环境生物学期末复习.docx

绪论环境生物学：是研究生物与受人类干扰的环境之间的相互作用规律及其机理的科学，是环境科学的一个分支学科。环境生物学的研究方法：野外调查和试验：优点：真实 缺点：影响因素分析存在困难实验室试验：优点：条件控制比较严格，试验过程可以多次重复，对结果分析比较可靠 缺点：研究者必须尽量注意的是实验室的条件与野外自然状态的区别，用实验室的结果去解释自然环境的情况必须十分小心。模拟研究：第一章环境效应按环境变化的性质可分为：环境生物效应（是指各种环境因素变化而导致生态系统变异的效果）、环境物理效应（是物理作用引起的环境效果，如热岛效应、温室效应）、环境化学效应（是在多种环境条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果）。污染源：造成环境污染的污染物发生源称之为污染源。污染物：是进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化、直接或间接有害于人类生存和发展的物质，是造成环境污染的重要物质组成，这类物质有的是自然界释放的，有的是人类活动产生的。在众多污染物中筛选出潜在危害大的作为优先研究和控制对象，称之为优先污染物。污染物的迁移是指污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失的过程。污染物在环境中的迁移方式：1、机械迁移 2、物理化学迁移 3、生物迁移污染物的形态和分布：按污染物的化学组成和内部结构可分为单质和化合态；按其物理性状和结构来分，可分为固体、流体、射线等形态；按污染物的形态和功能特点，可分为离子态、代换态、胶体、有机结合态和难溶态等。污染物的转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转变成另一种物质的过程称为污染物的转化。 污染物的转化形式分为1、物理转化2、化学转化3、生物转化 在河流受到大量有机物污染时，由于有机物这种氧化分解作用，水体溶解氧发生变化，随着污染源到河流下游一定距离内，溶解氧由高到低、再到原来溶解氧水平，可绘制成一条溶解氧下降曲线，称之为氧垂曲线。生物将吸收的环境化学物质转变成为生物体本身的有机物质，这个过程称为生物合成作用。污染物的生物地球化学循环就是生物的合成作用和矿化作用所引起的污染物的周而复始的循环运动作用。 生物转运：是指环境污染物经各种途径和方式同生物机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。污染物透过细胞膜的方式：1、被动转运（特点是生物膜不起主动作用，不消耗细胞的代谢能量）2、特殊转运（特点是具有特定结构的环境污染物和生物膜中的蛋白质构成的载体形成可逆性复合物进行转运，生物膜有主动选择性）3、胞饮作用对大多数动物而言，污染物主要通过消化管（主要部位是胃（弱酸）和小肠（弱碱）、呼吸系统、皮肤三条途径吸收。污染物的排泄：是指进入机体的环境污染物及其代谢转化产物被机体清除的过程。1、肾脏排泄2、随同胆汁排泄3、其他排泄途径生物转化：是指外源化合物进入生物机体后在有关酶系统的催化作用下的代谢变化过程。P43环境中微生物对金属的转化，主要是氧化还原和甲基化作用汞的生物甲基化往往与甲基钴氨素有关。生物浓缩：是指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。生物积累：是指生物在其整个代谢活跃期通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解的化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。生物放大：是指生态系统中，由于营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象，又称生物学放大。生物浓缩系数：是指生物体内某种元素或难分解的化合物的浓度同它所生存的环境中改物质的浓度比值，可用以表示生物浓缩的程度，又称浓缩系数。（实验室饲养法野外调查法）金属的生物转化（P63）第三章生物测试：指系统地利用生物的反应测定一种或多种污染物或环境因素单独或联合存在时，所导致的影响或危害。生物测试的分类：1、短期生物测试（主要用于测定半数致死浓度 或半数抑制浓度 或半数效应浓度 ） 2、中期生物测试 3、长期生物测试（在低浓度污染物的作用下，生活史中最敏感的几个阶段进行）绝对致死量或浓度：表示一群动物全部死亡的最低剂量或浓度。