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1、第三章第三章 污染物的生物效应检测污染物的生物效应检测本章将讨论以下内容本章将讨论以下内容生物测试及方式生物测试及方式一般毒性试验一般毒性试验生物的分子和细胞水平检测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生物致突变、致畸和致癌效应检测微宇宙法微宇宙法第一节第一节 生物测试及方法生物测试及方法一、生物测试（一、生物测试（Bioassay）的概念、特点：的概念、特点：1、概念：指系统地利用、概念：指系统地利用生物的反应生物的反应测定一种测定一种或多种污染物或环境因素单独或联合存在时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。所导致的影响或危害。注释注释1：所利用的生物
2、反应包括分子、细胞、组织、：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器官、个体、种群、群落、生态系统各级水平上的反应。反应。注释注释2：生物测试不同于常规的物理、化学检测。：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。能测定污染物的浓度。2、特点：长期、综合、特点：长期、综合3、生物测试的结果可表明（以水环境为例）：、生物测试的结果可表明（以水环境为例）：环境状况对水生物的适合度（最适、耐受、环境状况对水生物的适合度（最适、耐受、生存）生存）环境因素的作
3、用强度环境因素的作用强度环境因素对毒物的影响环境因素对毒物的影响毒物对受测生物的毒性毒物对受测生物的毒性水生物对污染物的敏感性水生物对污染物的敏感性废水处理的效果废水处理的效果污染物允许排放量污染物允许排放量有关水质标准和排放许可的验证有关水质标准和排放许可的验证二、方式二、方式暴露时间暴露时间暴露方式暴露方式效应效应受试生物受试生物短期短期静态静态急性急性单种单种中期中期半静态半静态亚急性亚急性多种多种长期长期动态动态慢性慢性模拟生态模拟生态三、受试生物三、受试生物1、应满足的条件、应满足的条件受试生物敏感性受试生物敏感性广泛的地理分布和足够的数量广泛的地理分布和足够的数量重大生物学价值重大
4、生物学价值易于在实验室培养易于在实验室培养丰富的生物学背景资料丰富的生物学背景资料反应可测反应可测经济及旅游价值经济及旅游价值2、还应考虑到受试生物的个体大小和生活史、还应考虑到受试生物的个体大小和生活史的长短，以前是否有过接触待测试物等异的长短，以前是否有过接触待测试物等异常情况。常情况。四、生物测试的标准化四、生物测试的标准化 1、影响生物测试结果的因素：受试生物；、影响生物测试结果的因素：受试生物；试验条件；实验室差异试验条件；实验室差异 2、测试方法标准化的优点：实验可比性；测试方法标准化的优点：实验可比性；重复性；精确性；可靠性重复性；精确性；可靠性第二节第二节 一般毒性试验一般毒性
5、试验一、基本概念一、基本概念1、毒物（、毒物（Toxicant）的概念的概念 一定条件下，较小剂量即可引起不良生物反一定条件下，较小剂量即可引起不良生物反应的外来化学物质。应的外来化学物质。2、中毒（、中毒（Intoxication）生物体受到毒物作用引起功能或器质性改变生物体受到毒物作用引起功能或器质性改变后出现的疾病状态称中毒。后出现的疾病状态称中毒。3、毒性（、毒性（Toxicity）指有毒物质接触或进入机体后，引起生物体指有毒物质接触或进入机体后，引起生物体的易感部位产生有害作用的能力。的易感部位产生有害作用的能力。4、无损害作用：、无损害作用：可逆的生物学变化，不引可逆的生物学变化，
