生物富集相关问题的探讨

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1、生物富集范丽丽21416118（浙江大学农业与生物技术学院农药与环境毒理研究所，浙江杭州310058）摘要：生物富集作用的研究，在环境化学与生态毒理学领域已经占据很重要的地位，它对于预测物质在生物体内的含量、建立环境标准以及评估污染物的生态风险具有重要的意义。本文从生物富集的概念及度量指标、生物富集因子的估算、生物富集的机理与动力学模型以及生物富集的影响因素五个方面对生物富集的相关内容进行了阐述。并对目前研究的不足之处进行说明，提出了今后可能的研究方向。关键词：生物富集；生物富集因子（BCF）；定量结构-活性关系；动力学模型

2、；影响因素近年来，随着人们对生活环境要求的不断提高，对环境安全的意识也不断增强。其中有机化合物等在生物体内的累积和富集不仅可能对生物自身带来不利影响，同时也可能通过食物链传递，对生态系统和人类健康造成潜在威胁。有机化学物质在不同生态系统中的含量，随食物链营养级的升高而增加，其富集系数在各营养级中均可达到很高的数值。处于食物链顶端的人类，便成为生物富集的最终受害者。例如，农田中喷洒的农药通过地表径流或土壤的渗透，使许多水体中农药的浓度显著增加，通过水生生物的富集作用进一步危害人类的健康。有调查研究表明，1960年5月22日~6

3、月2日，美国加利福尼亚东北部的图利湖和下克拉马斯保护区，由于水生生物体内DDT含量的显著增加，导致了食鱼鸟类的大量死亡。因此，对环境中的有机化合物在生物体内吸收和富集作用的研究已成为环境化学与生态毒理学领域的一项重要内容。有关有机化合物生物富集作用的研究，在阐明物质在生态系统内的迁移和转化规律、评价和预测污染物进入生物体后可能造成的危害，以及利用生物体对环境进行监测和净化等方面，具有重要的意义。1生物富集作用的相关概念及度量指标1.1概念在环境中经常出现，生物体中某一有机化合物的浓度高于其所在环境中该化合物的浓度。这种现象被

4、称为生物富集、生物放大或生物累积。生物富集也称生物浓缩，是生物体通过呼吸摄入、皮肤吸收周围环境中化学物质从而导致其浓度在体内升高的过程，而不包括消化道吸收即摄食这一途径，也是通常所理解的最基本的生物富集过程[1]。生物富集的最终结果是生物体内的污染物特别是难降解、正辛醇-水分配系数较高的有机污染物从水体向生物体迁移的重要途径。有机物通过体表黏膜从周围水环境吸收进入体内，并难以转化排出体外，在体内蓄积，保持较高浓度。生物放大是指同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级

5、数提高而增大的现象[2]。生物放大可使食物链上高营养级生物体内的这种元素或物质的浓度超过周围环境的浓度。生物累积是指生物体通过接触、呼吸和吞咽等途径，从周围环境（水、土壤、大气）吸收并逐渐蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象[2]。生物累积可以认为是生物富集和生物放大的结合。污染物是否沿着食物链积累，决定于以下三个条件：即污染物在环境中必须是比较稳定的，污染物必须是生物能够吸收的，污染物是不易被生物代谢过程中所分解的。1.2度量指标生物富集程度常用生物富集因子（bioconcentration

6、factors,BCF）又称为生物富集系数，它被定义为达到富集平衡时，有机物生物体内浓度与水中浓度之比，它反映水生生物对水体中有机物的吸收能力[3]。BCF=Cb/CeCb和Ce分别为某种元素或难降解物质在机体中及机体周围环境中的浓度目前，对于非离子性有机物在鱼体内生物富集实验数据的处理多采用“二室模型”[4]，即将实验测定的模拟池分为水室和鱼室，假定有机物在池内的迁移转化为一级动力学学过程，可推得类似公式BCF=Cf/Cw其中，Cf和Cw分别为平衡时有机物在鱼体及水体内的浓度（单位：mol/L）2生物富集因子的估算与预测近

7、年来，对生物富集因子的研究已很广泛，由于实测BCF成本高、周期长，在实际工作中常采用估算的方法来获取BCF。已有较多研究的估测方法，主要包括BCF与正辛醇－水分配系数（Kow）、水溶解度（Sw）和吸附系数(Koc)的各种经验关系式及分子拓扑法等[3]。其中拓扑指数法还具有所需参数是自化学品分子自身结构直接衍生出而不依赖实验测定的优点。此外定量构效关系(QSAR)[5]也被引入研究有机物的生物富集因子，它是估算与预测BCF一种非常简单的方法。不仅是数据建模，显示变量间的数学关系；更重要的是模型的有效性和实用性。有效的用来估算生

8、物因子所需数据。2.1拓扑指数拓扑指数主要源于分子隐氢图的各种数学矩阵(如距离矩阵、邻接矩阵等)衍生出的揭示分子结构某种特征的描述相符。采用三类拓扑指数表征有机污染物分子结构，即由RandicM[6]提出、后经KierLB等[7]进一步发展的分子连接性指数（mXv）、Kier和Hall于1