生物對污染物的抗性演示文稿

生物對污染物的抗性演示文稿當(dāng)前第1頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)內(nèi)容一、概述二、植物對污染物的抗性三、動物對污染物的抗性四、微生物對污染物的抗性五、參考資料當(dāng)前第2頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)一、概述環(huán)境污染物對生物是一種逆境脅迫因子，它們在分子、細(xì)胞、組織、器官、個體、種群、群落以及生態(tài)系統(tǒng)等各個層次上對生物產(chǎn)生多方面的影響。一般說來，生物對各種不良環(huán)境具有一定的適應(yīng)性和抵抗力，稱為生物的耐性或抗性。

當(dāng)前第3頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)生物對污染物的抗性機(jī)制是外部排斥和內(nèi)部忍耐的綜合結(jié)果。一方面通過形態(tài)學(xué)機(jī)制、生理生化機(jī)制、生態(tài)學(xué)機(jī)制等將污染物阻于體外；另一方面通過結(jié)合固定、代謝解毒、分室作用等過程將污染物在體內(nèi)富集、解毒，這兩方面的綜合結(jié)果形成抗性。解毒是生物抗性的基礎(chǔ)，但不是全部，抗性強(qiáng)的生物不一定解毒能力強(qiáng)。當(dāng)前第4頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)生物獲得抗性的途徑可概括為以下幾種：拒絕吸收，結(jié)合鈍化，代謝轉(zhuǎn)化，排出體外，改變代謝途徑等過程?？剐允巧镌谀婢持械靡陨婧脱永m(xù)的保證，也是污染環(huán)境中生物多樣性得以保存的基礎(chǔ)。生物的抗性對人類有利？有弊？當(dāng)前第5頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)MacnairMR將抗性途徑歸納為三個方面：避性，植物可以防止重金屬進(jìn)入體內(nèi)；鰲合或代謝轉(zhuǎn)化體內(nèi)污染物，使其失去毒性；改變細(xì)胞的生理生化過程，使其對毒物的敏感性降低。二、植物對污染物的抗性當(dāng)前第6頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)1

植物的避性將污染物排斥于體外。關(guān)閉氣孔阻止氣態(tài)污染物進(jìn)入體內(nèi)；分泌有機(jī)物質(zhì)到根際。改變根際的理化環(huán)境，使污染物的可移動性降低；增厚植物的外表皮或在根周圍形成根套等。

當(dāng)前第7頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)1.1植物對氣態(tài)污染物的避性氣孔的阻礙作用:花生與蠶豆對SO2的抗性不同。外表皮的阻礙作用：葉片角質(zhì)層、表皮層、木栓層以及葉表附屬物是植物的防御機(jī)構(gòu)，可減少毒氣進(jìn)入葉內(nèi)。

當(dāng)前第8頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)1.2植物對土壤污染物的避性生物外分泌物可使生物不吸收、少吸收污染物。植物對重金屬的吸收與陽離子交換量(CEC)有關(guān)，細(xì)胞壁陽離子交換越小，植物對重金屬的吸收也越少。土壤中的污染物主要通過根進(jìn)入植物體內(nèi)。因此，根的屏蔽作用對植物體耐受土壤污染的貢獻(xiàn)是很大的?？剐灾参镏辽偻ㄟ^三種不同方式排斥根對污染物的吸收：分泌化學(xué)物質(zhì)到根際環(huán)境，改變根際的理化性質(zhì)如pH、氧化還原性質(zhì)等。以及“根際效應(yīng)”。影響根際污染物濃度或活度的過程：①向根際分泌整合劑；②形成跨根際氧化還原梯度；③形成跨根際pH梯度。當(dāng)前第9頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)①根際pH的變化：

根際pH影響著礦質(zhì)養(yǎng)分的化學(xué)和生物有效性；根系對重金屬毒害的忍耐程度、對營養(yǎng)元素的吸收；根系分泌物、微生物的種類和數(shù)量以及根際酶的活性等。根際pH調(diào)節(jié)著植物對土壤污染物的吸收。有些植物在遭受鋁毒害時，根系分泌OH-增多，使鋁沉淀，減少根系對鋁的吸收。

