3污染物的生物效应检测

第三章污染物的生物效应检测2020/7/16提纲第一节生物测试及方法第二节一般毒性试验第三节生物的分子和细胞水平检测第四节生物致突变、致畸和致癌效应检测第五节微宇宙法第一节生物测试及方法生物测试的定义生物测试的方式生物测试的标准化1.1生物测试的定义生物测试（Bioassay）系统的利用生物的反应测定一种或多种环境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生物测试的特征（优点）体现了环境污染（因素）对生态系统的综合效应直接测定了环境污染（因素）对生物体的影响1.2生物测试的方式时间短期生物测试（8d）中期生物测试（8~90d）长期生物测试（90d）测试气体（液体）的给予方式静止式生物测试流动式生物测试（重复循环式、更新式）被测试生物的种类单物种、多物种、模拟生态系统生物测试1.3生物测试的标准化影响生物测试结果的主要因素受试生物试验条件实验室第二节一般毒性试验生物毒性的基本概念急性毒性试验亚慢性和慢性毒性试验蓄积毒性试验2.1生物毒性的基本概念毒物：毒物本身并非毒物，主要是剂量才使一个物质变成毒物中毒：机体受毒物作用而表现出的疾病状态毒性：毒物引起机体易感部位产生有害作用的能力2.1生物毒性的基本概念表示毒性的常用参数致死剂量（LD）或致死浓度（LC）绝对致死剂量（浓度）LD100（LC100）半致死剂量（浓度）LD50（LC50）最小致死剂量（浓度）MLD（MLC）最大耐受致死剂量（浓度）LD0（LC0）2.1生物毒性的基本概念表示毒性的常用参数最大无作用剂量最小有作用剂量（MEL）毒作用带急性毒作用带=（LD50/急性MEL）慢性毒作用带=（急性MEL/慢性MEL）半数效应浓度（EC50）半数抑制浓度（IC50）常用毒物单位——（mg/kg）2.2急性毒性试验哺乳动物急性毒性试验1.资料检索类似试验的LD50（LC50）2.根据文献设计试验，得到LD100（LC100）和LD0（LC0）3.继续缩小范围试验，得到LD50（LC50）2.2急性毒性试验哺乳动物急性毒性试验——微囊藻对小白鼠的LD50=50~500mg/kg2.2急性毒性试验水生生物急性毒性试验鱼类毒性试验藻类急性毒性试验水蚤类急性毒性试验2.3亚慢性和慢性毒性试验亚慢性毒性试验——在动物生命周期1/30-1/20的时间内所进行的毒性试验1.实验动物：与急性和慢性试验中的动物品系相同，健康，年幼2.染毒剂量：最高剂量不引起大量致死；最低剂量无任何中毒反应中间剂量介于上述二者之间；设置对照组3.染毒途径：模拟人类在环境中的染毒方式4.观察与评价：初步评估靶器官、最大无作用浓度等2.3亚慢性和慢性毒性试验慢性毒性试验哺乳动物的慢性毒性试验1.实验动物：与亚慢性试验中的动物品系相同，但年龄更小2.染毒剂量：在LD50的1/100~1/20中取3-4个剂量3.染毒途径：模拟人类在环境中的染毒方式4.观察与评价：最终确定最大无作用浓度2.4蓄积毒性试验蓄积毒性作用：低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次与机体持续接触，经一定时间后使机体出现明显中毒的表现物质蓄积：污染物进入机体的量大于排出的量，量的积累功能蓄积：污染物反复作用于机体，最终致病，效的积累2.4蓄积毒性试验试验方法蓄积系数法蓄积系数固定剂量每天连续染毒法剂量定期递增染毒法)1(50)(50ECECKn2.4蓄积毒性试验试验方法20天蓄积试验法每天染毒剂量停止染毒7天后的症状与判断1/20LD50出现死亡，且其它组有剂量—效应关系强蓄积1/10LD501/5LD501/2LD50无死亡，且其它组无剂量—效应关系无明显蓄积作用02.4蓄积毒性试验试验方法受试生物半减期测定法方法：机体接触受试物后，在一定间隔时间内分别测定血液、尿液或器官组织中该物质的量。