第三章污染物的生物效應(yīng)檢測(cè)

第三章污染物的生物效應(yīng)檢測(cè)第1頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.1生物測(cè)試及方式生物測(cè)試（Bioassay）的概念：指系統(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)或聯(lián)合存在時(shí)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(xì)胞、組織、器官、個(gè)體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)各級(jí)水平上的反應(yīng)。注釋2：生物測(cè)試不同于常規(guī)的物理、化學(xué)檢測(cè)。前者能夠測(cè)定污染物對(duì)生物機(jī)體的影響，而后者只能測(cè)定污染物的濃度。例如：通過(guò)水污染的生物測(cè)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(duì)生命的有利以及不利的濃度或強(qiáng)度；污染物對(duì)受測(cè)生物的毒性；各種水生生物對(duì)污染物的相對(duì)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2頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生物測(cè)試的方式短期生物測(cè)試（ShortTermBioassays）主要用于測(cè)定LC50、IC50、EC50，用來(lái)快速估計(jì)污染物的毒性，評(píng)定幾種不同毒物或廢物對(duì)某種生物的相對(duì)毒性或評(píng)定不同生物對(duì)不同條件如溫度、pH的相對(duì)敏感性等。多數(shù)采用靜止式。中期生物測(cè)試（IntermediateTermBioassays）時(shí)間為8d到90d，多數(shù)情況下為流動(dòng)式。長(zhǎng)期生物測(cè)試（LongTermBioassays）包括全部生活史的生物測(cè)試（CompleteLife－cycleBioassays）和部分生活史的生物測(cè)試（PartialLife－cycleBioassays）目的是要測(cè)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(dòng)式，要保證試驗(yàn)的環(huán)境條件和自然界的季節(jié)變化相符合。第3頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月受試生物的選擇影響生物測(cè)試結(jié)果的因素受試生物試驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)室差異生物測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)化第4頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.2一般毒性試驗(yàn)基本概念毒物（Toxicant）的概念毒物與非毒物之間不存在絕對(duì)的界限，通常一種物質(zhì)只有達(dá)到中毒劑量時(shí)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(jī)體損傷的能力。毒性作用或毒效應(yīng)（ToxicEffect）第5頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

效應(yīng)（Effect）也稱為作用，指接觸一定劑量化學(xué)物后，使機(jī)體產(chǎn)生的生物學(xué)改變。效應(yīng)是對(duì)個(gè)體而言的，這種改變可用一定的計(jì)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(dá)到一定強(qiáng)度的個(gè)體在群體中所占的比例。反應(yīng)是對(duì)群體而言的，用百分率或比值來(lái)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(qiáng)度的計(jì)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(diǎn)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(lèi)型的曲線。（見(jiàn)圖3－1，3－2，3－3，3－4）第6頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月劑量－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(qiáng)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(duì)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(duì)數(shù)劑量10050圖3－4劑量－反應(yīng)曲線第7頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月毒性試驗(yàn)常用參數(shù)致死劑量或致死濃度（LethalDose，LethalConcentration）絕對(duì)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(wú)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8頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月急性毒性試驗(yàn)（AcuteToxicityTest）急性毒性試驗(yàn)（AcuteToxicityTest）研究化學(xué)物質(zhì)大劑量一次染毒或24小時(shí)內(nèi)多次染毒動(dòng)物所引起的毒性的試驗(yàn)。其目的是短期內(nèi)了解該物質(zhì)的毒性大小和特點(diǎn)，并為進(jìn)一步開(kāi)展其他毒性試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)依據(jù)。急性毒性試驗(yàn)類(lèi)型哺乳動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)水生生物急性毒性試驗(yàn)蚯蚓急性毒性試驗(yàn)第9頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)（1）動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)方法如下：按試驗(yàn)要求選擇受試生物常用成年大鼠或小鼠，雌雄動(dòng)物同時(shí)試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)動(dòng)物預(yù)先觀察幾天后標(biāo)記編號(hào)并隨機(jī)分組。預(yù)備試驗(yàn)和確定劑量組選用少量動(dòng)物進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)，找出引起動(dòng)物90％（或全部）死亡的劑量（即最高劑量組劑量）和引起動(dòng)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(jí)數(shù)插入若干個(gè)中間劑量（一般4～6組），從而確定正式試驗(yàn)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(yàn)所需的最高劑量濃度溶液，然后依次稀釋到所需濃度。第10頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月動(dòng)物急性毒性試驗(yàn)（2）觀察指標(biāo)中毒癥狀：一般觀察24～48小時(shí)，最好觀察到絕大多數(shù)動(dòng)物出現(xiàn)典型中毒癥狀。動(dòng)物死亡數(shù)目和死亡時(shí)間病理檢查：對(duì)于試驗(yàn)時(shí)立即死亡的動(dòng)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(yàn)結(jié)果LD50值越小，毒性越大。急性毒性試驗(yàn)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(dòng)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(dòng)物種類(lèi)和染毒方式。第11頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亞慢性毒性試驗(yàn)和慢性毒性試驗(yàn)亞慢性毒性試驗(yàn)和慢性毒性試驗(yàn)蓄積毒性試驗(yàn)蓄積系數(shù)法（CumulativeCoefficientMethod）：用來(lái)評(píng)價(jià)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12頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.3生物的分子和細(xì)胞水平檢測(cè)加合物的測(cè)定DNA－加合物的測(cè)定蛋白加合物的測(cè)定一般代謝酶的活性測(cè)定乙酰膽堿酯酶腺三磷酶解毒系統(tǒng)酶類(lèi)誘導(dǎo)作用的檢測(cè)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(cè)過(guò)氧化氫酶谷胱甘肽過(guò)氧化酶第13頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.4生物致突變、致畸和致癌效應(yīng)檢測(cè)

