環(huán)境生物學,第四章 污染物的生物效應檢測,一、生物測試（Bioassay）的定義及特點 1、定義：系統(tǒng)地利用生物的反應，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，所導致的影響或危害。 2、特點：長期、綜合,第一節(jié) 生物測試及方法,3、生物測試的結(jié)果可表明（以水環(huán)境為例）： 環(huán)境狀況對水生物的適合度（最適、耐受、生存） 環(huán)境因素的作用強度 環(huán)境因素對毒物的影響 毒物對受測生物的毒性 水生物對污染物的敏感性 廢水處理的效果 污染物允許排放量 有關(guān)水質(zhì)標準和排放許可的驗證,第一節(jié) 生物測試及方法,第一節(jié) 生物測試及方法,二、方式,第一節(jié) 生物測試及方法,三、受試生物 1、應滿足的條件 : 1）對毒物或因子敏感 2）分布廣泛、易得 3）重要生態(tài)學價值 4）實驗室易養(yǎng) 5）生物學背景清楚 6）生物反應能被測定，可標準化 7）與人類有一定聯(lián)系,第一節(jié) 生物測試及方法,2、還應考慮到受試生物的個體大小和生活史的長短，以前是否有過接觸待測試物等異常情況。 四、生物測試的標準化 影響生物測試結(jié)果的因素： 1、受試生物 2、實驗條件 3、不同的實驗室,第二節(jié) 一般毒性實驗,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 應的外來化學物質(zhì)。 2、中毒毒效應 生物體受到毒物作用引起功能或器質(zhì)性改變 后出現(xiàn)的疾病狀態(tài)稱中毒。 3、無損害作用：可逆的生物學變化，不引起機體 形態(tài)、生長發(fā)育和壽命的改變。,第二節(jié) 一般毒性實驗,4、效應（Effect）與反應（Response） 5、劑量效應關(guān)系(Doseeffect relationship)和劑 量反應關(guān)系（Doseresponse relationship） 6、危害性（Hazard）: 有毒物質(zhì)在與機體接觸或使用過程中，引起中毒 可能性。與風險（Risk)相近 7、危險性： 化學物質(zhì)在正常的生產(chǎn)使用條件下，能引起機體發(fā)生中毒的可能性。偏重物質(zhì)本身性質(zhì)（與“毒性”相近）。,第二節(jié) 一般毒性實驗,二、常用毒性參數(shù) 1、致死劑量（或致死濃度）：LD或LC 表示一次染毒后，在一定時間內(nèi)引起受試動物死亡的劑量或濃度。 絕對致死劑量或濃度：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 ?,第二節(jié) 一般毒性實驗,2、無作用劑量（NOED） 隨實驗方法的改進而變化（降低） 最大無作用劑量（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綜合評 價外來物危險性的指標。是對LD50的補充。 急性毒作用帶 慢性毒作用帶,第二節(jié) 一般毒性實驗,4、半效應濃度：在一定時間內(nèi)，引起50%受試生物的某種效應變化的濃度。只有同種效應才能比較。 5、半數(shù)抑制濃度：常用于對生長速率和活性的抑制。 6、毒物單位與分級： mg/L, mg/kg, mg/m2 分級：按急性毒性，人為分級。與染毒方式有關(guān)。,第二節(jié) 一般毒性實驗,三、急性毒性試驗 只研究結(jié)果，不研究機理，目的是找出造成某 特殊急性效應的劑量，為進一步開展其他毒性實驗 提供設計依據(jù)。 材料與條件 實驗設計 染毒方式 統(tǒng)計計算,第二節(jié) 一般毒性實驗,四、亞急性與慢性毒性試驗 必要性：機理探討、敏感指標、多指標、綜合性指標、特殊性指標、敏感階段、NOEC 應用系數(shù)（AF）：慢性毒效應與急性毒效應的關(guān)系?？梢酝扑懵远拘?五、蓄積毒性試驗 1。試驗方法 2。劑量蓄積與效應蓄積,第三節(jié) 生物的分子和細胞水平檢測,一、生物（學）標志物（biomarker） 1、概念：化學污染物導致生物有機體的生物化學 和生理學的改變，這些改變運用于監(jiān)測和評價污染 物的暴露及其效應則稱為生物標志物。 2、分類： 作用：暴露生物標志物（Exposure biomarker ） 效應生物標志物（Effect biomarker ） 復合生物標志物 效應：行為、生理、生化,第三節(jié) 生物的分子和細胞水平檢測,3、特異性 生物標志物的特異性差異很大，高度特異性和非 特異性生物標志物在化學品危害的監(jiān)測和評價中都有 應用價值。 