(精品课件)污染物生物效应检测

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表6.8 硅酸镁-乙醚-石油醚层析体系别离农药
吸附剂 硅酸镁
硅酸镁 硅酸镁
淋洗溶液 6%乙醚-石油醚 15%乙醚-石油醚 50%乙醚-石油醚
能分离出来的农药
艾氏剂、六六六各种异构体、p,p´-DDT、 p,p´-DDT、p,p´-DDD、p,p´-DDE、七氯、多氯联苯等 狄氏剂、异狄氏剂、地亚农、杀螟硫磷、对硫磷、苯 硫磷等 强碱农药、马拉硫磷等
(二) 动物样品的采集和制备
动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、 毛发、指甲、骨骼和组织等均可作为检验样品。
三、生物样品的预处理
(一)消解和灰化
湿法消解 灰化法
提取方法
(二) 提取、别离和浓缩
别离方法
蒸馏法 (三) 浓缩方法 K-D浓缩器
蒸发法等
振荡浸取法 组织捣碎提取法 脂肪提取器提取 直接球磨提取法
脂溶性污染物质通过皮肤吸收后进入动物肌体。
呼吸道
皮肤吸收
消化道 图6.15 动物对污染物的吸收方式
二、生物样品的采集和制备
(一) 植物样品的采Байду номын сангаас和制备
16 采样点布设方法
1. 植物样品的采集 测定方法主要有分光光度法、原子吸收光谱法、荧光分光光度法、色谱法、质谱法和联机法等。
20 实验室用搅拌球磨机实物照片 15 动物对污染物的吸收方式
9.0
1.1
15.2
0.8
0.8
84.4
84.8
表6.5 氟污染区蔬菜不同部位的含氟量
单位：μg/g
品种
叶片
根
番茄
149
32.0
茄子
107
31.0
黄瓜

Ames试验
Ames试验原理 • 同一种微生物的营养缺陷型突变型菌株与受试物接 触，若此化学物质具有致突变性，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。这种 突变叫做回复突变。
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，检测其所诱发的沙门氏菌回变菌落数，即由 不能自行合成组氨酸的营养缺陷型突变菌株（his －），回复为能自行合成组氨酸的（his＋）菌落数。 • 突变率＝诱发回复突变菌落数 / 自发回复突变的菌 落数（对照） • 当突变率大于2.0时，为阳性结果。
在学习了本章内容之后，请思考以下问题：
生物测试与常规的物理、化学检测有何不同？ 表示毒性的常用参数有哪些？能否解释其含义？ 何谓Ames试验？它的原理是什么？
反应强度（％） 死亡率（％） 100 50 100 50
剂量
图3－1剂量－反应曲线（直线型）
剂量
图3－2 剂量－反应曲线（抛物线型）
死亡率（％）
100 50
死亡率（概率单位） 对数剂量
100 50
对数剂量 图3－4 剂量－反应曲线
图3－3 剂量－反应曲线（S形线型）
毒性试验常用参数
致死剂量或致死浓度（Lethal Dose， Lethal
土壤核心微宇宙 • 该法采用野外环境的土壤核心，将其设置在环境条 件控制的实验室中，试验生物因土壤核心采集场所 不同而不同，可研究化学物质和营养元素对农业生 态环境的影响及其环境归趋。 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、水溶液和空气中的残留而设计， 采用0.75 m3的矩形玻璃室，可打入足够数量的空气， 通过玻璃室模拟微风并能收集挥发的农药。

