第二章环境生物检...ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 环境生物检测技术,神农氏,姓名：伊耆，姜。别名：炎帝.神农氏.烈山氏 生辰：古历四月二十六日(距今5000多年)，籍贯：湖北随县 职业：部落首领,神农氏，即炎帝，远古传说中的太阳神。传说炎帝神农，人身牛首，三岁知稼穑，长成后，身高八尺七寸,龙颜大唇。神农氏本为姜水流域姜姓部落首领，后发明农具以木制耒，教民稼穑饲养、制陶纺织及使用火，以功绩显赫，以火得王，故为炎帝，世号神农，曾建都山东曲阜，并被后世尊为农业之神。神农氏又曾跋山涉水，,尝遍百草,，找寻治病解毒良药，以救夭伤之命，后因误食“火焰子”肠断而死。神农本草经即是依托他的著作。炎帝神农在位120年，传七代世袭神农之号，共计380年。,综合性,环境中的污染因素是相当复杂的，混合成分之间的相互作用使得环境中污染物对生物的影响大相径庭，难以预测。孤立检测各种污染物对反应毒性的意义不是很大。复合污染物的毒性及其对生物的影响，不是个别因素简单加合，因此单纯的物理、化学分析不能说明问题，只有通过生物监测才能真正反映综合效应的结果。,以毒攻毒：,明陶宗仪辍耕录卷二十九-“骨咄犀，蛇角也，其性至毒，而能解毒，盖以毒攻毒也。”,周书王会篇。按,犀角搅汤解诸毒药。,累积性,对于微量污染物而言，物理、化学方法无法实现有效的监测。而利用生物食物链中营养级的提高而在生物体内获得积累（生物放大-bio magnification），则可以通过简单的标本采集进行分析和监测。,利用生物食物链营养积累原理，可以对难降解的微量污染物进行监测，并严格其排放标准（POPs,EDCs）。,连续性,环境污染是变化和连续的。相对于只能反映取样前后环境情况的物理、化学监测手段，生物监测能更为全面地了解污染物对环境造成的长期效应。,树木年轮径向生长过程与环境气象有直接的关系,年轮解析法能极为形象地分析历年环境条件的优劣，就好像老人脸上的皱纹，诉说着周而复始的年年月月。,敏感性,某些生物对特定污染物的敏感程度是现代精密仪器也难以望其项背的。,鱼类：10,-6,-10,-5,mg/L的有机磷能抑制鱼类脑中的乙酰胆碱酯酶的活性，使鱼类出现中毒现象。（神经性疾病）,某些植物在0.3ml/m,3,的含SO,2,空气中就会出现受害症状,人类嗅觉的敏感度是很大的。可以嗅到硫醇410,-10,。毫克这样的微量-闻香识伴侣,生物应答调节系统的概念,80年代开始应用基因工程技术生产的各种细胞因子，把免疫治疗推向了一个新的阶段，并提出了生物应答调节剂（biological response modifier,BRM）的概念。目前BRM的概念已被广泛接受，但它本身尚无一个固定的限定范围。从目前这一概念的应用情况看，BRM主要是指免疫系统的成分和免疫应答的产物，,-偷换了免疫学的概念,第一节 环境生物分析,环境生物效应的后果时间上有长有短、程度上有重有轻。根据其所引起后果时间与程度上的差异，可分为急性的环境生物效应和慢性的环境生物效应。,急性：前者如某种细菌传播引起的疾病流行,慢性：如日本汞污染引起的水俣病和镉污染引起的痛痛病都是经过几十年后才出现的。,水俣病,水俣病-1956年，水俣湾附近发现了一种奇怪的病。这种病症最初出现在猫身上，被称为“猫舞蹈症”。病猫步态不稳，抽搐、麻痹，甚至跳海死去。随后不久，此地也发现了患这种病症的人。患者由于脑中枢神经和末梢神经被侵害，轻者口齿不清、步履瞒珊、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、视觉丧失、震颤、手足变形，重者神经失常，或酣睡，或兴奋身体弯弓高叫，直至死亡,1956年12月31日新华社讯：到本年底，全国基本完成了对农业、手工业和资本主义工商业的社会主义改造。