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1、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 有關水質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
2、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。 2、中毒毒效應 生物體受
3、到毒物作用引起功能或器質性改變 后出現的疾病狀態(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、劑量效應關系(Doseeffect relationship)和劑 量反應關系（Doseresponse relationship） 6、危害性（Hazard）: 有毒物質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： 化學物質在正常的生產使用條件下，能引起機體發(fā)生中毒的可能性。偏重物質本身性質（與“毒性”相近）。,,,第二節(jié) 一般毒性
4、實驗,二、常用毒性參數 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
5、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，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。,第二節(jié) 一般毒性實驗,,,三、急性毒性試驗 只研究結果，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。 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
6、、NOEC 應用系數（AF）：慢性毒效應與急性毒效應的關系。可以推算慢性毒效應值 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
7、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、經濟且足夠容易，適于廣泛應用（實用）； 3）測量服從于標準的質量控制/質量保證（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系比
8、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（G
9、ene Mutation） 只涉及染色質的一部分改變，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） 染色體數目、結構發(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
10、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
11、、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、浸潤和轉移階段 浸潤：癌細胞分泌毒素，侵蝕和破壞體內各種組織和器官。 轉移：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
12、、致突變與致癌的關系,,,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。模擬農田生態(tài)系統(tǒng)人工,,,第五節(jié) 微 宇 宙 法,二、現場圍隔生態(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） 三、優(yōu)缺點： 生態(tài)代表性強；可重復性差,,,
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