384编号第四章 污染物生物效应检测

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1、第四章 污染物的生物效应检测 第一节 生物测试及方式 第二节 生物毒性试验 第三节 生物三致效应检测,1,第一节生物测试及方式 一、生物测试 生物测试（Bioassay）指利用生物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。实际上就是用生物去测定污染物的危害。 可在分子、细胞、组织、器官、甚至个体和种群多种水平上进行。,2,污染物毒性生物测试优点： 1)生物测试不需特殊仪器、方法简单。 2)可提供污染物的生物毒性，而常规的物理和化学检测只能测定污染物的浓度。 3）可测定污染物之间的相互作用,以及它们对生物体的综合效应,而常规的物理和化学检测则做不到。4）还可了解环境

2、因素对污染物毒性的影响。如水体pH、溶氧量、氧化还原电位、水体中有机和元机配位体对污染物毒性的影响等。,3,生物测试意义： 1）研究多种污染物联合作用的生物效应。 2）监测环境质量的变化。 3）制订环境质量标准。 4）对制订排污标准，以及对污染物生态风险评价有重要意义。,4,但注意： （1）污染物结构、性质、毒作用机理不同，同一种生物对不同污染物的反应不同。 （2）不同生物解毒机制、及能力不同，因而不同生物对相同污染物有不同的反应。 （3）不同发育阶段的生物对同种污染物的反应也不同。 （4）受污染毒害的经验也会影响生物对有毒污染物的反应。,5,（一）生物测试方式 根据不同的研究要求和目的，可进

3、行不同的测试。 测试方法多样， 有按时间分的、有按试验溶液和气体给予方式分的。 1、短期生物测试（Short term bioassays） 指被测试的生物在短时间内暴露于高浓度的污染物下，测定污染物对生物有机体的影响。 例：急性毒性试验，以快速估价污染物的毒性。,6,1) 测试目的： （1）快速估计污染物的毒性；（2）评价几种毒物的相对毒性；（3）评价不同生物对不同条件如温度、pH的相对敏感性等。 主要用于测定半致死浓度(LC50)、或半抑制浓度(IC50) 或半效应浓度(EC50)。 2) 时间设定 ： 一般小于1周，如 一般水蚤类 2d，藻类 3d，鱼类 4d。,7,3) 测试特点 （1

4、） 暴露时间短；仅几天。（2）污染物浓度高； （3）一般采用静止式给予有毒溶液或气体。 但对于下列情况，应用流动式给药： 1）不稳定且易挥发的污染物（浓度会渐低)； 2）BOD较高的污水(低O2)； 3）代谢速率快的受试生物（产生高的代谢产物如CO2和NH3会影响受试生物的代谢。,8,2、长期生物测试（Long term bioassays） 在低浓度下，受试生物长期被暴露于污染物下的测试，又称全部生活史生物测试，常见有慢性毒性试验。 1）测定目的 测定在长期污染下，不造成有害效应的毒物最大浓度，或最大允许毒物浓度（MATC）。 测定包括毒物对生物生长、生殖、产卵、孵卵、幼体成活等的影响。,9

5、,2）时间确定 （1）对动物而言，需要从一个卵期到下一个卵期或更长的连续测定； （2）对于更小的生物如浮游生物，要持续好几代测试； （3）但对生活史特别长的动物，人们则选择在整个生活史中最敏感的几个阶段测试。如在鱼的发育早期测定，这种测定又称部分生活史生物测试。,10,3) 长期生物测试要求 (1)只能采用流动式染毒性。 (2)室内试验条件，如水温、pH、硬度等必需和自然季节变化相符。 (3)受试 生物的生长、发育规律符合季节变化。,11,3、中期生物测试（Intermediate term bioassays） （1 ）目的: 介于短期和长期之间的一类生物测试。如亚慢性毒性试验。 对毒物的毒

