Chapter6环境污染生物监测 教学目的 ①环境污染生物监测的目的; ②污染物在生物体内的分布的途径: ③生物样品的采集和制备、生物样品的预处理方法标准方法: 染物样品的测定方法,标准分析方法;生态监测目的和方法 教学重点 ①环境污染生物监测的目的和方法 ②污染物在生物体内的分布的途径 生态监测目的和方法 教学方法 课内安排2个学时 必读教材和参考书页码 教材:291-326多媒体课件 讲授提纲 6.1水环境污染生物监测 水环境中存在着大量的水生生物群落,各类水生生物之间及水生生物与其赖以生存的环 境之间存在着互相依存又互相制约的密切关系。当水体受到污染而使水环境条件改变时,各 种不同的水生生物由于对环境的要求和适应能力不同而产生不同的反应,因此可用水生生物 来了解和判断水体污染的类型、程度。生物监测是采用物理、化学方法,通过对生物体所含
1 Chapter6 环境污染生物监测 教学目的 ①环境污染生物监测的目的； ②污染物在生物体内的分布的途径； ③生物样品的采集和制备、生物样品的预处理方法标准方法； 污染物样品的测定方法，标准分析方法；生态监测目的和方法 教学重点 ①环境污染生物监测的目的和方法； ②污染物在生物体内的分布的途径； 生态监测目的和方法 教学方法 课内安排 2 个学时。 必读教材和参考书页码 教材：291-326 多媒体课件： 讲授提纲 6.1 水环境污染生物监测 水环境中存在着大量的水生生物群落，各类水生生物之间及水生生物与其赖以生存的环 境之间存在着互相依存又互相制约的密切关系。当水体受到污染而使水环境条件改变时，各 种不同的水生生物由于对环境的要求和适应能力不同而产生不同的反应，因此可用水生生物 来了解和判断水体污染的类型、程度。生物监测是采用物理、化学方法，通过对生物体所含
环境污染物的分析,对环境质量进行监测。其与大气污染监测、水体污染监测、土壤污染监 测相比,最大的差异在于分析对象的特殊性。 6.1.1对水环境进行生物监测的目的、样品采集和监测项目 了解污染对水生生物的危害状况,判别和测定水体污染的类型和程度,为制定控制污染措 施,使水环境生态系统保持平衡提供依据 采样断面和采样点的布设原则:断面要有代表性:尽可能与化学监测断面相一致:考虑 水环境的整体性、监测工作连续性和经济性 6.1.2生物监测主要方法 生物群落监测方法(参见多媒体课件) 、生物测试法(参见多媒体课件) 细菌学检验法(参见多媒体课件) 生物群落法 (1)指示生物:生物群落中生活着各种水生生物,如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼 类和细菌等。由于它们的群落结构、种类和数量的变化能反映水质状况,故称之为指示生物。 (2)监测方法 1污水生物系统法 该方法将受有机物污染的河流按其污染程度和自净过程划分为几个互相连续的污染带,每 一带生存着各自独特的生物(指示生物),据此评价水质状况 如根据河流的污染程度,通常将其分为四个污染带,即多污带、α-中污带β-中污带和寡污 带。各污染带水体内存在着特有的生物种群。 2生物指数法 是指运用数学公式反映生物种群或群落结构的变化,以评价环境质量的数值。 贝克生物指数(BI)=2nA+nBBl=0时,属严重污染区域,Bl=1-6时,为中等有机物污 染区域,Bl=10-40时,为清洁水区 细菌学检验法 水的细菌学检验,特别是肠道细菌的检验,在卫生学上具有重要意义。实际工作中,常 以检验细菌总数,特别是检验作为粪便污染的指示细菌,来间接判断水的卫生学质量 水样的采集:严格按无菌操作要求进行,防止在运输过程中被污染,并应迅速进行检验。 