6.生物体对污染物的敏感性和抗性
6.1.4生物污染的途径
6.1.5污染物在生物体内的分布和蓄积 〔一〕污染物在植物体内的分布
污染物被植物吸收后，在植物体内各部位
的分布规律与吸收污染物的途径、作物种类、 污染物的性质等要素有关。
从土壤和水体中吸收污染物的植物，普通 分布规律和残留含量的顺序是：
根>茎>叶>穗>壳>种子 〔二〕污染物在动物体内的分布
6.4.2 生物污染监测的方法 〔一〕利用生物受污染后损伤病症
〔二〕取生物资料检测
需求了解：
1.污染物在植物体内的分布 2.污染物在动物体内的分布 3.选择生物资料的根据
大气污染时：大气中极微量F在植 物叶子中可达40－50ppm
6.4-2氨指示生物--木芙蓉
6.4-3 SO2监测植物--矮牵牛
动物吸收污染物质后，主要经过血液和淋
巴系统传输到全身各组织发生危害。污染物 性质和进入动物组织的类型不同，分布规律
〔三〕污染物在动物体内的转化与排泄
6.2.1植物样品的采集和制备 1、植物样品的采集 2、植物样品的制备 〔1〕平均样的获得 〔2〕四分法、切成块的1/4－1/8混合 〔3〕分析试样的制备 a.鲜样 b.风干样：60－70摄氏度低温真空枯燥箱中 烘干〔匀浆、小片〕
的污染带，每一带生存着各自独特的生物， 据此评价水质情况。 通常将其分为四个污染 带，即多污带、α-中污带、β-中污带和寡污 带。各污染带水体内存在特有的生物种群。
2. 2. 生物指数法
是指
运用数学公式反映生物种群或群落构造的变化，以评价环境质量的数值。
贝克生物指数〔BI〕= 2nA + nB
BI=0时，属严重污染区域， BI=1-6时，为中等有机物污染区域，BI=10-40时，为清洁水区。

三、个体因素：就生物的个体而言的 1、种属、品系和个体的差别： 2、年龄和发育： 3、性别与激素：在动物中，一般，雌性动物比雄性动物敏感。 4、遗传因素：（“有百毒不侵的”） 5、健康状况与营养：二者影响代谢水平和酶活性。
第六章 环境污染生物监测
第一节 水环境污染生物监测 第二节 空气污染生物监测 第三节 生物污染监测 第四节 生态监测
生物指数（BI）=2A+B
式中：A、B——分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物 种类数。
贝克生物指数： 从采样点采到的底栖大型无脊椎动物
当BI＞10时，为清洁水域；BI为1~6时，为中 等污染水域；BI=0时，为严重污染水域。
贝克－津田生物指数： 所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物
当BI≥20，为清洁水区；10＜BI＜20，为轻度 污染水区；6＜BI≤10，为中等污染水区；0＜BI≤6， 为严重污染水区 。
最大的<200μg/ mg；
2、镉
天然水中，本底值为0.1μg/ ml 现在，汞的排放量：？？？？
主要环境污染物及其环境毒理学效应
污染物与毒物及毒作用。
（二）重金属环境毒理学效应
什么是重金属？重金属污染物的排放，威胁生物和生态系统。 生物重金属不能被微生物分解，而且，生物能在体内富集重金属， 并能将某些重金属转化为毒性更强的金属-有机化合物 （几乎不以离子状态存在于生物体内）
第六章 环境污染生物监测
※环境监测中理化监测的不足：
目前在环境监测中，一般采用各种仪器和化学分析手 段．对污染物的种类和浓度可以比较快速而灵敏地分析测 定出来，其中某些常规检验已经能够连续监测。但大部分 测定项目或参数还需定期采样。因而只反映采样瞬时的污 染物浓度，不能反映环境已经发生的变化。

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
动物急性毒性试验（1）
动物急性毒性试验方法如下：
按试验要求选择受试生物
常用成年大鼠或小鼠，雌雄动物同时试验，对 试验动物预先观察几天后标记编号并随机分组。
预备试验和确定剂量组
选用少量动物进行预备试验，找出引起动物90 ％（或全部）死亡的剂量（即最高剂量组剂量） 和引起动物10％死亡（或不死亡）的剂量（即 最低剂量组剂量）。
死亡率（概率单位）
死亡率（％）
100
100
50
50
对数剂量 图3－3 剂量－反应曲线（S形线型）
对数剂量 图3－4 剂量－反应曲线
毒性试验常用参数
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 ）
第四章 污染物的生物效应检测
本章将讨论以下内容 生物测试及方式 一般毒性试验 生物的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
3.1 生物测试及方式
生物测试（Bioassay）的概念：
指系统地利用生物的反应测定一种或多种污染物或 环境因素单独或联合存在时所导致的影响或危害。
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的方法。
LD50(n)
蓄积系数K＝ LD50(1)
(t2 t1) lg 2 lg y1 lg y2

