污染生态学重点 精简版Word文档格式.docx
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种群增长率:
单位数量的个体在单位时间内新增加的个体数及躯体生长量;
11.种间关系
种间关系包括捕食、竞争、寄生和共生等,是连接生物个体、种群和群落的纽带。
12.物种冗余假说
两个或多个物种在生态功能上有相当程度的重叠,消除或失去一个物种生态系统的功能保持或接近正常状态。
13.铆钉假说
认为生态系统中每个物种都具有同样重要的功能,每一个物种好比一架精制飞机上的每颗铆钉,任何一个物种的丢失或灭绝都会导致严重的事故或系统的变故。
14.污染物在食物链中转移
污染物在食物链中转移是指污染物经生物的取食与被食关系沿食物链从低营养级传递到高营养级生物体内的过程。
转移类型有放大型转移(又称生物放大)和非放大型转移两种类型。
影响污染物在食物链中转移的因素包括污染物因素和有机体因素
15.生物测试
是指系统地利用生物反应测定一种或多种污染物或环境因素单独或联合存在时,所导致的影响或危害。
仅靠化学和物理的检测不能全面地评定污染物对生态系统的影响。
常规的物理、化学检测不能测定污染物对生物机体的影响。
生物测试对于监测环境质量的变化,制定污染物或工业废水的排放标准、环境质量标准以及污染物的生态风险评价等均具有重要的价值。
16.生物监测
是利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况,从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。
重点放在个体及以上水平的生物反应上。
17.指示生物
所谓指示生物,就是对环境中某些物质,包括污染物的作用或环境条件的改变能较敏感和快速地产生明显反应的生物;
灵敏;
代表性;
具有小的差异性;
重现性高;
具有多功能性;
生命期较长,比较固定生活于某处的生物。
18.共代谢
共代谢:
微生物在利用生长基质A时(从中获得能量、碳源或其他任何营养),同时非生长基质B(不能从中获得能量或营养)也伴随着发生氧化或其它反应,共代谢只是一种截止式转化。
意义:
共代谢的这种转化可以为其他微生物所进行的共代谢或其他生物对某种物质的降解铺平道路,其代谢产物可以继续降解。
特别是对难降解的污染物(POPs)具有重要意义。
19.石油烃降解菌:
以石油为唯一碳源或能源,通过生物降解和生物转化将石油烃分解为水和二氧化碳的细菌。
石油烃降解菌的应用:
消除环境中的油污染,环境油污染的指示菌,工业废水中油的清除,油轮压仓水中油的清除,油田中可以使固态油软化,石油开采中的辅助手段。
影响微生物降解力的环境因素:
温度、氧、营养,最佳营养条件:
C:
N:
P=100:
10:
1
20.生物降解
指由于生物的作用,把污染物大分子转会为小分子,实现污染物的分解或降解。
其中微生物所起的降解作用最大,故也称为微生物降解。
微生物对环境中的物质具有强大的降解与转化能力,主要因为微生物有以下特点:
微生物个体微小,比表面积大,代谢速率大;
种类繁多,分布广泛,代谢类型多样;
微生物具有多种降解酶;
微生物繁殖快,易变异,适应性强;
微生物具有巨大的降解能力;
21.序批式活性污泥法(SBR)
在同一反应池(器)中,按时间顺序由进水、曝气、沉淀、排水和待机(闲置)五个基本工序组成的活性污泥污水处理方法,简称SBR法。
分批操作,非连续化。
滗水器是SBR工艺采用的定期排除澄清水的设备,它具有能从静止的池表面将澄清水滗出,而不搅动沉淀,确保出水水质的作用。
22.人工湿地
人工湿地是一种人造生态系统,由人工建造和监督控制的利用该生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、氧化还原、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。
人工湿地的分类:
根据植物类型的不同分为:
挺水植物系统、漂浮植物系统、浮叶植物系统、沉水植物系统;
根据布水方式的不同分为:
自由表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地。
简答题45(7)
微核试验
微核是由染色单体或染色体的无着丝点片断在分裂后期,仍留在细胞质中,规则的圆形或椭圆形,其嗜染性与细胞核相似,比主核小,故称微核。
动物细胞的微核试验、测定方法比较简单,快速,可靠,已成为化学物质致突变试验中的一种常见的筛检方法。
紫露草微核试验
紫露草是一种多年生草本植物,属鸭趾草科,植株矮小,披针形叶,花小,呈蓝色。