细菌总数的测定 细菌总数是指lmL水样在营养琼脂培养基中,于37℃经24小时培养后,所生长的细 菌菌落的总数。它是判断饮用水、水源水、地表水等污染程度的标志 其操作过程如下:1)灭菌:2)制备营养琼脂培养基:3)培养(二份平行样,一份 空白):4)菌落计数 总大肠菌群的测定 总大肠菌群是指那些能在35℃、48小时之内使乳糖发酵产酸、产气、需氧及兼性厌氧 的、革兰氏阴性的无芽孢杆菌,以每升水样中所含有的大肠菌群的数目来表示。 总大肠菌群的检验方法富有发酵法和滤膜法。发酵法可用于各种水样(包括底泥),但 操作繁琐,费时间。滤膜法操作简便、快速,但不适用于浑浊水样 6.2空气污染生物监测
2 环境污染物的分析，对环境质量进行监测。其与大气污染监测、水体污染监测、土壤污染监 测相比，最大的差异在于分析对象的特殊性。 6.1.1 对水环境进行生物监测的目的、样品采集和监测项目 了解污染对水生生物的危害状况，判别和测定水体污染的类型和程度，为制定控制污染措 施，使水环境生态系统保持平衡提供依据 采样断面和采样点的布设原则： 断面要有代表性；尽可能与化学监测断面相一致； 考虑 水环境的整体性、监测工作连续性和经济性 6.1.2 生物监测主要方法 一、生物群落监测方法(参见多媒体课件) 二、生物测试法(参见多媒体课件) 三、细菌学检验法(参见多媒体课件) 生物群落法 （1）指示生物：生物群落中生活着各种水生生物，如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼 类和细菌等。由于它们的群落结构、种类和数量的变化能反映水质状况，故称之为指示生物。 （2） 监测方法 1.污水生物系统法 该方法将受有机物污染的河流按其污染程度和自净过程划分为几个互相连续的污染带，每 一带生存着各自独特的生物（指示生物），据此评价水质状况。 如根据河流的污染程度，通常将其分为四个污染带，即多污带、α-中污带β-中污带和寡污 带。各污染带水体内存在着特有的生物种群。 2.生物指数法 是指运用数学公式反映生物种群或群落结构的变化，以评价环境质量的数值。 贝克生物指数（BI）= 2nA + nB BI=0 时，属严重污染区域，BI=1-6 时，为中等有机物污 染区域，BI=10-40 时，为清洁水区。 细菌学检验法 水的细菌学检验，特别是肠道细菌的检验，在卫生学上具有重要意义。实际工作中，常 以检验细菌总数，特别是检验作为粪便污染的指示细菌，来间接判断水的卫生学质量。 水样的采集 :严格按无菌操作要求进行，防止在运输过程中被污染，并应迅速进行检验。 细菌总数的测定 细菌总数是指 1mL 水样在营养琼脂培养基中，于 37℃经 24 小时培养后，所生长的细 菌菌落的总数。它是判断饮用水、水源水、地表水等污染程度的标志。 其操作过程如下：1）灭菌 ；2）制备营养琼脂培养基 ；3）培养（二份平行样，一份 空白） ；4）菌落计数。 总大肠菌群的测定 总大肠菌群是指那些能在 35℃、48 小时之内使乳糖发酵产酸、产气、需氧及兼性厌氧 的、革兰氏阴性的无芽孢杆菌，以每升水样中所含有的大肠菌群的数目来表示。 总大肠菌群的检验方法富有发酵法和滤膜法。发酵法可用于各种水样（包括底泥），但 操作繁琐，费时间。滤膜法操作简便、快速，但不适用于浑浊水样。 6.2 空气污染生物监测