生物测试意义和价值：
① ② ③ ④ ⑤ 监测环境质量的变化； 确定单一污染物的安全浓度； 研究多种污染物的联合作用的生物效应； 制定排污标准和环境质量标准 污染物的生态风险评价（Ecological Risk Assessment）等。
二、生物测试的方式
生物测试的分类 受试生物的选择
生物测试的分类1
生物测试标准方法
美国试验和材料学会（American Society for Testing and Materials, ASTM
Standard Guide for Performance of Lifetime Bioassay for the Tumorigenic Potential of Implant Materials Standard Guide for Conducting In-situ Field Bioassays With Caged Bivalvesr Standard Test Method for Obtaining a Pharmacological Profile with Mice, etc.
全活全死剂量之间按等对数间距设57个剂量组1对照组每组1020尾鱼染毒4896hrs定期观察24hrs记录中毒反应及死亡时间死亡鱼立即取出剖检计算各时间组ld50或lc50急性毒性分级标准评定其毒性大小预试验水蚤类急性毒性试验世代周期短实验室易培养装置简单省人力大型水蚤daphniamagnastraus是水蚤属中个体最大的种类系水蚤类毒性试验的标准生物试验用水蚤一般为孤雌生殖新生蚤24h
根据生物测试所经历的时间长短可以分为 短期测试方式 中期测试方式 长期测试方式 根据试验溶液或试验气体的给予方式分为 静止式生物测试 流动式生物测试

Environmental Monitoring
第六章 环境污染生物监测
Environmental Monitoring
环境监测中理化监测的不足：
目前在环境监测中，一般采用各种仪器 和化学分析手段．对污染物的种类和浓度可 以比较快速而灵敏地分析测定出来，其中某 些常规检验已经能够连续监测。但大部分测 定项目或参数还需定期采样。因而只反映采 样瞬时的污染物浓度，不能反映环境已经发 生的变化。
1.贝克生物指数和贝克-津田生物指数
生物指数（BI）=2A+B
式中：A、B——分别为敏感底栖动物种类数和耐污底栖动物种类数。
贝克生物指数： 从采样点采到的底栖大型无脊椎动物
当BI＞10时，为清洁水域；BI为1~6时，为中等污 染水域；BI=0时，为严重污染水域。
贝克－津田生物指数： 所有拟评价或监测的河段各种底栖大型无脊椎动物
Environmental Monitoring
第一节 水环境污染生物监测
对水环境进行生物监测的主要目的: 了解污染对水生生物的危害状况，判别和测 定水体污染的类型和程度，为制定控制污染措施， 使水环境生态系统保持平衡提供依据。
Environmental Monitoring
采样断面和采样点的布设原则
断面要有代表性 尽可能与化学监测断面相一致 考虑水环境的整体性、监测工作连续性和经济性
河流：根据长度，至少设上（对照）、中（污 染）、下游（观察）三个断面；采样点数视水面宽、 水深、生物分布特点等确定。
湖泊（水库）：入湖（库）区、中心区、出口 区、最深水区、清洁区等处设监测断面。
Environmental Monitoring
的肉眼可见的水生无脊椎动物。
鱼类
微生物

