环境生物学第三章污染物的生物效应检测

1、第三章活卑的的笛的数惑检测本章将讨论以下内容生物测试及方式I 般毒性试验生物的分子和细胞水平检测生物致突变、致畸和致癌效应检测微宇宙法3.1比汤测试及方式生物测试(Bioassay )的概念：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。注释1 :所利用的生物反应包括分子、细胞、组织、器官、个 体、种群、群落、生态系统各级水平上的反应。注释2 :生物测试不同于常规的物理、化学检测。前者能够测 定污染物对生物机体的影响,而后者只能测定污染物的浓度。例如：通过水污染的生物测试可获得以下数据：各种环境因 素如DO、pH、温度、混浊度等对生命的有利以及不利的

2、浓度 或强度；污染物对受测生物的毒性；各种水生生物对污染物的相对敏感性；废水所应处理的程度；允许的污染物排放浓 度等。丈勃测试的方式短期生物测试(Short Term Bioassays )主要用于测定LG。、IG。、EC50 z用来快速估计污染物的毒性, 评定几种不同毒物或废物对某种生物的相对毒性或评定不同 生物对不同条件如温度、pH的相对敏感性等。多数采用静止 式。中期生物测试(Intermediate Term Bioassays )时间为8dgj90d ,多数情况下为流动式。长期生物测试(Long Term Bioassays )包括全部生活史的生物测试(Complete Life -

3、 cycle Bioassays ) 和部分生活史的生物测试(Partial Life - cycle Bioassays )目的是要测定出在持续情况下不造成有害效应的毒物最大浓 度或最大允许毒物浓度(MATC )只能采用流动式,要保证试验的环境条件和自然界的季节变 化相符合。受试生物的选择影响生物测试结果的因素受试生物试验条件-实验室差异生物测试的标准化3.2 一嚴毒徃试验I基本概念毒物(Toxicant)的概念毒物与非毒物之间不存在绝对的界限，通常一种物质只有达 到中毒剂量时才是毒物O| 中毒(Intoxication )中毒是各种毒性作用的综合表现,包括急性中毒、亚急性中 毒、慢性中毒。

4、毒性(Toxicity )指一种物质引起机体损伤的能力。毒性作用或毒效应(Toxic Effect)效应(Effect)-也称为作用,指接触一定剂量化学物后，使机体产生的生物 迸改雯。效应是对个体而言的z这种改变可用一定的计量单 位表示。反应(Response )指接触一定剂量化学物后,产生某种效应并达到一定强度的 个体在群体中所占的比例。反应是对群体而言的,用百分率或比值来表示,如发病率、死亡率等。剂量-效应关系和剂量-反应关系以剂量为横坐标,以表示效应强度的计算单位或表示反应的 百分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到的曲线,即为剂量 -效血关系和剂量-反应头系曲线。不同的化学物或同一化学物在

5、不同条件下,其剂量与效应或 反应的相关关系不同,可呈现不同类型的曲线。(见图3 - 1 , 32,33,34)剂盪一数忿关系和剂蜃一女疝采系曲钱團005011()闔畠J %)>盘1剂量-反应曲线（直线型）图3 - 2剂量-反应曲线（抛物线型）对数剂量图3 - 4剂量-反应曲线图33剂量-反应曲线（S形线型）致死剂量或致死浓度( Lethal Dose , LethalConcentration )绝对致死剂量或致死浓度(LD100x LC100 )半数致死剂量或浓度(LD50s LC50 )最小致死剂量或浓度(MLD、MLC)最大而寸受剂量或浓度(LD。、LC0 )最大无作用剂量(Max

6、imum No - effect Level )每日容许摄入量(Acceptable Daily Intake )最高容许浓度(Maximum Allowable Concentration )毒作用带急性毒作用带(Acute - toxic Effect Zone )慢性毒作用带(Chronic - toxic Effect Zone )半数效应浓度(ec50 )和半数抑制浓度(IC50 )急住毒住试瞼(Acute Toxicity Test?急性毒性试验(Acute Toxicity Test)研究化学物质大剂量一次染毒或24小时内多次染毒动物所引 起的毒性的试验。其目的是短期内了解该物质

7、的毒性大小和特点,并为进一步 开展其他毒性试验提供设计依据。急性毒性试验类型哺乳动物急性毒性试验水生生物急性毒性试验蚯蚓急性毒性试验幼汤急住毒住试验（1）动物急性毒性试验方法如下:按试验要求选择受试生物常用成年大鼠或小鼠,雌雄动物同时试验，对试验动物预先 观察几天后标记编号并随机分组。预备试验和确定剂量组选用少量动物逬行预备试验,找出引起动物90% （或全部） 死亡的剂量（即最高剂量组剂量）和引起动物10%死亡（或 不死亡）的剂量（即最低剂量组剂量）。在最高剂量组剂量和最低剂量组剂量的范围内/按等比级数 插入若干个中间剂量（一般46组），从而确定正式试验的 剂量组。染毒方式和受试物的配制 般用