大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应,监测有害气体的成分 和含量,以确定大气的环境质量水平。 6.2.1利用植物监测 在生物体系中,植物更易遭受大气污染的伤害,其原因为:植物能以庞大的叶面积与空 气接触,进行活跃的气体交换;植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响;植物固定生长的 特点使其无法避开污染物的伤害。正因为植物对大气污染的反应敏感性强,加上本身位置的 固定,便于监测与管理,大气污染的生物监测主要是利用植物进行监测 6.2.2利用动物监测(参见多媒体课件) 6.2.3利用微生物监测(参见多媒体课件) 6.2.4室外空气微生物监测(参见多媒体课件) 6.3生物污染监测 生物污染监测就是应用各种检测手段测定生物体内的有害物质,以便及时掌握被污染的程 6.3.1生物污染物的吸收及在体内的分布 6.3.1.1.污染物在植物体内的分布植物受污染物的途径有表面附着(如:散逸到大气 中的各种气态污染物、施用农药、大气中的粉尘降落及含大气污染的降水等,会有一部分粘 附在植物表面上,造成对植物的污染和危害。)、植物吸收(如:二氧化硫被植物叶片的气 孔吸入使叶片的叶绿体遭到破坏,组织坏死,在叶子外表出现伤斑。)等。植物吸收污染 物后,其污染物在植物体内的分布与植物种类、吸收污染物的途径等因素有关。从土壤和 水体中吸收污染物的植物,一般分布规律和残留含量的顺序是:根〉茎〉叶〉穗〉壳〉 种子 6.3.1.2污染物在动物体内的分布时性环境中的污染物主要通过呼吸道、消化道和皮肤吸 收等途径进入动物体,通过食物链而得到浓缩富集,最后进入人体 污染物被吸收后,可在动物体内发生转化与排泄作用。有机污染物质进入动物体后, 除很少一部分水溶性强,分子量小的毒物可以原形排出外,绝大部分都要经过某种酶的代谢 (或转化),从而改变其毒性,增强其水溶性而易于排泄。无机污染物质,进入动物体后
3 大气污染的生物监测是利用生物对存在于大气中的污染物的反应，监测有害气体的成分 和含量，以确定大气的环境质量水平。 6.2.1 利用植物监测 在生物体系中，植物更易遭受大气污染的伤害，其原因为:植物能以庞大的叶面积与空 气接触，进行活跃的气体交换;植物缺乏动物的循环系统来缓冲外界的影响;植物固定生长的 特点使其无法避开污染物的伤害。正因为植物对大气污染的反应敏感性强，加上本身位置的 固定，便于监测与管理，大气污染的生物监测主要是利用植物进行监测。 6.2.2 利用动物监测(参见多媒体课件) 6.2.3 利用微生物监测(参见多媒体课件) 6.2.4 室外空气微生物监测(参见多媒体课件) 6.3 生物污染监测 生物污染监测就是应用各种检测手段测定生物体内的有害物质，以便及时掌握被污染的程 度。 6.3.1 生物污染物的吸收及在体内的分布 6.3.1.1. 污染物在植物体内的分布 植物受污染物的途径有表面附着（如：散逸到大气 中的各种气态污染物、施用农药、大气中的粉尘降落及含大气污染的降水等，会有一部分粘 附在植物表面上，造成对植物的污染和危害。）、植物吸收（如：二氧化硫被植物叶片的气 孔吸入使叶片的叶绿体遭到破坏，组织坏死，在叶子外表出现伤斑。）等。 植物吸收污染 物后，其污染物在植物体内的分布与植物种类、吸收污染物的途径等因素有关。 从土壤和 水体中吸收污染物的植物，一般分布规律和残留含量的顺序是：根 > 茎 > 叶 > 穗 > 壳 > 种子 6.3.1.2 污染物在动物体内的分布 时性环境中的污染物主要通过呼吸道、消化道和皮肤吸 收等途径进入动物体，通过食物链而得到浓缩富集，最后进入人体。 污染物被吸收后，可在动物体内发生转化与排泄作用。 有机污染物质进入动物体后， 除很少一部分水溶性强，分子量小的毒物可以原形排出外，绝大部分都要经过某种酶的代谢 （或转化），从而改变其毒性，增强其水溶性而易于排泄。 无机污染物质，进入动物体后