半数致死量或浓度：能引起一群动物的50%死亡的最低剂量和浓度。最小致死量或浓度：能使一群动物中仅有个别死亡的最高剂量或浓度。最大耐受剂量或浓度：能使一群动物虽然发生严重中毒，但全部存活无一死亡的最高剂量或浓度。最大无作用剂量：指化学物在一定时间内，按一定方式与机体接触，按一定的检测方式或观察指标，不能观察到任何损害作用的最高剂量。半数效应浓度：是指能引起50%受试生物的某种效应变化的浓度。低于中毒阈值剂量的外来化合物，反复多次地与机体持续接触，经一定时间后使机体出现明显的中毒表现，即为蓄积毒性作用。蓄积系数法：是一种长用来评价环境污染物蓄积作用的方法。生物半减期：是指一种外来化合物在体内消除到原有浓度的一半所需要的时间。寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验法（Ames试验）。基本原理是利用一种突变型微生物菌株与被检化学物质接触，如该化学物质具有致突变性，则可使突变性微生物发生回复突变，重新成为野生型微生物。细胞遗传学试验：染色体畸变试验、微核试验（P118）致畸作用的毒理学特点：1、胚胎与致畸物发生接触时，可因胚胎处于不同发育阶段而引起不同的畸形；2、种属差异在致畸作用中较为明显，不同种系的动物呈现出不同的敏感性。细胞癌变学说：体细胞癌变学说、分化障碍学说、癌基因学说。微宇宙法：是研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生物效应的一种方法，又称为模型生态系统法。第四章生物监测：是利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。其与理化检测相比的优点：能直接反映出环境质量对生态系统的影响；能综合反映环境直来那个状况；具有连续检测的功能；检测灵敏度高；价格低廉，不需购置昂贵的精密仪器等。生物监测的特点：1、长期性2、综合性3、富集性大气污染生物监测：指利用生物对大气污染物的反应，监测有害气体的成分和含量以了解大气的环境质量状况。大气污染的生物监测包括动物监测和植物监测。污染量指数法（IPC）：是以分析叶片中污染物含量为基础监测大气污染的一种方法，其公式为：Kipc=Cm/Cc大气污染的细菌总数测定：检测方法主要有：沉降平皿法、吸收管法、撞击平皿法、滤膜法。水污染的生物监测方法：1、水污染的细菌学监测 水污染的细菌学指标；水样的采集与保存；细菌总数的测定；大肠菌群的测定；2、水污染的浮游生物检验法3.底栖大型无脊椎动物检测法4.微型生物群落监测法 水体收到污染后，对生存于其中的生物产生影响，生物也对此作出不同的反应和变化，其反应和变化时水环境评价的良好指标，这是水环境质量生物学评价的基本依据和原理。水环境质量的生物学评价：1、一般描述对比法：根据对调查水体的水生生物的区系组成、种类、数量、生态分布、资源情况等的描述，对比区域内同类型或同一水体的历史资料，对目前的环境质量现状作出评价。2、指示生物法：根据对水环境中有机污染或某种特定污染物敏感的或有较高耐受性的生物种类的存在或缺失，来指示其所在水体或河段内有机物或某种特定污染物的多寡和分解程度。3、污水生物系统4、生物指数5、种的多样性指数6、生产力指示生物：是指环境中对某些物质能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物。生物标志物：化学污染物所导致的生物有机体的生物化学和生物学改变越来越多地被运用于监测和评价化学污染物的暴露及其效应。许多环境科学家把这些生物化学和生理学改变称之为生物标志物。风险：是指不利事件发生的概率。风险评价结构框架由四部分组成：暴露评价、危险评价、受体分析、风险表征。生态风险评价的内容：暴露评价、受体评价、危害评价、风险表征。第五章P204在实践中对一般废水的评价，常采用BOD、COD、SS、Ph含氮化合物等项目作为其污染物指标和净化度指标。BOD是指在 条件下，微生物好氧分解水样中有机物所消耗的溶解氧量。BOD曲线可分为七个阶段：1、微生物增殖的迟缓期：耗氧量增加缓慢。 2、细菌的对数生长期：异氧细菌利用废水中的营养物质而迅速增殖，使耗氧量迅速增加。 3、耗氧平缓阶段：这是由于废水中养分为异氧细菌所消耗，细菌生长因营养缺乏而减慢，数量减少，逐渐进入内源呼吸。 4、原生动物耗氧峰：这主要是由于原生动物的活动引起的。 