第9章 生物污染监测
△本章教学目的、要求
1. 掌握污染物在生物体内的分布特点； 2. 了解生物样品的采集和制备； 3. 熟悉生物样品的预处理方法； 4. 掌握生物污染监测方法。
△本章重点
生物污染及途径、污染物在生物体内的分布规律、生物污染监测方法
△本章难点
生物样品的采集制备和预处理、生物污染监测方法
△本章教学目录 9.1概述
9.2污染物在生物体内的分布 9.3生物样品的采集制备和预处理 9.4生物污染监测方法
生物污染监测是环境质量监测的有效途径之一。因为生物体内污染物来自生物所处的环境，生物污染监测的结果可从一个侧面反映与生物生存息息相关的大气污染、水体污染及土壤污染的积累性作用。
根据生物污染监测的特殊性，本章重点介绍污染物在生物体内的分布规律、生物样品的采集、制备和预处理等。学习和掌握污染物在生物体内的分布规律是做好生物污染监测的基础，而进行正确的生物样品采集、制备及预处理是保证生物污染监测工作质量的前提，当生物样品处理成溶液后，其监测分析方法则同前几章中介绍的大气污染监测、水体污染监测、土壤污染监测的监测方法大同小异。
9.1概述
生物是环境的五大要素之一。对环境的生物要素受污染的程度进行监测的工作称为生物污染监测。即生物污染监测的监测对象是生物体，监测内容是生物体内所含环境污染物。
由于生物的生存与大气、水体、土壤等环境要素息息相关，生物在从这些环
境要素中摄取营养物质和水分的同时，也摄入了环境污染物质并在体内蓄积，因此，生物污染监测的结果可在一定程度上反映生物体对环境污染物的吸收、排泄和积累情况，从一个侧面反映与生物生存相关的大气污染、水体污染及土壤污染的积累性作用程度。
生物污染监测采用物理、化学方法，通过对生物体所含环境污染物的分析，对环境质量进行监测，它与以生物学、生态学方法对环境质量进行跟踪性检测的“生物监测”并不是一回事。前者的监测重点是生物体内环境污染物，而后者则是利用生物个体、种群或群落的状况和变化及其对环境污染或变化所产生的反应，阐明环境污染状况。但生物污染监测与生物监测亦有一定的联系：二者的分析对象都是生物，生物污染监测是生物监测的内容之一（生物污染监测的内容在生物监测中常称为“生物材料检测”）。
生物污染监测与大气污染监测、水体污染监测、土壤污染监测相比，最大的差别在于分析对象的特殊性，而四者的监测方法则大同小异，故本章重点介绍生物样品的采集制备和预处理。
9.2 污染物在生物体内的分布
生物样品的特殊性在于污染物在生物体内各个部位的分布是不均匀的，且不同的生物其分布情况亦可能是不相同的。了解污染物在生物体内的一般分布规律，对正确采集样品，选择适宜的监测方法是十分重要的。 9.2.1污染物在植物体内的分布
植物受污染物污染的主要途径有表面附着、植物吸收等，而污染物在植物体内的分布规律则与吸收污染物的主要途径、植物的种类、污染物的性质等因素有关。
9.2.1.1表面附着
表面附着是指污染物以物理的方式粘附在植物表面的现象。例如，散逸到大气中的各种气态污染物、施用农药、大气中的粉尘降落及含大气污染物的降水等，会有一部分粘附在植物的表面上，造成对植物的污染和危害。表面附着量的大小与植物的表面积大小、表面形状、表面性质及污染物的性质、状态等有关。表面积大、表面粗糙、有绒毛的植物其附着量较大，粘度大、粉状污染物在植物上的附着量亦较大。 9.2.1.2植物吸收
植物对大气、水体和土壤中污染物的吸收可分为主动吸收和被动吸收两种方式。
所谓主动吸收即代谢吸收，是指植物细胞利用其特有的代谢作用所产生的能量而进行的吸收作用。细胞利用这种吸收能把浓度差逆向的外界物质引入细胞内。例如植物叶面的气孔能不断地吸收空气中极微量的氟等，吸收的氟随蒸腾流转移到叶尖和叶缘，并在那里积累至一定浓度后造成植物组织的坏死。植物通过根系从土壤或水体中吸收营养物质和水分的同时亦吸收污染物，其吸收量的大小与污染物的性质及含量、土壤性质和植物品种等因素有关。例用含镉污水灌溉水稻，水稻将从根部吸收镉，并在水稻的各个部位积累，造成水稻的镉污染。主动吸收可使污染物在植物体得到成百倍、千倍甚至数万倍的浓缩。