21122/1lglg2lg)(yyttT第三节生物的分子和细胞水平检测加合物测定一般代谢酶的活性测定解毒系统酶类诱导作用的检测抗氧化防御系统检测3.1加合物测定DNA加合物测定免疫法荧光法32P—后标记法蛋白加合物3.2一般代谢酶的活性测定乙酰胆碱酯酶用于指示有机磷农药腺三磷酶（ATPase）其活性高低代表了生命活动能量的大小3.3解毒系统酶类诱导作用的检测混合功能氧化酶的诱导作用谷胱甘肽硫转移酶3.4抗氧化防御系统检测过氧化氢酶（Ct）谷胱甘肽过氧化酶（GPx）第四节生物致突变、致畸和致癌效应检测致突变效应致畸效应致癌效应4.1致突变效应突变：遗传物质发生了基因结构的变化基因突变染色体畸变致突变物作用于生殖细胞的效应显性致死突变引起后代的先天性遗传缺陷4.1致突变效应致突变试验体外（Invitro）基因突变试验Ames试验哺乳动物体细胞株突变试验细胞遗传学试验染色体畸变试验微核试验体内（Invivo）基因突变试验显性致死突变试验果蝇伴性隐性致死试验DNA损伤试验姐妹染色单体交换试验DNA修复合成试验4.1致突变效应致突变试验——体外基因突变试验Ames试验野生鼠沙门氏菌突变鼠沙门氏菌能够自己合成组氨酸不能自己合成组氨酸污染物诱导回复突变4.1致突变效应致突变试验——体外基因突变试验哺乳动物体细胞株突变试验正常的细胞株突变细胞株不能耐受嘌呤碱类似物耐受嘌呤碱类似物污染物诱导回复突变4.1致突变效应致突变试验——细胞遗传学试验染色体畸变试验正常细胞株显微镜检污染物接触秋水仙素4.1致突变效应致突变试验——细胞遗传学试验微核试验正常细胞株显微镜检污染物接触蚕豆浸种催芽染毒恢复培养固定染色镜检4.1致突变效应致突变试验——体内基因突变试验显性致死突变试验雄鼠雌鼠解剖妊娠雌鼠染毒4.1致突变效应致突变试验——体内基因突变试验果蝇伴性隐性致死试验雄蝇XY雌蝇XXF1雌蝇XXF1雄蝇XYF2雄蝇XY:XY=1:14.1致突变效应致突变试验——DNA损伤试验姐妹染色体单体交换试验BrduBrdu深色浅色深色浅色4.1致突变效应致突变试验——DNA损伤试验DNA修复合成试验细胞悬液计数同位素合成的DNA剂量染毒，羟基脲同位素标记的脱氧胸腺嘧叮核苷，羟基脲4.2致畸效应致畸作用：致畸物通过母体作用于胚胎而引起胎儿畸形的现象。化学致畸作用机理：突变引起胚胎发育异常对细胞的生长分化较为重要的酶类受到抑制母体正常代谢过程被破坏细胞分裂受阻致畸作用的毒理学特点不同发育阶段的胚胎的敏感性不同种属差异较为明显4.2致畸效应试验方法动物选择剂量分组受试动物的处理受试动物的剖检胚仔外部检查胚仔骨骼检查胚仔内脏检查4.2致畸效应致畸作用的评价应对试验结果进行统计综合分析应采用同种动物的重复试验并比较多种动物试验结果的一致性区分自然畸变和致畸畸变动物的种属差异导致畸变敏感性不同4.3致癌效应化学致癌作用：化学物质引起肿瘤的过程细胞癌变形成的原因体细胞突变学说分化障碍学说癌基因学说癌变过程引发阶段促长阶段浸润和转移阶段4.3致癌效应试验方法短期筛检试验（体细胞突变学说）各种致突变试验方法长期动物诱癌试验慢性试验方法第五节微宇宙法微宇宙法简介标准水生微宇宙烧杯水生微宇宙室外水生微宇宙土壤核心微宇宙模拟农田生态系统5.1微宇宙法简介微宇宙（Microcosm）法（模拟生态系统法）——研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上的生态效应的一种方法微宇宙法分类自然微宇宙、人工微宇宙（开放式、封闭式）陆生微宇宙、水生微宇宙（烧杯、河流、池塘等）5.2标准水生微宇宙3L培养液：10种藻类、4种无脊椎动物、1种细菌容器：4L沉积物：200g硅砂，0.5g土壤几丁质5.3烧杯水生微宇宙1L培养液（含50mL自然系统浸出液）：2种单细胞绿藻或硅藻、1种丝状绿藻、1种固氮蓝藻（细菌）、1种牧食性大型无脊椎动物、1种底栖碎食性无脊椎动物、一些细菌和原生动物容器：1L5.4室外水生微宇宙体积：6m3浮游植物、动物、菌类无脊椎动物鱼类大型水生植物5.5土壤核心微宇宙塑料管高60cm直径17cm土壤核心：取自20cm的表层土；研究对象：植物、土壤无脊椎动物、微生物5.6模拟农田生态系统系统可用于测定：农药的挥发性、残留性下雨对农药迁移的影响植物对农药迁移的影响全玻璃封闭体积：0.75m3喷淋装置收集土壤沥滤液收集地表水气体进口气体出口