第八章 生物对受损环境的监测 西北大学环境生物学课件

第八章环境质量生物监测与生物评价8.1 生物监测和环境质量评价概念环境质量：环境素质的优劣程度. 即在一个具体的环境内，环境的总体或环境的基本要素对人群的生存和繁衍及社会经济发展的适宜程度。

具体指自然环境质量和社会环境质量两个方面.包括物理的、化学的和生物的质量；又可具体划分为：大气环境质量、水环境质量、土壤环境质量、生物环境质量等.生物环境质量：自然环境质量的重要组成部分，指周围生物群落构成的特点而言,不同地区生物群落的结构及组成持点不同，其生物环境质量也有差别。

•环境质量基准: 环境因素在一定条件下作用特定对象（人或生物)而不产生不良或有害效应的最大阈值.它是由污染物同特定对象之间的剂量－反应关系确定的,不考虑社会、经济、技术等人为因素。

或者说环境质量基准是保障人类生存活动及维持生态平衡的基本水准。

具有客观性。

•环境质量标准:国家权力机构以前者为依据，考虑社会、经济、技术等因素,经过综合分析后，对环境中的有害因素在限定的时空范围内容许阈值所作的强制性法规，体现国家环境保护政策和要求。

具有主观性。

GB3838-88“地面水环境质量标准”。

考察环境质量:•环境质量调查：环境背景值、自然环境状况、区域污染状况、人类干扰、环境因素危害等.•环境质量监测:对环境指标进行定期的或连续的监测、观察和分析其变化。

•环境质量评价：按照一定的标准，采用相应的方法对环境质量进行评定、比较及预测。

•环境质量调控：达到一定的标准;污染物不超出许的容纳量。

•环境质量预测：环境质量未来趋势所作的推断.●生物监测：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。

➢具体就是利用生物对环境毒物、污染物的反应变化及变化程度去监测评价环境质量的变化、受污染程度。

➢生物监测重点放在个体和生态系统级的生物反应上➢生物监测至少应具备条件：对比性；重复性◆生物监测内容包括：•生态环境变化•生物个体急性、亚急性、慢性的毒性测定•生物的生理生化分析•有毒物质、污染物在生物体内循环运转的分析•个体生态状况以及群落生态结构变化分析等◆生物监测的依据生态系统理论是生物监测的理论基础.具有维持一定地区的系统结构与功能的能力◆生物监测基本方法1、指示生物法指示生物：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 ;另有定义：环境中对某些物质(包括进入环境中的污染物)能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物。

植物细胞中的液泡是脂蛋白膜包围而成的封闭系 统，具有盐类、糖类、-COOH、 -NH2、 -SH、 酚基等能与污染物结合的“结合座”。 菌根植物中由于菌根可能通过调节根际中重金属 形态来影响重金属有效性，阻隔过量重金属进入 根系；又因菌根细胞壁或菌丝黏液中有机化合物 可鳌合重金属离子，从而提高菌根植物对过量重 金属污染的抗性。
（一）生物细胞壁对污染物的结合和钝化 ＊植物细胞壁果胶质、木质素、纤维素和半
纤维素分子的-COOH
-CHO等基团都能与重
金属毒物结合而失去毒性；
＊微生物中细菌的细胞壁表面的羧基、巯基等基团 可富集重金属
＊微生物细胞膜上的吸附专性蛋白可富集重金属 ＊在胁迫环境下，微生物改变细胞酶系及抑制物质 合成位点，从而使原生质膜和通透性发生改变来 结合、钝化重金属
二、生物入侵的途径
1、人类有意引进
（人们为了农林牧渔业生产、生态环境建设、 生态保护等目的，会有意引进某一物种， 到最后却无法加以控制，导致外来物种泛
滥成灾）
1979年引入，曾取得了一定的经济效益。但近年来在一些地方变 成了害草，表现在：（1）破坏近海生物栖息环境，影响滩涂养殖； （2）堵塞航道，影响船只出港；（3）影响海水交换能力，导致 水质下降，并诱发赤潮；（4）威胁本土海岸生态系统，致使大片 红树林消失 .
目前已大面积商品化生产的转基因作物主要是提高作物抗性 （如抗病、抗虫、抗除草剂）和改良作物的性状为主。以抗虫 棉为例，其优势十分明显，它不仅可以抵抗棉铃虫等害虫的危 害，提高棉花产量，而且因大量减少了农药的使用量而节省费 用，减轻了农药对棉农的毒害及对天敌的杀害，保护了环境。
从全球角度看，1995年到1998年4年间，转基因作 物销售收入增加20倍。1995年仅为7500万美元，1996 年翻三番达2.35亿美元，1997年又翻了近3番，达6.7 亿美元，1998年在12亿～15亿美元之间。世界市场到 2000年会达到30亿美元，预计2005年达60亿美元，到 2010年将达到200亿美元。