6、不引起机体形态、生长发育和寿命的改变。起机体形态、生长发育和寿命的改变。5、损害作用：、损害作用：不可逆的生物学变化，对某不可逆的生物学变化，对某些环境因素不利影响的易感性增强，代些环境因素不利影响的易感性增强，代谢速度降低和酶系的相对活力发生异常谢速度降低和酶系的相对活力发生异常改变。改变。6、效应（、效应（Effect）也称为作用，对个体而言，指接触一定剂量也称为作用，对个体而言，指接触一定剂量化学物后，使机体产生的生物学改变。化学物后，使机体产生的生物学改变。7、反应（、反应（Response）对群体而言，指接触一定剂量化学物后，产对群体而言，指接触一定剂量化学物后，产生某种效应并达到一
7、定强度的个体在群体中生某种效应并达到一定强度的个体在群体中所占的比例。所占的比例。8、剂量效应关系和剂量反应关系剂量效应关系和剂量反应关系剂量效应关系曲线：以剂量为横坐标，以表剂量效应关系曲线：以剂量为横坐标，以表示效应强度的计算单位为纵坐标示效应强度的计算单位为纵坐标剂量反应关系曲线：以剂量为横坐标，以表剂量反应关系曲线：以剂量为横坐标，以表示反应的百分率或比值为纵坐标示反应的百分率或比值为纵坐标不同的化学物或同一化学物在不同条件下，其不同的化学物或同一化学物在不同条件下，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（见图同类型的曲线（见图3
8、-1，3-2，3-3，3-4）。）。剂量效应关系和剂量反应关系曲线图剂量效应关系和剂量反应关系曲线图剂量10050反应强度（）反应强度（）图图3-1剂量反应曲线（直线型）剂量反应曲线（直线型）剂量10050死亡率（）死亡率（）图图3-2 剂量反应曲线（抛物线型）剂量反应曲线（抛物线型）对数剂量10050死亡率（）死亡率（）图图3-3 剂量反应曲线（剂量反应曲线（S形线型形线型）死亡率（概率单位）死亡率（概率单位）对数剂量10050图图3-4 剂量反应曲线剂量反应曲线9、危害性、危害性（Hazard）：有毒物质在与机体有毒物质在与机体接触或使用的过程中，有引起中毒的可能接触或使用的过程中，有引起
9、中毒的可能性。与风险（性。与风险（Risk)相近相近10、危险性：、危险性：某化学物质在正常生产和使用某化学物质在正常生产和使用条件下，能引起机体发生中毒的可能性。条件下，能引起机体发生中毒的可能性。偏重物质本身性质（与偏重物质本身性质（与“毒性毒性”相近）。相近）。二、常用毒性试验参数二、常用毒性试验参数1、致死剂量、致死剂量/致死浓度致死浓度：LD/LC 表示一次染毒后，表示一次染毒后，在一定时间内在一定时间内引起受引起受试动物死亡的剂量或浓度。试动物死亡的剂量或浓度。绝对致死剂量绝对致死剂量/浓度（浓度（LD100、LC100）半数致死剂量半数致死剂量/浓度（浓度（LD50、LC50）最
10、小致死剂量最小致死剂量/浓度（浓度（MLD、MLC）最大耐受剂量最大耐受剂量/浓度（浓度（LD0、LC0）2、无作用剂量（、无作用剂量（NOED:Maximum Noeffect Level）随实验方法的改进而变化（降低）随实验方法的改进而变化（降低）a、最大无作用剂量（、最大无作用剂量（MNEL:Maximum Noeffect Level）每日容许摄入量（每日容许摄入量（Acceptable Daily Intake）最高容许浓度（最高容许浓度（Maximum Allowable Concentration）b、最小有作用剂量（最小有作用剂量（MEL:Minimal effect Leve
11、l）3、毒作用带：一种根据毒性和毒性作用特点综合评、毒作用带：一种根据毒性和毒性作用特点综合评 价外来物危险性的指标。是对价外来物危险性的指标。是对LD50的补充。的补充。急性毒作用带（急性毒作用带（Acutetoxic Effect Zone）慢性毒作用带（慢性毒作用带（Chronic toxic Effect Zone）4、半效应浓度：、半效应浓度：在一定时间内在一定时间内，引起，引起50%受受试生物的某种试生物的某种效应效应变化的浓度。只有同种变化的浓度。只有同种效应才能比较。效应才能比较。5、半数抑制浓度：常用于对生长速率和活性、半数抑制浓度：常用于对生长速率和活性的抑制。的抑制。6、
