第三章污染物的生物效應(yīng)檢測

第三章污染物的生物效應(yīng)檢測第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四3.1生物測試及方式生物測試（Bioassay）的概念：指系統(tǒng)地利用生物的反應(yīng)測定一種或多種污染物或環(huán)境因素單獨或聯(lián)合存在時所導(dǎo)致的影響或危害。注釋1：所利用的生物反應(yīng)包括分子、細胞、組織、器官、個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)各級水平上的反應(yīng)。注釋2：生物測試不同于常規(guī)的物理、化學(xué)檢測。前者能夠測定污染物對生物機體的影響，而后者只能測定污染物的濃度。例如：通過水污染的生物測試可獲得以下數(shù)據(jù)：各種環(huán)境因素如DO、pH、溫度、混濁度等對生命的有利以及不利的濃度或強度；污染物對受測生物的毒性；各種水生生物對污染物的相對敏感性；廢水所應(yīng)處理的程度；允許的污染物排放濃度等。第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四生物測試的方式短期生物測試（ShortTermBioassays）主要用于測定LC50、IC50、EC50，用來快速估計污染物的毒性，評定幾種不同毒物或廢物對某種生物的相對毒性或評定不同生物對不同條件如溫度、pH的相對敏感性等。多數(shù)采用靜止式。中期生物測試（IntermediateTermBioassays）時間為8d到90d，多數(shù)情況下為流動式。長期生物測試（LongTermBioassays）包括全部生活史的生物測試（CompleteLife－cycleBioassays）和部分生活史的生物測試（PartialLife－cycleBioassays）目的是要測定出在持續(xù)情況下不造成有害效應(yīng)的毒物最大濃度或最大允許毒物濃度（MATC）只能采用流動式，要保證試驗的環(huán)境條件和自然界的季節(jié)變化相符合。第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四受試生物的選擇影響生物測試結(jié)果的因素受試生物試驗條件實驗室差異生物測試的標(biāo)準(zhǔn)化第四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四3.2一般毒性試驗基本概念毒物（Toxicant）的概念毒物與非毒物之間不存在絕對的界限，通常一種物質(zhì)只有達到中毒劑量時才是毒物。中毒（Intoxication）中毒是各種毒性作用的綜合表現(xiàn)，包括急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒。毒性（Toxicity）指一種物質(zhì)引起機體損傷的能力。毒性作用或毒效應(yīng)（ToxicEffect）第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四

效應(yīng)（Effect）也稱為作用，指接觸一定劑量化學(xué)物后，使機體產(chǎn)生的生物學(xué)改變。效應(yīng)是對個體而言的，這種改變可用一定的計量單位表示。反應(yīng)（Response）指接觸一定劑量化學(xué)物后，產(chǎn)生某種效應(yīng)并達到一定強度的個體在群體中所占的比例。反應(yīng)是對群體而言的，用百分率或比值來表示，如發(fā)病率、死亡率等。劑量－效應(yīng)關(guān)系和劑量－反應(yīng)關(guān)系以劑量為橫坐標(biāo)，以表示效應(yīng)強度的計算單位或表示反應(yīng)的百分率或比值為縱坐標(biāo)繪制散點圖所得到的曲線，即為劑量－效應(yīng)關(guān)系和劑量－反應(yīng)關(guān)系曲線。不同的化學(xué)物或同一化學(xué)物在不同條件下，其劑量與效應(yīng)或反應(yīng)的相關(guān)關(guān)系不同，可呈現(xiàn)不同類型的曲線。