所谓被动吸收即物理吸收，这种吸收依靠外液与原生质的浓度差，通过溶质的扩散作用而实现吸收过程，其吸收量的大小与污染物性质及含量大小，以及植物与污染物接触时间的长短等因素有关。 9.2.1.3污染物在植物体内的分布和蓄积
植物吸收污染物后，其污染物在植物体内的分布与植物种类、吸收污染物的途径等因素有关。植物从大气中吸收污染物后，污染物在植物体内的残留量常以叶部分布最多。例如，在含氟的大气环境中种植的番茄、茄子、黄瓜、菠菜、青萝卜、胡萝卜等蔬菜体内氟的含量分布符合此规律。
植物从土壤和水体中吸收污染物，其残留量的一般分布规律是：根＞茎＞叶＞穗＞壳＞种子。例如，在被镉污染的土壤中种植的水稻，其根部的镉含量远大于其它部位。试验表明，植物的种类不同，对污染物的吸收残留量的分布也有不符合上述规律的。例如，在被镉污染的土壤中种植的萝卜和胡萝卜，其根部的含镉量低于叶部。
9.2.2污染物在动物体内的分布
环境中的污染物主要通过呼吸道、消化道和皮肤吸收等途径进入动物体，通过食物链而得到浓缩富集，最后进入人体。 9.2.2.1动物吸收
动物在呼吸空气的同时将毫无选择的吸收来自空气中的气态污染物及悬浮颗粒物，在饮水和摄入食物同时，也将摄入其中的污染物，脂溶性污染物还能通过皮肤的吸收作用进入动物肌体。例如，某些气态毒物如：氰化氢、砷化氢以及重金属汞等都可经皮肤吸收。当皮肤有病损时，原不能经完整皮肤吸收的物质也可通过有病损的皮肤而进入动物体。
呼吸道吸收的污染物，通过肺泡直接进入动物体内大循环；消化道吸收的污染物通过小肠吸收（吸收的程度与污染物的性质有关），经肝脏再进入大循环；经皮肤吸收的污染物可直接进入血液循环；另外，由呼吸道吸入并沉积在呼吸道表面上的有害物质，也可以咽到消化道，再被吸收进入肌体。
污染物被吸收后，可在动物体内发生转化与排泄作用。 有机污染物进入动物体后，除很少一部分水溶性强、分子量小的毒物可以原形排出外，绝大部分都要经过某种酶的代谢或转化作用改变其毒性，增强其水溶性而易于排泄。肝脏、肾脏、胃、肠等器官对各种毒物都有生物转化功能，其中尤以肝脏最为重要。
无机污染物（包括金属和非金属污染物）进入动物体后，一部分参与体内生物代谢过程，转化为化学形态和结构不同的物质，如金属的甲基化、脱甲基化、配位反应等；也有一部分直接蓄积于细胞各部分。
动物体对污染物的排泄作用主要通过肾脏、消化道和呼吸道，也有少量随汗液、乳汁、唾液等分泌液排出，还有的在皮肤的新陈代谢过程中到达毛发而离开肌体。有毒物质在排泄过程中，可在排出器官处造成继发性损害，成为中毒表现的一部分。另外，当有毒物质在体内某器官处的蓄积超过某一限度时，则会给该器官造成损害，出现中毒表现。 9.2.2.2 生物浓缩作用
生物浓缩作用亦称生物富集作用，它是指生物（包括微生物）通过食物链进行传递和富集污染物的一种方式。水体中的污染物通过生物、微生物的代谢作用进入生物、微生物体内得到浓缩，其浓缩作用可使污染物在生物体的含量比在水体中的浓度大得多。例如，进入水体中的污染物，除了由水中生物的吸收作用直
接进入生物体外，还有一个重要途径：食物链。浮游生物是食物链的基础。在水体环境中，常存在如下食物链：虾米吃“细泥”（实质上是浮游生物），小鱼吃虾米，大鱼吃小鱼。污染物在食物链的每次传递中浓度就得到一次浓缩，甚至可以达到产生中毒作用的程度。人处于这一食物链的末端，人若长期食用了污染水体中的鱼类，则可能由于污染物在体内长期富集浓缩，引起慢性中毒。震惊世界的环境公害之一——日本熊本县“水俣病”，就是因为水俣湾当地的居民较长时间内食用了被周围石油化工厂排放的含汞废水污染和富集了甲基汞的鱼、虾、贝类等水生生物，造成大量居民中枢神经中毒、甚至死亡，所引起的“疾病”，它是由含汞废水进入“海水—鱼—人”食物链而造成的对人体的严重毒害。