6、作用、靶器官和最大无作用剂量或中毒阈值作出估计。 （2）测试时间：8天之内算是短期，8-90天之间中期。 （3）毒物给予方式：无论毒物是溶液还是气体，给予方式一般采用流动式，少数可采用静止式。,12,（二）受试生物的选择 1）对毒物敏感性： SO2的敏感植物：紫苜蓿、大麦、棉花、小麦、 三 叶草、 甜菜、莴苣、大豆、向日葵。O3敏感植物：烟草、番茄、矮牵牛、菠菜、土豆、燕麦、丁香、秋海棠、女贞、梓树。 2）具生态学价值或经济价值。3）实验室内易培养和繁殖。4）具清楚的生物学背景资料如生活史、生长、发育特点等；5）足够的数量。6）对毒物的反应的易测性。 此外，个体大小、生活史长短，以及以前受污染

7、情况也需考虑。,13,二、生物测试标准化 （一）影响生物测试的因素 1、受试生物：受试生物的种类、生长年龄（生活阶段、尺寸大小、脱皮阶段）、发育阶段、食物供应程度等均影响生物对毒物的敏感性。 2、试验条件：如试验水质的温度和含盐量、水流速度和溶解氧、水域的酸碱度、受试生物的总量，不仅影响生物对毒物的反应，而且影响作用于生物的毒物浓度、性质和形态。 3、实验操作：实验结果还受人员操作水平、仪器设备的精度、测定方法的影响。,14,（二）标准化测试的优点 1）增加数据的精确度，利于数据的比较。 2）测试可以被其它实验室重复。 3）筛选不同实验室一致的实验结果。 4）可为环境标准的建立提供可靠的数据，

8、如饮用水环境质量标准等。,15,（三）标准化的生物测试方法 有水质物质对蚤类急性毒性测定方法B/T13266-91)、水质物质对淡水鱼（斑马鱼）急性毒性测定方法(GB/T13267-91)等。 主要对1）毒物的分析方法、环境条件的测定方法，2）仪器设备, 3）生物大小、生物量，4）水的溶解氧和pH, 5）统计方法作出了国家规定。 但对那些易分解、非常见和混合污染物的测定还很难进行标准化测定。,16,第二节 生物毒性试验 一、生物毒性 （一）生物毒性的基本概念 1、毒物（Toxicant）和毒性 （1）毒物：在一定条件下，以较小剂量给予有机体时，与生物相互作用后而引起功能或器质性损伤的化学物质称

9、毒物。 或剂量虽微，但积累到一定量时，就能干扰或破坏机体的正常生理功能，而引起暂时或持久性病变，甚至危及生命的化合物，称毒物。,17,（2）毒性(Toxicity): 指毒物产生有害作用的能力。 与下列因素有关： 1）进入机体的剂量。体内潜在性有毒物质存在并不意味发生中毒，通常只有达中毒剂量时，才可引起中毒。 2）进入机体的方式（如经口、皮肤或呼吸）。 3）接触时间及频率。时间越长、频率越高，越引起中毒。,18,2、中毒（toxication） 受到毒物作用，引起生物有机体功能和器质性损伤后，所出现的疾病状态称中毒。 如有机磷中毒后出现的震颤、出汗、瞳孔缩小等。 中毒是在各种毒物作用下，在局部

10、或全身的综合表现。 （1）毒效应或毒性作用 化学物引起生物有机体的损伤的总称为毒性作用或毒效应。可用相关生理生化指标表示。如有机磷农药对胆碱酯酶活性的抑制；苯抑制造血功能而引起贫血。,19,（2）毒物反应（reaction） 指接触化学物质后，表现某种效应的个体在一个群体中所占的比例。 （3）毒物危险性和危害性 1）毒物危险性 指某一化学物质在正常生产、使用过程中，能引起有机体发生中毒的可能性，称毒物危险性 ，是毒物对个人或群体的毒性效应和产生疾病甚至死亡的定量估计。,20,2）毒物危害性：指有毒物质与有机体接触和使用过程中，有引起中毒的可能性，称毒物危害性，用来定性表示毒物对人群健康引起的有

11、害作用。 物质危害性的大小一般与物质进入体内的能力和数量有关，挥发性小，易溶于水或血液中，并能迅速达到中毒浓度的物质的危害性大。,21,（二）毒性参数 1、常用毒性参数 （1）致死剂量或致死浓度(LD，lethal dose or LC，lethal concentration) 绝对致死剂量或浓度 （LD100，Absolute lethal dose or LC100 ，Absolute lethal concentration） 指一群动物全部死亡的最低剂量或浓度。 半致死剂量或浓度（LD50，Median lethal dose or LC50， Median lethal conce