（見圖3－1，3－2，3－3，3－4）第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四劑量－效應(yīng)關(guān)系和劑量－反應(yīng)關(guān)系曲線圖劑量10050反應(yīng)強度（％）圖3－1劑量－反應(yīng)曲線（直線型）劑量10050死亡率（％）圖3－2劑量－反應(yīng)曲線（拋物線型）對數(shù)劑量10050死亡率（％）圖3－3劑量－反應(yīng)曲線（S形線型）死亡率（概率單位）對數(shù)劑量10050圖3－4劑量－反應(yīng)曲線第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四毒性試驗常用參數(shù)致死劑量或致死濃度（LethalDose，LethalConcentration）絕對致死劑量或致死濃度（LD100、LC100）半數(shù)致死劑量或濃度（LD50、LC50）最小致死劑量或濃度（MLD、MLC）最大耐受劑量或濃度（LD0、LC0）最大無作用劑量（MaximumNo－effectLevel）每日容許攝入量（AcceptableDailyIntake）最高容許濃度（MaximumAllowableConcentration）毒作用帶急性毒作用帶（Acute－toxicEffectZone）慢性毒作用帶（Chronic－toxicEffectZone）半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）和半數(shù)抑制濃度（IC50）第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四急性毒性試驗（AcuteToxicityTest）急性毒性試驗（AcuteToxicityTest）研究化學(xué)物質(zhì)大劑量一次染毒或24小時內(nèi)多次染毒動物所引起的毒性的試驗。其目的是短期內(nèi)了解該物質(zhì)的毒性大小和特點，并為進一步開展其他毒性試驗提供設(shè)計依據(jù)。急性毒性試驗類型哺乳動物急性毒性試驗水生生物急性毒性試驗蚯蚓急性毒性試驗第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四動物急性毒性試驗（1）動物急性毒性試驗方法如下：按試驗要求選擇受試生物常用成年大鼠或小鼠，雌雄動物同時試驗，對試驗動物預(yù)先觀察幾天后標(biāo)記編號并隨機分組。預(yù)備試驗和確定劑量組選用少量動物進行預(yù)備試驗，找出引起動物90％（或全部）死亡的劑量（即最高劑量組劑量）和引起動物10％死亡（或不死亡）的劑量（即最低劑量組劑量）。在最高劑量組劑量和最低劑量組劑量的范圍內(nèi)，按等比級數(shù)插入若干個中間劑量（一般4～6組），從而確定正式試驗的劑量組。染毒方式和受試物的配制一般用灌胃法和人工熏氣法。受試物的配制：配制試驗所需的最高劑量濃度溶液，然后依次稀釋到所需濃度。第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四動物急性毒性試驗（2）觀察指標(biāo)中毒癥狀：一般觀察24～48小時，最好觀察到絕大多數(shù)動物出現(xiàn)典型中毒癥狀。動物死亡數(shù)目和死亡時間病理檢查：對于試驗時立即死亡的動物，可解剖，分析死亡原因，看是技術(shù)事故還是中毒引起的死亡。確定半數(shù)致死量（LD50）試驗結(jié)果LD50值越小，毒性越大。急性毒性試驗結(jié)果只能粗略地表示某化學(xué)物質(zhì)的毒性，而不能全面反映其毒性。由于動物種屬、性別、染毒方式的不同，所表現(xiàn)的毒性也不一致，故表示LD50應(yīng)注釋明動物種類和染毒方式。第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四亞慢性毒性試驗和慢性毒性試驗亞慢性毒性試驗和慢性毒性試驗蓄積毒性試驗蓄積系數(shù)法（CumulativeCoefficientMethod）：用來評價環(huán)境污染物蓄積作用的方法。蓄積系數(shù)K＝生物半減期T＝第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四3.3生物的分子和細胞水平檢測加合物的測定DNA－加合物的測定蛋白加合物的測定一般代謝酶的活性測定乙酰膽堿酯酶腺三磷酶解毒系統(tǒng)酶類誘導(dǎo)作用的檢測混合功能氧化酶的誘導(dǎo)作用谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶抗氧化防御系統(tǒng)檢測過氧化氫酶谷胱甘肽過氧化酶第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四3.4生物致突變、致畸和致癌效應(yīng)檢測

