3.污染物的生物迁移 3.1生物积累 3.2生物富集 3.3生物放大
3. 污染物的生物迁移 • 3.1 生物积累 • 3.2 生物富集 • 3.3 生物放大
31生物积累 生物从周围环境和食物链蓄积某种物质或元素,使其在机体中的浓度超 过周围环境中浓度的现象称为生物积累,可用生物浓缩系数BCF表示。 生物富集和生物放大都可以造成生物积累。 BCF=C(某物质或元素在生物体内的浓度)/C(某物质或元素在周围环境中的浓度 3.2生物富集 生物通过非吞食方式从外界摄取营养物质的同时,使某些污染物或元素 在生物体内的浓度大大超过周围环境中的浓度的现象,称为生物浓缩或 生物富集。常用浓缩系数来表示生物浓缩率
• 3.1 生物积累 • 生物从周围环境和食物链蓄积某种物质或元素，使其在机体中的浓度超 过周围环境中浓度的现象称为生物积累，可用生物浓缩系数BCF表示。 • 生物富集和生物放大都可以造成生物积累。 • 3.2 生物富集 • 生物通过非吞食方式从外界摄取营养物质的同时，使某些污染物或元素 在生物体内的浓度大大超过周围环境中的浓度的现象，称为生物浓缩或 生物富集。常用浓缩系数来表示生物浓缩率。 BCF =CB (某物质或元素在生物体内的浓度) C（某物质或元素在周围 E 环境中的浓度）
33生物放大 在生态系统中,生物往往通过食物链和呼吸两个途径在体内浓缩 污染物质。一种污染物的浓度在同一食物链上往往随着营养级提 高而逐步增大,甚至可提高数百倍至数万倍,从而对人体构成危 害,这种作用称为生物放大作用。生物放大的程度可以用生物浓 缩系数表示 ·生物放大并不是在所有条件下都能发生,有些物质只能沿食物链 传递而不放大,有些物质既不能沿食物链传递也不能沿食物链放 大。原因是同种生物可能隶属于不同食物链不同的营养级,因而 有不同的食物来源,扰乱了生物放大;不同生物或同种生物在不 同条件下对污染物的吸收、降解、排泄、积累等均有可能不同, 也会影响生物放大状况
• 3.3 生物放大 • 在生态系统中，生物往往通过食物链和呼吸两个途径在体内浓缩 污染物质。一种污染物的浓度在同一食物链上往往随着营养级提 高而逐步增大，甚至可提高数百倍至数万倍，从而对人体构成危 害，这种作用称为生物放大作用。生物放大的程度可以用生物浓 缩系数表示。 • 生物放大并不是在所有条件下都能发生，有些物质只能沿食物链 传递而不放大，有些物质既不能沿食物链传递也不能沿食物链放 大。原因是同种生物可能隶属于不同食物链不同的营养级，因而 有不同的食物来源，扰乱了生物放大；不同生物或同种生物在不 同条件下对污染物的吸收、降解、排泄、积累等均有可能不同， 也会影响生物放大状况
4.污染物的生物转化 41生物转化的若干概念与规律 42无机物的微生物转化 42.1氢的微生物转化 4.2.2硫的微生物转化 423重金属元素的微生物转化 43有机物的微生物转化 4.3.1氧化反应类型 4.3.2还原反应类型 43.3水解反应类型 434结合反应类型
4. 污染物的生物转化 • 4.1 生物转化的若干概念与规律 • 4.2 无机物的微生物转化 • 4.2.1 氮的微生物转化 • 4.2.2 硫的微生物转化 • 4.2.3 重金属元素的微生物转化 • 4.3 有机物的微生物转化 • 4.3.1 氧化反应类型 • 4.3.2 还原反应类型 • 4.3.3 水解反应类型 • 4.3.4 结合反应类型
生物转化是指污染物进入生物体后,在有关体内酶或分泌到体外 的酶的催化作用下的代谢变化过程,包括生物降解和生物活化两 种转化过程。 生物降解是在生物体内酶或分泌酶的作用下将有机物分解为简单 有机物或无机物,转变为低毒或无毒物的过程。多数污染物经生 物转化后,水溶性提高,毒性也相对减弱或消失,有的分解中间 产物与生物体内的物质相结合,生成易排泄物而迅速排出体外 生物活化是有的污染物在生物体内的代谢过程中转变为比母体毒 性更大的生物活性物质的现象,例如汞的甲基化。 返回
