污染生态学 第七讲

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1、污染生态—山西大学环境与资源学院—tlsg@sxu.edu.cn上官铁梁第七讲生物对环境污染物的抗性概念逆境(stress）：自然界对生物生长和生存不利因素的总称抗逆性(hardiness):植物对逆境抵抗和忍耐能力。简称抗性逆境逃避(stressavoidance):指由于植物通过各种方式摒拒逆境的影响，不利因素并未进入组织，故组织本身通常不会产生相应的反应。逆境忍耐(stresstolerance):指植物组织虽经受逆境对它的影响，但它可通过代谢反应阻止、降低或者修复由逆境造成的伤害，使其仍保持正常的生理活动。逆境的类型生物因素病害、虫害

2、、杂草理化因素物理的辐射性的化学的温度的水分的逆境的类型环境中各种各样的污染物对生活于其中的生物是一种逆境胁迫因子，它们在分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落以及生态系统等各个组织层次上对生物产生多方面的影响。一般来说，生物对各种不良环境具有一定的适应性和抵抗力，称为生物的耐性（tolerance）或抗性（resistance）。生物对污染物的抗性机制是外部排斥和内部忍耐的综合结果。生物处于污染胁迫条件下，一方面通过形态学机制、生理生化机制、生态学机制等将污染物阻挡于体外；另一方面通过结合固定、代谢解毒、分室作用等过程将污染物在体内富集、解

3、毒。这两方面的综合结果形成抗性。其中生物的解毒是抗性的基础，解毒能力强的生物一般都具有较强的抗性，但解毒不是抗性的全部，抗性强的生物不一定解毒能力就强。生物对环境污染物的抗性p105通常，生物的抗性机制涉及到形态、解剖、细胞和分子几个层次。生物获得抗性的途径可概括为以下几种：拒绝吸收，结合钝化，代谢转化，排除体外，改变代谢途径等过程。有的抗性生物通过以上5种途径中的一种产生抗性，有的具有两种或两种以上的抗性途径。有些抗性机制具有很高的种属专一性，而另一些机制是不同种属植物，甚至动物和微生物都具有。抗性是生物在逆境中得以生存和延续的保证，也是污染

4、环境中生物多样性得以保存的基础。而从人类自身利益出发的价值观来评判，生物对环境的抗性有利也有弊。生物对环境污染物的抗性生物对环境污染物的抗性植物的避性对植物来说，将污染物排斥于体外，是其不能进入体内是一种非常有效的方法。这样就无须消耗大量物质和能量来结合、分解污染物。由于污染物种类不同，污染介质不同，植物阻止污染物进入体内的方法和途径不同。如气孔阻止；化学阻止；结构阻止等。植物的抗性机制p106植物在逆境下的形态变化与代谢特点(一)形态结构变化逆境条件下植物形态有明显的变化。如干旱会导致叶片和嫩茎萎蔫，气孔开度减小甚至关；淹水使叶片黄化，枯干，

5、根系褐变甚至腐烂；高温下叶片变褐，出现死斑，树皮开裂；病原菌侵染叶片出现病斑。逆境往往使细胞膜变性、龟裂，细胞的区域化被打破，原生质的性质改变，叶绿体、线粒体等细胞器结构遭到破坏。植物形态结构的变化与代谢和功能的变化是相一致的。生物对环境污染物的抗性植物的抗性机制p106(二).逆境协迫下植物的一般生理变化1.逆境与植物的水分代谢2.光合速率下降3.呼吸作用的变化Levitt(1980)①降低（冻害、热害）PPP途径增强②先升后降（冷害、旱害）③增高（病害）4.物质代谢的变化合成＜分解5.原生质膜的变化膜脂双分子层→星状排列，膜蛋白变构，膜透性

6、增加，物质外渗。6.蛋白质的变化新蛋白质逆境蛋白：热击蛋白(HSP)植物对污染物的结合钝化作用p110植物拒绝吸收污染物的保护作用并不是牢不可破的。但污染物进入植物体内以后，还会遇到生物体其他的抵抗作用。抗性植物具有使进入到体内的污染物变成安全、低毒的结合态的机制，使污染物不能达到敏感分子或器官，也不参加代谢，正常的新陈代谢可免遭扰乱。细胞壁、细胞膜和细胞中的其他成分均具有这种结合钝化作用。生物对环境污染物的抗性植物的抗性机制干旱水分胁迫冰冻→胞间结冰盐渍→土壤水势下降高温→蒸腾强烈膜损伤生物对环境污染物的抗性细胞壁的作用细胞膜的作用细胞质和液

7、泡的作用植物的抗性机制生物对环境污染物的抗性植物对污染物的代谢转化作用虽然植物具有拒绝吸收、结合钝化环境污染物的抗性机制，但在污染物浓度较高，体内的“结合座”达到饱和的情况下，为了避免受害，植物对污染物的代谢转化作用就变的必不可少了。不少外来有毒物质通过机体内酶促反应，可以转化成低毒或无毒物质，或转化为水溶性物质而利于排出体外，生物对外来毒物的这种防御机能称为解毒作用。解毒过程包括：氧化、还原、水解、脱烃、脱卤、羟基化和异构化作用，逐步代谢为毒性较低或完全无毒的物质。植物的抗性机制生物对环境污染物的抗性植物在污染物存在下改变代谢途径、发生遗传变

8、异、降低污染物与靶分子的亲和力改变代谢方式是生物抵抗环境污染物毒害的有效措施之一。例如，耐硒植物在硒胁迫下能够改变蛋白质的代谢方式，是其不受硒的干扰，