一部分参加生化代谢过程,转化为化学形态和结构不同的化合物,也有一部分直接于细胞各 部分。各种污染物质经转化后,其排泄途径主要通过肾脏,消化道和呼吸道,也有少量随 汗液,乳汁等分泌液排出。 生物浓缩作用1、定义:生物机体从周围环境中蓄积某种元素或(难分解化合物)使生物 体内该物质浓度超过环境中浓度的现象。2、形成:摄入量大于排除分解消除 污染物在动物体内的分布大体存在以下五个规律: 1)能溶解于体液的物质,如钾、钠、锂、氟、氯、溴等离子,在体内分布比较均匀 (2)镧、锑、钍等三价和四价阳离子主要蓄积于肝和其他网状内皮系统 3)与骨骼亲和形较强的物质,如铅,钙等二价阳离子在骨骼中含量较高 (4)对某一器官具有特殊亲和性的物质,则在该种器官中蓄积较多 (5)脂溶性物质,如有机氯化合物(六六六,DDT等)易蓄积于动物体内的脂肪中。 6.3.2生物样品的采集和制备 6.321生物样品采集 植物样品的采集 (1)采集的植物样品要具有代表性、典型性、适时性。(2)布点方法常采用梅花形 五点取样法或交叉间隔取样法。(3)采样方法①采样前应预先准备好采样工具。②根 据实际情况确定样品采样量。③选择优势种植物在采样区内按梅花形五点或交叉间隔取样 方式采集5一10处的植株混合组成一个代表样品。④将采好的样品装入布口袋或聚乙烯 塑料袋中,贴好标签,并填写采样登记表 动物样品的采集 (1)尿的采集定性检测尿液成分时应采集晨尿。定量检测尿液成分时一般采集24h总 排尿量。(2)血液的采集一般用注射器抽取10mL血样冷藏备用。常用于分析血液中
4 一部分参加生化代谢过程，转化为化学形态和结构不同的化合物，也有一部分直接于细胞各 部分。 各种污染物质经转化后，其排泄途径主要通过肾脏，消化道和呼吸道，也有少量随 汗液，乳汁等分泌液排出。 生物浓缩作用 1 、定义：生物机体从周围环境中蓄积某种元素或（难分解化合物）使生物 体内该物质浓度超过环境中浓度的现象。 2 、形成： 摄入量大于排除分解消除 污染物在动物体内的分布大体存在以下五个规律： （ 1 ）能溶解于体液的物质，如钾、钠、锂、氟、氯、溴等离子，在体内分布比较均匀。 （ 2 ）镧、锑、钍等三价和四价阳离子主要蓄积于肝和其他网状内皮系统。 （ 3 ）与骨骼亲和形较强的物质，如铅，钙等二价阳离子在骨骼中含量较高 （ 4 ）对某一器官具有特殊亲和性的物质，则在该种器官中蓄积较多 （ 5 ）脂溶性物质，如有机氯化合物（六六六， DDT 等）易蓄积于动物体内的脂肪中。 6.3 .2 生物样品的采集和制备 6.3.2.1 生物样品采集 植物样品的采集 （ 1 ）采集的植物样品要具有代表性、典型性、适时性。 （ 2 ）布点方法 常采用梅花形 五点取样法或交叉间隔取样法。 （ 3 ）采样方法 ①采样前应预先准备好采样工具。 ②根 据实际情况确定样品采样量。 ③选择优势种植物在采样区内按梅花形五点或交叉间隔取样 方式采集 5 － 10 处的植株混合组成一个代表样品。④将采好的样品装入布口袋或聚乙烯 塑料袋中，贴好标签，并填写采样登记表。 动物样品的采集 （ 1 ）尿的采集 定性检测尿液成分时应采集晨尿。 定量检测尿液成分时一般采集 24h 总 排尿量。 （ 2 ）血液的采集 一般用注射器抽取 10mL 血样冷藏备用。常用于分析血液中