• 生物转化是指污染物进入生物体后，在有关体内酶或分泌到体外 的酶的催化作用下的代谢变化过程，包括生物降解和生物活化两 种转化过程。 • 生物降解是在生物体内酶或分泌酶的作用下将有机物分解为简单 有机物或无机物，转变为低毒或无毒物的过程。多数污染物经生 物转化后，水溶性提高，毒性也相对减弱或消失，有的分解中间 产物与生物体内的物质相结合，生成易排泄物而迅速排出体外。 • 生物活化是有的污染物在生物体内的代谢过程中转变为比母体毒 性更大的生物活性物质的现象，例如汞的甲基化。 •
42.1氮的微生物转化 ·氮是构成生物体的必需元素。在环境中氮的主要形态有三种:空 气中的分子氨;生物体内的蛋白质、核酸等有机氮化合物,以及 生物残体变成的各种有机氮化合物;铵盐、硝酸盐等无机氮化合 物。三种形态间的转化主要是通过微生物作用,包括氮的同化、 氨化、硝化、反硝化和生物固氮等 氮的同化:绿色植物和微生物吸收硝态氮NO3-N和铵态氮NH4+N, 组成机体中的氨基酸、多肽、蛋白质、核酸等含氮有机物质的过 程,与光合作用、糖类物质代谢过程相伴随
• 4.2.1 氮的微生物转化 • 氮是构成生物体的必需元素。在环境中氮的主要形态有三种：空 气中的分子氨；生物体内的蛋白质、核酸等有机氮化合物，以及 生物残体变成的各种有机氮化合物；铵盐、硝酸盐等无机氮化合 物。三种形态间的转化主要是通过微生物作用，包括氮的同化、 氨化、硝化、反硝化和生物固氮等 • 氮的同化：绿色植物和微生物吸收硝态氮NO3 - -N和铵态氮NH4 + -N， 组成机体中的氨基酸、多肽、蛋白质、核酸等含氮有机物质的过 程，与光合作用、糖类物质代谢过程相伴随
氨化过程:所有有机残体中的有机氮化合物,经微生物的作用分 解成氨态氮的过程。 蛋白质水解酶 蛋白质 多肽…>二肽……氨基酸 NH2 水解脱氨 OH R-CH-COOH+ H,O R-CH-COOH+ NH3 NH2 氧化脱氨 R-CH-COOH+ O? R-COOH+ CO2+ NH3 NH2 R-CH-COOH+2述原脱氨 RCH2COOH+ NH3 NH2 脱氢氧化脱氨 R-CH-COOH RCH=CHCOOH+ NH
• 氨化过程：所有有机残体中的有机氮化合物，经微生物的作用分 解成氨态氮的过程。 蛋白质 多肽 二肽 氨基酸 蛋白质水解酶 R-CH-COOH N H2 + H2O R-CH-COOH N H3 O H + 水解脱氨 + + N H3 N H2 R-CH-COOH O2 氧化脱氨 R-COOH+ CO2 R-CH-COOH N H2 + + N H3 2 [H] RCH2COOH 还原脱氨 + N H3 N H2 R-CH-COOH 脱氢氧化脱氨 RCH=CHCOOH
固氮作用:通过固氮菌的作用把分子氮转变为氨的过程。所生成的 氨并不排出菌体外,而是在菌体内进一步参与合成氨基酸和蛋白质。 3[CHO]+2N2+3H2O+4H--3CO2+4NH 硝化作用:氨在有氧条件下通过微生物的作用氧化成硝酸盐的过程。 硝化作用要求高水平的氧,即充足的氧供给条件 中性至弱碱性条件,当pH>9.5时硝化细菌受到抑制,pH<6.0时亚硝化 细菌被抑制 最适宜温度为30℃,低于5℃或高于40℃时就不能活动。 硝化作用在自然界,特别是在土壤环境和污水处理中很重要,比如 肥料以铵盐或氨形态进入土壤时,微生物的硝化作用可将其转变为 植物较易吸收利用的硝态氮。 亚硝化细菌 2NH3+302 2H+2NO2+2H2O+能量 2NO,+O 硝化细茵2NO3+能量