5、耗氧再次平缓阶段：随着原生动物的食料逐渐耗尽，原生动物也开始大量死亡，使耗氧曲线又平缓下来。 6、硝化细菌耗氧峰：这是由于自氧细菌硝化细菌的氧化而耗氧的结果。 7、所有的微生物都在继续减少，一些无机物也逐渐被氧化，最终均转化并稳定为 和 。环境污染的污染与净化指标：1、生物化学需氧量（BOD）2、化学需氧量（COD） 3、总需氧量（TOD） 4、总有机碳（TOC） 5、固体物质 6、含氮化合物 7、PH值微生物对污染物的降解与转化是污染物处理和净化的基础。微生物对物质降解与转化的特点：1、微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快2、微生物种类繁多，分布广泛，代谢类型多样3、微生物具有多种降解酶4、微生物繁殖快，易变异，适应性强5、微生物具有巨大的降解能力6、共代谢作用共代谢：只有在初级能源物质存在时才能进行的有机化合物的生物降解过程生物降解：是指由于生物的作用，把污染物大分子转化为小分子，实现污染物的分解或降解。影响微生物对物质降解转化作用的因素：1、微生物的代谢活性2、微生物的适应性3、化合物结构4、环境因素生物可降解性：是指通过微生物的生命活动来改变污染物的化学结构，使污染物的化学和物理学性能改变所能达到的程度。有机污染物的生物可降解性的评价方法：1、测定生物氧化率2、测呼吸线3、测定相对耗氧速度曲线 4、测BOD5与CODcr之比 5、测COD30 6、培养法自净作用：受污染的水质自然地恢复原样的现象。活性污泥与生物膜之所以能在净化污水中起到重要作用，是因为他们具有以下特性：1、具有很强的吸附能力2、具有很强的分解、氧化有机物的能力3、具有较长的食物链4、具有良好的沉降性能。第六章活性污泥法：是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法。这种微生物絮体就是活性污泥，它是由好气性微生物（包括细菌真菌原生动物后生动物）及其代谢和吸附的有机物、无机物组成。降解过程的第一阶段是吸附阶段；第二阶段是摄取、分解阶段。活性污泥的工作参数：1、混合液悬浮固体（MLSS）2、混合液挥发性悬浮固体（MLVSS）3、污泥沉降比（SV）4、污泥容积系数（SVI）5、污泥负荷（Ls）生物膜法的特点：1、微生物多样性高2、生物膜各段的微生物类群不同3、生物膜中的食物链较长4、具有较高的脱氮能力5、单位处理能力大6、系统维护方便7、操作运行稳定生物膜的净化原理见P256当废水中有机物浓度较高，BOD5超过1500mg/L时，就不宜用好氧处理，而应该采用厌氧处理方法。厌氧生物处理是在厌氧条件下，形成了厌氧微生物所需要的营养条件和环境条件，利用这类微生物分解废水中的有机物并产生甲烷和二氧化碳的过程，又称厌氧发酵。厌氧微生物包括厌氧有机物分解菌（或称不产生甲烷的厌氧微生物）和甲烷菌。厌氧生物处理的过程分为3个阶段：1、水解阶段2、酸化阶段3、甲烷化阶段。但在厌氧反应器中，三个阶段是同时进行的，并保持某种动态平衡，这种平衡受到环境的PH值、温度、有机负荷等因素所约束光合细菌（PSB）：是一大类能进行光合作用的原核生物的总称。A/O工艺（缺氧-好氧生物处理系统）P274生物脱氮：主要是通过硝化作用和反硝化作用来完成的。根据脱氮时所用的碳源，还可将其细分为1.内碳源2.外加碳源硝化过程的溶解氧一般应维持在1.0-2.0mg/L。微生物除磷原理P283微生物除磷过程中起主要作用的积磷菌是假单胞菌属和气单胞菌属。除磷的最重要的两个：1、积磷菌2、发酵产酸菌积磷菌一般只能利用低级的脂肪酸，而不能直接利用大分子有机基质，这就需要发酵产酸菌将大分子物质降解为小分子物质。在除磷工艺中，气单胞菌除具有积磷作用外，其主要功能是发酵产酸，为其他聚磷菌提供可利用的基质，而假单胞菌和不动杆菌则主要起积磷的作用。厌氧放磷池的溶解氧应小于0.2mg/L，好氧池中溶解氧应大于0.2mg/L。堆肥法：就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。堆肥化的产物称为堆肥。好氧堆肥的微生物学过程：1.发热阶段2.高温阶段3.降温和腐熟保肥阶段卫生填埋是将垃圾在填埋场内分区分层进行填埋的一种方法，主要有厌氧、好氧和半好氧三种（主要是厌氧）。废气的微生物处理的主要方法可分为：1.微生物吸收法2.微生物洗涤法3.微生物过滤法第七章生物技术：是指利用生物有机体或组成部分发展新产品或新工艺的一种技术体系。