所含金属毒物及非金属毒物。(3)毛发和指甲的采集采集和保存较为方便,主要用于 汞、砷等含量的测定。(4)组织和脏器采集 6.3.22生物样品的制备 对于液体状态的动物样品常无需制备,对动物组织和脏器主要是采用捣碎的方法制成浆状鲜 样备用,而对植物样常根据不同情况,利用不同方式进行样品制备。 植物样品的制备 (一)平均样的获得四分法、切成块的1/4-1/8混合 (二)分析试样的制备1、鲜样2、风干样:60—70摄氏度低温真空干燥箱中烘干(匀 浆、小片)3、水分含量测定(100一105摄氏度烘干/真空干燥/低温烘干) 6.3.3生物样品的预处理 常用的预处理方法有湿法消解法、灰化法、提取、分离和浓缩法等 6.3.3.1湿化消解法利用强酸等与生物样品共同煮沸,将样品中有机物分解成二氧化碳和 水除去。常用的消解试剂体系有浓硝酸一高氯酸、浓硝酸一浓硫酸、浓硫酸一过氧化氢等 6.3.3.2灰化法利用坩埚或氧燃烧瓶,使样品在高温条件下分解,并用适当的溶液溶解或 吸收分解产物,制成分析试液 6.3.3.3提取法整个过程包括提取、分离、浓缩三个步骤。 (1)提取应根据样品的特点、待测组分的性质、存在形态和数量、以及分析方法等因素 选择,常用方法有:振荡提取法:组织捣碎提取法:脂肪提取器提取;直接球磨提取法 (2)分离用提取剂从生物样品中提取欲测组分的同时,不可避免的会将其他相关组分 提取出来,因此,在测定之前,还必须将上述杂质分离出去。常用的分离方法有:液一液萃 取法、层析法、磺化法、低温冷冻法、吹蒸法、液上空间法等
5 所含金属毒物及非金属毒物。 （ 3 ）毛发和指甲的采集 采集和保存较为方便，主要用于 汞、砷等含量的测定。 （ 4 ）组织和脏器采集 6.3.2.2 生物样品的制备 对于液体状态的动物样品常无需制备，对动物组织和脏器主要是采用捣碎的方法制成浆状鲜 样备用，而对植物样常根据不同情况，利用不同方式进行样品制备。 植物样品的制备 （一）平均样的获得 四分法、切成块的 1/4 － 1/8 混合 （二）分析试样的制备 1 、鲜样 2 、风干样： 60 － 70 摄氏度低温真空干燥箱中烘干（匀 浆、小片） 3 、水分含量测定（ 100 － 105 摄氏度烘干 / 真空干燥 / 低温烘干） 6.3.3 生物样品的预处理 常用的预处理方法有湿法消解法、灰化法、提取、分离和浓缩法等。 6.3.3.1 湿化消解法 利用强酸等与生物样品共同煮沸，将样品中有机物分解成二氧化碳和 水除去。 常用的消解试剂体系有浓硝酸－高氯酸、浓硝酸－浓硫酸、浓硫酸－过氧化氢等。 6.3.3.2 灰化法 利用坩埚或氧燃烧瓶，使样品在高温条件下分解，并用适当的溶液溶解或 吸收分解产物，制成分析试液。 6.3.3.3 提取法 整个过程包括提取、分离、浓缩三个步骤。 （ 1 ）提取 应根据样品的特点、待测组分的性质、存在形态和数量、以及分析方法等因素 选择，常用方法有： 振荡提取法 ；组织捣碎提取法 ；脂肪提取器提取 ；直接球磨提取法 （ 2 ）分离 用提取剂从生物样品中提取欲测组分的同时，不可避免的会将其他相关组分 提取出来，因此，在测定之前，还必须将上述杂质分离出去。常用的分离方法有：液－液萃 取法、层析法、磺化法、低温冷冻法、吹蒸法、液上空间法等
(3)浓缩当生物样品的提取液经过分离净化后,其中的污染物浓度往往仍达不到分析方 法的要求,需要进行浓缩和富集,常用方法有:蒸馏或减压蒸馏法、K-D浓缩器浓缩法、 蒸发法、真空冷冻干燥法等。 6.3.5污染物的测定 光谱分析法 可见一紫外分光光度法可用于测定多种农药以及某些重金属和非金属化合物等 红外分光光度法可鉴别有机污染物结构,并对其进行定量测定 原子吸收分光光度法适用于镉、汞、锌、铅等有害金属元素的定量测定,具有速度快、选 择性好、操作简单等优点。 发射光谱法适用于多种金属元素进行定性和定量分析 X”射线荧光光谱分析适用于生物样品中多元素的分析,特别是硫、磷等轻元素很容易 测定 色谱分析法 薄层层析法薄层层析法是应用层析板对有机物进行分离、显色和检测的简便方法,可对多 种农药进行定性和半定量分析。