冻干菌种：挑选、培育的亮堂发光杆菌，真空冷冻 枯燥〔加维护剂，缓冲物质，NaCl等〕，-20— 25°C保管。
〔二〕实验方法
菌种复苏：2%NaCl，悬液 样品处置：系列稀释，调pH6-8，浸透压2%NaCl
毒性测定：测试管参与样品和菌液，以苯酚作阳性 有机毒物对照，以ZnSO4.7H2O作阳性无机毒物 对照，蒸馏水为阴性对照。15oC培育5min或 15min。光量抑制百分率：
• 半数效应浓度〔EC50〕和半数抑制浓度 〔IC50〕:影响或抑制微生物正常生理目的 值50%所需的待测物浓度。
检测毒性的手段：动物检测、微生物检测 动物检测急性毒性：研讨化学物质大剂量一次染毒或
24小时内多次染毒动物所引起的毒性的实验。 其目的是短期内了解该物质的毒性大小和特点，并为
进一步开展其他毒性实验提供设计根据。 急性毒性实验类型 哺乳动物急性毒性实验 水生生物急性毒性实验 蚯蚓急性毒性实验 察看时间为2周，以半数致死浓度LC50表示。
• 微生物检测选择一项或几项生理目的为指征，根据 代谢物影响或抑制这些指征的程度来判别毒性的强 度。
• 评价目的多为EC50或IC50
第一节 污染物生物毒性的微生物监测方法
一、发光细菌—细菌生物发光抑制实验
细菌生物发光的生物学机制：
FMNH2 + RCHO +细O菌2 荧光素酶 RCOOH + 光
明两者的相关系数达0.85。 可以根据细菌生物发光实验的发光抑制率进展毒性
分级。
各实验室间结果的重现性好
可用于生物传感器分析
二、硝化细菌—硝化作用抑制实验
国际规范化组织将该方法作为检测化合物或废水毒 性的规范方法之一〔ISO 9509〕。
〔一〕实验原理 毒性污染物抑制硝化作用的酶类，导致对底物的利

水生态系统保护与恢复 通过治理水污染、恢复水生植被等措施，保护和恢复水生态系统。
加强水资源管理和保护，合理利用水资源。
生态环境保护与恢复的实践案例
农业生态系统保护与恢复 推广生态农业和有机农业，减少化肥和农药的使用。
加强农田水土保持和土壤改良，提高土壤肥力。
06
环境生物学实验技术与方 法
环境生物学实验设计原则与方法
导致生物中毒
当生物体摄入含有大量有 毒物质的水时，会出现中 毒症状，甚至导致死亡。
土壤污染对生物的影响
影响植物生长
01
土壤污染中的有害物质会对植物的生长产生不良影响，如抑制
植物生长、降低植物产量和品质等。
破坏土壤生态系统
02
土壤污染会破坏土壤中的生态系统平衡，导致土壤生物多样性
减少，土壤功能退化。
环境生物学常用实验技术与方法
• 生态环境因子观测：对样地的气候、土壤、水文等生态环 境因子进行定期观测和记录。
环境生物学常用实验技术与方法
环境因子模拟
通过实验室设备模拟不同环境条件，研究生物对环境变化的响应。
生物生理生化指标测定
测定生物的生理生化指标，如酶活性、代谢产物等，以评估生物对 环境变化的适应性。
发展历程
环境生物学起源于20世纪初的生态学研究，随着环境问题的日益严重和人类对 生态环境的关注加深，环境生物学逐渐发展成为一个独立的学科领域。
环境生物学的研究对象与任务
研究对象
环境生物学的研究对象包括个体、种 群、群落和生态系统等多个层次，涉 及植物、动物、微生物等各类生物。
研究任务
揭示生物与环境之间的相互作用机制， 探讨生物适应环境的策略以及环境变化 对生物多样性的影响，为环境保护和生 态修复提供科学依据。