这样，在中国，从根本上消灭了剥削制度，实行了社会主义制度，中国人民在历史上第一次成为生产资料的主人和社会财富的享有者。,莫斯科,1993,年 格德,.,鲁德威,1973,年以后在莫斯科工业区附近，已经出生了,90,名四肢不全的畸形儿。,(,国家地理杂志,),水体污染及生物检测方法,指示生物,：,生物,群落中生活着各种水生生物，如浮游生物、着生生物、底栖动物、鱼类和细菌等。由于它们的群落结构、种类和数量的变化能反映水质状况，故称之为,指示生物,。,根据河流的污染程度，通常将其分为四个污染带，即多污带、-中污带、-中污带和寡污带。各污染带水体内存在着特有的生物种群。,1、多污带指示生物：浮游球衣细菌、贝氏硫细菌、颤蚯蚓、蜂蝇蛆、水蚂蟥。,2、中污带指示生物,3、寡污带指示生物：水花项圈藻、玫瑰旋轮虫、长刺水蚤、窗格纵隔硅藻、美丽星杆藻、大变形虫。,4、水体污染生物指数（Biological index）,Biological Index(BI),利用筛选的指示生物或者生物类群与环境质量的相关性，特别是与污染物之间的关系，判断污染程度。（量化的概念）,生物指数法Beek，1955年。（贝克生物指数BI）,BI=2,n,1,+n,2,，n,1,和n,2,分别为不耐污和中度耐污的种类数（选定单位面积）。（10，为清水）,津田松苗的修正（大于30为清水）。,1955年，3月1日-新版人民币开始发行。汇率保持在在1美元兑换2.46元人民币的水平。,生物多样性指数（Shannon-Weaver）,-,生物多样性的理想化模型,其他检测方法,鱼毒性试验方法,利用鱼的慢性中毒或者急性中毒反应来判断水体污染程度。分为静置式（观察鱼存活的尾数）和恒流式（长期监测水质）两种。,贻贝检测,双壳类动物对氯农药、有机物、重金属和放射性元素有很高的富集和积蓄能力。,贻贝,又名壳菜，在我国北方俗称海红，它的干制品呼做淡菜，是驰名中外的海产食品之一。贻贝是贝类养殖事业中的重要种类，世界许多地区都有养殖，特别是北欧、北美以及澳大利亚等地区养殖贻贝很盛行，生产数量也很大。,微生物分析方法,细菌总数（镜检、平板法）,大肠菌群检测法（镜检、平板法）,发光细菌的微毒检测Cu、Zn、Cd、Hg、芳香族和其它一些有毒有害物质,大气污染及生物检测方法,1、群落 在污染物的长期作用或者外部环境的连续性变化影响下，植物的群落会发生变化,2、个体植物个体的生长规律会在污染物的作用下发生变化,3、组织器官叶面出现伤痕、组织坏死,4、细胞和细胞器,5、酶系统可以通过代谢产物的成分分析,指示植物,二氧化硫：地衣、苔藓、荞麦、芝麻、向日葵、落叶松、马尾松、枫杨、水杉、胡萝卜、葱、菠菜、莴苣、南瓜,氟化氢：唐菖蒲、郁金香、杏、葡萄、金钱草、梅、落叶松,臭氧：菠菜、烟草、燕麦、矮天牛、天牛花、洋葱、萝卜、马铃薯、女贞、银槭、梓树、皂荚、丁香、葡萄、牡丹,氯气：向日葵、芝麻、荞麦、翠菊、万寿菊、鸡冠花、大白菜、萝卜、桃树、枫杨、雪松、油松,植物检测器示意图,泵,活性炭,进气,大气净度指数,1970年由Leblanc提出（Index of Atmospheric Purity,IAP）,该年4月24日，中国首枚人造卫星东方红一号发射成功,通过调查和测定一定区域若干样点中苔藓的种类、分布、盖度、频度来计算。,盖度（C）：某种苔藓在树干上的覆盖程度,频度（F）：某种苔藓的出现株数占总调查株数的百分比,IAP计算公式,N-一个样方内树生苔藓种类的总数,Q-生态指数，取调查地区各样方内出现的苔藓植物平均数,f-某一种苔藓植物的盖度（C）与频度（F）的综合值，采用五级制分类，可查表,POPs,持久性有机污染物(英文缩写POPs)是指持久存在于环境中,通过食物网积聚,并对人类健康及环境造成不利影响的化学物质。