當(dāng)前第10頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)②氧化還原性質(zhì)的改變：有的植物有改變根際氧化還原狀態(tài)的能力，如生長在錳污染土壤上的植物能夠分泌具有氧化作用的物質(zhì)將Mn2+氧化成Mn4+而減輕毒性。當(dāng)前第11頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)③根分泌物對污染物的結(jié)合、降解作用：根分泌物含有有機(jī)酸、氨基酸、糖類物質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸以及大量其他物質(zhì)。這些物質(zhì)與根系外的污染物結(jié)合，使其移動性降低。根際游離金屬離子與原生質(zhì)膜中分泌的鰲合劑形成穩(wěn)定的金屬鰲合物，其活度就會降低。有些受到金屬污染的植物根尖能夠分泌動膠狀物質(zhì)(主要成分為多糖)，這些熟膠狀物質(zhì)與金屬離子親和，將金屬離子滯留在根外。土壤中的酶類對土壤污染物的分解轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。許多污染物在根際土壤酶的聯(lián)合作用下被降解成為無毒或低毒的物質(zhì)。當(dāng)前第12頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)

④根際效應(yīng)的作用：根分泌物可為微生物提供能源物質(zhì)，將微生物聚集在根周圍，產(chǎn)生“根際效應(yīng)”，其中有些微生物具有凈化土壤污染物的作用。菌根真菌與植物在生物進(jìn)化中形成了互利關(guān)系，菌根真菌在緩解植物受污染物毒害作用方面具有重要作用。菌根真菌和其他微生物一樣，能夠降解、轉(zhuǎn)化環(huán)境污染物，而且能夠吸收、富集環(huán)境中的金屬等無機(jī)污染物，從而降低根際環(huán)境中污染物的濃度，減少污染物進(jìn)入植物體的機(jī)會。當(dāng)前第13頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)當(dāng)前第14頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)2植物對污染物的結(jié)合鈍化作用污染物進(jìn)入植物體后，會遇到生物體其他的抵抗?？剐灾参锬苁惯M(jìn)入體內(nèi)的污染物變成安全、低毒的結(jié)合物，使污染物不達(dá)到敏感分子或器官，不參與代謝，正常的新陳代謝可免遭擾亂。細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞中的其他成分均具有這種結(jié)合鈍化作用。當(dāng)前第15頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)2.1細(xì)胞壁的作用細(xì)胞壁是結(jié)合、固定污染物的重要部位。細(xì)胞壁果膠質(zhì)中的多聚糖醛酸和纖維素分子的羧基、醛基等基團(tuán)都能與重金屬等毒物結(jié)合。木本植物根細(xì)胞壁對汞存在較強(qiáng)的親和力。當(dāng)前第16頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)2.2細(xì)胞膜的作用細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)、糖類和脂質(zhì)也能夠結(jié)合透過細(xì)胞壁的污染物。當(dāng)環(huán)境中的鉛濃度相當(dāng)大時，有部分鉛透過細(xì)胞壁，在細(xì)胞膜上沉積下來。當(dāng)前第17頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)2.3細(xì)胞質(zhì)和液泡的作用細(xì)胞質(zhì)和液泡中具有能夠與污染物結(jié)合的“結(jié)合座”，污染物能和細(xì)胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)、氨基酸的羧基、氨基、巰基及酚基等官能團(tuán)結(jié)合，形成穩(wěn)定的鰲合物，起到鈍化作用。其中難溶性硫化物的絡(luò)合作用尤顯重要。農(nóng)藥及其代謝產(chǎn)物也會與這些物質(zhì)結(jié)合，形成軛合物。

當(dāng)前第18頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)金屬離子與細(xì)胞質(zhì)中蛋白質(zhì)和其他有機(jī)化合物中的巰基以及其他基團(tuán)有很強(qiáng)的親和力，從而降低毒性。生物將污染物運(yùn)輸?shù)襟w內(nèi)特定部位，使污染物與生物體內(nèi)活性靶分子隔離，稱為生物的屏蔽作用或隔離作用。有些污染物及其軛合物被輸送到液泡，不會擴(kuò)散出來、不會主動回到細(xì)胞質(zhì)中，因此，液泡在植物抗性中承擔(dān)著隔離有毒污染物及其代謝產(chǎn)物的重要作用。液泡是生物儲藏有害物質(zhì)的主要場所。當(dāng)前第19頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)當(dāng)前第20頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)3

