第—节 环境污染物的生物标志物
一、概述
污染物进入生物机体后，经过生物体内的代谢，一些污染物被代谢成无毒的物质排出体外，另一些污染物或一些污染物的代谢产物产生对生物不利的影响。
污染物对生物机体的最早作用是从生物大分子开始的，然后逐步在细胞、器官、个体、种群、群落、生态系统各个水平上反映出来。
污染物进入机体后，首先将导致机体一系列的生物化学变化。这些变化广义上说可分为两种：
一种是用来保护生物体抵抗污染物的伤害，称之为防护性生化反应；
另一种不起这种作用，称之为非防护性生化反应。
防护性生化反应的机理是通过降低细胞中游离污染物的浓度，从而防止或限制细胞组成部分发生可能的有害反应，消除对机体的影响。
要确定某种污染物对环境造成的危害程度，就需要检测并衡量其引起的生物效应。这对污染物质的鉴定和来源分析十分有用。
生物监测就是根据化学物质能够引起生物效应的原理进行的。特定的生物效应可以表征某特定化合物及其有害暴露效应。
作为生物标志物，生化水平的生物效应有着很明显的优势。
生化系统或分子水平的变化往往是环境变化引起的生物效应中能最先被定量检测出来的；
生化系统的变化既可以做化学暴露的标志，又可以做其产生的有害影响的标志。
目前对环境污染物产生效应的主要系统有：
1)细胞色素P450单加氧酶是一种蛋白质，与有机化合物在体内的生物转化有关，导致分子变化和有毒代谢物的活化或是钝化。
2)金属硫蛋白是种低相对分子质量能与金属结合的蛋白质，与重金属的螯合及代谢有关。在实验室或是野外的条件下，其合成可以由各种营养必需和非必需的有毒重金属所诱导。
3)应激蛋白或热冲击蛋白是一组可以用不同物理条件和化学制剂诱导合成的蛋白质。其中的一些被认为在保护细胞使其免受环境干扰中起着重要作用。另一些与各种基因的调节有关。
4)相II(结合)酶通过使外源化合物(包括细胞色素P450激活的代谢物)与水溶性的内源化合物结合，在外源化合物的解毒和排泄中起辅助作用。
化学品的生态毒理学
随着人类工业化的加速发展，大量的化学品进入了环境当中。这些化学品对于生态系统的影响，已经成为了一个备受关注的话题。其中，生态毒理学研究的就是化学品对于生物体的毒性效应，以及在生态系统中的生物累积效应。
化学品可以通过不同的途径进入生态系统，例如通过废水排放、空气传播等。它们可以对水体、土壤和空气中的生物体造成直接或间接的毒性影响。生物体对于毒性的反应取决于许多因素，如其种类、年龄、体重等。在多种情况下，活性化学物质会被吸附并对生物体造成毒性负担。
化学品对生态系统带来的影响非常复杂。它们会在环境中产生许多不确定的环境变量。其中，最重要的是其对生物体的毒性效应。许多化学品都是对生物体有毒害的物质，即生态毒化学品。
生态毒理学研究的主题之一就是生物的毒性反应，即化学物质对生物体的影响。这个问题涉及到一个非常复杂的范围，涉及到不同物种的不同反应，包括其生命周期的不同阶段，从繁殖和生长到死亡。此外，还涉及到多种环境因素的影响，如温度、光照和营养水平等。
对于生物体而言，环境中的化学物质可以通过三种不同的方式影响它们，即通过1. 饮食、2. 呼吸和3. 皮肤等途径。其中，饮食是最为常见的方式，因为生物体需要不断地吸收营养物质以维持生命。通过饮食摄入的化学物质对生物体的影响通常是最显著的效应，但同时也是最难检测的效应。皮肤的途径通常是次要的，因为物体表面通常相对较小而且被皮肤所保护。除此之外，某些化学物质也可能通过空气进入生物体，这种方式通常针对水生生物和昆虫等。
在生态系统中，化学物质对生物体的影响通常会经过许多复杂的过程，主要包括吸收、吸附、转化和累积等。这些过程之间的相互作用可能会影响到生物体的毒性反应速度和程度。例如，许多生物体可以通过吸收和转化来将有毒的化学物质转化为无毒的化学物质。此外，化学物质的吸附和累积效应也是生态毒理学研究的重要对象。生态系统中的一些生物体可以通过吸附化学物质来减轻该物质对其长期影响的负担。这种累积过程的结果是化学物质在生物体中会持续存在。
