变试验有:
(1)基因突变试验鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验(Ames试验)、哺乳动物细胞基因突变试验
(2)染色体畸变试验染色体分析、微核试验(3)DNA损伤试验姐妹染色单体交换(SCE)试验、程序外DNA合成试验致突变评价程序是一组试验,原因如下:
致突变物种类和结构多样;致突变机制不尽相同,靶细胞不同。
多数为间接致突变作用;体内与体外试验存在差别。
致突变物的致突变性强弱弱致突变物容易漏检,出现假阴性。
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