12、毒物单位与分级：、毒物单位与分级：mg/L,mg/kg,mg/m2 分级：按急性毒性，人为分级。与染毒方分级：按急性毒性，人为分级。与染毒方式有关。式有关。三、急性毒性试验（三、急性毒性试验（Acute Toxicity Test）只研究结果，不研究机理，目的是找出只研究结果，不研究机理，目的是找出造成某特殊急性效应的剂量，为进一步开造成某特殊急性效应的剂量，为进一步开展其他毒性实验提供设计依据。展其他毒性实验提供设计依据。1、急性毒性试验类型、急性毒性试验类型哺乳动物急性毒性试验（大小鼠、豚鼠、兔子）哺乳动物急性毒性试验（大小鼠、豚鼠、兔子）水生生物急性毒性试验（鱼类、水藻、水蚤）水生生物急
13、性毒性试验（鱼类、水藻、水蚤）蚯蚓急性毒性试验蚯蚓急性毒性试验2、试验方法（、试验方法（p103）材料与条件材料与条件 实验设计实验设计 染毒方式染毒方式 统计计算统计计算四、亚急性与慢性毒性试验四、亚急性与慢性毒性试验 必要性：机理探讨、敏感指标、多指标、综必要性：机理探讨、敏感指标、多指标、综合性指标、特殊性指标、敏感阶段、合性指标、特殊性指标、敏感阶段、NOEC 应用系数（应用系数（AF）：慢性毒效应与急性毒效应）：慢性毒效应与急性毒效应的关系。可以推算慢性毒效应值的关系。可以推算慢性毒效应值五、蓄积毒性试验五、蓄积毒性试验 1。试验方法。试验方法 2。剂量蓄积与效应蓄积。剂量蓄积与效应
14、蓄积第三节第三节 生物的分子和细胞水平检测生物的分子和细胞水平检测一、生物（学）标志物（一、生物（学）标志物（biomarker）1、概念：化学污染物导致生物有机体的生物化、概念：化学污染物导致生物有机体的生物化学和生理学的改变，这些改变运用于监测和评价学和生理学的改变，这些改变运用于监测和评价污染物的暴露及其效应则称为生物标志物。污染物的暴露及其效应则称为生物标志物。2、分类：、分类：作用：暴露生物标志物（作用：暴露生物标志物（Exposure biomarker）效应生物标志物（效应生物标志物（Effect biomarker）复合生物标志物复合生物标志物 效应：行为、生理、生化效应：行为
15、、生理、生化 3、特异性、特异性 生物标志物的特异性差异很大，高度特生物标志物的特异性差异很大，高度特异性和非特异性生物标志物在化学品危害异性和非特异性生物标志物在化学品危害的监测和评价中都有应用价值。的监测和评价中都有应用价值。4、基本原则：指示性、敏感性、特异性、基本原则：指示性、敏感性、特异性 5、在监测和评价中的应用：预警作用、在监测和评价中的应用：预警作用 6、局限性：相对复杂、生态相关性低、局限性：相对复杂、生态相关性低选择生物标志物的原则：选择生物标志物的原则：1）能在较高生物水平发生显著效应之前被测量（预警作用）；）能在较高生物水平发生显著效应之前被测量（预警作用）；2）测定快
16、速、经济且足够容易，适于广泛应用（实用）；）测定快速、经济且足够容易，适于广泛应用（实用）；3）测量服从于标准的质量控制）测量服从于标准的质量控制/质量保证（可标准化）；质量保证（可标准化）；4）最好对毒物种类有特异性（非特异性也有价值）；）最好对毒物种类有特异性（非特异性也有价值）；5）与毒物有清晰的剂量）与毒物有清晰的剂量-效应关系；效应关系；6）能被应用于广泛的敏感性物种（野生、家养、地方性）；）能被应用于广泛的敏感性物种（野生、家养、地方性）；7）与个体以上水平效应的联系比较理想（）与个体以上水平效应的联系比较理想（不总是必需不总是必需）。）。二、测定方法二、测定方法1、DNA加合物加合物 是化学物经生物转化后的亲电活性产物与是化学物经生物转化后的亲电活性产物与DNA链特异位点上的共价结合物。链特异位点上的共价结合物。a、免疫法：抗原抗体反应，根据应用技术、免疫法：抗原抗体反应，根据应用技术又可分为放射免疫（又可分为放射免疫（RIA），酶联免疫），酶联免疫（ELISA）及超敏酶学放射免疫法（）及超敏酶学放射免疫法（VS-ERISA）。）。b、荧光法：某些化合物的、荧光法：某些化
