环境生物学生物在受损环境中的响应.ppt

第二篇 生物对受损环境的响应与适应 第四章 生物在受损环境中的响应 §1 生物对污染物的抗性 一、生物对污染物的拒绝吸收 二、生物对污染物的结合和钝化 三、生物对污染物的分解与转化 四、生物对污染物的隔离作用 五、污染条件下生物代谢方式的变化 六、生物的他感作用 一、生物对污染物的拒绝吸收 限制污染物的跨膜吸收；关闭气孔阻止气态污染物进入体内；分泌有机物质糖类、氨基酸类、微生物类、有机酸类等到达根际，通过改变根际环境来改变污染物的理化环境和形态，使污染物由游离态转变到络合态或螯合态；使污染物的可移动性降低；改变根际周围的微观环境，加强土壤中污染物的固定；通过运动来远离污染源；增厚植物的外表皮或在根周围形成根套。 （一）生物拒绝吸收有机污染物 根系外表皮和内皮层的选择性吸收 植物体叶片气孔的特征、外表皮的结构（角质层） （二）生物对无机气体污染物的避性 1、动物的活动 2、植物的气孔行为和密度 花生、番茄等植物在接触SO2后，能将气孔关闭； 向日葵在胁迫环境下，叶的不同部位气孔开度不同； 胁迫环境下气孔密度降低 （三）生物对重金属的避性 限制重金属跨膜吸收 重金属与体外分泌物络合 ＊植物的根分泌物（柠檬酸、草酸、苹果酸、无机磷酸等） ＊微生物荚膜、代谢物（硫化物及胞外多糖等有机物） 生物的运动 二、生物对污染物的结合和钝化 生物体具有生物活性的基团和物质，即生物活性位点，能与进入生物体内的污染物结合， 其结果是：钝化外来物，降低污染物的毒性，保护生物体内重要生物大分子，使其免受污染物的影响。 （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 细胞壁对重金属的吸附存在饱和现象 （二）生物体内能与污染物结合的物质 （1）糖类物质 糖类中的醛基或半缩醛羟基使其具有还原性。在还原环境中，重金属离子易被还原，导致活性下降，并和糖类结合形成不溶性化合物而沉积在体内。 （2）蛋白质和氨基酸 这些含氮物质往往具有大量的羧基、氨基以及一些巯基等基团，它们是重金属和某些农药相结合的位点。 （3）脂类 脂类物质含有极性酯键，这类酯键能与金属离子结合形成络合物或螯合物，从而把重金属储存在脂肪内。 （4）核酸和有机酸 核酸也是极性化合物，含有磷酸基团和碱性基团，属于两性电解质。在一定的pH条件下能解离而带电荷，所以能和金属离子结合。如嘌呤碱基中的－N,-OH,-NH2等基团，很容易于金属离子结合。 三、生物对污染物的分解与转化 氧化反应 还原反应 水解反应 烷基化反应 四、生物对污染物的隔离作用 Compartmentalization: 即生物将污染物运输到体内特定部位，以多种方式被结合、固定下来，使污染物不能达到生物体内的敏感位点（靶细胞、靶组织或活性靶分子），以至污染物对生物体的毒性很小或没有毒性影响的作用。也叫生物的屏蔽作用。 一些实验表明，软体动物的贝壳、甲壳类和棘皮动物的外骨骼以及鱼的表皮均能吸附相当数量的重金属、有机污染物以及人工放射性核素。 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。 五、污染条件下生物代谢方式的变化 机理：生物体内与污染物作用的靶标分子发生遗传突变，突变的结果是降低了生物靶标分子与污染物的亲和力，从而降低了生物对污染物的敏感性，使生物产生对污染物的抗性。 例 绿穗苋等草本植物对三氮苯类和脲类等除草剂产生抗性。 D-1蛋白是靶分子，这两类除草剂与其结合后，抑制植物的光合作用。 但在抗性突变体中发现，由于在D-1蛋白肽链第264位的丝氨酸突变成为甘氨酸，从而使这两类除草剂失去作用位点，从而产生了对除草剂的抗药性。 六、生物的他感作用 Allelopathy：又称化感作用，某些生物可以分泌一些有害的化学物质，阻止其他生物在其周围生长。 化感作用广泛存在于自然植物群落和农业植物群落中，它影响着群落的结构，群落的演替和农作物的产量。在人工复合群落的设计、杂草等有害生物的防治、抗草育种、新型除草剂和植物生长调节剂的筛选等方面都有着广泛的应用前景。 例：能预防有害动物取食的植物化合物