3.5.3 污染物的生物毒害效应与致毒机理
一、污染对生物种群和生态系统的影响
污染物对生物个体产生的影响可以反映在生物种群和生态系统上。污染物进入生物环境之后，与其中的生物及其生境发生相互作用，可使生物种群结构、种群增长和种群进化发生变化，进入生物体内的污染物随食物链流动，产生各种各样的生态效应，包括对生态系统组成成分、结构及物质循环、能量流动、信息传递等过程的不利影响。污染物还可以通过食物链污染人类的食物，并通过对生物环境的损害影响人类生存发展的基础。
1.污染在种群水平上的影响
（1）种群密度：对有毒污染物敏感的种群个体死亡率增加，繁殖率下降，种群密度下降。
（2）年龄结构：一般而言，生物个体随着发育进程，机体对外来有毒物质抵抗力逐渐增强，因此，生命早期阶段比成年阶段对污染敏感。其结果是处于污染生境中的生物种群中幼年个体减少，老年个体比例增大，种群年龄结构趋于老龄化。
（3）性别比例：一些环境激素物质具有动物和人体激素的活性，能干扰和破坏生物的内分泌功能，导致生物繁殖障碍。
（4）种间关系：污染物干扰生物正常的生理、行为反应，从而影响到捕食、竞争、寄生和共生等种间关系。
（5）种群进化：污染物对生物的影响如同自然进化中的选择压力，使得种群内具有抗性的个体的等位基因上升，敏感个体的等位基因丧失。
2.污染在生态系统水平上的影响
（1）生态系统多样性散失：环境污染往往导致生境的单一化，从而可导致生态系统多样性散失。不仅如此，污染往往引起建群种或群落物种消亡或更替，从而使原有的生态系统发生严重的逆向演替。
（2）生态系统复杂性降低：污染导致生态系统复杂性降低主要表现为生态系统的结构趋于简单化，食物链不完整，食物网简化，生态系统的物质循环路径减少或不畅通，能量供给渠道减少，信息传递受阻等。导致复杂性降低的原因主要有两点：一是污染物通过破坏生境和直接伤害生物个体而影响物种的生存与发展，从根本上影响生态系统的结构和功能基础；二是污染降低了初级生产，从而使依托强大初级生产量才能建立起来的各级消费类群没有足够的物质和能量支持，导致生态系统的结构和功能趋于简单化。(https://www.daowen.com)
二、污染物的致毒效应机理
致毒效应机理是指污染物或代谢产物与靶器官受体的相互作用，以及这种作用所引发的一系列生物化学和生物物理过程，最终导致在效应器官产生致毒作用的原因。污染物的致毒机理非常复杂，有些至今仍不十分清楚。这里仅就其中一些作简单介绍。
1.酶的抑制
酶是生物体内生物化学反应的催化剂，没有酶，许多体内的生化反应便不能发生。毒物进入机体后，一方面在酶的催化下进行生化转化，另一方面毒物直接对体内的酶起抑制作用，产生一系列毒性效应。例如，重金属镉可以抑制植物根系脱氢酶、淀粉酶、核糖核酸酶、多酚氧化酶、硝酸还原酶、抗坏血酸过氧化酶和乳酸脱氢酶等多种酶的活性，从而对植物N代谢、呼吸作用、碳水化合物代谢和核酸代谢等产生阻碍作用。有机磷可以抑制乙酰胆酯酶，导致乙酰胆酯积累，从而阻断兴奋传入感受器，使动物呼吸麻痹而死亡。
2.细胞膜的损害
细胞膜的正常结构和通透性对保障细胞的生命活动具有重要意义。许多污染物的毒性都与细胞膜的损伤有关。如当植物受到重金属污染胁迫时，体内活性氧产生和消除的平衡机制就会遭到破坏，各种活性氧，如超氧阴离子自由基
、过氧化氢（H2O2）、自由基（·OH）、氧烷基（RO·）、过氧烷基（ROO·）、氧化氮等将大量积累。当这些活性氧自由基浓度超过一定阈值时，膜脂中的不饱和脂肪酸就会发生过氧化作用，脂肪酸降解并产生脂质过氧化物，其中最重要的产物为丙二醛（MDA）。MDA具有交联脂类、核酸、糖类及蛋白质的作用，能引起蛋白质和核酸等生物活性物质变性，破坏细胞膜的结构，使电解质及某些小分子有机物渗漏严重，细胞物质交换平衡破坏，引起一系列生理生化变化，最后导致植物生长异常。
3.对生物大分子活性点位的竞争
生物活性点位是生物大分子中具有生物活性的基团和物质。生物大分子的活性点位有羧肽酶、碱性磷酸酶、碳酸酐酶、细胞色素C、血红蛋白及铁氧还原蛋白等。许多生物过程都需要金属离子参与，生物大分子是该过程的主角，这些金属离子通常结合在生物大分子的活性点位上。外来的重金属进入生物体后，可以和生物大分子上活性点位结合，取代活性点位上原有的金属，也可以结合在该分子的其他非活性点位上，进而改变生物大分子正常的生理和代谢功能，使生物体表现中毒现象甚至死亡。
4.致突变
突变分为基因突变和染色体畸变。基因突变是指染色体某一部分的改变，在细胞学上观察不到，但在表现型上有遗传的变异，包括DNA中碱基对的转换、颠换、插入和缺失。如果整个染色体都发生突变，在细胞学上可以观察到染色体结构或数目发生改变，称为染色体畸变。致突变物作用于动物的体细胞可导致肿瘤发生，作用于生殖细胞可导致不孕和胚胎早期死亡等。