植物對污染物的代謝轉(zhuǎn)化作用植物具有拒絕吸收、結(jié)合鈍化污染物的抗性機(jī)制，當(dāng)體內(nèi)的“結(jié)合座”達(dá)到飽和時，植物會對污染物進(jìn)行代謝轉(zhuǎn)化。有毒物質(zhì)通過機(jī)體酶促反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成低毒或無毒物質(zhì)，或轉(zhuǎn)化為易排出體外的物質(zhì)，稱為解毒作用。包括：氧化、還原、水解、脫烴、脫鹵、羥基化和異構(gòu)化作用。當(dāng)前第21頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)4植物在污染物存在下改變代謝途徑、發(fā)生遺傳變異、降低污染物與靶分子的親和力改變代謝方式是生物抵抗環(huán)境污染物毒害的有效措施之一。發(fā)生遺傳突變，降低生物靶分子與污染物的親和力：只發(fā)生部分位點(diǎn)突變，只產(chǎn)生抗性生物型。當(dāng)前第22頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)5植物對污染物及其代謝產(chǎn)物的排出作用植物雖然沒有類似動物那樣專門的排泄系統(tǒng)，但是可以通過其他的途徑將污染物及其代謝物排出體外?；畹闹参飳τ诮饘?、類金屬的排出往往通過根系分泌作用，而氣態(tài)污染物可以通過葉面呼吸帶走。對于農(nóng)藥等有機(jī)共扼化合物則可以通過葉片或其他器官的衰老脫落而排出體外。當(dāng)前第23頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)6植物的其他保護(hù)系統(tǒng)植物體自身有一種保護(hù)系統(tǒng)來清除產(chǎn)生的自由基，以減輕環(huán)境污染物帶來的危害。SOD、POD、CAT是保護(hù)系統(tǒng)的主要酶，它們和谷胱甘肽、多胺等物質(zhì)一起，能夠清除細(xì)胞內(nèi)的自由基。大多數(shù)已知的逆境響應(yīng)基因均受ABA（脫落酸）的誘導(dǎo)，在缺少ABA的情況下，許多逆境響應(yīng)基因不能表達(dá)，而當(dāng)施入外源ABA時這些逆境響應(yīng)基因又重新表達(dá)。當(dāng)前第24頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)7植物的抗性指標(biāo)(1)形態(tài)解剖指標(biāo)：氣孔構(gòu)造、柵欄和海綿組織的比例、角質(zhì)層和木栓層的厚度及根套的有無等。(2)生理生化指標(biāo)：細(xì)胞膜透性、細(xì)胞質(zhì)含水量、酶系統(tǒng)活性及細(xì)胞內(nèi)結(jié)合物質(zhì)(如谷胱甘肽、類金屬硫蛋白等)的含量等。(3)生態(tài)學(xué)指標(biāo)：根的分布特性、根際效應(yīng)狀況等。當(dāng)前第25頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)三、動物的抗性機(jī)制動物與植物一樣，能夠?qū)ξ廴疚镒鞒鰬?yīng)答，以減少毒物對自身的傷害，從而獲得抗性。動物的抗性機(jī)制也分為拒絕吸收、結(jié)合鈍化、分解轉(zhuǎn)化及排出體外等。（一）動物對污染物的避性：動物對污染物的避性可通過行為或生理方式表現(xiàn)出來。但對于可以自由活動的動物來說，更為有效的措施是從行為上主動避開污染物，使其不進(jìn)入體內(nèi)。當(dāng)前第26頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)毒物在機(jī)體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄是一個極為復(fù)雜的過程，涉及許多屏障，污染物在動物體內(nèi)可被結(jié)合、固定下來，使其不能達(dá)到敏感位點(diǎn)(“靶細(xì)胞”或“靶組織”)。各種脂溶性有毒物進(jìn)入組織后，多數(shù)要與體內(nèi)的某些化合物或基團(tuán)結(jié)合，使毒性減低，極性和水溶性增加，可迅速隨尿液或汗液排出體外。

（二）動物對污染物的結(jié)合鈍化：當(dāng)前第27頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)當(dāng)前第28頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)污染物進(jìn)入動物體內(nèi)，經(jīng)過水解、氧化、還原或加成（結(jié)合）等一系列代謝過程，改變其原有的化學(xué)結(jié)構(gòu)，生理活性相對減弱，加速了從體內(nèi)排泄的過程。通常，轉(zhuǎn)化是將親脂的外源性污染物轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水物質(zhì)，以降低其通過細(xì)胞膜的能力，加速其排出。