全球分布,适应性强,温暖环境下,长年开花,花粉母细胞同步成熟,可形成大量四分体。
由于花粉母细胞分裂过程中形成的染色体对一些诱变物质非常敏感,容易断裂,断裂后的染色体片段,即所谓“微核”存在于四分体中,在显微镜下可以清楚看到。
微核的数目随诱变剂的浓度增高而增多,因此,可用微核率表示环境污染的程度。
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微宇宙法
1、微宇宙法(模拟生态系统法)
研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生态效应的一种方法
2、微宇宙法分类
自然微宇宙、人工微宇宙(开放式、封闭式);
陆生微宇宙、水生微宇宙(烧杯、河流、池塘等)
标准水生微宇宙
烧杯水生微宇宙
室外水生微宇宙
土壤核心微宇宙
模拟农田生态系统-------------------------------------------------------------------------------
污染对生物个体行为的影响;
(一)对水生生物行为的影响
1、回避行为(鱼,虾,蟹)
生物种类组成、区系分布随之改变,从而打乱原有生态系统的平衡。
索饵场和产卵场;
出现更多的鱼病。
2、捕食行为
拒食并捕食能力下降推测:
污染物引起的味觉阻断
3、警惕行为
水生动物本身也有逃避被捕食的能力,即警惕行为。
警惕行为的破坏,易被捕食,死亡率上升,种群数量变化。
研究表明,温度、杀虫剂、五氯苯酚和镉等污染物均能增加一些水生生物被捕食的危险性。
(二)对鸟类行为的影响
1、站立姿态
有机磷农药可以抑制鸟类乙酰胆碱酯酶(AchE)的活性,引起神经系统中毒。
2、领地控制和照顾后代的行为
受污染的鸟类可能发生机体的某些损伤,易被捕食,为了逃避,则退到一个安全的地方,而丧失对原有领地的控制。
生物监测的特点
综合性:
生物监测可反映各类污染物之间联合作用;
连续(长期)性:
能反映出某地区受污染或生态破坏后累积结果的历史状况;
多功能性:
能通过指示生物的不同反应症状,分别监测多种干扰效应;
高灵敏性:
生物监测更能真实和全面地反应外干扰的生态效应所引起的环境变化
反应相对迟钝:
不能像理化监测仪器那样迅速作出反应;
很难定性和定量化:
不能像仪器那样能精确地监测出环境中某些污染物的名称和含量;
影响因素多:
指示生物同一受害症状可由多种因素造成,增加了对监测结果判别的困难
生物监测的理论基础:
生态系统理论是生物监测的理论基础。
生命与环境协同进化理论,生物与环境的统一性和协同进化是生物监测的基础。
生物相对适应法则,生物适应的相对性决定着生物监测的可能。
生物富集现象,生物富集是污染生物监测的依据。
可比性与可重复性,是生物监测的重要条件。
生物监测的基本方法
(一)指示生物法
(二)现场调查法
(三)现场盆栽定点监测法
(四)群落和生态系统监测法
(五)生物标志物检测法
(六)毒性与毒理试验
(七)环境流行病学调查法
厌氧处理:
是在厌氧条件下,形成了微生物所需要的营养和环境利用这是在厌氧条件下,形成了微生物所需要的营养和环境利用这是在厌氧条件下,形成了微生物所需要的营养和环境利用这类微生物分解废水中的有机并产甲烷和二氧化碳过程,又称厌氢发酵。
与类微生物分解废水中的有机并产甲烷和二氧化碳过程,又称厌氢发酵。
与好氧生物处理过程的根本区别在于不以分子态为受氢体,而化合盐、碳硫、氯为受氢体。
废水厌氧生物处理是指在无机分子条件下,通过微(包括兼性废水厌氧生物处理是指在无机分子条件下,通过微(包括兼性废水厌氧生物处理是指在无机分子条件下,通过微(包括兼性生物)的作用,将废水中各种复杂有机分解转化成甲烷和二氧碳过程。
生物)的作用,将废水中各种复杂有机分解转化成甲烷和二氧碳过程。
依靠三大菌群完成的:
水解产酸细、氢乙甲烷。
好氧处理:
在有氧条件下,有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解,使污染物的浓度下降,是废水生物处理中应用最为广泛的一大类方法。
微生物除磷脱氮的原理,典型工艺
微生物脱氮基本原理:
生物脱氮主要通过硝化作用和反硝化作用来完成;
利用好氧段,由亚硝化细菌、硝化细菌的硝化作用,将氨氮转化为NO3ˉ-N;
再利用缺氧段,由反硝化细菌将NO3ˉ—N反硝化还原为N2,溢出水面释放到大气
生物脱氮工艺的类型
悬浮多级污泥内碳源系统;
悬浮单级污泥内碳源系统
微生物除磷工艺:
A/O(Anaerobic/Oxic)法;
A/A/O(Anaerobic/Anoxic/Oxic)法;
SBR生物除磷法;
Phoredox法;
UCT法
现代生物技术包括哪几个?
