環(huán)境生物學(xué)重點.doc

《環(huán)境生物學(xué)重點.doc》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《環(huán)境生物學(xué)重點.doc（22頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

環(huán)境生物學(xué)重點緒論1. 環(huán)境的概念以人類為主體的外部世界，即人類賴以生存和發(fā)展的基本條件的綜合體，包括自然環(huán)境和社會環(huán)境。2. 環(huán)境問題包括哪兩大類、酸雨的定義、生物多樣性的層次兩類環(huán)境問題：環(huán)境污染和生態(tài)破壞定義：pH5.7遺傳多樣性物種多樣性生態(tài)系統(tǒng)多樣性景觀多樣性3. 環(huán)境生物學(xué)的概念環(huán)境生物學(xué)是研究生物與受人類干擾的環(huán)境之間相互作用規(guī)律及其機理的科學(xué)，是環(huán)境科學(xué)與生物學(xué)的相互融合、相互滲透所形成的交叉學(xué)科（教材）。其他定義環(huán)境生物學(xué)是研究生物與人為受損環(huán)境之間的相互關(guān)系的學(xué)科（段昌群） 。環(huán)境生物學(xué)是研究生物系統(tǒng)與人為逆境相互關(guān)系的科學(xué)（熊冶廷）。4. 環(huán)境生物技術(shù)是利用生物體、生物體的代謝反應(yīng)過程和生物合成產(chǎn)物對污染或被破壞的環(huán)境進行治理和修復(fù)以及監(jiān)測和評價的一種單一的或復(fù)合的工藝技術(shù)系統(tǒng)。包括污染物生物控制、消除技術(shù)和環(huán)境生物監(jiān)測、評價技術(shù)5. 環(huán)境生物學(xué)和分支學(xué)科的相關(guān)性第一章 環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為1、 環(huán)境污染及類型 大氣污染、水體污染和土壤污染大氣污染物種類氣體污染 如CO2、NOx、碳氫化合物、HF、H2S、SO2、CO等。顆粒物污染 煙灰、煙塵、光化學(xué)煙霧微生物懸浮氣溶膠污染水污染水污染的類型 需氧有機物質(zhì)污染 氮磷化合物污染 有毒重金屬和難降解化合物的污染 石油類污染 病原微生 物污染 熱污染 鹽污染土壤污染環(huán)境污染的類型n 按污染物的性質(zhì)：生物污染、化學(xué)污染和物理污染。n 按污染物的形態(tài)：廢氣污染、廢水污染、固體廢棄物污染、噪聲污染和輻射污染。n 按污染物的產(chǎn)生原因：生活污染和生產(chǎn)污染（如工業(yè)農(nóng)業(yè)和交通）。n 按污染的涉及范圍：全球性污染、區(qū)域性污染和局部污染2、 污染物、優(yōu)先污染物、污染源 污染物：指進入環(huán)境以后使環(huán)境的正常組成結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和性質(zhì)發(fā)生變化、直接或間接有害于人類生存和發(fā)展的物質(zhì)。優(yōu)先污染物：由于有毒物質(zhì)品種繁多，不可能對每一種污染物都制定控制標(biāo)準(zhǔn)，因而提出在眾多污染物中篩選出潛在危險大的作為優(yōu)先研究和控制的對象，稱之為優(yōu)先污染物或優(yōu)先控制污染物。污染源：造成環(huán)境污染的污染物發(fā)生源稱為污染源。 按人類社會活動功能：工業(yè)污染源（最多）、農(nóng)業(yè)污染源、交通運輸污染源、生活污染源。 按污染源空間分布方式：點污染源與面污染源 點污染源：污染物發(fā)生于某一局部較小范圍，一般有固定的排污口。如工廠的排污口，形成 以管口為中心的圓形擴散污染。面污染源：其特點是沒有固定的排放點，分布廣而散，污染物濃度較低，但總量很大。3、 污染物在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化污染物的遷移：污染物在環(huán)境中發(fā)生的空間位置的移動及其引起的富集、分散和消失過程。遷移的方式：n 機械遷移（水、氣、重力等）；n 物理化學(xué)遷移（最重要的遷移方式）；n 生物遷移。污染物的轉(zhuǎn)化：污染物在環(huán)境中通過物理、化學(xué)、生物作用改變形態(tài)或轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N物質(zhì)的過程。遷移與轉(zhuǎn)化往往相伴發(fā)生。4、 生物轉(zhuǎn)運（物質(zhì)跨膜運輸?shù)姆绞剑゛. 被動轉(zhuǎn)運 簡單擴散（自由擴散）：沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴散，沒有膜蛋白的協(xié)助，不需要提供能量。 脂溶性有機化合物的主要運轉(zhuǎn)方式 濾過：通過生物膜上的親水性孔道的運轉(zhuǎn)過程 分子直徑小的水溶性化合物的主要運轉(zhuǎn)方式2. 特殊轉(zhuǎn)運 主動轉(zhuǎn)運： 環(huán)境污染物特異結(jié)合于一轉(zhuǎn)運蛋白后被轉(zhuǎn)運過膜，逆濃度梯度，能量驅(qū)動。 