8、灌 胃 法禾口人工熏气法受试物的配対:配制试验徐聶的最高剂量浓度溶液，然后依 次稀释到所需浓度。观察指标中毒症状:般观察24 48小时,最好观察到绝大多数动物 出现典型中毒症状。动物死亡数目和死亡时间病理检查:对于试验时立即死亡的动物,可解剖,分析死亡 原因,看是技术事故还是中毒引起的死亡。确定半数致死量(ld50 )试验结果LD50值越小,毒性越大。急性毒性试验结果只能粗略地表示某化学物质的毒性,而不 能全面反映其毒性。由于动物种属、性别、染毒方式的不同,所表现的毒性也不 致,故表示LD50应注释明动物种类和染毒方式。亚慢徃毒*ii试验和慢徃毒徃试验亚慢性毒性试验和慢性毒性试验蓄积毒性试验蓄

9、积系数法(Cumulative Coefficient Method ):用来评价环境 污染物蓄积作用的方法。蓄积系数K二工LD50(n)LD50 生物半减期T二(化一lg2lg yi-ig W加合物的测定 DNA加合物的测定蛋白加合物的测定般代谢酶的活性测定乙酰胆碱酯酶腺三磷酶解毒系统酶类诱导作用的检测混合功能氧化酶的诱导作用谷胱甘肽硫转移酶抗氧化防御系统检测过氧化氢酶 谷胱甘肽过氧化酶3.4或汤致突变、致畸和致瘢数疝检测341致璽变试验基本概念突变(Mutation )和染色体畸变(Chromosome基因突变(Gene MutationMutation )致突变作用(Mutagenesi

10、s )和致突变物(Mutagen )致突变试验的目的致突变试验的目的是为了检查受试物对机体遗传过程有无影 响的方法。致突变试验方法基因突变试验/例如Ames试验,下文以鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验法为例介绍。染色体畸变试验 DNA损伤试验Ames试脸Ames试验原理-同一种微生物的营养缺陷型突变型菌株与受试物接触，若此化 学物质具有致突变性,可使突变型微生物再发生一次突变，重 新成为野生型微生物。这种突变叫做回复突变。注释1 ：营养缺陷型突变型菌株-注释2：野生型微生物鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验法方法原理:在动物体外将待测物经肝微粒体酶系活化后,检测 其所诱发的沙门氏菌回变菌

11、落数,即由不能自行合成组氨酸的 营养缺陷型突变菌株（his-）,回复为能自行合成组氨酸的（his十）菌落数。突变率二诱发回复突变菌落数/自发回复突变的菌落数（对照） 当突变率大于2.0时，为阳性结果。橄核试验3.4.2致畸数盜概念畸形(Malformation )、畸月台(Terate )致畸作用(Teratogenesis )、致畸物(Teratogen )致畸作用的毒理学特点胚胎与致畸物接触时因胚胎处于不同的发育阶段而呈现不同 繭攵感性。种属差异较为明显。化学致畸作用机理突变引起胚胎发育异常；对细胞的生长分化较为重要的酶类受到抑制；母体正常代谢过程被破坏；细胞分裂过程的障碍致畸试验致畸试验

12、的目的检测环境污染物能否通过妊娠母体引起胚胎 畸形。般试验动物要求其对化学物质的代谢过程与人相似,胎盘 结构也相似,还要求孕期短,产仔多,经济实用,如家兔、 大鼠、小鼠等。致畸作用的评价注意与自然变异区分；注意种属差异；注意试验的阈剂量与人类实际可能摄入量之间的差别。3.4.3致羸数疝概念化学致癌作用(Chemical Carcinogenesis ) 化学致癌物(Chemical Carcinogen )细胞癌变学说癌变过程引发阶段促进阶段浸润和转移阶段致癌试验致癌试验是检验受试物及其代谢产物是否具有致癌效应或诱发肿瘤作用的慢性毒性试验法。短期筛检方法长期动物诱癌试验3.5徽字宙该微宇宙(

13、Microcosm )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，又称模型生态系统法(Model Ecosystem )可分为自然微宇宙和人工微宇宙或分为水生微宇宙和陆生微 宇宙。标准化水生微宇宙(Standardized Aquatic Microcosm , SAM )-用于在实验室测定有毒物质在多物种水平对淡水生态系统的 影响。试验时间64天z容器为4L的玻璃广口瓶z试验生物包括10种 藻、4种无脊椎动物、种细菌。对温度、光照强度、pH值等 理化参数均有具体要求。m烧杯水生微宇宙(Mixed Flask Culture , MFC )又称烧杯混合培养,试验时间12-14周,容器为1L的玻璃广 口瓶,试验生物包括4种藻、2种无脊椎动物、一些细菌和原 生动物。对温度、光照强度、pH值等理化参数均有具体要求。与SAM不同的是通过加入来自生态系统浸出液提供给微宇宙中生物群落所需的基质。室外水生微宇宙(Outdoor Aquatic Microcosm )又称中宇宙(Mesocosm ),试验单元6 m3 ,试验生物包括浮 游植物、浮游动物、鱼类、大型水生植物和无脊椎动物。土壤核心微宇宙(Soil Core Microcosm , SCM )该法采用野外环境的土壤核心，将其设置在环境条件控制的 实验室中,试验生物因