这些技术在环境污染治理中分别有哪些的应用?
现代生物技术在分子生物学基础上建立的创建新的生物类型或新的生物机能的实用技术,包括:
基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术、发酵工程技术和蛋白质工程技术。
基因工程技术是核心技术,它能带动其他技术的发展。
1、基因工程
应用人工方法将生物的遗传物质在体外进行提取、分离、切割、拼接和重组以及扩增与表达等技术。
2、细胞工程
以细胞为基本单位,在体外条件下进行培养、繁殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器的移植改建等操作技术。
3、酶工程
利用酶、细胞器或细胞所具有的特异催化功能,或对酶进行修饰改造,并借助于生物反应器和工艺过程来生产人类所需产品的一项技术。
4、发酵工程
利用微生物生长速度快、生长条件简单以及代谢过程特殊等特点,在合适条件下,通过现代化工程技术手段,由微生物的某种特定功能生产出人类所需的产品的过程。
5、蛋白质工程
在基因工程的基础上,结合蛋白质结晶学、计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识,通过对基因的人工定向改造等手段,从而达到对蛋白质进行修饰、改造、拼接以产生能满足人类需要的新型蛋白质。
基因工程在环境污染生物治理中的应用:
环境污染的净化:
基因工程对微生物遗传基因的改造,使微生物获得用于分解难降解有机物的酶类的新的遗传特征。
1、降解卤代烃的基因工程菌2、分解尼龙寡聚物的基因工程菌3、分解多糖的基因工程菌4、抗金属基因工程菌5、除草剂降解基因工程菌6、杀虫剂基因工程菌7、石油烃降解工程菌
环境的检测:
可应用基因探针检测出水中,特别是饮用水中的病毒。
该方法的特点是:
快速,灵敏。
细胞工程在环境污染生物治理中的应用:
原生质体融合构建环境工程菌1、苯环化合物降解菌2、纤维素降解菌3、制备细菌杀虫剂4、选育利用木糖和纤维二糖产乙醇的菌株
酶工程技术在污水处理中的实际应用:
1、降解直链烷基苯磺酸钠(LAS)2、固定化酵母细胞降解酚3、固定化藻细胞在氧化塘中的应用4、固定化产甲烷菌、固定化柠檬酸菌除重金属、固定化混合细菌对印染废水脱色等
发酵工程技术在环境污染治理中的应用:
1、亚硫酸盐纸浆废液乙醇发酵2、酵母循环系统:
食品废水处理系统3、废纤维素的资源化:
生产SCP、生产酒精4、有机固体废弃物的快速堆肥-------------------------------------------------------------------------------
生物修复的概念与技术方法
利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中危险性污染物去除或降解的工程技术系统称为生物修复,也称生物恢复、生物清除、生物再生、生物净化。
原位修复就是污染现场运用生物采用工程技术方法处理污染的技术。
异位修复需通过某种途径将被污染物从污染现场转运到一指定地点进行集中处理。
(一)原位生物修复技术
1、引入生物包括投加活菌法和植物修复。
2、改变生物生活环境包括培养法,生物通气法和翻耕法。
(二)异位生物修复技术
1、生物反应器2、预制床法3、堆肥4、生物堆层
(三)原位-异位联合修复技术
包括水洗-生物反应器法和土壤通气-堆肥法
论述题2x15
一、自由基理论解释污染物对生物体的致毒机理
自由基:
游离存在的,带有不成对电子的分子、原子或离子,都称为自由基,其化学性质很活泼。
