生态毒理学 (6)
生态毒理学——精选推荐
生态毒理学与技术进步21世纪整个毒理学呈现出蓬勃发展的态势：研究层次同时向宏观和微观两个方向深入并有机结合；从整体动物实验到替代试验；从阈剂量到基准剂量；从传统毒理学到系统毒理学；从构效关系到定量构效关系；从危险度评定到危险度管理。
毒理学的发展与技术进步有很大的关系。
这可以从以下两方面说明。
首先，随着科技进步，工业化越来越广泛，大量外源化学物涌入我们的生产、生活及周围环境，严重影响人们的生活。
更多对化学物质的识别及其毒性危害的认识，需要毒理学的全面发展。
这就导致了21世纪的毒理学面临着前所未有的挑战。
例如，我国目前乃至今后一段时间内，正逐步将视野从此前一直关注的农药和工业毒物上过渡和转移到分布广、危害性高或毒性不明并且与社会经济发展和大众健康密切相关的优先化合物中来，包括重金属、纳米及其他新材料、持久性有机污染物、环境内分泌干扰物、营养素及营养补充剂等等，并对这些优先化合物对机体、环境和生态所造成的有害影响进行研究。
其次，毒理学随着生命科学新理论和新技术的飞速发展和不断渗透，而得到进一步发展。
近年来，细胞与分子生物学理论与技术的飞速发展赋予毒理学工作者新的启迪和工具，从而改变了传统毒理学研究的基本格局，真正实现了从整体和器官水平向细胞和分子水平的飞跃，在阐明毒物对机体损伤作用和致癌过程的分子机制方面取得了重要的突破，形成了一些新的研究热点，比如氧化应激损伤的信号通路及通路串话。
生物标志物也是近年来毒理学研究的前沿性领域。
它几乎包括反映生物系统与环境中化学、物理或生物因素之间相互作用的任何测定指标，并用于阐明外源性物质与健康损害的关系。
表观遗传学是近年来毒理学机制研究的又一热点。
生态毒理学是研究有毒、有害物质以及各种不良生态因子对生命系统产生毒性效应以及生命系统反馈解毒与适应进化及其机理与调控的一门综合性科学。
技术进步促进其发展，其发展又反作用于技术进步，二者关系密不可分。
人类发展必然需要科技进步，科技进步定能促进人类文明进步，使得毒理进一步发展，然而科技进步又会给环境和人体健康带来一定危害。
生态毒理学2011-V
• 除攻击DNA导致三致作用外，生态毒物还会攻击 除攻击 导致三致作用外， 导致三致作用外 其他功能分子，并在生化、 其他功能分子，并在生化、生理和行为水平上产 生毒效反应。 生毒效反应。 • 一般低水平的损伤反应可以通过体内平衡进行补 否则就会转移到高层次上反应。 偿，否则就会转移到高层次上反应。 • 损害适应性性状（生长、繁殖、基因池的更新和 损害适应性性状（生长、繁殖、 改变）的化合物， 改变）的化合物，都会使物种的生存受到严重威 也是生态毒理学密切关注的化合物。 胁，也是生态毒理学密切关注的化合物。 • 毒理学过程与毒物的选择性？ 毒理学过程与毒物的选择性？
• 关键物种 关键物种key species是对维持群落结构具有关键作 是对维持群落结构具有关键作 用的物种。 用的物种。 • 指示物种 指示物种indictor species是可以表明毒物危害的物 是可以表明毒物危害的物 包括敏感物种susceptible species和耐污染的 种，包括敏感物种 和耐污染的 机会物种opportunistic species。 机会物种opportunistic species。 • 重要功能物种 重要功能物种functionally important species是在 是在 维持生态系统功能方面发挥重要作用的物种。 维持生态系统功能方面发挥重要作用的物种。 • 附属物种 附属物种redundancy是在维持生态系统功能方面作 是在维持生态系统功能方面作 用不显著的物种。 用不显著的物种。
