環(huán)境生物學(xué)南開大學(xué)污染物的生物效應(yīng)檢測(cè)實(shí)用教案

1、 一、生物測(cè)試（Bioassay）的定義及特點(diǎn) 1、定義：系統(tǒng)地利用生物的反應(yīng)，測(cè)定一種或多種污染物或環(huán)境因素單獨(dú)(dnd)或聯(lián)合存在時(shí)，所導(dǎo)致的影響或危害。 2、特點(diǎn)：長(zhǎng)期、綜合 第一節(jié) 生物(shngw)測(cè)試及方法第1頁(yè)/共31頁(yè)第一頁(yè)，共32頁(yè)。 3、生物測(cè)試的結(jié)果可表明（以水環(huán)境為例）：環(huán)境狀況對(duì)水生物的適合度（最適、耐受、生存(shngcn)）環(huán)境因素的作用強(qiáng)度環(huán)境因素對(duì)毒物的影響毒物對(duì)受測(cè)生物的毒性水生物對(duì)污染物的敏感性廢水處理的效果污染物允許排放量有關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和排放許可的驗(yàn)證第一節(jié) 生物(shngw)測(cè)試及方法第2頁(yè)/共31頁(yè)第二頁(yè)，共32頁(yè)。第一節(jié) 生物測(cè)試(csh)及方法二、

2、方式(fngsh) 暴露時(shí)間暴露時(shí)間暴露方式暴露方式效應(yīng)效應(yīng)受試生物受試生物短期短期靜態(tài)靜態(tài)急性急性單種單種中期中期半靜態(tài)半靜態(tài)亞急性亞急性多種多種長(zhǎng)期長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)慢性慢性模擬生態(tài)模擬生態(tài)第3頁(yè)/共31頁(yè)第三頁(yè)，共32頁(yè)。 第一節(jié) 生物(shngw)測(cè)試及方法 三、受試生物 1、應(yīng)滿足的條件 :1）對(duì)毒物或因子敏感2）分布廣泛、易得3）重要(zhngyo)生態(tài)學(xué)價(jià)值4）實(shí)驗(yàn)室易養(yǎng)5）生物學(xué)背景清楚6）生物反應(yīng)能被測(cè)定，可標(biāo)準(zhǔn)化 7）與人類有一定聯(lián)系第4頁(yè)/共31頁(yè)第四頁(yè)，共32頁(yè)。 第一節(jié) 生物測(cè)試(csh)及方法 2、還應(yīng)考慮到受試生物的個(gè)體大小和生活史的長(zhǎng)短，以前是否有過(guò)接觸待測(cè)試物等異常

3、情況。 四、生物測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化 影響生物測(cè)試結(jié)果(ji gu)的因素： 1、受試生物 2、實(shí)驗(yàn)條件 3、不同的實(shí)驗(yàn)室第5頁(yè)/共31頁(yè)第五頁(yè)，共32頁(yè)。 第二節(jié) 一般毒性(d xn)實(shí)驗(yàn) 一、基本概念 1、毒物（toxicant、poison、toxic substance) 一定條件下，較小劑量即可引起不良生物反 應(yīng)的外來(lái)化學(xué)物質(zhì)。 2、中毒毒效應(yīng) 生物體受到毒物作用引起功能(gngnng)或器質(zhì)性改變 后出現(xiàn)的疾病狀態(tài)稱中毒。 3、無(wú)損害作用：可逆的生物學(xué)變化，不引起機(jī)體 形態(tài)、生長(zhǎng)發(fā)育和壽命的改變。 第6頁(yè)/共31頁(yè)第六頁(yè)，共32頁(yè)。 第二節(jié) 一般毒性(d xn)實(shí)驗(yàn) 4、效應(yīng)（Effect

4、）與反應(yīng)（Response） 5、劑量效應(yīng)關(guān)系(Doseeffect relationship)和劑 量反應(yīng)關(guān)系（Doseresponse relationship） 6、危害性（Hazard）: 有毒物質(zhì)在與機(jī)體接觸或使用過(guò)程中，引起中毒(zhng d) 可能性。與風(fēng)險(xiǎn)（Risk)相近 7、危險(xiǎn)性： 化學(xué)物質(zhì)在正常的生產(chǎn)使用條件下，能引起機(jī)體發(fā)生中毒(zhng d)的可能性。偏重物質(zhì)本身性質(zhì)（與“毒性”相近）。 第7頁(yè)/共31頁(yè)第七頁(yè)，共32頁(yè)。 第二節(jié) 一般毒性(d xn)實(shí)驗(yàn) 二、常用毒性(d xn)參數(shù) 1、致死劑量（或致死濃度）：LD或LC 表示一次染毒后，在一定時(shí)間內(nèi)引起受試動(dòng)物死