3.4.1致突變試驗基本概念突變（Mutation）基因突變（GeneMutation）和染色體畸變（ChromosomeMutation）致突變作用（Mutagenesis）和致突變物（Mutagen）致突變試驗的目的致突變試驗的目的是為了檢查受試物對機體遺傳過程有無影響的方法。致突變試驗方法基因突變試驗，例如Ames試驗，下文以鼠傷寒沙門氏菌/哺乳動物微粒體酶試驗法為例介紹。染色體畸變試驗DNA損傷試驗第十四頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四Ames試驗Ames試驗原理同一種微生物的營養(yǎng)缺陷型突變型菌株與受試物接觸，若此化學(xué)物質(zhì)具有致突變性，可使突變型微生物再發(fā)生一次突變，重新成為野生型微生物。這種突變叫做回復(fù)突變。注釋1：營養(yǎng)缺陷型突變型菌株注釋2：野生型微生物鼠傷寒沙門氏菌/哺乳動物微粒體酶試驗法方法原理：在動物體外將待測物經(jīng)肝微粒體酶系活化后，檢測其所誘發(fā)的沙門氏菌回變菌落數(shù)，即由不能自行合成組氨酸的營養(yǎng)缺陷型突變菌株（his－），回復(fù)為能自行合成組氨酸的（his＋）菌落數(shù)。突變率＝誘發(fā)回復(fù)突變菌落數(shù)/自發(fā)回復(fù)突變的菌落數(shù)（對照）當(dāng)突變率大于2.0時，為陽性結(jié)果。第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四微核試驗第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四3.4.2致畸效應(yīng)概念畸形（Malformation）、畸胎（Terate）致畸作用（Teratogenesis）、致畸物（Teratogen）致畸作用的毒理學(xué)特點胚胎與致畸物接觸時因胚胎處于不同的發(fā)育階段而呈現(xiàn)不同的敏感性。種屬差異較為明顯?；瘜W(xué)致畸作用機理突變引起胚胎發(fā)育異常；對細胞的生長分化較為重要的酶類受到抑制；母體正常代謝過程被破壞；細胞分裂過程的障礙第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四致畸試驗致畸試驗的目的檢測環(huán)境污染物能否通過妊娠母體引起胚胎畸形。一般試驗動物要求其對化學(xué)物質(zhì)的代謝過程與人相似，胎盤結(jié)構(gòu)也相似，還要求孕期短，產(chǎn)仔多，經(jīng)濟實用，如家兔、大鼠、小鼠等。致畸作用的評價注意與自然變異區(qū)分；注意種屬差異；注意試驗的閾劑量與人類實際可能攝入量之間的差別。第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四3.4.3致癌效應(yīng)概念化學(xué)致癌作用（ChemicalCarcinogenesis）化學(xué)致癌物（ChemicalCarcinogen）細胞癌變學(xué)說癌變過程引發(fā)階段促進階段浸潤和轉(zhuǎn)移階段致癌試驗致癌試驗是檢驗受試物及其代謝產(chǎn)物是否具有致癌效應(yīng)或誘發(fā)腫瘤作用的慢性毒性試驗法。短期篩檢方法長期動物誘癌試驗第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四3.5微宇宙法微宇宙（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，又稱模型生態(tài)系統(tǒng)法（ModelEcosystem）可分為自然微宇宙和人工微宇宙或分為水生微宇宙和陸生微宇宙。標(biāo)準(zhǔn)化水生微宇宙（StandardizedAquaticMicrocosm，SAM）用于在實驗室測定有毒物質(zhì)在多物種水平對淡水生態(tài)系統(tǒng)的影響。試驗時間64天，容器為4L的玻璃廣口瓶，試驗生物包括10種藻、4種無脊椎動物、1種細菌。對溫度、光照強度、pH值等理化參數(shù)均有具體要求。第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期四燒杯水生微宇宙（MixedFlaskCulture，MFC）又稱燒杯混合培養(yǎng)，試驗時間12～14周，容器為1L的玻璃廣口瓶，試驗生物包括4種藻、2種無脊椎動物、一些細菌和原生動物。對溫度、光照強度、pH值等理化參數(shù)均有具體要求。與SAM不同的是通過加入來自生態(tài)系統(tǒng)浸出液提供給微宇宙中生物群落所需的基質(zhì)。室外水生微宇宙（OutdoorAquaticMicrocosm）又稱中宇宙（Mesocosm），試驗單元6m3，試驗生物包括浮游植物、浮游動物、魚類、大型水生植物和無脊椎動物。土壤核心微宇宙（SoilCoreMicrocosm，SCM）該法采用野外環(huán)境的土壤核心，將其設(shè)置在環(huán)境條件控制的實驗室中，試驗生物因土壤核心采集場所不同而不同，可研究化學(xué)物質(zhì)和營養(yǎng)元