3.4.1致突變?cè)囼?yàn)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?cè)囼?yàn)的目的致突變?cè)囼?yàn)的目的是為了檢查受試物對(duì)機(jī)體遺傳過(guò)程有無(wú)影響的方法。致突變?cè)囼?yàn)方法基因突變?cè)囼?yàn)，例如Ames試驗(yàn)，下文以鼠傷寒沙門(mén)氏菌/哺乳動(dòng)物微粒體酶試驗(yàn)法為例介紹。染色體畸變?cè)囼?yàn)DNA損傷試驗(yàn)第14頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ames試驗(yàn)Ames試驗(yàn)原理同一種微生物的營(yíng)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(yíng)養(yǎng)缺陷型突變型菌株注釋2：野生型微生物鼠傷寒沙門(mén)氏菌/哺乳動(dòng)物微粒體酶試驗(yàn)法方法原理：在動(dòng)物體外將待測(cè)物經(jīng)肝微粒體酶系活化后，檢測(cè)其所誘發(fā)的沙門(mén)氏菌回變菌落數(shù)，即由不能自行合成組氨酸的營(yíng)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(duì)照）當(dāng)突變率大于2.0時(shí)，為陽(yáng)性結(jié)果。第15頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微核試驗(yàn)第16頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(diǎn)胚胎與致畸物接觸時(shí)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(jī)理突變引起胚胎發(fā)育異常；對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)分化較為重要的酶類(lèi)受到抑制；母體正常代謝過(guò)程被破壞；細(xì)胞分裂過(guò)程的障礙第17頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月致畸試驗(yàn)致畸試驗(yàn)的目的檢測(cè)環(huán)境污染物能否通過(guò)妊娠母體引起胚胎畸形。一般試驗(yàn)動(dòng)物要求其對(duì)化學(xué)物質(zhì)的代謝過(guò)程與人相似，胎盤(pán)結(jié)構(gòu)也相似，還要求孕期短，產(chǎn)仔多，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，如家兔、大鼠、小鼠等。致畸作用的評(píng)價(jià)注意與自然變異區(qū)分；注意種屬差異；注意試驗(yàn)的閾劑量與人類(lèi)實(shí)際可能攝入量之間的差別。第18頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(xì)胞癌變學(xué)說(shuō)癌變過(guò)程引發(fā)階段促進(jìn)階段浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移階段致癌試驗(yàn)致癌試驗(yàn)是檢驗(yàn)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(yàn)法。短期篩檢方法長(zhǎng)期動(dòng)物誘癌試驗(yàn)第19頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)驗(yàn)室測(cè)定有毒物質(zhì)在多物種水平對(duì)淡水生態(tài)系統(tǒng)的影響。試驗(yàn)時(shí)間64天，容器為4L的玻璃廣口瓶，試驗(yàn)生物包括10種藻、4種無(wú)脊椎動(dòng)物、1種細(xì)菌。對(duì)溫度、光照強(qiáng)度、pH值等理化參數(shù)均有具體要求。第20頁(yè)，課件共22頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月燒杯水生微宇宙（MixedFlaskCulture，MFC）又稱燒杯混合培養(yǎng)，試驗(yàn)時(shí)間12～14周，容器為1L的玻璃廣口瓶，試驗(yàn)生物包括4種藻、2種無(wú)脊椎動(dòng)物、一些細(xì)菌和原生動(dòng)物。對(duì)溫度、光照強(qiáng)度、pH值等理化參數(shù)均有具體要求。與SAM不同的是通過(guò)加入來(lái)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(yàn)單元6m3，試驗(yàn)生物包括浮游植物、浮游動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、大型水生植物和無(wú)脊椎動(dòng)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(shí)驗(yàn)室中，試驗(yàn)生物因土壤核心采集場(chǎng)所不同而不同，可研究化學(xué)物質(zhì)和