水溶性大分子化合物的主要轉(zhuǎn)運形式易化擴散：環(huán)境污染物特異結(jié)合于一個轉(zhuǎn)運蛋白被轉(zhuǎn)運過膜，轉(zhuǎn)運沿著濃度梯度下降方向進行，3.胞飲作用 少數(shù)物質(zhì)與膜上的某種蛋白質(zhì)有特殊親和力，當(dāng)其與膜接觸后，可改變這部分膜的表面張力，引起膜的外包或內(nèi)陷而被包圍進入膜內(nèi)，固體物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)運稱為吞噬，液體物質(zhì)的這一轉(zhuǎn)運稱為胞飲。5、 生物轉(zhuǎn)化的具體過程（相I、相II反應(yīng)）相反應(yīng)：外源性化合物在有關(guān)酶系統(tǒng)的催化下經(jīng)由氧化、還原或水解反應(yīng)改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，形成某些活性基團（-OH、-SH、-COOH、-NH2）或進一步使這些活性基團暴露。相反應(yīng)：指在酶的催化下，外源性化合物的相反應(yīng)產(chǎn)物或帶有某些基團的外源性化合物與細胞內(nèi)物質(zhì)結(jié)合反應(yīng)。6、 生物濃縮、生物積累和生物放大 生物濃縮：指生物機體或處于同一營養(yǎng)級上的許多生物種群，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)濃縮、生物學(xué)富集。生物積累：指生物在其整個代謝活躍期通過吸收、吸附、吞食等各種過程，從周圍環(huán)境中蓄積某些元素或難分解的化合物，以致隨著生長發(fā)育，濃縮系數(shù)不斷增大的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)積累。生物放大：指在生態(tài)系統(tǒng)中，由于高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食物，某種元素或難分解的化合物在生物機體中的濃度隨著營養(yǎng)級的提高而逐步增大的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)放大。7、 金屬的生物轉(zhuǎn)化u 金屬的毒性 影響因素：金屬的濃度、金屬的存在狀態(tài)u 金屬的微生物轉(zhuǎn)化 微生物對金屬的毒性轉(zhuǎn)化，主要是氧化還原和甲基化作用第二章 污染物對生物的影響1、 酶的誘導(dǎo)作用、抑制作用（一） 酶活性的誘導(dǎo)能誘導(dǎo)酶的化合物大都屬于有機親脂性化合物，并且有較長的生物半衰期。其誘導(dǎo)作用是：增加酶的合成速度（轉(zhuǎn)錄）降低酶蛋白的分解混合功能氧化酶MFO是污染物在體內(nèi)進行生物轉(zhuǎn)化相反應(yīng)過程中的關(guān)鍵酶系?？寡趸烙到y(tǒng)酶（1）超氧化物歧化酶（SOD）（2）谷胱甘肽過氧化酶（GPx）（3）過氧化氫酶（Ct）（二）酶的抑制作用n 不可逆性抑制 由于污染物與酶蛋白的活性中心功能基因不可逆性結(jié)合而引起的。如有機磷農(nóng)藥對膽堿酯酶的抑制作用。n 競爭性抑制n 非競爭性抑制 n 反競爭性抑制1. ATPase2. 乙酰膽堿酯酶（AchE）3. -氨基乙酰丙酸脫氫酶（ALAD）4. 蛋白磷酸酶2、 抗氧化防御系統(tǒng)抗氧化防御系統(tǒng)酶活性氧（Reactive Oxygen Species）：帶有23個電子的分子氧還原產(chǎn)物，主要有：OH、O2-、H2O2抗氧化防御系統(tǒng)組成：水溶性組分，如谷胱甘肽（GSH）、維生素C脂溶性組分，如維生素E、-胡蘿卜素酶，如谷胱甘肽過氧化酶（GPx）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）3、靶器官 效應(yīng)器官 蓄積器官l 靶器官：污染物質(zhì)被吸收后可隨血流分布到全身各個組織器官，但其直接發(fā)揮毒作用的部位往往只限于一個或幾個組織器官，這樣的組織器官稱為靶器官。l 效應(yīng)器官：毒作用表現(xiàn)出來的器官。l 蓄積器官：毒物在體內(nèi)的蓄積部位。三個器官間的關(guān)系n 靶器官不一定是效應(yīng)器官；n 靶器官也不一定是蓄積器官；n 例：放射性碘、鎘、甲基汞、有機磷農(nóng)藥、DDT、大氣中的鉛。4、環(huán)境激素環(huán)境中存在一些天然物質(zhì)和人工合成的環(huán)境污染物具有動物和人體激素的活性，這些物質(zhì)能干擾和破壞野生動物和人內(nèi)分泌功能，導(dǎo)致野生動物繁殖障礙，甚至能誘發(fā)人類重大疾病，這些物質(zhì)被稱為環(huán)境激素。環(huán)境激素類型n 天然雌激素和合成雌激素n 植物雌激素n 具有雌激素活性的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)環(huán)境激素危害：當(dāng)環(huán)境激素進入人體時，會讓人體內(nèi)的內(nèi)分泌系統(tǒng)誤認(rèn)為是天然荷爾蒙，而加以吸收，占據(jù)了在人體細胞中正常荷爾蒙的位置，從而引發(fā)內(nèi)分泌紊亂，造成人體正常激素調(diào)節(jié)失常減少環(huán)境激素的有效途徑 n 盡量減少使用一次性用品 n 在日常生活中盡量使用布袋n 不用聚氯乙烯塑料容器在微波爐中加熱 n 不用泡沫塑料容器泡方便面n 多用肥皂，少用洗滌劑n 少用室內(nèi)殺蟲劑5、化學(xué)污染物的聯(lián)合作用 兩種或兩種以上的化學(xué)污染物共同作用所產(chǎn)生的綜合生物學(xué)效應(yīng)，稱為聯(lián)合作用(Combined Effect) 。 