第八章 环境污染生态效应
污染物在生态系统中的迁移及转化
一、环境污染物质的迁移
污染物进入生态系统后的迁移，取决于污染物本身的理化性质及环境条件，概括起来，有以下途径：
1 、 污染物进入水体后被水生生物吸收或经微生物作用后被水生生物吸收。 吸收方式有食物链上各营养级直接吸收和食物链逐级传递富集，有的经陆生生物，人食用后逐步富集。循着这一食物链系统受污染物作用的生物的尸体，肢体被微生物分解后又被返回水体进行再循环，有的则沉淀在江河、湖泊、海洋的底泥中。
2 、污染物进入水体，由水体灌溉土壤或直接进入土壤，再由陆生生物吸收进入生物体或是由植物吸收后依食物链逐级传递至食物链中顶级动物和人。然后被污染生物由微生物分解又回到土壤、水、大气或沉积层。
3 、废气进入大气后被生物呼吸、吸附或沉降到土壤，水中再依 1 、 2 途径循环。
二、污染物在环境中的转化
排入环境的污染物质由于介质的影响及污染物本身的理化性质，其在环境中的转化也将有所不同。
（一）生物性转化
1 ．生物体的积累、富集。相当一部分污染物进入环境后即被一些生物直接吸收，在生物体内积累起来。有的则通过不同营养级的传递、运移使顶级生物的污染物富集达到严重程度，可使人体发生严重的疾病。
2 ．生物作用。有的物质进入环境后因生物的作用而发生物质形态、性质的变化。
3 ．生物吸收、代谢、吸附作用。相当多的污染物都能被生物吸收。这些物质进入生物体内在各种酶系参与下发生氧化、还原、水解、络合等反应。有的毒物经过这些过程转化成无毒物质，有的毒性反而增强。
（二）化学转化
1 ．中和置换反应。污染物进入生态系在水溶液中稀释，溶解后多呈离子态，所以很容易和环境中酸、碱性物质起中和置换反应。
2 ．氧化还原作用。有的物质排入环境中发生氧化还原反应。
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实验八 UV-B对小球藻过氧化氢酶（CAT）活性的影响
UV-B对小球藻过氧化氢酶（CAT）活性的影响
一、 实验目的
1、掌握酶提取及活性测定的方法。
2、了解UV-B辐射对CAT活性的影响。
二、 实验原理
过氧化氢酶(CAT)又称为触酶，主要分布在植物细胞的过氧化物酶体、乙醛酸循环体和细胞质中，线粒体内也有少数分布。
CAT作为活性氧自由基的重要清除剂，是清除H2O2的主要酶类，在植物的抗氧化胁迫作用中扮演重要的角色。
UV-B是一种环境污染因子，低强度的UV-B 辐射处理会使小球藻CAT 活性增强，且其活性基本是随着UV-B 辐射时间的延长而增强。这是因为UV-B胁迫产生了活性氧自由基，抗氧化酶活性升高及时清除体内过剩的自由基，保护细胞膜系统免受伤害，但当胁迫超出了生物体的承受能力后，酶自身也会受到破坏。
本实验的紫外辐射强度为10µW/cm2且处理时间为60分钟，其胁迫超出了生物体的承受能力后，酶自身也会受到破坏。其原理为UV-B可与CAT的硫基或其他活性基团相互作用，从而改变酶的活性，并产生毒性效应。
过氧化氢在240nm波长下有强烈的吸收能力，过氧化氢酶能分解过氧化氢，使反应溶液吸光度随反应时间而降低。根据测量吸光率的变化速度即可测出过氧化氢酶的活性。通过实验组和对照组所测的过氧化氢酶活性大小的比较就可得出高强度的UV-B对过氧化氢酶的活性的影响。
三、 实验材料与仪器
1.实验材料：小球藻，石英砂，磷酸缓冲液，H2O2。
2.实验仪器：研钵、分光光度计、低温高速离心机、培养箱、UV-B辐射箱、擦镜纸、10mL离心管，1mL、10μL移液枪等。
四、 实验步骤
1.小球藻培养：培养液采用f/2营养盐配方,在指数生长期接种。
2.接种密度为5×104个•mL-1，培养温度（20±1）℃。培养3天后小球藻正处于对数期，#
且密度为1×105个•mL-1 。
3..UV-B辐射处理：设有两组，实验组的辐射强度控制在10µW/cm2 ，处理时间为60分钟，并设有对照组，正常日光灯管照射。每组实验同时设置3个平行样。