4、基本原則：指示性、敏感性、特異性 5、在監(jiān)測和評價中的應用：預警作用 6、局限性：相對復雜、生態(tài)相關(guān)性低,第三節(jié) 生物的分子和細胞水平檢測,選擇生物標志物的原則： 1）能在較高生物水平發(fā)生顯著效應之前被測量（預警作用）； 2）測定快速、經(jīng)濟且足夠容易，適于廣泛應用（實用）； 3）測量服從于標準的質(zhì)量控制/質(zhì)量保證（可標準化）； 4）最好對毒物種類有特異性（非特異性也有價值）； 5）與毒物有清晰的劑量-效益關(guān)系； 6）能被應用于廣泛的敏感性物種（野生、家養(yǎng)、地方性）； 7）與個體以上水平效應的聯(lián)系比較理想（不總是必需）。,第三節(jié) 生物的分子和細胞水平檢測,二、測定方法 1、DNA加合物 a、免疫法 b、熒光法 c、32P 后標記法 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）,第三節(jié) 生物的分子和細胞水平檢測,4、酶誘導（濃度+活性） a、MFO (ELISA) b、GST 5、抗氧化酶系統(tǒng) a、過氧化氫酶（Ct） b、谷胱甘肽過氧化酶（GPx） 作業(yè)2：查資料，上述檢測方法的實例研究，每人準備10分鐘的介紹（ppt形式）。,第四節(jié) 生物三致效應檢測,一、致突變效應 （ 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，不能用光學顯微 鏡直接觀察。 誘變(induced mutation): 外來因子作用下的突變。 2、染色體畸變（Chromosome Aberration） 染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，可以用光學顯微鏡直接觀察。,第四節(jié) 生物三致效應檢測,（二）、試驗方法： 1、體外基因突變試驗 2、細胞遺傳學試驗 3、體內(nèi)基因突變試驗 4、DNA損傷試驗,第四節(jié) 生物三致效應檢測,第四節(jié) 生物三致效應檢測,二、致畸效應 1、致畸作用（Teratogenesis） 致畸物通過母體作用于胚胎而引起胎兒畸形的 現(xiàn)象稱為致畸作用。 2、致畸作用的毒理學特點 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,第四節(jié) 生物三致效應檢測,3、化學致畸作用機理 a、突變引起胚胎發(fā)育異常 b、對細胞生長分化比較重要的酶類受到抑制 c、母體正常代謝過程被破壞 d、致畸物干擾細胞分裂過程,第四節(jié) 生物三致效應檢測,4、斑馬魚胚胎發(fā)育致畸試驗,第四節(jié) 生物三致效應檢測,三、致癌效應 1、癌的定義：細胞自主生長，不斷分裂形成危害機體的腫塊（惡性腫瘤）。 特點：自主分裂、可移植、退行發(fā)育、膜異常 化學 2、致癌機理 物理：射線 生物：病毒 細胞癌變學說： 體細胞突變 細胞分化失常,第四節(jié) 生物三致效應檢測,3、發(fā)展階段： a、引發(fā)階段 b、促長階段 c、浸潤和轉(zhuǎn)移階段 浸潤：癌細胞分泌毒素，侵蝕和破壞體內(nèi)各種組織和器官。 轉(zhuǎn)移：癌細胞從初生腫瘤中離散，隨血液循環(huán)向全身擴散。,第四節(jié) 生物三致效應檢測,4、惡性腫瘤分類： 癌：從上皮組織、腺體等長出來。如皮膚癌、胃癌、乳腺癌。 肉瘤：從間葉組織長出來。如骨肉瘤、淋巴肉瘤。癌：肉瘤 9：1 血癌？ 5、試驗方法 a、短期篩選方法 b、長期動物誘癌試驗 c、觀察指標,第四節(jié) 生物三致效應檢測,6、致突變與致癌的關(guān)系,第四節(jié) 生物三致效應檢測,7、“三致”作用的比較,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的一種方法，又稱為模型生態(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。標準化水生微宇宙（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,第五節(jié) 微 宇 宙 法,二、現(xiàn)場圍隔生態(tài)系統(tǒng)（Enclosed Ecoystem） 將野外的自然環(huán)境人為圍隔起來，研究近自然環(huán)境因素條件下污染物的生態(tài)效應。 1。海洋（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： 生態(tài)代表性強；可重復性差,