第三章 污染物的生物效应检测

 第三章 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。

• 注释1：所利用的生物反应包括分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生

态系统各级水平上的反应。

• 注释2：生物测试不同于常规的物理、化学检测。前者能够测定污染物对生物机体

的影响，而后者只能测定污染物的浓度。

例如：通过水污染的生物测试可获得以下数据：各种环境因素如DO、pH、温度、混浊度等对生命的有利以及不利的浓度或强度；污染物对受测生物的毒性；各种水生生物对污染物的相对敏感性；废水所应处理的程度；允许的污染物排放浓度等。

 生物测试的方式

 短期生物测试（Short Term Bioassays）

• 主要用于测定LC50、IC50、EC50

，用来快速估计污染物的毒性，评定几种不同毒物

或废物对某种生物的相对毒性或评定不同生物对不同条件如温度、pH的相对敏感性等。多数采用静止式。  中期生物测试（Intermediate Term Bioassays）

• 时间为8d到90d，多数情况下为流动式。

 长期生物测试（Long Term Bioassays）

• 包括全部生活史的生物测试（Complete Life－cycle Bioassays）和部分生活史的生

物测试（ Partial Life－cycle Bioassays ） • 目的是要测定出在持续情况下不造成有害效应的毒物最大浓度或最大允许毒物浓

度（MATC） • 只能采用流动式，要保证试验的环境条件和自然界的季节变化相符合。

 受试生物的选择 (p97)

 影响生物测试结果的因素

• 受试生物

• 试验条件 生物测试的标准化

• 实验室差异

 3.2 一般毒性试验

基本概念

 毒物（Toxicant）

• 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。

“ The dose makes the poison.” “All substances are poisons; there is none which is not a poison. The right dose differentiates a poison and a remedy.”

 中毒（Intoxication）

• 中毒是各种毒性作用的综合表现，包括急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒。  毒性（Toxicity）

• 指一种物质引起机体损伤的能力。

毒性作用或毒效应（Toxic Effect）  效应（Effect）

• 也称为作用，指接触一定剂量化学物后，使机体产生的生物学改变。效应是对个体

而言的，这种改变可用一定的计量单位表示。

 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。（见图3－1，3－2，3－3，3－4）

 剂量－效应关系和剂量－反应关系曲线图

 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

）

 急性毒性剂量-反应关系曲线  最大无作用剂量（Maximum No－effect Level）

• 每日容许摄入量（Acceptable Daily Intake）

• 最高容许浓度（Maximum Allowable Concentration）

 毒作用带

• 急性毒作用带（Acute－toxic 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

）

 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24小时内多次染毒动物所引起的毒性的试验。

• 其目的是短期内了解该物质的毒性大小和特点，并为进一步开展其他毒性试验提供

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

 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。  染毒方式和受试物的配制

• 一般用灌胃法和人工熏气法。

• 受试物的配制：配制试验所需的最高剂量浓度溶液，然后依次稀释到所需浓度。

 动物急性毒性试验（2）

 观察指标

• 中毒症状：一般观察24～48小时，最好观察到绝大多数动物出现典型中毒症状。

• 动物死亡数目和死亡时间

• 病理检查：对于试验时立即死亡的动物，可解剖，分析死亡原因，看是技术事故还

是中毒引起的死亡。  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的毒性，而不能全面反映其毒性。

• 由于动物种属、性别、染毒方式的不同，所表现的毒性也不一致，故表示LD50

应注

释明动物种类和染毒方式。  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。

• 蓄积系数K＝

• 生物半减期T＝  3.3 生物的分子和细胞水平检测

 加合物的测定

• DNA－加合物的测定

• 蛋白加合物的测定

 一般代谢酶的活性测定

• 乙酰胆碱酯酶

• 腺三磷酶

 解毒系统酶类诱导作用的检测

• 混合功能氧化酶的诱导作用

• 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

 1、致突变作用(mutagenesis)

 突变：

• 定义：遗传物质（染色体、基因、DNA）的突然改变。

• 为生物界正常现象，有利有弊。可自发，也可人工诱导

• 严重突变是畸变与癌变的基础：

• 发生在生殖细胞——子代畸形；发生在体细胞——个体肿瘤

 环境中常见的致突变物

• 主要是化学物质：卤代甲烷、汞化合物、甲醛等

• 某些物理因素：放射线、微波等

• 生物因素：病毒