污染生態(tài)學(xué)第6章-1

1、8-1污染生態(tài)學(xué)2研究學(xué)習(xí)的一點(diǎn)建議： 書本、論文、講座 不唯書，只為實(shí) 夯實(shí)基礎(chǔ)、拓展知識面 推薦教材： 污染生態(tài)學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，喬玉輝主編 污染生態(tài)學(xué) ，高等教育出版社，王煥校主編 污染生態(tài)學(xué) ，科學(xué)出版社，孫鐵珩、周啟星主編3世界野生生物基金會(huì) /home.htm世界保護(hù)同盟 /聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署：聯(lián)合國教科文衛(wèi)組織：http:/www.U世界衛(wèi)生組織：http:/www.W國際魚類和野生生物基金會(huì)：/nfwfu

2、sga.htm歐洲自然保護(hù)中心 http:/www.ecnc.n1/歐洲環(huán)境局/europe/aarhus/speeches/Rasmussen.html;國際生態(tài)系統(tǒng)研究所/ 生態(tài)網(wǎng) http:/環(huán)境網(wǎng) http:/ 美國科學(xué)促進(jìn)會(huì)：.science美國生態(tài)學(xué)會(huì)：美國長期生態(tài)學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)：美國環(huán)境健康研究網(wǎng)絡(luò)：/sbrp /newweb/rescat

3、eg/ecology.html美國環(huán)境保護(hù)局：美國自然保護(hù)協(xié)會(huì) /美國大學(xué)生態(tài)學(xué)排名：http:/www.memex- Anglia大學(xué)生態(tài)學(xué)：http/:www.uea.ac.uk/ecology.html生態(tài)學(xué)重要網(wǎng)站鏈接4生物對長期污染的生態(tài)效應(yīng)與適應(yīng)進(jìn)化第一講：5工業(yè)革命的巨大影響67樺尺蛾體色變化實(shí)驗(yàn)樺尺蛾體色變化實(shí)驗(yàn) 將兩種顏色的樺尺蛾分別進(jìn)行標(biāo)記，然后放養(yǎng)于不同地點(diǎn)，一段時(shí)間后，將所釋放的樺尺蛾盡量回收，統(tǒng)計(jì)數(shù)目，結(jié)果如下：8研究領(lǐng)域進(jìn)一步細(xì)化 逆境生理生態(tài)學(xué)（stress physiological ecolo

4、gy） 進(jìn)化生態(tài)毒理學(xué)（evolutionary ecotoxicology） 進(jìn)化污染生態(tài)學(xué)（ evolutionary pollution ecology） 生態(tài)毒理基因組學(xué)(Ecological toxicology genomics)9第一節(jié) 生物多樣性的喪失 根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）生物多樣性公約普遍認(rèn)同的生物多樣性3個(gè)層次： 遺傳、物種、生態(tài)系統(tǒng)10一、遺傳多樣性的喪失 遺傳多樣性強(qiáng)調(diào)的是現(xiàn)有種質(zhì)的遺傳變異庫存量，它既是生物遺傳變異的歷史積累，反映了生物的進(jìn)化過程，也是現(xiàn)有生物適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境和未來環(huán)境的遺傳基礎(chǔ)。污染條件下遺傳多樣性水平降低的原因：敏感性個(gè)體的消失種群規(guī)模減小

5、，遺傳漂變1. 種群數(shù)量減小，建立者效應(yīng)（founder effect）例如：在一個(gè)種群中，某種基因的頻率為1%，如果這個(gè)種群有100萬個(gè)個(gè)體，含這種基因的個(gè)體就有成千上萬個(gè)。如果這個(gè)種群只有50個(gè)個(gè)體，那么就只有1個(gè)個(gè)體具有這種基因。在這種情況下，可能會(huì)由于這個(gè)個(gè)體的偶然死亡或沒有交配，而使這種基因在種群中消失。這種現(xiàn)象就是遺傳漂變。11 一些異?；蝾l率在小隔離群體中特別高，可能是由于該群體中中少數(shù)始祖所具有的基因，由于遺傳漂變而逐漸達(dá)到較高水平，這種現(xiàn)象稱為建立者效應(yīng)（founder effect）。例如，太平洋的東卡羅林島中有5%的人患先天性失明。據(jù)調(diào)查，在18世紀(jì)末，因臺風(fēng)侵襲，島上