5、亡的劑量或濃度。 絕對(duì)致死劑量或濃度：LD100或LC100 半致死劑量或濃度： LD50或LC50 最小致死劑量或濃度：MLD或MLC 最大耐受劑量或濃度：LD0或LC0 ?第8頁(yè)/共31頁(yè)第八頁(yè)，共32頁(yè)。 第二節(jié) 一般(ybn)毒性實(shí)驗(yàn) 2、無(wú)作用劑量（NOED） 隨實(shí)驗(yàn)(shyn)方法的改進(jìn)而變化（降低） 最大無(wú)作用劑量（MNEL） 最小有作用劑量（MEL） 3、毒作用帶：一種根據(jù)毒性和毒性作用特點(diǎn)綜合評(píng) 價(jià)外來(lái)物危險(xiǎn)性的指標(biāo)。是對(duì)LD50的補(bǔ)充。 急性毒作用帶慢性毒作用帶 第9頁(yè)/共31頁(yè)第九頁(yè)，共32頁(yè)。 第二節(jié) 一般(ybn)毒性實(shí)驗(yàn)4、半效應(yīng)濃度：在一定時(shí)間內(nèi)，引起50%受試生

6、物的某種效應(yīng)變化的濃度。只有同種效應(yīng)才能比較。5、半數(shù)抑制濃度：常用于對(duì)生長(zhǎng)速率和活性的抑制。6、毒物(dw)單位與分級(jí)：mg/L, mg/kg, mg/m2 分級(jí)：按急性毒性，人為分級(jí)。與染毒方式有關(guān)。第10頁(yè)/共31頁(yè)第十頁(yè)，共32頁(yè)。第二節(jié) 一般毒性(d xn)實(shí)驗(yàn) 三、急性毒性試驗(yàn) 只研究(ynji)結(jié)果，不研究(ynji)機(jī)理，目的是找出造成某 特殊急性效應(yīng)的劑量，為進(jìn)一步開展其他毒性實(shí)驗(yàn) 提供設(shè)計(jì)依據(jù)。材料與條件 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)染毒方式統(tǒng)計(jì)計(jì)算第11頁(yè)/共31頁(yè)第十一頁(yè)，共32頁(yè)。第二節(jié) 一般毒性(d xn)實(shí)驗(yàn) 四、亞急性與慢性毒性(d xn)試驗(yàn) 必要性：機(jī)理探討、敏感指標(biāo)、多指標(biāo)、

7、綜合性指標(biāo)、特殊性指標(biāo)、敏感階段、NOEC 應(yīng)用系數(shù)（AF）：慢性毒效應(yīng)與急性毒效應(yīng)的關(guān)系?？梢酝扑懵远拘?yīng)值五、蓄積毒性(d xn)試驗(yàn) 1。試驗(yàn)方法 2。劑量蓄積與效應(yīng)蓄積第12頁(yè)/共31頁(yè)第十二頁(yè)，共32頁(yè)。 第三節(jié) 生物的分子和細(xì)胞水平(shupng)檢測(cè) 一、生物（學(xué)）標(biāo)志物（biomarker） 1、概念：化學(xué)污染物導(dǎo)致生物有機(jī)體的生物化學(xué) 和生理學(xué)的改變，這些改變運(yùn)用于監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)污染 物的暴露及其效應(yīng)則稱為生物標(biāo)志物。 2、分類：作用：暴露生物標(biāo)志物（Exposure biomarker ） 效應(yīng)生物標(biāo)志物（Effect biomarker ） 復(fù)合(fh)生物標(biāo)志物效應(yīng)：行為