協(xié)同、相加、獨立、拮抗n 協(xié)同作用：污染物的總作用強度大于其各個成分單獨作用強度的總和（解毒作用抑制）。1+12n 相加作用：污染物的總作用強度等于其各個成分單獨作用強度的總和。1+1=2n 獨立作用：多種化學(xué)污染物各自對機體產(chǎn)生毒性作用的機理不同，互不影響。Max (A, B)nA+Bn 拮抗作用：污染物的總作用強度低于任何一種單獨作用的強度（毒作用相互干擾）。1+12第三章 污染物的生物效應(yīng)檢測1、 生物測試；生物測試（Bioassay）：系統(tǒng)地利用生物受到污染物質(zhì)的毒害所產(chǎn)生的生理機能等變化，測定一種或多種污染物或環(huán)境因素單獨或聯(lián)合存在時所導(dǎo)致的影響或危害。 生物測試的優(yōu)點：生物測試不同于常規(guī)的物理、化學(xué)檢測。前者能夠測定污染物對生物機 體的影響，而后者只能測定污染物的濃度。 意 義n 確定單一污染物的安全濃度；n 污染物的聯(lián)合作用于；n 確定污染物排放標(biāo)準(zhǔn)化；n 確定環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；n 生態(tài)風(fēng)險評價。2、 生物毒性的基本概念；毒物：指在一定條件下，以較小劑量進入生物體后，能與生物體之間發(fā)生化學(xué)作用并導(dǎo)致生物體功能或器質(zhì)性損傷的化學(xué)物質(zhì)。 毒物與非毒物之間不存在絕對的界限，通常一種物質(zhì)只有達到中毒劑量時才是毒物。中毒：機體受毒物作用而表現(xiàn)出的疾病狀態(tài)。中毒是各種毒性作用的綜合表現(xiàn)，包括急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒。毒性： 指有毒物質(zhì)接觸或進入機體后，引起機體易感部位產(chǎn)生有害作用的能力。毒性作用或毒效應(yīng)：化學(xué)物引起機體損害的總稱。無損害作用：機體無形態(tài)、生長發(fā)育、壽命的改變；未見功能容量降低或代償能力損害；可逆的。損害作用：機體接觸或不接觸后，仍表現(xiàn)出易感性、代謝速率低、酶系的相對活力異常。毒性試驗：是指人為地設(shè)置某種致毒方式使受試生物中毒，根據(jù)試驗生物的中毒反應(yīng)來確定毒性的試驗方法。3、 劑量-效應(yīng)關(guān)系曲線；以劑量為橫坐標(biāo)，以表示效應(yīng)強度的計算單位或表示反應(yīng)的百分率或比值為縱坐標(biāo)繪制散點圖所得到的曲線。不同的化學(xué)物或同一化學(xué)物在不同條件下，其劑量與效應(yīng)或反應(yīng)的相關(guān)關(guān)系不同，可呈現(xiàn)不同類型的曲線。常見的劑量-反應(yīng)（效應(yīng)）曲線有直線、拋物線、S形曲線三種形式。4、 表示毒性的常用參數(shù)（LD50、LC50），理解測定LC50的意義 測定LC50的意義：n 對可能進入環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)毒性的篩選，為控制劇毒物質(zhì)的生產(chǎn)和使用提供科學(xué)依據(jù)；n 作為監(jiān)測污染源和環(huán)境污染生物學(xué)評價的依據(jù)；n 檢查有毒物質(zhì)處理效果，為制定排放標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)； 計算安全濃度的依據(jù)，作為制定環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的重要參數(shù)5、幾個一般毒性試驗的概念 急性、亞急性、慢性急性毒性試驗 是研究化學(xué)物質(zhì)大劑量一次染毒或24h內(nèi)多次染毒動物所引起的毒性試驗，是毒性研究的第一步。 一般采用LC50（LD50）表示受試物的急性毒性大小。亞急性（亞慢性）和慢性毒性試驗（一）亞急性（亞慢性）毒性試驗在相當(dāng)于動物生命周期的1/301/20時間內(nèi)使動物每日或反復(fù)多次接觸受試物的毒性試驗（二）慢性毒性試驗 又稱長期的、亞致死試驗。是指以低劑量外來化合物，長期與試驗動物接觸，觀察其對實驗動物所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)的試驗。5、 動物急性毒性試驗方法；按試驗要求選擇受試生物n 最常用的急性毒性試驗生物是大鼠和小鼠。n 水生毒物毒性試驗：魚類、水蚤及藻類。n 也可選擇某些高等植物如蠶豆、洋蔥、大白菜等物種。n 雌雄動物同時試驗，對試驗動物預(yù)先觀察幾天后標(biāo)記編號并隨機分組。預(yù)備試驗和確定劑量組 選用少量動物進行預(yù)備試驗，找出引起動物90%（或全部）死亡的劑量（即最高劑量組劑量）和引起動物10%死亡（或不死亡）的劑量（即最低劑量組劑量）。 在最高劑量組劑量和最低劑量組劑量的范圍內(nèi)，按等比級數(shù)插入若干個中間劑量（一般46組），從而確定正式試驗的劑量組。