6、只剩30人，由他們繁殖成今天1600余人的小群體，這5%的失明，可能只是最初30人建立者的某一個(gè)人是攜帶者，其基因頻率q=1/60=0.016，經(jīng)若干世代的隔離繁殖，q很快上升至0.22，這就是建立者效應(yīng)。12遺傳多樣性的研究方法形態(tài)學(xué)標(biāo)記：根據(jù)物種的外部特征細(xì)胞學(xué)標(biāo)記：根據(jù)染色體的核型及帶型生化標(biāo)記：依據(jù)一些同工酶的特點(diǎn)分子標(biāo)記 a. 限制性內(nèi)切酶片段長度多態(tài)性（RFLP）發(fā)展最早的標(biāo)記技術(shù) b. 隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA （RAPD） c. 擴(kuò)增片段長度多態(tài)性（AFLP） d. 微衛(wèi)星標(biāo)記（SSR） e. 變性梯度凝膠電泳技術(shù)（DGGE） f. 克隆測序技術(shù)及宏基因組測序技術(shù)等13二、物種多樣

7、性的喪失 從物種水平來講，一個(gè)地區(qū)的物種（植物和動(dòng)物物種）多樣性，既可以用物種的數(shù)量來衡量，也可以用相對種數(shù)多度（relative abundance of species）來衡量。從理論上講，這兩方面的原始數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成物種多樣性指數(shù)（species diversity indices）。能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的公式是很多的，常用的有3個(gè)： （1）Shannon-wiener指數(shù)基于物種數(shù)量反映群落種類多樣性：群落中生物種類增多代表了群落的復(fù)雜程度增高，即H值愈大，群落所含的信息量愈大。 H= -（Ni/N）ln(Ni/N)（2）Margalef指數(shù)反映群落物種豐富度：指一個(gè)群落或環(huán)境中物種數(shù)目的多寡

8、，亦表示生物群聚（或樣品）中種類豐富度程度的指數(shù)。 D=(S-1)/LnN（3）Simpson優(yōu)勢度指數(shù)：當(dāng) 值越大，表示優(yōu)勢度物種越小，亦表示奇異度越高。（4）Pielou指數(shù)反映群落均勻度：利用各海域站點(diǎn)的物種奇異度 (H)，估計(jì)該群落物種分布的均勻度。 1415污染引起物種多樣性降低的機(jī)理1)污染物的直接毒害作用污染物的直接毒害作用, 阻礙生物的正常生長發(fā)育阻礙生物的正常生長發(fā)育, 使生物喪失生存或繁衍使生物喪失生存或繁衍的能力。的能力。 例如,由于農(nóng)藥的大量使用,在殺滅對農(nóng)作物有害昆蟲的同時(shí), 也殺滅了一些對農(nóng)作物有益的昆蟲。 2) 污染引起生境的改變污染引起生境的改變, 使生物喪失了

9、生存的環(huán)境。使生物喪失了生存的環(huán)境。 例如,昆明滇池從50年代到90年代,由于水體污染導(dǎo)致富營養(yǎng)化,高等水生植物種類喪失了36%, 魚類種類喪失了25%,整個(gè)湖泊的物種多樣性水平顯著降低,生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)趨于單一。 3)污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的富集和積累作用污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的富集和積累作用, 使食物鏈后端的生物使食物鏈后端的生物, 難以存活或難以存活或繁育。繁育。 以美國長島河口區(qū)生物對DDT的富集為例, 該地區(qū)大氣中的DDT含量為310- 6mg/kg, 其中溶于水中的更微乎其微。但水中浮游生物體內(nèi)的DDT含量為0. 04mg/ kg, 富集系數(shù)為1. 3萬( 以大氣中DDT 含量作基數(shù)); 浮