环境生物技术：就是应用于认识和解决环境问题过程党的生物技术体系，包括对环境污染效应的认识、环境质量评价和环境污染的生物处理技术等。基因工程：是利用重组DNA技术，在体外通过人工剪切和拼接等方法，对生物的基因进行改造和重新组合，然后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组的基因在受体细胞中表达，产生出人类所需要的基因产物。基因工程的基本过程：1、基因工程的工具酶2、基因工程的载体3、目的基因的分离4、目的基因与载体的重组工艺5、将目的基因导入受体6、对目的基因的筛选和检测7、目的基因在受体细胞中的表达。细胞工程包括四个方面：1、细胞培养2、细胞融合3、细胞重组4、遗传物质转移。原生质体：细胞质壁分离后去掉细胞壁所余下那部分结构称为原生质体。原生质体融合方法：1、亲本的选择2、原生质体制备3、原生质体的再生4、原生质体的融合与融合子的检出（目前常用的诱导原生质体融合的方法有1.化学促融法2.电诱导法）。固定化酶：又称水不溶酶，是通过物理吸附法或化学键合法将水溶性酶和固态的不溶性载体相结合，使酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物。固定化酶的特点：1、固定化酶比水溶酶稳定，可以较长时间保持酶的活性2、固定化酶适合于连续化、自动化和管道化工艺，还可以回收、再生和重复使用3、固定化酶可以设计成不同的形式。酶固定化方法：1、载体结合法2、交联法3、包埋法4、逆胶束酶5、复合法载体结合法根据酶与载体的结合方式：可分为1、共价结合法2、离子结合法3、物理吸附法4、生物特异结合法。发酵工程过程一般分为四个阶段：1、发酵原料的预处理2、发酵过程的准备3、发酵过程4、产品的分离与钝化生物氧化塘：又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一种生态系统。生态工程：一般指人工设计的、以生物种群为主要结构组分、具有一定功能的、宏观的、人为参与调控的工程系统。氧化塘净化原理:氧化塘是利用细菌与藻类的互生关系，来分解有机污染物的废水处理系统。细菌主要利用藻类产生的氧，分解流入塘内的有机物；分解产物中的CO2、N、P等无机物，以及一部分小分子有机物又成为藻类的营养源。增殖的菌体与藻类细胞又为微型动物所捕食。氧化塘内的转化过程实际上是一个连续进入废水、生物循环过程，基本的损失仅限于气体的逸出、飞虫的离去、候鸟及过往动物的迁移、植物的收获以及出水的排放。在氧化塘中主要的反应过程有：1.厌氧非光合反应2.好氧的非光合作用的细菌反应。湿地：是指每年在足够长的时间内均具有浅的表面水层，能维持大型水生植物生长的生态系统。人工湿地：是根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于处理废水。第八章生物修复：利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统称为生物修复。 生物修复的基本思想：提供氧气，添加氮、磷营养盐，接种经驯化培养的高效微生物等，以便能够迅速去除污染物。 环境修复技术主要分为物理、化学、生物的方法。 生物修复中主要生物种类 微生物的类型：1、土著微生物实际应用最广泛的2、外来微生物3、基因工程菌（GEM） 影响微生物修复的因素：1、微生物营养盐 2、电子受体3、共代谢基质4、污染现场和土壤的特性 5、有毒有害有机污染物的物理化学性质。环境污染的植物修复：植物修复是一个更经济，更适于现场操作的去除环境污染物的技术。在土壤修复中利用适当的植物种类不仅可去除环境的有机污染物，还可去除环境中的重金属和放射性核素。并且适用于大面积、低污染的污染位点。土壤修复中，通过1、植物固定2、植物挥发3、植物吸收去除环境中金属元素，进行污染环境的修复。植物固定：是利用植物及其他一些添加物质使环境中的金属流动性降低，生物可利用性下降，降低金属对生物的毒性。植物挥发:是利用植物去除环境中的一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态物质，释放到大气中。植物吸收:是目前研究最多并且最有发展前景的一种利用植物去除环境中重金属的方法。她是利用能耐受并能过量积累金属的植物吸收环境中的金属离子，将他们输送到贮存在植物体的地上部分。 适应重金属胁迫的植物有三种情况：1、不吸收或少吸收重金属2、将吸收的重金属钝化在植物地下部分，使其不向地上部分转移3、大量吸收重金属元素，植物仍能正常生长。