染毒方式以哺乳動物為受試生物的急性毒性試驗一般有三種常用染毒方式：經(jīng)口染毒（灌胃法）、經(jīng)皮膚染毒（定量滴入或涂擦方法）、經(jīng)呼吸道染毒（吸入法）。受試物的配制配制試驗所需的最高劑量濃度溶液，然后依次稀釋到所需濃度。觀察指標(biāo) 中毒癥狀：一般觀察2448小時，最好觀察到絕大多數(shù)動物出現(xiàn)典型中毒癥狀。 動物死亡數(shù)目和死亡時間 病理檢查：對于試驗時立即死亡的動物，可解剖，分析死亡原因，看是技術(shù)事故還是中毒引起的死亡。試驗結(jié)果 確定半數(shù)致死量（LD50）,LD50值越小,毒性越大。 急性毒性試驗結(jié)果只能粗略地表示某化學(xué)物質(zhì)的毒性，而不能全面反映其毒性。 由于動物種屬、性別、染毒方式的不同，所表現(xiàn)的毒性也不一致，故表示LD50應(yīng)注明動物種類和染毒方式。7、蓄積毒性試驗 物質(zhì)蓄積、功能蓄積蓄積毒性試驗低于中毒閾劑量的外來化合物，反復(fù)多次地與機體持續(xù)接觸，經(jīng)一定時間后使機體出現(xiàn)明顯的中毒表現(xiàn)，即為蓄積毒性作用。 物質(zhì)蓄積：污染物進入機體的量大于排出的量，量的積累。 功能蓄積：污染物反復(fù)作用于機體，最終致病，效的積累。8、 DNA加合物及主要測定方法；外界物質(zhì)進入生物體后，經(jīng)過生物體內(nèi)酶的作用，轉(zhuǎn)化形成親電活性中間產(chǎn)物，該產(chǎn)物與DNA鏈上特異位點結(jié)合形成共價化合物，即稱DNA加合物 免疫法 熒光法（不損傷DNA） 32P-后標(biāo)記法目前應(yīng)用最廣泛的方法 色譜/質(zhì)譜法9、致突變試驗 試驗原理目的：是為了檢查受試物對機體遺傳過程有無影響的方法。方法： 基因點突變試驗 染色體畸變試驗 DNA損傷試驗1.1 體外基因突變試驗Ames試驗 原理：同一種微生物的（營養(yǎng)缺陷型）突變型菌株與受試物接觸，若此化學(xué)物質(zhì)具有致突變性，可使突變型微生物再發(fā)生一次突變，重新成為野生型微生物。這種突變叫做回復(fù)突變。1.2體外基因突變試驗哺乳動物體細胞株（V79、CHO等）突變試驗1.3 體內(nèi)基因突變試驗顯性致死突變試驗檢測外來化合物對動物生殖細胞染色體的致突變作用。9、 癌變過程；引發(fā)階段 促長階段 浸潤和轉(zhuǎn)移階段11、微宇宙法；微宇宙（microcosm）法研究污染物在生物種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和生物圈水平上的生態(tài)效應(yīng)的一種方法，又稱為模型生態(tài)系統(tǒng)法，是真正意義上的生態(tài)系統(tǒng)層次的生物監(jiān)測方法。分類自然微宇宙、人工微宇宙（開放式、封閉式）陸生微宇宙、水生微宇宙（燒杯、河流、池塘等）土壤核心微宇宙：用于研究外源性化合物對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)及其生長的植物、土壤無脊椎動物和微生物影響的一種陸生微宇宙。第四章 環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測與生物評價1、環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)、環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境質(zhì)量：指環(huán)境素質(zhì)的優(yōu)劣程度環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)：環(huán)境因素在一定條件下作用于特定對象（人或生物）而不產(chǎn)生不良或有害效應(yīng) 的最大閾值。是由污染物同特定對象之間的劑量反應(yīng)關(guān)系確定的，不考慮社會、經(jīng)濟、技術(shù)等人為因素，具有客觀性。環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：強制性法規(guī)；具有一定的主觀性。3、 生物監(jiān)測的優(yōu)缺點優(yōu)點： 能直接反映環(huán)境質(zhì)量對生態(tài)系統(tǒng)的影響； 能綜合反映環(huán)境質(zhì)量狀況綜合性； 具有連續(xù)監(jiān)測的功能連續(xù)性； 監(jiān)測靈敏度高高靈敏性； 不需購置昂貴的儀器及進行儀器保養(yǎng)和維修； 可大面積或長距離內(nèi)密集布點。局限性： 反應(yīng)不夠快速； 無法精確監(jiān)測某些污染物的含量，精度不高（通常只反映各監(jiān)測點的相對污染水平）。 易受環(huán)境因素的影響如季節(jié)和地理環(huán)境等影響因素多。4、 大氣污染的植物監(jiān)測方法: 指示生物法（代表物種）指示生物指對環(huán)境中某些物質(zhì)（包括污染物）能產(chǎn)生非一般性反應(yīng)或特殊信息而被用來監(jiān)測和評價環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀和變化的生物。常見大氣污染指示植物n SO2：地衣、苔蘚、芝麻、向日葵、落葉松等n HF：唐菖莆、郁金香、杏、葡萄、梅、雪松（幼嫩葉）等n NO2：懸鈴木、番茄、秋海棠、煙草等n O3：煙草（Bel-W3）、菜豆、矮天牛等。