环境污染物不仅可以通过水生生物食物链富集，也可以通过陆生生物链富集。例如，农药、大气污染物，可通过植物的叶片、根系进入植物体内得到富集，而含有污染物的农作物、牧草、饲料等经过牛、羊、猪、鸡等动物进一步富集，最后通过粮食、蔬菜、水果、肉、蛋、奶等食物进入人体中浓缩，危害人体健康。例如日本的“骨痛病”事件（又称“镉米事件”）就是因为当地居民用被锌、铅冶炼厂等排放的含镉工业废水所污染的河水灌溉农田，使稻米中含有大量的镉（“镉米”），居民食用含镉稻米和饮用含镉的水而引发的镉中毒事件。 9.2.2.3污染物在动物体内的分布
污染物质被动物体吸收后，借助动物体的血液循环和淋巴系统作用在动物体内进行分布，并发生危害。污染物质在动物体内的分布与污染物的性质及进入动物组织的类型有关，其分布大体有以下五种分布规律：
（1）能溶解于体液的物质：如钠、钾、锂、氟、氯、溴等离子，在体内分布比较均匀。
（2）镧、锑、钍等三价和四价阳离子，水解后生成胶体，主要蓄积于肝和其他网状内皮系统。
（3）与骨骼亲和性较强的物质，如铅、钙、钡、锶、镭、铍等二价阳离子在骨骼中含量极高。
（4）对某种器官具有特殊亲和性的物质，则在该种器官中积累较多。如碘对甲状腺、汞对肾脏有特殊亲和性，故碘在甲状腺中积贮较多，汞在肾脏中积贮较多。
（5）脂溶性物质，如有机氯化合物（DDT、六六六等），主要积累于动物体内的脂肪中。
以上五种分布类型之间又是彼此交叉，比较复杂。往往一种污染物对某一种器官有特殊亲和作用，但同时也分布于其他器官。例如，铅离子除分布在骨骼中外，也分布于肝、肾中；砷除分布于肾、肝、骨骼外，也分布于皮肤、毛发、指甲中。另外，同一种元素可能因其价态或存在形态不同而在体内蓄积的部位也有所不同。例如，水溶性汞离子很少进入脑组织，但烷基汞呈脂溶性，能通过脑屏障进入脑组织。再如进入体内的四乙基铅，最初在脑、肝中分布较多，但经分解转变成为无机铅后，则铅主要分布在骨骼、肝、肾中。
9.3 生物样品的采集制备和预处理
生物体内污染物的监测，一般也要经过样品的采集、制备、预处理和分析测
定几个步骤，下面分别予以介绍。 9.3.1生物样品的采集 9.3.1.1植物样品的采集 （1）样品采集的一般原则
①代表性: 即采集能代表一定范围污染情况的植株为样品。这就要求对污染源的分布、污染类型、植物的特征、地形地貌、灌溉出入口等因素进行综合考虑，选择合适的地段作为采样区，再在采样区内划分若干小区，采用适宜的方法布点，确定代表性的植株。采集作物或蔬菜时，不要采集田埂、地边及距田埂地边2 m范围以内的植株。
②典型性: 即采集的植株部位要能充分反映所要了解的情况（常根据污染物在植物体内的分布规律确定采集部位）。
③适时性: 指在植物不同生长发育阶段，施药、施肥前后，适时采样监测，根据要求分别采集植株的不同部位，如根、茎、叶、果实，不能将各部位样品随意混合。以掌握不同时期的污染状况和对植物生长的影响。 （2）布点方法
在划分好的采样小区内，常采用梅花形五点取样法或交叉间隔取样法确定代表性的植株，见图9-1和图9-2。
图9-1梅花形五点取样 图9-2 交叉间隔取样
（3）采样方法
①采样前的准备工作：采样前应预先准备好采样工具，如小铲、枝剪、剪刀、布袋或塑料袋、标签、记录本和登记表等。
②样品的采集量：样品采集量应根据分析项目数量、样品制备处理要求、重复测定次数等情况来确定。一般要求样品经制备后，应有20～50g干样品，新鲜样品可按含80%～90%的水分计算所需样品量，应不少于0.5kg。采集对象可根据需要分别采集根、茎、叶、果实甚至全株。
③采样方法：选择优势种植物在采样区内按图9-1或图9-2方式采集5～10处的植株混合组成一个代表样品。
若采集根系部位样品，应尽量保持根系的完整，不要损失根毛。带回实验室后，要及时用水洗净，但不要浸泡，并用纱布擦干。如要进行新鲜样品分析，则在采样后要用清洁、潮湿的纱布包住或装入塑料袋中，以免水分蒸发而萎蔫。对水生植物，如浮萍、藻类等，应采集全株。采集果树样品时，要注意树龄、株型、生长势、载果数量和果实着生的部位及方向。从污染严重的水体中捞取的样品，需用清水洗净，挑去其他水草、小螺等杂物。
④样品的保存：将采集好的样品装入布口袋或聚乙烯塑料袋中，贴好标签，注明编号、采集地点、植物种类、分析项目，并填写采样登记表。
第9章 生物污染监测