无论是不带电荷的分子或原子,还有带正电荷或负电荷的离子,无论是无机化合物还是有机化合物,只要带有不成对电子,都属于自由基。
可见,凡是自由基其共同的基本特征就是带有不成对电子。
活性氧:
氧的某些代谢产物(都是直接或间接由氧转化而成的)及其衍生的含氧物质,由于它们都含有氧并且具有比氧活泼的化学反应性,因此统称为活性氧。
生物体内的自由基和活性氧是人体进行生命活动时所产生的一种活性分子(正常代谢的产物)。
生物体内的自由基和活性氧包括:
超氧阴离子自由基O2ˉ·
、羟自由基·
OH、H2O2·
、单线态氧1O2、过氧化氢H2O2、脂类过氧化物RO·
、RO2·
和ROOH等。
正常情况下,生物体内自由基具有调节细胞间的信号传递、细胞生长,抑制病毒、细菌,以及参到物质合成等作用。
在正常的生理状态下,生物体内的自由基或活性氧在生物体内不断的产生,但也不断的被清除,其含量处于生理低浓度的动态平衡状态。
维持这一状态的关键是生物体内的抗氧化防御系统,包括抗氧化酶系统和抗氧化剂系统。
(生物体长期进化产生的)
抗氧化防御系统分为抗氧化酶系统和抗氧剂系统,其中抗氧化酶系统包括超氧化物歧化酶SOD作用底物为O2—·
或HO·
其催化产物为H2O和O2。
、谷胱苷肽过氧化物酶此酶主要清除脂类过氧化物,并可在Ct含量很少组织或H2O2产生量少的组织中代替过氧化氢酶清除H2O2。
、过氧化氢酶等抗氧化酶与SOD一样,Ct广泛存在于各种生物的细胞内,它能分解细胞代谢产物过氧化氢(H2O2),在细胞免于死亡的过程中起重要作用;
抗氧化剂系统包括维生素E、谷胱甘肽、维生素C、β-胡萝卜素、尿酸、血浆铜蓝蛋白等抗氧化剂。
维生素E可以猝灭O2.-、1O2、RO2·
;
谷胱甘肽可以猝灭H2O2;
维生素C(抗坏血酸)可猝灭O2-·
、·
OH和R·
、在叶绿体中清除H2O2;
β-胡萝卜素使R.转变为RH;
尿酸是单线态氧1O2、羟自由基.OH的有力清除剂;
血浆铜蓝蛋白可参与清除氧自由基和超氧阴离子,清除O2-.。
当外源污染物无论以何种方式进入到生物体内后:
一方面它可以引起生物体内产生过量的自由基,使得生物体内的两大自由基清除系统来不及及时的清除,造成生物体内的自由基代谢平衡失调,自由基过量,从而引起脂类过氧化,蛋白质(酶)、核酸等分子遭受损伤,从而使生物体的正常生理生化代谢紊乱,生物个体表现出一定的病变或症状;
另一方面,可直接破坏生物体中的两大自由基清除系统及其有关的因素,使生物体两大自由基清除系统丧失消除自由基的能力而导致自由基在体内的过渡积累,引起上述后果。
二、污染物对生物的分子水平的影响及检测方法
污染物对生物机体酶的影响
分为酶活性的诱导作用和酶活性的抑制作用两个方面,其中酶活性的诱导作用方面研究较多的酶有混合功能氧化酶、谷胱苷肽转移酶两种相Ⅰ相Ⅱ反应的酶和超氧化物歧化酶、谷胱苷肽过氧化物酶、过氧化氢酶三种抗氧化防御系统的酶等,酶活性的抑制方面研究较多的酶有腺三磷酶、乙酰胆碱酯酶、δ-氨基乙酰丙酸脱氢酶、蛋白磷酸酶等。
酶活性测定
1、混合功能氧化酶(MFO)
反应类型繁多,特异性不强,多种方法测定:
1)直接法:
直接测定MFO的各组分;
细胞色素P-450、NADHP-细胞色素P-450还原酶测定
2)代谢法:
测底物消耗量或产物生成量
NADPH消耗量测定、氧耗测定、MFO催化代谢产物
2、谷胱苷肽转移酶(GST)
测定底物GSH的变化,测定方法比较多
比色法、荧光法、高效液相色谱法(HPLC)、高效毛细管电泳法、流式细胞仪法
3、超氧化物歧化酶
物理法
原理:
测定O2—·
的歧化量采用脉冲辐射分解法、核磁共振法和电子顺磁波法等,仪器昂贵
邻苯三酚法(比色法)、细胞色素C还原法,羟胺法,肾上腺素法