8、、生理、生化第13頁(yè)/共31頁(yè)第十三頁(yè)，共32頁(yè)。 第三節(jié) 生物的分子(fnz)和細(xì)胞水平檢測(cè) 3、特異性 生物標(biāo)志物的特異性差異很大，高度特異性和非特異性生物標(biāo)志物在化學(xué)品危害的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中都有應(yīng)用價(jià)值。 4、基本原則：指示(zhsh)性、敏感性、特異性 5、在監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中的應(yīng)用：預(yù)警作用 6、局限性：相對(duì)復(fù)雜、生態(tài)相關(guān)性低第14頁(yè)/共31頁(yè)第十四頁(yè)，共32頁(yè)。 第三節(jié) 生物的分子和細(xì)胞(xbo)水平檢測(cè)選擇生物標(biāo)志物的原則： 1）能在較高生物水平發(fā)生顯著效應(yīng)之前(zhqin)被測(cè)量（預(yù)警作用）； 2）測(cè)定快速、經(jīng)濟(jì)且足夠容易，適于廣泛應(yīng)用（實(shí)用）； 3）測(cè)量服從于標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量控制/質(zhì)量保證（

9、可標(biāo)準(zhǔn)化）； 4）最好對(duì)毒物種類有特異性（非特異性也有價(jià)值）； 5）與毒物有清晰的劑量-效益關(guān)系； 6）能被應(yīng)用于廣泛的敏感性物種（野生、家養(yǎng)、地方性）； 7）與個(gè)體以上水平效應(yīng)的聯(lián)系比較理想（不總是必需）。第15頁(yè)/共31頁(yè)第十五頁(yè)，共32頁(yè)。 第三節(jié) 生物的分子(fnz)和細(xì)胞水平檢測(cè) 二、測(cè)定方法 1、DNA加合物 a、免疫(miny)法 b、熒光法 c、32P 后標(biāo)記法 2、蛋白加合物 3、代謝酶活性 a、乙酰膽堿酯酶（AChE） b、腺三磷酶（ATPase） 第16頁(yè)/共31頁(yè)第十六頁(yè)，共32頁(yè)。第三節(jié) 生物的分子和細(xì)胞(xbo)水平檢測(cè) 4、酶誘導(dǎo)(yudo)（濃度+活性）a、MF

10、O (ELISA)b、GST 5、抗氧化酶系統(tǒng) a、過(guò)氧化氫酶（Ct） b、谷胱甘肽過(guò)氧化酶（GPx）作業(yè)2：查資料，上述檢測(cè)方法的實(shí)例研究，每人準(zhǔn)備10分鐘的介紹（ppt形式）。 第17頁(yè)/共31頁(yè)第十七頁(yè)，共32頁(yè)。第四節(jié) 生物三致效應(yīng)(xioyng)檢測(cè) 一、致突變效應(yīng)（ 一）基本概念 1、基因突變（Gene Mutation） 只涉及染色質(zhì)的一部分改變，不能用光學(xué)顯微 鏡直接觀察。 誘變(induced mutation): 外來(lái)因子作用下的突變。 2、染色體畸變（Chromosome Aberration） 染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)發(fā)生(fshng)改變，可以用光學(xué)顯微鏡直接觀察。 第18頁(yè)

11、/共31頁(yè)第十八頁(yè)，共32頁(yè)。 第四節(jié) 生物(shngw)三致效應(yīng)檢測(cè) （二）、試驗(yàn)方法： 1、體外基因突變?cè)囼?yàn) 2、細(xì)胞(xbo)遺傳學(xué)試驗(yàn) 3、體內(nèi)基因突變?cè)囼?yàn) 4、DNA損傷試驗(yàn)第19頁(yè)/共31頁(yè)第十九頁(yè)，共32頁(yè)。 第四節(jié) 生物三致效應(yīng)(xioyng)檢測(cè) 第20頁(yè)/共31頁(yè)第二十頁(yè)，共32頁(yè)。 第四節(jié) 生物(shngw)三致效應(yīng)檢測(cè) 二、致畸效應(yīng) 1、致畸作用（Teratogenesis） 致畸物通過(guò)母體作用于胚胎而引起(ynq)胎兒畸形的 現(xiàn)象稱為致畸作用。 2、致畸作用的毒理學(xué)特點(diǎn) a、不同發(fā)育階段敏感性不同 b、不同發(fā)育階段畸形不同 c、種屬差異明顯 d、致畸作用帶較窄第21頁(yè)