方法
本章教学内容
9.1 概述 9.2 污染物在生物体内的分布 9.3 生物样品的采集制备和预处 9.4 生物污染监测方法
9.1 概述
生物污染监测采用物理、化学方法，通过对生物 体所含环境污染物的分析，对环境质量进行监测。 它不同于以生物学、生态学方法对环境质量进行跟 踪性检测的“生物监测” 。
前者的监测重点是生物体内环境污染物，而后者 则是利用生物个体、种群或群落的状况和变化及其 对环境污染或变化所产生的反应，阐明环境污染状 况。
表面附着 表面附着是指污染物以物理的方式粘附在
植物表面的现象。
植物吸收 植物对大气、水体和土壤中污染物的吸收
可分为主动吸收和被动吸收两种方式。
所谓主动吸收即代谢吸收，是指植物细胞利用 其特有的代谢作用所产生的能量而进行的吸收作 用。
所谓被动吸收即物理吸收，这种吸收依靠外液 与原生质的浓度差，通过溶质的扩散作用而实现 吸收过程，其吸收量的大小与污染物性质及含量 大小，以及植物与污染物接触时间的长短等因素 有关。
污染物被吸收后，可在动物体内发生转化与 排泄作用。
生物浓缩作用
生物浓缩作用亦称生物富集作用，它是指生物（包括 微生物）通过食物链进行传递和富集污染物的一种方式。 水体中的污染物通过生物、微生物的代谢作用进入生物、 微生物体内得到浓缩，其浓缩作用可使污染物在生物体 的含量比在水体中的浓度大得多。
环境污染物不仅可以通过水生生物食物链富集，也可 以通过陆生生物链富集。
稍静置（去氯气），转移到25mL容量瓶稀释至标线。
9.3 生物样品的采集制备和预处理
植物样品采集的一般原则 ①代表性:即采集能代表一定范围污染情况的植株
为样品。
②典型性:即采集的植株部位要能充分反映所要了 解的情况

第三章 污染物的生物效应检测
2013-1-13
提纲
第一节 生物测试及方法
第二节
第三节 第四节 第五节
一般毒性试验
生物的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）

反应（Response）

指接触一定剂量化学物后，产生某种效应并达到一定强 度的个体在群体中所占的比例。反应是对群体而言的， 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，以表示效应强度的计算单位或表示反 应的百分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到的曲线， 即为剂量－效应关系和剂量－反应关系曲线。 不同的化学物或同一化学物在不同条件下，其剂量与效 应或反应的相关关系不同，可呈现不同类型的曲线
50 ( n )
EC50(1)

固定剂量每天连续染毒法
剂量定期递增染毒法

2.4 蓄积毒性试验

试验方法

20天蓄积试验法
停止染毒7天后的症状与判断 出现死亡，且其它组有剂量—效应关系强蓄积
每天染毒剂量 1/20LD50 1/10LD50 1/5LD50 1/2LD50 0
无死亡，且其它组无剂量—效应关系无明显蓄积作用

主要测定方法： 色谱/质谱法 免疫法 荧光法 32P—后标记法
3.1 加合物测定
免疫法

基本原理是抗原与抗体的反应，用抗DNA加合物的抗体 （单克隆或多克隆抗体）来检测靶组织中相应的加合物。 免疫法最早用来检测DNA加合物是在1988年，Santella等 用自己创建的酶联免疫吸附法(ELISA)检测了铸造工人外周 血白细胞中苯并(a)芘的终代谢产物二氢二醇环氧苯并(a)芘 与DNA形成的加合物。 用免疫法检测DNA加合物的方法有竞争性放射免疫测定 (RIA)、固相竞争或非竞争性酶联免疫吸附测定(ELISA)、 超敏酶促放射免疫测定(USERIA)等。其检测限一般为1个 加合物／107-8核苷酸，目前已有几十种单克隆抗体可供使 用。

第六章环境污染生物监测
环境监测方法的分类
1
2
3
4
生物所处的环境介质
水环境污染生物监测 空气污染生物监测 土壤污染生物监测
生物分类法
动物监测 植物监测 微生物监测
生物学层次
生态监测 生物测试 生物的生理 生化指标测定 生物体内污染物残留量的测定
采用的方法
实验室内的生物测试 现场生物调查
第一节 水环境污染生物监测
污水系统生物学、化学特征
项目
多污带
α-中污带
β-中污带
寡污带
化学 过程
还原和分解作用明显开始
水和底泥里出现氧化作用 氧化作用更强烈
因氧化使无机化达 到矿化阶段
溶解氧
没有或极微量
少量
较多
很多
2、不B同O类D型生态站很（高各类生态子系统）监测指标的选高择
较低
低
空气中污染物多种多样，有些可以利用指示植物或指示动物及指示微生物进行监测。
＞100 低毒
废水浓度／%
10.0 7.5 5.6 4.2 3.2 对照组 直线内插法LC50
假设某废水实验结果
每组鱼数（尾）
试验鱼死亡数 24（h） 48（h） 96(h)
10
10
10
10
10
9
9
10
10
7ห้องสมุดไป่ตู้
7
9
10
1
4
4
10
0
1
1
10
0
0
0
—
5.2% 4.7% 4.4%
安全浓度=
24hL5C00.3 (24hL5C0/48hL5C0)3
淡水海绵、苔藓动物、水螅、 贝类、小型甲壳类、两栖类动 物、鱼类均有出现