如果与薄层扫描仪联用或洗脱后进一步分析,则可进行定量 测定 气相色谱法此法广泛用于粮食等生物样品中烃类、酚类、苯和硝基苯、胺类、多氯联苯及 有机磷、有机氯农药等有机污染物的测定。此法操作简单,分析速度快、灵敏度高。 高压液色谱法此法特别适用于分子量大于300,热稳定性差和离子型化合物的分析。应 用于粮食、蔬菜等样品中的多还芳烃、酚类、异青酸酯类等农药的测定,效果良好。 6.4生态监测 生态监测就是运用可比的方法,在时间或空间对一定区域范围内的生态系统或生态组合 体的类型、结构和功能及其组成要素进行系统的测定和观察的过程
6 （ 3 ）浓缩 当生物样品的提取液经过分离净化后，其中的污染物浓度往往仍达不到分析方 法的要求，需要进行浓缩和富集，常用方法有：蒸馏或减压蒸馏法、 K-D 浓缩器浓缩法、 蒸发法、真空冷冻干燥法等。 6.3.5 污染物的测定 光谱分析法 可见－紫外分光光度法 可用于测定多种农药以及某些重金属和非金属化合物等。 红外分光光度法 可鉴别有机污染物结构，并对其进行定量测定。 原子吸收分光光度法 适用于镉、汞、锌、铅等有害金属元素的定量测定，具有速度快、选 择性好、操作简单等优点。 发射光谱法 适用于多种金属元素进行定性和定量分析。 “X” 射线荧光光谱分析 适用于生物样品中多元素的分析，特别是硫、磷等轻元素很容易 测定。 色谱分析法 薄层层析法 薄层层析法是应用层析板对有机物进行分离、显色和检测的简便方法，可对多 种农药进行定性和半定量分析。如果与薄层扫描仪联用或洗脱后进一步分析，则可进行定量 测定。 气相色谱法 此法广泛用于粮食等生物样品中烃类、酚类、苯和硝基苯、胺类、多氯联苯及 有机磷、有机氯农药等有机污染物的测定。此法操作简单，分析速度快、灵敏度高。 高压液色谱法 此法特别适用于分子量大于 300 ，热稳定性差和离子型化合物的分析。应 用于粮食、蔬菜等样品中的多还芳烃、酚类、异青酸酯类等农药的测定，效果良好。 6.4 生态监测 生态监测就是运用可比的方法，在时间或空间对一定区域范围内的生态系统或生态组合 体的类型、结构和功能及其组成要素进行系统的测定和观察的过程
生态监测不同于环境监测。生态监测是指预先制定的计划和用可比的方法,在一个区域 范围内对各生态系统变化情况以及每个生态系统内一个或多个环境要素或指标进行连续观 测的过程。生态监测是一个动态的连续观察、测试的过程,少则一个或几个生态变化周期, 多则几十个、几百个生态变化周期。在时空上少则几年,多则几十年或更长一段时间 6.41生态监测的类型及内容(参见多媒体課件) 6.4.2生态监测方案(参见多媒体課件) 6.4.3生态监测方法(参见多媒体課件) 6.4.3测定实例(参见多媒体課件) 自习
7 生态监测不同于环境监测。生态监测是指预先制定的计划和用可比的方法，在一个区域 范围内对各生态系统变化情况以及每个生态系统内一个或多个环境要素或指标进行连续观 测的过程。生态监测是一个动态的连续观察、测试的过程，少则一个或几个生态变化周期， 多则几十个、几百个生态变化周期。在时空上少则几年，多则几十年或更长一段时间。 6.4.1 生态监测的类型及内容(参见多媒体課件) 6.4.2 生态监测方案(参见多媒体課件) 6.4.3 生态监测方法(参见多媒体課件) 6.4.3 测定实例 (参见多媒体課件) 自习
教 研室意见院系部意 教研室主任签字 年月日 院(系、部)签字 年月日 教 务 教务处签字 见
8 教 研 室 意 见 教研室主任签字： 年 月 日 院 系 部 意 见 院（系、部）签字： 年 月 日 教 务 处 意 见 教务处签字：
年月
9 年 月 日