n PAN：早熟禾、矮牽牛、繁縷等。n C2H4：芝麻、番茄、香石竹等。n Cl2: 芝麻、蕎麥、向日葵等。5、 水污染的細菌學(xué)監(jiān)測檢驗細菌總數(shù)，特別是檢驗作為糞便污染的指示細菌，如總大腸菌群、糞大腸菌群、糞鏈球菌、腸道病毒等來間接判斷水的衛(wèi)生學(xué)質(zhì)量。（1） 細菌總數(shù) 細菌總數(shù)指1ml水樣在瓊脂培養(yǎng)基中，于37、24h培養(yǎng)后所生長的細菌菌落總數(shù)。它可反映細菌總數(shù)的測定方法檢驗步驟： 無菌操作條件下，1ml水樣注入培養(yǎng)皿，接著再注入15ml已融化并冷卻 45左右的培養(yǎng)基，混勻。凝固后培養(yǎng)24h進行計數(shù)。細菌數(shù)=每皿細菌數(shù)稀釋倍數(shù)（2）大腸菌群數(shù) 大腸菌群是一群需氧及兼性厭氧的革蘭氏陰性無芽孢桿狀細菌，能在37培養(yǎng)24h內(nèi)使乳糖發(fā)酵產(chǎn)酸產(chǎn)氣。 大腸桿菌群的檢測作為監(jiān)測水體是否受糞便污染的指標(biāo)。 大腸菌群數(shù)指每升水樣中含有的大腸菌群的數(shù)量（標(biāo)準(zhǔn)值）。 大腸菌群數(shù)的測定：發(fā)酵法和濾膜法。6、 水環(huán)境質(zhì)量的生物學(xué)評價 指示生物法、污水生物系統(tǒng)水環(huán)境質(zhì)量的生物學(xué)評價基本原理：生物與環(huán)境的關(guān)系。方法： 一般描述對比法 指示生物法 污水生物系統(tǒng)法 生物指數(shù)法 種的多樣性指數(shù) 生產(chǎn)力法 殘留量指數(shù)及富集系數(shù)指示生物法n 敏感種、耐污種n 底棲無脊椎動物是常用的水體污染指示生物污水生物系統(tǒng)污水生物系統(tǒng)法的原理 受污染的河流由于自身的自凈過程從而導(dǎo)致自上游往下游形成一系列在污染程度上逐漸減輕的連續(xù)帶。隨污染物濃度的降低，生物種類也發(fā)生變化，每一帶都生存有大體上能夠表示這一帶特性的動物和植物污水生物系統(tǒng)中各帶特點 多污帶：有機污染嚴(yán)重，溶解氧含量低，細菌極多，無好氧生物，無魚類生存； -中污帶：有機污染較為嚴(yán)重，溶解氧略有回升，多為耐污性生物種類，藻類少； -中污帶：中等程度的有機污染區(qū)域，溶解氧較高，有多種藻類和原生動物，有魚類出現(xiàn)； 寡污帶：溶解氧恢復(fù)正常或達飽和，水質(zhì)透明，細菌數(shù)量少，藻類種類和數(shù)量多。污水生物系統(tǒng)的應(yīng)用主要應(yīng)用對象是被生活污水污染的水域，對重金屬和其他工業(yè)廢水引起的污染水域的應(yīng)用問題尚需進一步研究；7、 生物標(biāo)志物化學(xué)污染物所導(dǎo)致的生物有機體的生物化學(xué)和生理學(xué)改變 ，可用以 監(jiān)測和評價化學(xué)污染物的暴露及其效應(yīng)。特點：靈敏性高：響應(yīng)快，檢測較為方便, 特異性高暴露生物標(biāo)志物：可指示機體對化學(xué)污染物的暴露，但不顯示發(fā)生這種變化所造成的不利效應(yīng)的程度。如污染化學(xué)物在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物及濃度。效應(yīng)生物標(biāo)志物：可證明化學(xué)污染物對機體的不利效應(yīng)。如乙酰膽堿酯酶抑制。7、有害物理因素的生物學(xué)效應(yīng)的評價環(huán)境噪聲的生物學(xué)效應(yīng)來源n 交通噪聲n 工業(yè)噪聲（氣動源、機械動源）n 施工噪聲n 社會生活噪聲聲污染的特點n 能量污染n 感覺公害n 局限性和分散性放射性污染的生物學(xué)效應(yīng)n 放射性污染的來源 天然放射性 人工放射性：核武器、核燃料、核電站、同位素n 對人體健康的影響 （1）急性輻射損傷 （2）輻射的遠期效應(yīng)射頻電磁輻射污染的生物學(xué)效應(yīng)n 污染源 無線電廣播、電視通訊、雷達控制、高頻加熱第五章 環(huán)境污染生物凈化的原理1、 污染物的生物凈化方法污水處理方法n 物理法：沉淀法、過濾法、離心分離法、浮選法、吸附法、萃取法、吹脫法、蒸發(fā)結(jié)晶法、反滲透法n 化學(xué)法：化學(xué)凝聚法、中和法、氧化-還原法、離子交換法n 生物法：好氧法、厭氧法等大氣污染凈化方法氣溶膠狀態(tài)污染物的控制n 重力沉降n 旋風(fēng)除塵n 靜電除塵n 過濾式除塵氣體狀態(tài)污染物的吸附與凈化n 氣體吸收法：液體吸收劑（干濕法脫硫）n 氣體吸附法：多孔性固體（活性炭、生物吸附劑）大氣污染物的生物凈化方法n 生物吸收法：微生物吸收液（可溶性氣體）n 生物洗滌劑法：活性污泥配置混合液（除臭）n 生物過濾法：含有微生物的固體顆粒（土壤或堆肥）固體廢棄物處理方法工業(yè)廢棄物n 物化法：覆蓋法、化學(xué)反應(yīng)劑法n 生物法：栽種永久性植物（尾礦復(fù)墾）城市垃圾n 填埋法（衛(wèi)生填埋、安全填埋）n 堆肥法（好氧、厭氧）n 制取沼氣（厭氧） 焚燒法（高溫處理）2、 污染與凈化指標(biāo) BOD、COD水體指標(biāo)：n BOD5、COD、TOD、TOC、固體物質(zhì)、含氮化合物、pH值n 生物污染指標(biāo)：細菌總數(shù)、大腸菌群數(shù)n 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）共24項指標(biāo)。