（三）動物對污染物的分解轉(zhuǎn)化：當(dāng)前第29頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)污染物及其代謝產(chǎn)物從動物體內(nèi)排出的主要途徑是經(jīng)過腎隨尿排出，其次是經(jīng)過肝、膽通過消化管隨糞便排出。也通過皮膚隨汗液排出。揮發(fā)性污染物及其代謝物可以通過呼吸道隨呼出氣體排出。以及其他途徑排泄。（四）動物對污染物的排泄作用：當(dāng)前第30頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)四、微生物的抗性機(jī)制微生物對污染物也具有抗性。微生物對污染物的抗性也可分為避性、分解轉(zhuǎn)化等途徑。1微生物對污染物的避性污染物對微生物各個部分都會受到不同程度的影響，而微生物則有避開污染物的能力，這取決于微生物的生理學(xué)、形態(tài)學(xué)和生態(tài)學(xué)特性。當(dāng)前第31頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)1.1形態(tài)學(xué)避性有些微生物具有莢膜，它是污染物進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)最重要的屏障。莢膜增厚就使其在形態(tài)學(xué)上避開污染物。1.2生理學(xué)避性微生物能分泌絡(luò)合或分解轉(zhuǎn)化污染物的有機(jī)物，使其移動性降低或極性改變，從而不易進(jìn)入體內(nèi)?；蛘呶廴疚镌诎饷傅淖饔孟路纸廪D(zhuǎn)化成無毒無害的物質(zhì)。它包括：沉淀作用、胞外絡(luò)合作用、細(xì)胞壁結(jié)合作用。當(dāng)前第32頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)微生物對環(huán)境污染物的抗性途徑主要是分解和轉(zhuǎn)化，將它們轉(zhuǎn)變成無毒或低毒的物質(zhì)，甚至將污染物作為營養(yǎng)或獲得能源的物質(zhì)。2.1微生物對金屬離子的轉(zhuǎn)化作用環(huán)境中一些特殊微生物對有毒金屬離子具有抗性，可使金屬離子發(fā)生轉(zhuǎn)化。這個作用包括：甲基化；還原作用；氧化作用。2微生物對污染物的分解轉(zhuǎn)化作用當(dāng)前第33頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)當(dāng)前第34頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)2.2微生物對有機(jī)污染物的分解轉(zhuǎn)化作用微生物對農(nóng)藥的分解轉(zhuǎn)化作用：脫鹵、脫烴、酰胺及酯的水解、氧化、還原、環(huán)裂解及縮合或共軛。微生物對氰和腈的分解：對洗滌劑的分解：當(dāng)前第35頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)3

微生物對污染物的結(jié)合、鈍化、外排在重金屬脅迫環(huán)境中，生物體內(nèi)普遍存在金屬硫蛋白、類金屬硫蛋白和重金屬螯合多肽。微生物能夠改變自身?xiàng)l件以適應(yīng)新環(huán)境，這種適應(yīng)性涉及到形態(tài)學(xué)、生理學(xué)和生態(tài)學(xué)等。微生物個體微小、繁殖迅速、比表面積大，更容易適應(yīng)環(huán)境。目前，微生物的凈化作用日益受到重視。微生物除了分解、轉(zhuǎn)化污染物外，還能將進(jìn)入體內(nèi)的污染物排出體外。當(dāng)前第36頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)4質(zhì)粒與微生物的抗性質(zhì)粒是細(xì)菌或細(xì)胞染色質(zhì)以外的，能自主復(fù)制的，與細(xì)菌或細(xì)胞共生的遺傳成分。其特點(diǎn)：①雙鏈共價(jià)閉合環(huán)形DNA；②能自主復(fù)制，傳給后代。③對宿主生存并不是必需的。在特殊環(huán)境中，質(zhì)粒有時起著關(guān)鍵性作用，抗性質(zhì)粒與微生物對污染物的抗性關(guān)系密切。當(dāng)前第37頁\共有39頁\編于星期四\19點(diǎn)5凈化生物的篩選凈化生物是指能夠把環(huán)境中的污染物吸入體內(nèi)，并且能在體內(nèi)富集、降解，從而減少環(huán)境污染物含量的生物體。自然界幾乎所有的生物都有凈化環(huán)境的能力，但凈化能力的強(qiáng)弱差別很大。凈化生物必須有一定的抗性，能夠在污染環(huán)境中正常生長，具體的篩選方法有：(1)實(shí)地調(diào)查污染環(huán)境：在污染環(huán)境中，調(diào)查、篩