• 固氮作用：通过固氮菌的作用把分子氮转变为氨的过程。所生成的 氨并不排出菌体外，而是在菌体内进一步参与合成氨基酸和蛋白质。 • 硝化作用：氨在有氧条件下通过微生物的作用氧化成硝酸盐的过程。 – 硝化作用要求高水平的氧，即充足的氧供给条件； – 中性至弱碱性条件，当pH>9.5时硝化细菌受到抑制，pH<6.0 时亚硝化 细菌被抑制； – 最适宜温度为30℃，低于5℃或高于40℃时就不能活动。 • 硝化作用在自然界，特别是在土壤环境和污水处理中很重要，比如 肥料以铵盐或氨形态进入土壤时，微生物的硝化作用可将其转变为 植物较易吸收利用的硝态氮。 2 N H3 + 3O2 2 H + 2 + 2 + + N O2 - H2O 能量 亚硝化细菌 N O2 能量 - 2 + O2 2 N O3 + 硝化细菌 - [CH2O] N2 H2O H + CO2 NH4 + 3 + 2 + 3 + 4 3 + 4
硝酸盐在通气不好的情况下,通过反硝化细菌的作用而还原的过程称 为反硝化作用 反硝化细菌需要厌氧环境,有丰富的有机物作为碳源和能源,一般适宜的 酸度范围是中性至弱碱性,温度为25℃左右。 反硝化作用通常有三种情形: (1)包括细菌、真菌和放线菌在内的的多种微生物,将硝酸盐转化为 亚硝酸。 HNO3+2H—一HNO2+H2O (2)兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等使硝酸盐还原成N2O或N2。 2H 2 H,O 2HNO3 4H 2HNO 4H,2 HNO 2H2O 2H2O -Ho2H-H2O N2O (3)梭芽孢杄菌将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨。 HNO, 2H- HNO. 2H HNO HO, NH(OH-H -NH2OH-H20 NH3 2H HO HoO 返回
• 硝酸盐在通气不好的情况下，通过反硝化细菌的作用而还原的过程称 为反硝化作用。 – 反硝化细菌需要厌氧环境，有丰富的有机物作为碳源和能源，一般适宜的 酸度范围是中性至弱碱性，温度为25℃左右。 • 反硝化作用通常有三种情形： • （1）包括细菌、真菌和放线菌在内的的多种微生物，将硝酸盐转化为 亚硝酸。 • （2）兼性厌氧假单胞菌属、色杆菌属等使硝酸盐还原成N2O或N2。 • （3）梭芽孢杆菌将硝酸盐还原成亚硝酸盐和氨。 HNO3 + 2H HNO2+ H2O 2 2 H2O HNO2 H HNO3 2 4 - 4 2 H - H2O 2HNO - H2O H 2 2 N2 -H2O 2H N2O -H2O HNO - H2O 2H - 2 HNO3 H HNO2 H2O H2O 2H - 2 H -H2O H2O NH(OH)2 N H2O H N H3
硫是生命的必需元素,在环境中有单质硫、无机硫化合物和有机 硫化合物三种存在形态。 环境中的含硫有杋化合物有含硫的氨基酸、磺胺酸等,微生物降 解在好氧条件下是硫酸,在厌氧条件下是硫化氢,降解不彻底时 可形成硫醇而被菌体暂时积累,再转化为硫化氢 NH2 HS-CH2-CH-COOH 细菌 CH3-C-COOH+ H,SO4+NHa NH HSCH2 CH-COOH物 + CH3-C-COOH+ hs+ Nh
• 硫是生命的必需元素，在环境中有单质硫、无机硫化合物和有机 硫化合物三种存在形态。 • 环境中的含硫有机化合物有含硫的氨基酸、磺胺酸等，微生物降 解在好氧条件下是硫酸，在厌氧条件下是硫化氢，降解不彻底时 可形成硫醇而被菌体暂时积累，再转化为硫化氢。 HS-CH2 -CH-COOH NH2 细菌 CH3 -C-COOH O H2 SO4 NH4 + + + + + O CH3 -C-COOH 细菌 NH2 HS-CH2 -CH-COOH H2 S NH3