環(huán)境生物學(xué)(南開大學(xué))第四章污染物的生物效應(yīng)檢測.ppt

環(huán)境生物學(xué),第四章 污染物的生物效應(yīng)檢測,一、生物測試（Bioassay）的定義及特點(diǎn) 1、定義：系統(tǒng)地利用生物的反應(yīng)，測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。 2、特點(diǎn)：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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)和排放許可的驗(yàn)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(yīng)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(xué)價(jià)值 4）實(shí)驗(yàn)室易養(yǎng) 5）生物學(xué)背景清楚 6）生物反應(yīng)能被測定，可標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)考慮到受試生物的個(gè)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(biāo)準(zhǔn)化 影響生物測試結(jié)果的因素： 1、受試生物 2、實(shí)驗(yàn)條件 3、不同的實(shí)驗(yàn)室,第二節(jié) 一般毒性實(shí)驗(yàn),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(yīng)的外來化學(xué)物質(zhì)。 2、中毒毒效應(yīng) 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(xué)變化，不引起機(jī)體 形態(tài)、生長發(fā)育和壽命的改變。,第二節(jié) 一般毒性實(shí)驗(yàn),4、效應(yīng)（Effect）與反應(yīng)（Response） 5、劑量效應(yīng)關(guān)系(Doseeffect relationship)和劑 量反應(yīng)關(guān)系（Doseresponse relationship） 6、危害性（Hazard）: 有毒物質(zhì)在與機(jī)體接觸或使用過程中，引起中毒 可能性。與風(fēng)險(xiǎn)（Risk)相近 7、危險(xiǎn)性： 化學(xué)物質(zhì)在正常的生產(chǎn)使用條件下，能引起機(jī)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(shí)驗(yàn),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(shí)間內(nèi)引起受試動(dòng)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(shí)驗(yàn),2、無作用劑量（NOED） 隨實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)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(diǎn)綜合評 價(jià)外來物危險(xiǎn)性的指標(biāo)。是對LD50的補(bǔ)充。 急性毒作用帶 慢性毒作用帶,第二節(jié) 一般毒性實(shí)驗(yàn),4、半效應(yīng)濃度：在一定時(shí)間內(nèi)，引起50%受試生物的某種效應(yīng)變化的濃度。只有同種效應(yīng)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(shí)驗(yàn),三、急性毒性試驗(yàn) 只研究結(jié)果，不研究機(jī)理，目的是找出造成某 特殊急性效應(yīng)的劑量，為進(jìn)一步開展其他毒性實(shí)驗(yàn) 提供設(shè)計(jì)依據(jù)。 材料與條件 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 染毒方式 統(tǒng)計(jì)計(jì)算,第二節(jié) 一般毒性實(shí)驗(yàn),四、亞急性與慢性毒性試驗(yàn) 必要性：機(jī)理探討、敏感指標(biāo)、多指標(biāo)、綜合性指標(biāo)、特殊性指標(biāo)、敏感階段、NOEC 應(yīng)用系數(shù)（AF）：慢性毒效應(yīng)與急性毒效應(yīng)的關(guān)系。可以推算慢性毒效應(yīng)值 五、蓄積毒性試驗(yàn) 1。試驗(yàn)方法 2。劑量蓄積與效應(yīng)蓄積,第三節(jié) 生物的分子和細(xì)胞水平檢測,一、生物（學(xué)）標(biāo)志物（biomarker） 1、概念：化學(xué)污染物導(dǎo)致生物有機(jī)體的生物化學(xué) 和生理學(xué)的改變，這些改變運(yùn)用于監(jiān)測和評價(jià)污染 物的暴露及其效應(yīng)則稱為生物標(biāo)志物。 2、分類： 作用：暴露生物標(biāo)志物（Exposure biomarker ） 效應(yīng)生物標(biāo)志物（Effect biomarker ） 復(fù)合生物標(biāo)志物 效應(yīng)：行為、生理、生化,第三節(jié) 生物的分子和細(xì)胞水平檢測,3、特異性 生物標(biāo)志物的特異性差異很大，高度特異性和非 特異性生物標(biāo)志物在化學(xué)品危害的監(jiān)測和評價(jià)中都有 應(yīng)用價(jià)值。 4、基本原則：指示性、敏感性、特異性 5、在監(jiān)測和評價(jià)中的應(yīng)用：預(yù)警作用 6、局限性：相對復(fù)雜、生態(tài)相關(guān)性低,第三節(jié) 生物的分子和細(xì)胞水平檢測,選擇生物標(biāo)志物的原則： 1）能在較高生物水平發(fā)生顯著效應(yīng)之前被測量（預(yù)警作用）； 2）測定快速、經(jīng)濟(jì)且足夠容易，適于廣泛應(yīng)用（實(shí)用）； 3）測量服從于標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量控制/質(zhì)量保證（可標(biāo)準(zhǔn)化）； 4）最好對毒物種類有特異性（非特異性也有價(jià)值）； 5）與毒物有清晰的劑量-效益關(guān)系； 6）能被應(yīng)用于廣泛的敏感性物種（野生、家養(yǎng)、地方性）； 7）與個(gè)體以上水平效應(yīng)的聯(lián)系比較理想（不總是必需）。,第三節(jié) 生物的分子和細(xì)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(biāo)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(xì)胞水平檢測,4、酶誘導(dǎo)（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(shí)例研究，每人準(zhǔn)備10分鐘的介紹（ppt形式）。,第四節(jié) 生物三致效應(yīng)檢測,一、致突變效應(yīng) （ 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(xué)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(xué)顯微鏡直接觀察。,第四節(jié) 生物三致效應(yīng)檢測,（二）、試驗(yàn)方法： 1、體外基因突變試驗(yàn) 2、細(xì)胞遺傳學(xué)試驗(yàn) 3、體內(nèi)基因突變試驗(yàn) 4、DNA損傷試驗(yàn),第四節(jié) 生物三致效應(yīng)檢測,第四節(jié) 生物三致效應(yīng)檢測,二、致畸效應(yīng) 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(xué)特點(diǎn) 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(yīng)檢測,3、化學(xué)致畸作用機(jī)理 a、突變引起胚胎發(fā)育異常 b、對細(xì)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(xì)胞分裂過程,第四節(jié) 生物三致效應(yīng)檢測,4、斑馬魚胚胎發(fā)育致畸試驗(yàn),第四節(jié) 生物三致效應(yīng)檢測,三、致癌效應(yīng) 1、癌的定義：細(xì)胞自主生長，不斷分裂形成危害機(jī)體的腫塊（惡性腫瘤）。 特點(diǎn)：自主分裂、可移植、退行發(fā)育、膜異常 化學(xué) 2、致癌機(jī)理 物理：射線 生物：病毒 細(xì)胞癌變學(xué)說： 體細(xì)胞突變 細(xì)胞分化失常,第四節(jié) 生物三致效應(yīng)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(xì)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(xì)胞從初生腫瘤中離散，隨血液循環(huán)向全身擴(kuò)散。,第四節(jié) 生物三致效應(yīng)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(yàn)方法 a、短期篩選方法 b、長期動(dòng)物誘癌試驗(yàn) c、觀察指標(biāo),第四節(jié) 生物三致效應(yīng)檢測,6、致突變與致癌的關(guān)系,第四節(jié) 生物三致效應(yīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)。 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(diǎn)： 生態(tài)代表性強(qiáng)；可重復(fù)性差,