12、ntration） 指能引起一群动物死亡50%的最低剂量或浓度。,22,最小致死剂量或浓度（MLD，Minimum lethal dose，MLC，Minimum lethal concentration）： 能使一群动物仅个别死亡的最高剂量或浓度。 (2)最大耐受剂量和最大无作用剂量 最大耐受剂量或浓度（MTD0，Maximum tolerance dose or MTC0，Maximum tolerance concentration） 能使一群动物虽然发生严重中毒，但全部存活无一死亡的最高剂量或浓度。,23,最大无作用剂量（Maximum no effect dose） 污染物对生物产生

13、效应随污染物浓度或剂量的降低而减弱，当外来化学物剂量减到一定量时，生物学变化已达到0，不能观察到任何损害作用的最高剂量称最大无作用剂量。 其是制订人体每日容许摄入量、最高容许浓度和评定污染物毒性作用的主要依据。,24,最小有作用剂量（Minimal effect level） 指能使有机体发生某种异常变化所需的最小剂量。其一般大于最大无作用剂量，因此又称中毒阈剂量。 半数效应浓度(EC50, Median effect concentration) 指能引起50%受试生物的某种效应变化的浓度。 半数抑制浓度(IC50, Median inhibition concentration) 指能引起

14、受试生物的某种效应50%抑制的浓度。,25,（3）毒作用带（Toxic effect zone）：是恒量污染物危险性大小的一个指标。 急性毒性作用带：为半致死量与急性毒性最小有作用剂量的比值。 此值愈大，污染物危险性愈小，反之危险性愈大。,26,慢性毒性作用带： 是恒量毒物急、慢性毒性的一个指标，急性毒性最小有作用剂量与慢性毒性最小有作用剂量之比。 比值愈小，表明引起急性中毒的危险性相对较大。反之，引起慢性毒性中毒的可能性愈大。,27,2、毒物单位与分级 （1）毒物单位（浓度）：毒物在空气中的浓度以mg/m3或mg/L表示； 哺乳动物以mg/Kg或ml/kg体重表示；水环境中的毒物以mg/L或

15、g/L表示。 （2）毒物分级：毒物毒性的大小与半数致死量成反比，但不同化合物之间毒性差别很大，可达百万甚至几千万倍。 为了加强毒物在生产、运输、使用和贮存方面的管理；便于制订和比较环境质量标准；在发生意外时, 采取相应的保护措施，必须对毒物进行分级。,28,1）我国工业毒物急性毒性分级,29,2）我国农药急性毒性分级,30,3）水生生物评价体系,31,二、毒性试验 （一）急性毒性试验 指研究化学物质大剂量一次染毒或者说24h内多次染毒，动物所引起的毒性试验。 目的：为了在短期内了解某物质的毒性大小，需做急性毒性试验(Acute toxicity test) 。 有哺乳动物急性毒性试验、水生生物

16、急性毒性试验和蚯蚓急性毒性试验。,32,1、哺乳动物急性毒性试验： （1）实验材料：小鼠和大鼠，若进行毒物皮试实验，还可用家兔和豚鼠。 （2）确定动物全活和全致死量 查阅文献中与受试物的类似物的LD50 (LC50)，一般以3倍之差配制三个剂量组进行预试验（1/3 LD50 ， LD50 ,3 LD50 ），每组3只动物，求出全致死量和全活剂量。,33,34,（3）在预试验的全活量和全致死量之间，以各组间距1.2 1.5的“等比级数”，计设56个剂量组，进行染毒。观察2周内的死亡情况。 （4）病理解剖检查：剖检死亡或濒死动物及部分存活的动物， 计算LD50或LC50。 （5）依急性毒性分级标准，根据LD50或LC50，评定毒物的毒性， LD50值愈小，毒性愈大。,35,2、水生生物急性毒性试验 根据试验对象，可分为鱼类、水蚤类和藻类毒性试验。 （