,与常规污染物不同,POPs在自然环境中极难降解,并能通过水或空气等载体转移。很多POPs不仅具有致癌、致畸、致突变性,而且还具有内分泌干扰作用。,POPs不溶于水,但在油脂中溶解,当它进入鱼类或其他动物体内后不易排出,会不断蓄积,而且会经过食物链不断叠加富集。POPs通过食物进入人体,会对人类健康造成极大危害,而且这种危害会持续几代。,POPs的危害,1962年至1971年,美国在越南北部喷洒了4163万升含有二恶英的脱叶剂,使很多人的健康受到影响,患神经性疾病、生育能力丧失或降低,同时造成了一大批畸形儿的降生。,1962年,印度政府坚持侵略扩张政策，大肆蚕食侵占中国领土，中国边防部队忍无可忍，被迫进行自卫反击,1971年,9月13日，林彪谋害毛泽东阴谋败露，乘飞机外逃叛国，途经蒙古温都尔汗坠落，机毁人亡,在北极地区的土著居民,也受到POPs的威胁,在当地妇女的母乳中也检测到了POPs,来自他们捕食的鱼类体内,第二节 生物标记法,生物标记（Biomarker的定义,生物标记（Biomarker）系指能够反映生物系统与外源性有害因素相互作用的物质。,联合国环境规划署、国际劳工组织和世界卫生组织1993年联合定义,生物标记物,所谓,“,生物标志物,”,，是从生物医学监测角度提出的新概念，是指能代表污染程度或污染所造成的生物医学效应的一种或一类物质。在环境污染与防治研究中，专家们又提出污染标志物和健康效应标志物，前者能指示污染物进入环境后，超过环境自净能力而造成环境污染，后者能指示环境污染物所造成的人群健康危害的程度。,由于环境污染的,“,低剂量，长时间,”,的特性，使得直接监测往往很困难，通过污染物生物标志物的监测则能达到检测目的。污染物进入生物体后，其危害作用机理可能不容易弄清楚，但危害所造成的生理、生化变化可能很明显，这些生理、生化指标则可作为健康效应标志物,生物标记物一例,多氯联苯(PCB)类物质是一类典型的环 境荷尔蒙，进入水体后，可造成水生生物(如鱼类)的雌性化，这时可以在雄性鱼体内检测出,“,卵黄蛋白,”,这种物质。,生物标志物的种类比较繁多，现代分子技术的发展把这类标志物锁定在分子水平的研究上。因此狭义的标志物只包括基因、酶和细胞等。,生物标记法一例,经济合作与发展组织(OECD)将卵黄蛋白原(vitellogenin,VTG)作为环境(抗)雌激素化学物理想的暴露标志物。内源性雌激素或外源性雌激素能刺激卵生动物肝细胞(作用于肝雌激素受体)产生VTG,经血运输到卵巢,作为卵黄蛋白的营养支持。通过测定血浆VTG可以评价环境内分泌干扰物的雌激素活性。,生物标记法一例,除雌性卵生动物外,雄性及幼鱼(如鳗鲡、比目鱼等)肝脏也存在雌激素受体,但只有在环境(抗)雌激素化学物的作用下才可以产生VTG。但其VTG 的变化与青春期雌鱼VTG的变化意义不同。雄鱼和幼鱼VTG的产生可作为一个敏感的环境雌激素暴露标志(因为正常条件下雄鱼和幼鱼不产生VTG);而青春期雌鱼VTG的变化可以作为环境雌激素致生殖损害的标志(VTG产生显著增加为异常性分化发生的标志,VTG产生显著降低也可能意味着卵巢生长受抑制)。,生物标记法一例,也有不足之处：,众多实验室和研究者利用暴露于环境雌激素的数种雄鱼来监测环境污染情况,发现血浆VTG都有明显升高。然而,暴露于雌激素的海洋甲壳纲的褐虾(brown shrimpPCrangon crangon)和食草蟹(shore crabPCarcinus maenas)并未发生VTG升高,说明在应用VTG作为标志物评价环境内分泌干扰物的雌激素活性时需考虑实验动物的种属。,第三节 环境生物检测技术新进展,DNA-,生命的分子,DNA基因芯片技术,基因芯片的原理,所谓基因芯片（Gene chip）是指将大量,探针,分子固定于支持物(substrate)上，然后与,标记,的样品进行,杂交,，通过检测,杂交,信号的强弱进而判断样品中,靶分子,的数量，或者检测未知分子（鉴定种类）。