10、游生物為小魚所食, 小魚體內(nèi)DDT 增加到0.5mg/kg, 富集16. 7萬倍; 其后小魚為大魚所食, 大魚體內(nèi)DDT濃度增加到2mg/ kg, 富集系數(shù)為833萬;海鳥捕食魚, 其體內(nèi)DDT增加到25mg/kg, 富集系數(shù)高達(dá)富集系數(shù)高達(dá)858萬萬。從這個(gè)例子可以看出, 空氣和水中的DDT 含量很低, 但在生態(tài)系統(tǒng)中由于通過食物鏈逐級富集, 使處于食物鏈后端的鳥類體內(nèi)DDT含量大增,導(dǎo)致中毒或死亡。16三、生態(tài)系統(tǒng)水平的影響2.生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性的降低 A.污染物直接影響了物種的生存和發(fā)展，從根本上影響生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ) B.污染大大降低了初級生產(chǎn)，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受到影響1.生態(tài)系統(tǒng)多

11、樣性的喪失17第二節(jié) 生物對污染的適應(yīng) 所有污染區(qū)，均發(fā)現(xiàn)有部分生物的存活，并進(jìn)行繁衍生物對環(huán)境的適應(yīng)性一、生物對污染適應(yīng)的一般原理1.生物對污染適應(yīng)的兩重性a.對“內(nèi)外”環(huán)境改變的適應(yīng)b.對污染物本身的適應(yīng)2.全球性污染條件的環(huán)境特點(diǎn) （推薦書目持久性有機(jī)污染物：新的全球性環(huán)境問題 ）a.全新的“人造”環(huán)境b.多種化學(xué)物質(zhì)的共同作用18c. 毒害大，選擇作用強(qiáng) 重金屬及其衍生物、有機(jī)氟、有機(jī)氯等 持久性有機(jī)污染物（Persistent Organic Pollutants，簡稱POPs）指人類合成的能持久存在于環(huán)境中、通過生物食物鏈（網(wǎng)）累積、并對人類健康造成有害影響的化學(xué)物質(zhì)。它具備四種特

12、性：高毒、持久、生物積累性、親脂憎水性，而位于生物鏈頂端的人類，則把這些毒性放大到了7萬倍。d.成為重要的主導(dǎo)因子和限制因子19二、生物對污染的適應(yīng)性反應(yīng)生物對于污染物具有種質(zhì)特異性Alcohol is believed to be hormetic in preventing heart disease and stroke, although the benefits of light drinking may have been exaggerated.In 2012, researchers at UCLA found that tiny amounts (1 mM, or 0.005

13、%) of ethanol doubled the lifespan of Caenorhabditis elegans, a round worm frequently used in biological studies. Higher doses of 0.4% provided no longevity benefit.Hormesis is the term for generally favorable biological responses to low exposures to toxins and other stressors. A pollutant or toxin

14、showing hormesis thus has the opposite effect in small doses as in large doses.低劑量興奮效應(yīng)、毒物興奮效應(yīng)20A low dose of a chemical agent may trigger from an organism the opposite response to a very high dose. 21Day 122Day 223Day 324 形態(tài)結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性反應(yīng) 重金屬污染的植物出現(xiàn)葉面積減小，地下生長優(yōu)于地上生長，導(dǎo)致植物在形態(tài)上有向“旱生化”方向發(fā)展的趨勢。2526敏感的兩棲類常常成為毒理試驗(yàn)的樣品27生理上的適應(yīng)性反應(yīng) 消極適應(yīng) 大豆等植物在二氧化硫污染條件下，氣孔關(guān)閉，光合作用停止。污染消失后，氣孔開放，重新進(jìn)行光合作用。 積極適應(yīng) 對污染適應(yīng)性較強(qiáng)的生物，即使在污染程度很高的情況下，仍能保持酶的活性。28其他的