环境生物学污染物的生物效应检测省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第三章 污染物生物效应检测本章将讨论以下内容生物测试及方式普通毒性试验生物分子和细胞水平检测生物致突变、致畸和致癌效应检测微宇宙法第1页3.1 生物测试及方式生物测试（Bioassay）概念：指系统地利用生物反应生物反应测定一个或各种污染物或环境原因单独或联合存在时所造成影响或危害。注释1：所利用生物反应包含分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统各级水平上反应。注释2：生物测试不一样于常规物理、化学检测。前者能够测定污染物对生物机体影响，而后者只能测定污染物浓度。比如：经过水污染生物测试可取得以下数据：各种环境原因如DO、pH、温度、混浊度等对生命有利以及不利浓度或强度；污染物对受测生物毒性；各种水生生物对污染物相对敏感性；废水所应处理程度；允许污染物排放浓度等。第2页生物测试方式短期生物测试（Short Term Bioassays）主要用于测定LC50、IC50、EC50，用来快速预计污染物毒性，评定几个不一样毒物或废物对某种生物相对毒性或评定不一样生物对不一样条件如温度、pH相对敏感性等。多数采取静止式。中期生物测试（Intermediate Term Bioassays）时间为8d到90d，多数情况下为流动式。长久生物测试（Long Term Bioassays）包含全部生活史生物测试（Complete Lifecycle Bioassays）和部分生活史生物测试（Partial Lifecycle Bioassays）目标是要测定出在连续情况下不造成有害效应毒物最大浓度或最大允许毒物浓度（MATC）只能采取流动式，要确保试验环境条件和自然界季节改变相符合。第3页受试生物选择影响生物测试结果原因受试生物试验条件试验室差异生物测试标准化第4页3.2 普通毒性试验基本概念毒物（Toxicant）概念毒物与非毒物之间不存在绝正确界限，通常一个物质只有到达中毒剂量时才是毒物。中毒（Intoxication）中毒是各种毒性作用综合表现，包含急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒。毒性（Toxicity）指一个物质引发机体损伤能力。毒性作用或毒效应（Toxic Effect）第5页 效应（Effect）也称为作用，指接触一定剂量化学物后，使机体产生生物学改变。效应是对个体而言，这种改变可用一定计量单位表示。反应（Response）指接触一定剂量化学物后，产生某种效应并到达一定强度个体在群体中所占百分比。反应是对群体而言，用百分率或比值来表示，如发病率、死亡率等。剂量效应关系和剂量反应关系以剂量为横坐标，以表示效应强度计算单位或表示反应百分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到曲线，即为剂量效应关系和剂量反应关系曲线。不一样化学物或同一化学物在不一样条件下，其剂量与效应或反应相关关系不一样，可展现不一样类型曲线。（见图31，32，33，34）第6页剂量效应关系和剂量反应关系曲线图剂量10050反应强度（）图31剂量反应曲线（直线型）剂量10050死亡率（）图32 剂量反应曲线（抛物线型）对数剂量10050死亡率（）图33 剂量反应曲线（S形线型）死亡率（概率单位）对数剂量10050图34 剂量反应曲线第7页毒性试验惯用参数致死剂量或致死浓度致死剂量或致死浓度（Lethal Dose，Lethal Concentration）绝对致死剂量或致死浓度（LD100、LC100）半数致死剂量或浓度（LD50、LC50）最小致死剂量或浓度（MLD、MLC）最大耐受剂量或浓度（LD0、LC0）最大无作用剂量（Maximum Noeffect Level）每日允许摄入量（Acceptable Daily Intake）最高允许浓度（Maximum Allowable Concentration）毒作用带急性毒作用带（Acutetoxic Effect Zone）慢性毒作用带（Chronic toxic Effect Zone）半数效应浓度（EC50）和半数抑制浓度（IC50）第8页急性毒性试验（Acute Toxicity Test）急性毒性试验（Acute Toxicity Test）研究化学物质大剂量一次染毒或二十四小时内屡次染毒动物所引发毒性试验。其目标是短期内了解该物质毒性大小和特点，并为深入开展其它毒性试验提供设计依据。急性毒性试验类型哺乳动物急性毒性试验水生生物急性毒性试验蚯蚓急性毒性试验第9页动物急性毒性试验（1）动物急性毒性试验方法以下：按试验要求选择受试生物惯用成年大鼠或小鼠，雌雄动物同时试验，对试验动物预先观察几天后标识编号并随机分组。预备试验和确定剂量组选取少许动物进行预备试验，找出引发动物90（或全部）死亡剂量（即最高剂量组剂量）和引发动物10死亡（或不死亡）剂量（即最低剂量组剂量）。在最高剂量组剂量和最低剂量组剂量范围内，按等比级数插入若干个中间剂量（普通46组），从而确定正式试验剂量组。染毒方式和受试物配制普通用灌胃法和人工熏气法。受试物配制：配制试验所需最高剂量浓度溶液，然后依次稀释到所需浓度。第10页动物急性毒性试验（2）观察指标中毒症状：普通观察2448小时，最好观察到绝大多数动物出现经典中毒症状。