另外,还有光化学法,电化学法,电泳法,免疫学法等
4、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)
直接法:
测GSH的减少量。
间接法
GPx作用下,还原型的GSH氧化为氧化型的GSSG,加入NADPH及谷胱苷肽还原酶后,测代谢物NADP+的含量。
5、过氧化氢酶(Ct)
滴定法测定H2O2、分光光度法测H2O2
6、腺三磷酶(ATPase)
钼蓝法
7、乙酰胆碱质酶(AChE)
比色法
同位素示踪法
8、蛋白磷酸酶(PP)
污染对核酸和活性大分子物质的影响及检测方法;
污染物对其他生物大分子的影响主要表现在蛋白质分子、脱氧核糖核酸分子(DNA)、脂肪酸分子等方面,其中对蛋白质分子的影响有化学损伤和诱导表达两个方面,对DNA分子的影响主要为化学损伤(DNA加合物),对脂肪酸分子的影响主要为脂质过氧化。
1、对脱氧核糖核酸(DNA)分子的影响
DNA是生物体内重要的大分子,也是生物体内重要的遗传物质,DNA发生损伤的后果是严重的,但细胞本身具有修复能力,一旦损伤发生,修复能力迅速被诱导,各种修复酶增加并被活化。
如果损伤的DNA不能被修复,则产生DNA损伤结构就被固定,导致基因突变进而细胞突变甚至细胞死亡,产生遗传疾病。
几种常用DNA-加合物的检测技术
1、免疫学方法
基本原理:
是抗原-抗体反应
常见的方法:
放射免疫(RIA);
酶联免疫法(ELISA);
超敏酶学放射免疫法(VS-ERISA)2、荧光测定法
DNA-加合物具有荧光特性而进行定量
同步荧光法;
低温激光法;
激光-发射荧光法
3、32P-后标记法
4、色谱-质谱法
吸收峰
高效液相色谱与质谱联用技术;
气相色谱与质谱联用技术;
2、对蛋白质分子的影响
1)化学损伤
共价结合学说:
在生物体内,污染物或其代谢产物可以与生物大分子发生共价结合,从而改变生物大分子的结构与功能,引起一些列的有害生物效应。
蛋白质许多氨基酸带有活性基团:
-OH-NH2-SH等基团
生物学效应:
细胞膜及通透性变化;
引起各亚细胞结构和功能损伤;
影响酶的催化功能,进而引起代谢异常及能量供应障碍;
引起机体特殊的免疫反应;
引起机体繁殖功能障碍。
2)诱导表达金属硫蛋白(MT)
金属硫蛋白位于胞浆中的低分子蛋白,半胱氨酸的含量极高,金属含量高;
最早是在马肾中被分离;
广泛存在于原生动物、真菌、植物和所有的无脊椎动物和脊椎动物中。
调节这些金属在细胞内浓度的作用,而与有毒金属的结合则可以保护细胞免受金属毒性的影响。
3)诱导表达应激蛋白(SP)
具有以下特性:
诱导的非特异性,许多应激原都可引起表达;
迅速合成;
生物普遍性,整个生物界(单细胞动物、哺乳动物、植物);
高度保守性,在进化过程中存在明显的结构保守性。
过量表达可抵抗胁迫条件对生物体细胞造成的损失;
蛋白质加合物的测定
由于血红蛋白Hb也具有亲核中心,可与亲电物质反应形成稳定的Hb-加合物,故Hb可代替DNA用于检测加合物,虽然化合物与Hb的加合并不具有致癌作用。
测定方法:
色谱-质谱(GC-MS)法和免疫法。
3、对脂类分子的影响
生物体内的细胞膜和亚细胞膜都富含脂类分子;
这些脂类分子中富含多烯脂肪酸侧链;
容易被污染物经生物转化形成的自由基或活性氧攻击引起脂质过氧化;
细胞、亚细胞结构损伤;
多种与脂蛋白结合的酶活性降低或丧失,微粒体混合功能氧化酶破坏。
脂质过氧化物(LPO)的测定
1、比色法
用硫代巴比妥酸分光光度测脂质过氧化物丙二醛(MDA)的含量;
丙二醛(MDA)测试
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