第五章--污染物在生物体内的迁移与生物效应.docVIP

第五章 污染物在生物体内的迁移与生物效应 随着工农业生产的发展，化学物质进入环境的种类和数量日益增加，化学物质对环境污染和破坏所引起的生物效应和生态系统结构与功能的变化，已日益受到人们的广泛关注。本章侧重介绍污染物在生物(动物、植物)体内的生物化学过程、在食物链中的迁移累积特征及其对生物及其群落生态的各种效应。 第一节 污染物在生物体内的迁移 一、植物对于污染物的吸收与迁移 植物作为陆地生态系统的主要初级生产者，通过其光合作用，将CO2、水和无机盐等非生命物质转化为可以利用的有机物，为人和动物的生存提供物质和能量。污染物不仅直接影响植物的生长，同时影响植物的生物学产品质量，从而威胁人类和动物健康。许多研究表明，虽然人和动物可以通过呼吸和表皮吸收等途径吸收部分污染物，但植物吸收和积累是污染物沿食物链生物累积和生物放大并最终对人类和其他生物产生危害的主要途径。污染物在植物体内的运移过程包括吸收、迁移、排除、积累等。 (一)植物对污染物的吸收和在体内的迁移 1．污染物进入植物体 (1)污染物进入植物体的途径 环境污染物进入植物体内主要有3条途径。 ①根部吸收：污染物被根部吸收后随蒸腾流输送到植物各部分。根部吸收污染物主要有两种方式：主动吸收过程和被动吸收，前者需要能量消耗，后者包括扩散和质流。 ②叶片吸收：暴露在空气中的植物地上部分，主要通过植物叶片上的气孔从周围空气中吸收污染物，是植物对大气污染物吸收的主要方式，如SO2、NOx、O2等。此外，沉积或吸着于叶表的污染物也可通过角质层的渗透作用进入叶片。 ③表皮渗透：有机化合物蒸气经过植物地上静表皮渗透进而摄人体内。 经根部吸收的物质，一部分截留于根中，另一部分被运输到植物体其他部分去，两者间比例的大小则取决于污染物种类和植物类型。如对重金属而言，通常绝大部分累积于根中，根系中的浓度远远大于地上部分；而同样是重金属，对超积累植物而言，则地上部分的浓度要尤于根部的浓度。叶片吸收的物质也是如此，一部分在叶片内存留，一部分分布到其他部位。 (2)物质在植物体内的运输 物质可在植物体内向上或向下运输，有关物质运输的途径和组织，一般有以下几个规律，①盐类和无机物质是在木质部向植物体上部运输的；②盐类和无机物质向下运输是靠韧皮部进行的；③有机物质可通过韧皮部向上或向下运输；④有机氮化合物可在木质部或韧皮部向上或向下运输；⑤在春季叶片还未展开前，汁液在植株内上升时，糖类等有机化合物(包括与糖结合的金属元素)在木质部积累，此时由于没有蒸腾拉力而失去向上的动力；⑥物质(溶质)能从一个组织到另一个组织进行横向运输，主要是通过扩散作用、主动运输等途径进行。 利用放射性同位素技术，研究叶片吸收离子后上、下运输的途径，其结果表明：叶片吸收离子后，是沿着韧皮部向下运输的；同时，也可从韧皮部横向运输至木质部，但叶片的下行运输还是以韧皮部为主。无机离子在植物体内的移动速度一般为30～100cm／h。 有机物质的运输是由韧皮部进行的。有机农药、酚、多环芳烃、多氯联苯等在植物体内主要是靠韧皮部运输的。木质部的输导组织主要包括导管和管胞，它们都是中空无原生质的长形细胞，细胞与细胞之间有孔，适合于对物质的长距离运输；裸于植物主要靠管胞，被子植物主要靠导管。韧皮部的输导组织主要是筛管。 2．植物根部吸收污染物的运输过程 (1)到达内皮层前的移动 从根表面吸收的污染物能横穿根的中柱，被运送人导管内，然后经导管随蒸腾拉力向地上部分移动，一般认为；穿过根表皮的无机离子到达内皮层可能有下述两条途径。 ①自由空间通道：即无机离子和水通过细胞壁和细胞间隙达到内皮层。所谓自由空间，是指根部组织中容易为外部溶质扩散通过的那部分空间，它的内边界是原生质膜。自由空间是由细胞间隙、细胞壁微孔和细胞壁与原生质膜之间的空隙3部分组成。根中自由空间的体积相当于幼根总体积的10％；由于根内的真实自由空间难以直接测出， Hope和Slevens(1952)引入了“表观自由空间”(AFS)这一概念，它包括水分自由空间(WFS)和道南自由空间(DFS)两部分。水分自由空间指的是水溶性离子可以自由进出的那部分空间。一般植物的水分自由空间为0.1—0.15mL/g(按鲜重计》。道南自由空间指的是细胞组织(包括原生质膜)上所带的负电荷点位而吸持阳离子、排斥阴离子所占据的体积。植物根系的阳离子交换量(CEC)与道南自由空间的大小密切相关。因而，不同植物种类的道南自由空间表现出较大差异，如CEC大的双子叶植物的道南自由空间通常比CEC小的单子叶植物的大。在测定时，AFS指根部或组织中自由空间的表观体积，即外部溶液与自由空间内的溶液之间的扩散达到平衡时，自