生化需氧量 BOD在20條件下，微生物好氧分解水樣（廢水或受污染的天然水）中有機物所消耗的溶解氧量。 BOD5：微生物5天好氧分解有機物所消耗的溶解氧量。有機物生化耗氧過程的兩個階段：碳化階段 將有機物分解成CO2、H2O、NH3，碳化作用消耗的氧量稱為碳化需氧量BODC硝化階段 NH3被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，硝化作用消耗的氧量稱為硝化需氧量BODN。BOD曲線指廢水生物處理過程中，在有氧的情況下，由于微生物（主要是細菌）的活動，可降解有機物穩(wěn)定化所需的氧量（BOD）隨時間增長變化的曲線。 BOD5、BOD20或BODun 好氧分解全部有機物大約需要20d，稱為BOD20 （與BODu相當(dāng)）。n BOD5主要是碳氧化需氧量，氮氧化階段通常在5d以后開始的。n BOD5約為BODu的2/3?；瘜W(xué)需氧量 COD在一定條件下，用強氧化劑處理水樣時所消耗氧化劑的量，折算成每升水樣消耗氧的毫克數(shù)，用mg/L來表示。它反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度。水中還原性物質(zhì)包括：有機物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。水被有機物污染是很普遍的，故COD也作為有機物相對含量的指標(biāo)之一BOD和COD的比較廢水處理中多以BOD和COD兩個指標(biāo)來度量水樣的有機污染物濃度和被凈化程度BOD反映的是微生物能夠降解的那部分有機物的數(shù)量，基本上反映出水體中生物氧化分解有機物所消耗的氧量，比較符合實際，但檢出時間過長，不能迅速及時指導(dǎo)生產(chǎn)實踐，而且毒性大的廢水可抑制微生物的作用而影響結(jié)果， 甚至無法測定。COD一般表示廢水中有機污染物重量的98%，幾乎可以表示出有機物全部氧化所需氧量，測定不受水質(zhì)限制，并可在數(shù)小時內(nèi)完成；但是它不能反映微生物能夠降解的那部分有機物的數(shù)量。3、 微生物對污染物的降解轉(zhuǎn)化特點 共代謝（1）微生物個體微小，比表面積大，代謝速率大；（2）種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣；（3）微生物具有多種降解酶；（4）微生物繁殖快，易變異，適應(yīng)性強；（5）微生物具有巨大的降解能力共代謝只有在初級能源物質(zhì)存在時才能進行的有機化合物的生物降解過程。微生物在利用生長基質(zhì)A時（從中獲得能量、碳源或其他任何營養(yǎng)），同時非生長基質(zhì)B（不能從中獲得能量或營養(yǎng)）也伴隨著發(fā)生氧化或其他反應(yīng)。n 應(yīng)用：處理難降解污染物。n 徹底降解需要多種微生物的聯(lián)合作用。n 如何篩選降解菌：同類物富集（結(jié)構(gòu)類似的生長基質(zhì)）4、微生物對污染物降解轉(zhuǎn)化的影響因素（馴化）（1）微生物的代謝活性（2）微生物的適應(yīng)性 微生物具有較強的適應(yīng)和被馴化的能力。 （馴化）是一種定向選育微生物的方法與過程，通過人工措施使微生物逐步適應(yīng)某特定條件，最后獲得具有較高耐受力和代謝活性的菌株。（3）化合物的結(jié)構(gòu)（4）環(huán)境因素n 溫度：通過影響酶的活性而實現(xiàn)；n 酸堿度：微生物生長和繁殖的最適pH值范圍不同；n 營養(yǎng)：除碳外，還需要氮、磷、硫、鎂等無機元素；n 氧：好氧、厭氧；n 底物濃度4、 評價生物可降解性的方法（呼吸線及BOD/COD）測定生物氧化率測呼吸線測定相對耗氧速度曲線測BOD5與CODCr之比測COD30培養(yǎng)法 呼吸線將污水與污泥混合培養(yǎng)，以時間為橫坐標(biāo)，耗氧量為縱坐標(biāo)繪制的曲線稱為生化呼吸線。將污泥于清水中曝氣培養(yǎng)，微生物處于內(nèi)源呼吸狀態(tài)，其呼吸速率是恒定的，耗氧量與培養(yǎng)時間呈直線關(guān)系，這條曲線稱為內(nèi)源呼吸線。測BOD5與CODCr之比（適用類別？）BOD5/CODCr值越大，說明污水中可生物降解的部分占總COD的比例越大，即污水的可生化性越好。反之，污水的可生化性也越低。6、水體自凈作用 氧垂曲線什么是水體自凈作用？n 天然水體受到污染后，在無人為處理條件下，借助水體自身的能力使之得到凈化的過程。自凈機制n 該過程中包括稀釋、沉降等物理作用，氧化、還原、分解、凝聚等化學(xué)作用，還有更重要的生物作用，即生物對無機物和有機物的同化和異化作用。n 生物中最活躍的是細菌，捕食細菌的原生動物和微型生物也起很大作用。水體自凈過程的三個階段和三個變化n 三個階段 一、有機物進入河流，有機物濃度上 ，異養(yǎng)菌數(shù)量 ，DO ； 二、有機物濃度 ，異養(yǎng)菌數(shù)量 ，原生動物數(shù)量 ，DO ； 三、有機物濃度 ，異養(yǎng)菌數(shù)量 ，原生動物數(shù)量 ，藻類數(shù)量 ，DO ；三個變化一、有機污染物濃度由高降至低；二、生物相發(fā)生一系列變化：異養(yǎng)菌 原生動物數(shù)量 藻類； 三、DO的變化：DO DO 恢復(fù)原有水平氧垂曲線（Oxygen-sag Curve）自凈過程中DO的變化n 有機物濃度上升，耗氧速率復(fù)氧速率，DO下降；n 有機物濃度下降，耗氧速率 =復(fù)氧速率，DO DOmin； n 有機物濃度下降 0，耗氧速率復(fù)氧速率，DO飽和。