由于用该技术可以将极其大量的,探针,同时固定于支持物上，所以一次可以对大量的DNA分子或RNA分子进行检测分析,基因芯片的类型,从点阵的制备方法来分主要有两类：,1、原位合成型,2、“点膜”型（化学喷射法）,原位合成型芯片,光引导原位聚合技术：首先使支持物羟基化，并用光敏保护基团将其保护起来，选取择适当的蔽光膜（mask）使需要聚合的部位透光，其它部位不透光。这样，光通过蔽光膜照射到支持物上，受光部位的羟基解保护，进而与单体分子共价结合。因为合成所用的单体分子一端按传统固相合成方法活化，另一端受光敏保护基的保护，所以发生偶联的部位反应后仍旧带有光敏保护基团。因此，每次通过控制蔽光膜的图案（透光与不透光）决定哪些区域应被活化，以及所用单体的种类和反应次序就可以实现在待定位点合成大量预定序列寡聚体的目的。,优点：合成效率高，点阵密度高 缺点：设备昂贵，技术复杂，反应产率低,“点膜”型（化学喷射法）,压电打印原位聚合技术其装置与普通的彩色喷墨打印机并无两样，所用技术也是常规的固相合成方法。即，将墨盒中的墨汁分别用四种碱基合成试剂替代，支持物经过包被后，通过计算机控制喷墨打印机将特定种类的试剂喷洒到预定的区域上。冲洗、去保护、偶联等则同于一般的固相原位合成技术。如此类推，可以合成出长度为40到50个碱基的探针。,优点：设备廉价，技术相对简单，反应产率高 缺点：点阵密度低，易产生交叉污染,基因芯片的应用,1 临床疾病诊断,2 药物筛选和新药开发,3 基因功能研究,4 环境保护,5 农业和畜牧业,6 军事和司法,7 其它,生物芯片的应用,生物芯片除了基因芯片外还包括蛋白芯片：,1、生物传感器,2、生物标记,PCR反应原理,聚合酶链反应,(Polymerase Chain Reaction,PCR)是80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术。它具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点；能在一个试管内将所要研究的目的基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍,使肉眼能直接观察和判断；可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供分析研究和检测鉴定。过去几天几星期才能做到的事情，用PCR几小时便可完成。PCR技术是生物医学领域中的一项革命性创举和里程碑。,PCR反应体系,1985年美国PE-Cetus公司人类遗传研究室的Mullis 等发明了具有划时代意义的聚合酶链反应。其原理类似于DNA的体内复制，只是在试管中给DNA的体外合成提供以致一种合适的条件-,模板,DNA，寡核苷酸,引物,，DNA聚合,酶,，合适的,缓冲体系,，DNA,变性,、,复性,及,延伸,的温度与时间。,1985年2月10日：中国第一个南极考察站长城站在南极乔治岛建成。,7月5日：中国国务院常务会议批准国家科委、原教育部、中国科学院关于试办博士后流动站的报告。中国博士后制度正式诞生。,变性,退火,低温,高温,DNA:,两条互补双螺旋链,PCR(,聚合酶链式反应),引物结合,互补链延伸,PCR,反应示意图,Primer annealing at 50-70C,Melting of DNA at 95C,Polymerisation at 72C,第一个循环,第二个循环,PCR and TaqMan are registered trademarks of Hoffmann La Roche and Perkin Elmer,PCR,反应原理示意图,我讲完了,