动物死亡数目和死亡时间病理检验：对于试验时马上死亡动物，可解剖，分析死亡原因，看是技术事故还是中毒引发死亡。确定半数致死量（LD50）试验结果LD50值越小，毒性越大。急性毒性试验结果只能粗略地表示某化学物质毒性，而不能全方面反应其毒性。因为动物种属、性别、染毒方式不一样，所表现毒性也不一致，故表示LD50应注释明动物种类和染毒方式。第11页亚慢性毒性试验和慢性毒性试验亚慢性毒性试验和慢性毒性试验蓄积毒性试验蓄积系数法（Cumulative Coefficient Method）：用来评价环境污染物蓄积作用方法。蓄积系数K生物半减期T第12页3.3 生物分子和细胞水平检测加合物测定DNA加合物测定蛋白加合物测定普通代谢酶活性测定乙酰胆碱酯酶腺三磷酶解毒系统酶类诱导作用检测混合功效氧化酶诱导作用谷胱甘肽硫转移酶抗氧化防御系统检测过氧化氢酶谷胱甘肽过氧化酶第13页3.4 生物致突变、致畸和致癌效应检测3.4.1致突变试验基本概念突变（Mutation）基因突变（Gene Mutation）和染色体畸变（Chromosome Mutation）致突变作用（Mutagenesis）和致突变物（Mutagen）致突变试验目标致突变试验目标是为了检验受试物对机体遗传过程有没有影响方法。致突变试验方法基因突变试验，比如Ames试验，下文以鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验法为例介绍。染色体畸变试验DNA损伤试验第14页Ames试验Ames试验原理同一个微生物营养缺点型突变型菌株营养缺点型突变型菌株与受试物接触，若此化学物质含有致突变性致突变性，可使突变型微生物再发生一次突变，重新成为野生型微生物野生型微生物。这种突变叫做回复突变回复突变。注释1：营养缺点型突变型菌株营养缺点型突变型菌株注释注释2：野生型微生物：野生型微生物鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验法方法原理：在动物体外将待测物经肝微粒体酶系活化后，检测其所诱发沙门氏菌回变菌落数，即由不能自行合成组氨酸营养缺点型突变菌株（his），回复为能自行合成组氨酸（his）菌落数。突变率诱发回复突变菌落数/自发回复突变菌落数（对照）当突变率大于2.0时，为阳性结果。第15页微核试验第16页3.4.2 致畸效应概念畸形（Malformation）、畸胎（Terate）致畸作用（Teratogenesis）、致畸物（Teratogen）致畸作用毒理学特点胚胎与致畸物接触时因胚胎处于不一样发育阶段而展现不一样敏感性。种属差异较为显著。化学致畸作用机理突变引发胚胎发育异常；对细胞生长分化较为主要酶类受到抑制；母体正常代谢过程被破坏；细胞分裂过程障碍第17页致畸试验致畸试验目标检测环境污染物能否经过妊娠母体引发胚胎畸形。普通试验动物要求其对化学物质代谢过程与人相同，胎盘结构也相同，还要求孕期短，产仔多，经济实用，如家兔、大鼠、小鼠等。致畸作用评价注意与自然变异区分；注意种属差异；注意试验阈剂量与人类实际可能摄入量之间差异。第18页3.4.3 致癌效应概念化学致癌作用（Chemical Carcinogenesis）化学致癌物（Chemical Carcinogen）细胞癌变学说癌变过程引发阶段促进阶段浸润和转移阶段致癌试验致癌试验是检验受试物及其代谢产物是否含有致癌效应或诱发肿瘤作用慢性毒性试验法。短期筛检方法长久动物诱癌试验第19页3.5 微宇宙法微宇宙（Microcosm）是研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上生物效应一个方法，又称模型生态系统法（Model Ecosystem）可分为自然微宇宙和人工微宇宙或分为水生微宇宙和陆生微宇宙。标准化水生微宇宙（Standardized Aquatic Microcosm，SAM）用于在试验室测定有毒物质在多物种水平对淡水生态系统影响。试验时间64天，容器为4L玻璃广口瓶，试验生物包含10种藻、4种无脊椎动物、1种细菌。对温度、光照强度、pH值等理化参数都有详细要求。第20页烧杯水生微宇宙（Mixed Flask Culture，MFC）又称烧杯混合培养，试验时间1214周，容器为1L玻璃广口瓶，试验生物包含4种藻、2种无脊椎动物、一些细菌和原生动物。对温度、光照强度、pH值等理化参数都有详细要求。与SAM不一样是经过加入来自生态系统浸出液来自生态系统浸出液提供给微宇宙中生物群落所需基质。室外水生微宇宙（Outdoor Aquatic Microcosm）又称中宇宙（Mesocosm），试验单元6 m3，试验生物包含浮游植物、浮游动物、鱼类、大型水生植物和无脊椎动物。土壤关键微宇宙（Soil Core Microcosm，SCM）该法采取野外环境土壤关键，将其设置在环境条件控制试验室中，试验生物因土壤关键采集场所不一样而不一样，可研究化学物质和营养元素对农业生态环境影响及其环境归趋。模拟农田生态系统该系统模拟农田条件，无陆生动物，为同时测定农药在土壤、植物、水溶液和空气中残留而设计，采取0.75 m3矩形玻璃室，可打入足够数量空气，经过玻璃室模拟微风并能搜集挥发农药。第21页生物测试与常规物理、化学检测有何不一样？表示毒性惯用参数有哪些？能否解释其含义？何谓Ames试验？它原理是什么？在学习了本章内容之后，请思索以下问题：第22页