河流受到污染后，河水中DO含量的變化情況用一條曲線來表示，曲線呈下垂?fàn)?，叫做氧垂曲線。反映了河流的自凈過程。7、活性污染和生物膜處理特點n 具有很強的吸附能力；n 具有很強的分解、氧化有機物的能力；n 具有較長的食物鏈；具有良好的沉降性能第六章 環(huán)境污染物的生物凈化方法1、 活性污泥法和生物膜法 原理、比較 活性污泥法 （一）原理：活性污泥法是利用懸浮生長的微生物絮體處理有機廢水的一類好氧生物處理方法?；钚晕勰喾ǖ幕竟に嚵鞒唐貧獾淖饔靡皇刮鬯c活性污泥充分接觸，并使活性污泥處理懸浮狀態(tài)，避免沉積池底；二是向池中活性污泥供氧，使微生物正常生長繁殖，來氧化分解廢水中的有機污染物。（二）活性污泥法的主要運行方式1. 推流式（CAS）2. 完全混合式3. 漸減曝氣法4. 階段曝氣法（SAAS）5. 吸附再生法（AB）適用于含大量懸浮和膠體顆粒的污水6. 克勞斯（Kraus）法7. 改良曝氣法 缺點是污泥產(chǎn)量大，有機污染物不能得到完全降解，出水水質(zhì)欠佳。8. 高速率曝氣法9. 延時曝氣法（屬完全混合法）10. 氧化溝法（oxidation ditch）11. 深井曝氣法12. 純氧曝氣法13. 序批式活性污泥法（三）活性污泥凈化反應(yīng)的影響因素n 溶解氧（DO）n 水溫 n 營養(yǎng)物質(zhì)生物膜法概念：利用微生物在固體表面的附著生長對廢水進行生物處理的技術(shù)方法。生物膜法反應(yīng)器類型按生物膜與廢水的接觸方式 填充式和浸漬式生物接觸氧化法：介于活性污泥法與生物濾池之間的生物處理工藝。比較：生物膜法、活性污泥法生物膜法 依靠固著于載體表面的微生物膜來凈化有機物活性污泥法 依靠曝氣池中懸浮流動著的活性污泥來分解有機物操作穩(wěn)定性、剩余污泥量、供氧等方面2、 廢水的厭氧生物處理 處理過程（三個階段）水解階段 水解和發(fā)酵性細菌 復(fù)雜有機物酸化階段 產(chǎn)氫、產(chǎn)乙酸細菌 簡單有機物（可溶態(tài)） 甲烷化階段 產(chǎn)甲烷菌 簡單有機酸類、醇類 CH4、CO23、 廢水的微生物脫氮除磷原理微生物脫氮 基本原理生物脫氮主要通過硝化作用和反硝化作用來完成。首先利用好氧段，由亞硝化細菌、硝化細菌的硝化作用，將NH3轉(zhuǎn)化為NO3-N，再利用缺氧段，由反硝化細菌將NO3-N反硝化還原為N2，溢出水面釋放到大氣。硝化作用指NH3被氧化成NO2-，再被氧化成NO3-的過程。微生物 亞硝化細菌和硝化細菌，兩者為化能自養(yǎng)菌反硝化作用指兼性厭氧的硝酸鹽還原菌將硝酸鹽還原為N2的過程。 微生物除磷 原理厭氧放磷：厭氧條件下，積磷菌將體內(nèi)的聚磷分解產(chǎn)生能量一部分能量用于吸收外界可溶性脂肪酸，形成PHB另一部分能量用于生理活動需要好氧吸磷：好氧條件下，PHB分解產(chǎn)生能量一部分能量用于主動過量吸收環(huán)境中的磷，并合成聚磷另一部分能量用于細胞正常生長繁殖4、 固體廢棄物的微生物處理 好氧堆肥原理、微生物過程固體廢棄物的微生物處理方法 堆肥 填埋 厭氧發(fā)酵 焚燒 制糖 制醇好氧堆肥法在有氧的條件下，通過好氧微生物的作用使有機廢棄物達到穩(wěn)定化，轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣谧魑镂丈L的有機物的方法。微生物過程 發(fā)熱階段 高溫階段 降溫和腐熟保肥階段5、 大氣污染物的微生物處理 指利用微生物的生物化學(xué)作用，使大氣污染物分解，轉(zhuǎn)化為無害或少害物質(zhì)。 目前主要用來凈化有機污染物，特別是脫除臭味 （1）煤炭微生物脫硫 細菌浸出法 表面改性法 （2）微生物對無機廢氣的處理 微生物對無機廢氣的處理主要利用一些化能自養(yǎng)菌如硝化細菌、硫化細菌和氫細菌等。適合于微生物處理的無機廢氣污染組分主要有：氨和硫化氫。（3）微生物對有機廢氣的處理 微生物吸收法 微生物洗滌法 微生物過濾法第七章 現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境污染治理1、生物技術(shù) 概念以現(xiàn)代生命科學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合先進的工程技術(shù)手段和其它基礎(chǔ)學(xué)科的科學(xué)原理，按照預(yù)先的設(shè)計改造生物體或加工生物原料，為人類生產(chǎn)出所需產(chǎn)品或達到某種目的。簡而言之，指利用生物有機體或組成部分發(fā)展新產(chǎn)品或新工藝的一種技術(shù)體系。2、基因工程 概念、基本條件、關(guān)鍵步驟、基本過程（內(nèi)容、工具酶、載體種類、目的基因的獲得方法）基因工程的概念基因工程又稱DNA重組技術(shù)，將外源基因通過體外重組后導(dǎo)入受體細胞內(nèi)，使這個基因能在受體細胞內(nèi)復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯表達。