12、/共31頁(yè)第二十一頁(yè)，共32頁(yè)。 第四節(jié) 生物(shngw)三致效應(yīng)檢測(cè) 3、化學(xué)致畸作用機(jī)理 a、突變引起胚胎發(fā)育異常 b、對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)分化比較重要的酶類受到抑制 c、母體正常代謝(dixi)過(guò)程被破壞 d、致畸物干擾細(xì)胞分裂過(guò)程第22頁(yè)/共31頁(yè)第二十二頁(yè)，共32頁(yè)。 第四節(jié) 生物(shngw)三致效應(yīng)檢測(cè) 4、斑馬魚胚胎(piti)發(fā)育致畸試驗(yàn) 第23頁(yè)/共31頁(yè)第二十三頁(yè)，共32頁(yè)。 第四節(jié) 生物(shngw)三致效應(yīng)檢測(cè) 三、致癌效應(yīng) 1、癌的定義：細(xì)胞自主生長(zhǎng)，不斷分裂形成危害機(jī)體的腫塊（惡性腫瘤）。 特點(diǎn)：自主分裂、可移植、退行(tu xn)發(fā)育、膜異常 化學(xué) 2、致癌機(jī)理 物理：

13、射線 生物：病毒細(xì)胞癌變學(xué)說(shuō)：體細(xì)胞突變細(xì)胞分化失常 第24頁(yè)/共31頁(yè)第二十四頁(yè)，共32頁(yè)。第四節(jié) 生物(shngw)三致效應(yīng)檢測(cè)3、發(fā)展階段： a、引發(fā)階段 b、促長(zhǎng)階段 c、浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移階段浸潤(rùn)：癌細(xì)胞分泌毒素，侵蝕和破壞體內(nèi)各種組織和器官(qgun)。轉(zhuǎn)移：癌細(xì)胞從初生腫瘤中離散，隨血液循環(huán)向全身擴(kuò)散。第25頁(yè)/共31頁(yè)第二十五頁(yè)，共32頁(yè)。第四節(jié) 生物三致效應(yīng)(xioyng)檢測(cè)4、惡性腫瘤分類：癌：從上皮組織、腺體等長(zhǎng)出來(lái)。如皮膚癌、胃癌、乳腺癌。肉瘤：從間葉組織長(zhǎng)出來(lái)。如骨肉瘤、淋巴(ln b)肉瘤。癌：肉瘤 9：1血癌？5、試驗(yàn)方法 a、短期篩選方法 b、長(zhǎng)期動(dòng)物誘癌試驗(yàn) c、觀

14、察指標(biāo)第26頁(yè)/共31頁(yè)第二十六頁(yè)，共32頁(yè)。第四節(jié) 生物三致效應(yīng)(xioyng)檢測(cè)6、致突變(tbin)與致癌的關(guān)系第27頁(yè)/共31頁(yè)第二十七頁(yè)，共32頁(yè)。第四節(jié) 生物(shngw)三致效應(yīng)檢測(cè)7、“三致”作用(zuyng)的比較第28頁(yè)/共31頁(yè)第二十八頁(yè)，共32頁(yè)。 第五節(jié) 微 宇 宙 法 一、微宇宙法（Microcosm） 是研究污染物在生物種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)和生 物圈水平上的生物效應(yīng)的一種方法，又稱為(chn wi)模型生態(tài) 系統(tǒng)法（Model Ecosystem）。 微宇宙可分為自然微宇宙和人工微宇宙。1。標(biāo)準(zhǔn)化水生微宇宙（含沉積物） 人工2。燒杯水生微宇宙（只有水體） 人工3。室外水生微宇宙（中宇宙）人工、自然4。柱狀土壤微宇宙自然5。模擬農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)人工第29頁(yè)/共31頁(yè)第二十九頁(yè)，共32頁(yè)。 第五節(jié) 微 宇 宙 法 二、現(xiàn)場(chǎng)圍隔生態(tài)系統(tǒng)（Enclosed Ecoystem） 將野外的自然環(huán)境人為圍隔起來(lái)，研究近自然環(huán)境因素條件下污染物的生態(tài)效應(yīng)。1。海洋(hiyng)（水體）圍隔2。潮間帶圍隔3。淡水水體圍隔（可以包括底質(zhì)） 三、優(yōu)缺點(diǎn)：生態(tài)代表性強(qiáng)；可重復(fù)性差第30頁(yè)/共31頁(yè)第三十頁(yè)，共32頁(yè)。感謝您的觀看(gunkn)！第31頁(yè)/共31頁(yè)第三十一頁(yè)，共32