最大无作用剂量（Maximum No－effect Level）：指化
学物质在一定时间内，按一定方式与机体接触，用现 代的检测方法和最灵敏的观察指标不能发现任何损害 作用的最高剂量。与阈剂量一样，最大无作用剂量也 不能通过试验获得。
• 每日容许摄入量（Acceptable Daily Intake） • 最高容许浓度（Maximum Allowable Concentration）
（二）慢性毒性试验
1、概念：慢性毒性是指以低剂量外来化合物长期给予实 验动物接触，观察其对实验动物所产生的毒性效应。 2、目的：慢性毒性试验是确定外来化合物的毒性下限， 即长期接触该化合物可以引起机体危害的阈剂量和无 作用剂量。为进行该化合物的危险性评价与制定人接 触该化合物的安全限量标准提供毒理学依据，如最高 容许浓度和每日容许摄入量等。 3、慢性毒性试验期限：一般认为工业毒理学慢性试验动 物染毒6个月或更长时间；而环境毒理学与食品毒理学 则要求实验动物染毒1年以上或2年。也有学者主张动 物终生接触外来化合物才能全面反映外来化合物的慢 性毒性效应，以及求出阈剂量或无作用剂量。
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
动物急性毒性试验（1）
动物急性毒性试验方法如下： 按试验要求选择受试生物
• 常用成年大鼠或小鼠，雌雄动物同时试验，对试验动物预先 观察几天后标记编号并随机分组。
预备试验和确定剂量组
• 选用少量动物进行预备试验，找出引起动物90％（或全部） 死亡的剂量（即最高剂量组剂量）和引起动物10％死亡（或 不死亡）的剂量（即最低剂量组剂量）。 • 在最高剂量组剂量和最低剂量组剂量的范围内，按等比级数 插入若干个中间剂量（一般4～6组），从而确定正式试验的 剂量组。

18

半效应浓度（EC50）

在一定时间内，引起50%受试生物的某种效应变化的浓度。 只有同种效应才能比较。

半数抑制浓度（IC50）

是指能引起受试受试生物50%抑制的浓度 常用于对生长速率和活性的抑制。
19

毒物单位与分级：

mg/L, mg/kg, mg/m3 分级：按急性毒性，人为分级。与染毒方式有关。


是评估环境污染毒性作用的常用指标之一，也是制订其在环 境中的卫生标准的重要参考依据。
30

蓄积系数法（Cumulative Coefficient Method）

是分次给受试物后引起50%受试动物出现某种毒 效应的总剂量，与一次给受试物后引起50%受试 动物出现同一毒效应的剂量的比值 蓄积系数 K＝
给药方法同亚慢性，试验周期约数个月至两年 （基本覆盖受试动物整个生命周期）；

观察指标同亚慢性。
29
（5）蓄积毒性试验

低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次地与机体持 续接触，经一定时间后使机体出现明显的中毒表现， 即为蓄积毒性作用

是由于外来化合物进入机体的速度大于有机体消除的速度， 而使外来化合物在体内的量不断累积，达到了使机体引起毒 性作用的阈剂量所致。 是引起亚慢性和慢性毒性作用的基础。


生物测试的标准化
9
5.6.2 一般毒性试验
（1）生物毒性的基本概念

毒物（Toxicant）

一定条件下，可引起不良生物反应的外来化学物质。

毒物与非毒物之间不存在绝对的界限，通常一种物质只有达到中 毒剂量时才是毒物。