基因工程實施的四個基本條件基因 工具酶 載體 受體細胞基因工程的關(guān)鍵步驟 選擇工具酶 選擇合適的載體 目的基因的分離 目的基因?qū)胧荏w 目的基因的篩選和檢測基因工程的基本過程（1）基因工程的工具酶（2）基因工程載體“基因的運輸工具”（3）目的基因的分離（4）目的基因與載體的重組工藝（5）將目的基因?qū)胧荏w細胞（6）對目的基因的篩選和檢測工具酶把DNA分子切割、DNA片段修飾和DNA片段連接等所需的酶稱為工具酶。主要有限制性內(nèi)切酶、連接酶、修飾酶。載體的種類目前已構(gòu)建應(yīng)用的基因工程載體有：質(zhì)粒載體、噬菌體載體、病毒載體以及由它們互相組合或與其它基因組DNA組合成的載體（人工載體）質(zhì)粒是基因工程最常用的載體，在基因工程中應(yīng)用廣泛目的基因的獲得方法（1）從基因組直接分離目的基因 常用方法鳥槍法（2）酶促合成法（基因文庫法，或cDNA文庫法）此外還可利用PCR技術(shù)，可使少量的目的基因片段在合適的條件下進行擴增，以獲得目的基因片段。3、細胞工程 概念、主要方法（細胞培養(yǎng)、細胞融合、細胞重組、遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移）、原生質(zhì)體細胞工程的概念 在細胞水平上（細胞增殖、分化、死亡）研究、開發(fā)和利用各類細胞的工程。細胞工程的主要方法細胞培養(yǎng)、細胞融合、細胞重組、遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移原生質(zhì)體細胞質(zhì)壁分離后去掉細胞壁所余下的那部分結(jié)構(gòu)稱為原生質(zhì)體5、 酶學(xué)工程 固定化酶、酶固定化的原因固定化酶又稱水不溶酶，是通過物理吸附法或化學(xué)鍵合法將水溶性酶和固態(tài)的不溶性載體相結(jié)合，使酶變成不溶于水但仍保持催化活性的衍生物。為什么要對酶進行固定化？ 酶的穩(wěn)定性較差，在適當(dāng)溫度、pH值和無機離子等外界因素的影響下，容易變性失活。 酶一般都是在水溶液中與底物反應(yīng)，這樣酶在反應(yīng)系統(tǒng)中與底物和產(chǎn)物混在一起，反應(yīng)結(jié)束后，即使酶仍有較高的活力，也難于回收利用。這種一次性使用酶的方式，不僅使成本較高，而且難于連續(xù)化生產(chǎn)。6、 發(fā)酵工程 微生物類型、過程四個階段發(fā)酵的微生物類型主要有酵母、霉菌和細菌。發(fā)酵工程過程的四個階段 第一階段：發(fā)酵原料的預(yù)處理 第二階段：發(fā)酵過程的準(zhǔn)備 第三階段：發(fā)酵過程 第四階段：產(chǎn)品的分離和純化6、生物氧化塘 概念、凈化原理、分類生物氧化塘，又稱穩(wěn)定塘，是利用藻類和細菌兩類生物間功能上的協(xié)同作用處理污水的一種生態(tài)系統(tǒng)。凈化原理利用細菌與藻類的互生關(guān)系，分解廢水中的有機污染物。氧化塘內(nèi)好氣狀態(tài)的維持，主要靠藻類充分生長，不必另消耗動力進行曝氣。分類按塘水中氧的存在狀態(tài)不同，可分為兼性氧化塘、厭氧塘、好氧高效塘、精制塘（深度處理塘）和曝氣氧化塘7、污水土地處理系統(tǒng) 概念、凈化原理、主要類型、與污灌的區(qū)別概念利用土地及其中的微生物和植物根系對污染物的凈化能力來處理已經(jīng)經(jīng)過預(yù)處理的污水或廢水，同時利用其中的水分和肥分促進農(nóng)作物、牧草或樹木生長的工程設(shè)施投資少、能耗低、易管理、凈化效果好凈化原理包括土壤的過濾截留、物理和化學(xué)的吸附、化學(xué)分解、生物氧化以及植物和微生物的攝取等作用主要類型慢速滲濾系統(tǒng)快速滲濾系統(tǒng)地表漫流系統(tǒng)自然濕地系統(tǒng)地下滲濾處理系統(tǒng)與污灌的區(qū)別 土地處理系統(tǒng)要求對污水進行必要的預(yù)處理，去除污水中有害物質(zhì)。 土地處理系統(tǒng)是按照全年連續(xù)運行的污水處理設(shè)施；污灌則是按照農(nóng)作物的需要進行灌溉。 土地處理系統(tǒng)有完整的工程系統(tǒng)并可以調(diào)控，其底層防滲系統(tǒng)，有效的控制了污水對地下水可能造成的污染。 土地處理系統(tǒng)地面上種植的植物，以有利于污水處理的牧草、林木、青飼料等經(jīng)濟作物為主，不種直接食用的農(nóng)作物；污灌的土地常以糧食、蔬菜等農(nóng)作物為主。第八章 污染環(huán)境的生物修復(fù)1、生物修復(fù) 概念、特點、分類生物修復(fù)的基本原理和特點利用生物將土壤、地表及地下水或海洋中的危險性污染物現(xiàn)場去除或降解的工程技術(shù)系統(tǒng)生物修復(fù)技術(shù)的特點優(yōu)點 投資費用省，對環(huán)境影響小，能有效降低污染物濃度，適用于在其他技術(shù)難以應(yīng)用的場地，而且能同時處理受污染的土壤和地下水局限性 需要對具體地點的狀況和污染物進行詳細而昂貴的考察，微生物活性受溫度和其他環(huán)境條件的影響，某些情況下，生物修復(fù)不能去除全部的污染物生物修復(fù)的分類植物修復(fù)利用植物去治理水體、土壤和底泥等介質(zhì)中的污染的技術(shù)微生物修復(fù)動物修復(fù)2、生物修復(fù)工程技術(shù)生物修復(fù)的可行性研究地表水生物修復(fù)工程技術(shù)土壤生物修復(fù)工程技術(shù)地下水生物修復(fù)工程技術(shù)