• 毒物代谢通常包括两级代谢，初级代谢主要是在毒物分子内引入 毒物代谢通常包括两级代谢， 水溶性的活性基团； 水溶性的活性基团；次级代谢是内源性代谢中间体与初级代谢产 物结合，形成极性更强，可溶于水的代谢物。 物结合，形成极性更强，可溶于水的代谢物。 • 多功能氧化酶是毒物代谢的重要酶，可以被诱导，不同物种或个 多功能氧化酶是毒物代谢的重要酶，可以被诱导， 体的活力有明显差异。 体的活力有明显差异。 • 毒物的代谢，大多是解毒代谢，但也有一些代谢是增毒的 毒物的代谢，大多是解毒代谢， • 吸持作用 吸持作用sequestration(贮存代谢 即将毒物贮存在惰性组织中， 贮存代谢)即将毒物贮存在惰性组织中 贮存代谢 即将毒物贮存在惰性组织中， 避免其与靶标结合的解毒途径 • 毒物可以诱导生物产生大量特殊的蛋白质，如金属硫蛋白、应激 毒物可以诱导生物产生大量特殊的蛋白质，如金属硫蛋白、 蛋白等，它们可以结合毒物分子使之失活，保护生物功能大分子， 蛋白等，它们可以结合毒物分子使之失活，保护生物功能大分子， 或修复受伤害的生物大分子。 或修复受伤害的生物大分子。其量的变化可以作为接触毒物的测 试指标。 试指标。 • 贮存解毒有明显的缺点：饱和、置换和库的消耗。 贮存解毒有明显的缺点：饱和、置换和库的消耗。
生态毒理学
生态毒理学实验实验一动物试验的一般操作技术一、目的与要求毒理学的许多试验研究，主要通过动物实验来进行。
而实验过程中技术及生物材料的收集是否恰当，直接影响实验结果的质量。
因此，毒理学实验工作者必须正确地掌握动物实验中的一般操作技术，这是保证试验工作成功的基本条件之一。
本实验要求掌握动物的捉拿、固定、麻醉、编号、采血、处死方法和解剖检查。
二、实验内容和方法（一）实验动物的捉拿和固定方法1、小鼠：捉拿时先用右手将鼠尾抓住提起，放在较粗糙的台面或鼠笼上，在其向前爬行时，右手向后拉尾，用左手拇指和食指抓住小鼠的两耳和头颈部皮肤，将其固定于左手手心中，拉直四肢并用左手无名指压紧尾和后肢，右手即可作注射或其他实验操作。
取尾血及尾静脉注射时，可将小鼠固定在金属或木制的固定器上。
2、大鼠：大鼠抓取方法基本同小鼠，抓大鼠时若操作者不熟练，或者大鼠特别凶猛，操作者最好戴上防护手套(帆布或硬皮质均可)。
如若是灌胃、腹腔注射、肌肉和皮下注射时，可采用与小鼠相同的手法，即拇、食指捏住鼠的耳朵及头颈皮肤，余下三指紧捏住背部皮肤，置于掌心中，调整大鼠在手中的姿势后即可操作。
3、豚鼠：豚鼠性情温和，胆小易惊，一般不易伤人，抓取时，先用手掌扣住豚鼠背部，抓住其肩胛上方，拇、食指环握颈部，另一只手托住臀部。
如果在实验时豚鼠频繁挣扎，不宜采用此方法，因为操作者的拇、食指会随动物的挣扎越抓越紧而引起豚鼠窒息。
另外，有时可用纱布将豚鼠头部轻轻盖住，操作人员轻扶住其背部或者让其头部钻到实验人员的臂下，然后进行实验操作。
4、家兔：一手抓住兔颈部的被毛与皮肤，另一手托其臀部或腹部，使其躯干的重量大部分集中在手上。
(二)实验动物的编号、标记和去毛方法1、编号和标记方法：在动物实验中，为了使实验动物个体间或组间区别开来，便于对每个实验动物的反应情况进行观察，必须对实验动物进行编号、标记。
标记的方法很多，但基本原则是：号码清楚、耐久、简便、易认和适用。
生态毒理学 (6)
生态毒理学包含各种组织水平上的研究
不同类型生物组织水平之间的关系
细胞
组织
个体
种群
群落
情形A
“嵌套形式”，细胞效应即简单地意味着所有生物水平的效应。
细胞
组织
个体
种群
群落
情形B
细胞
组织
个体
种群
群落
情形C
情形B和C中的竖条纹区域代表不确定性 (Uncertainty)。 低级生物响应(如酶活性或免疫响应的改变)可能代表从健康反应直至压迫 (stress)的广谱范围(如情形A)。因此，难以确定这种响应和有机体适应性 的定量关系。而从个体水平响应结果外推至种群或群落水平属于另一类问 题(如情形C)。
LC50, A
无相互作用/独立作用 联合毒性行为 (次加和响应) 无 相 互 作 用 独 立 作 用
有毒混合物模型中的条目定义： 化学物A：96小时LC50 ＝ 1 mg/L 化学物B：96小时LC50 = 10 mg/L 两者分别按1 mg/L和10 mg/L加入
化学物A
96小时死亡描述
(1) 50%死亡 (2) < 50%死亡
各部分的关系及不同层次的生物组织
分子水平 细胞水平 器官
个体生物
种群
群落
生态系统
数据重要 性增加 获取数据 简易性增加 不确定 性增加 完整研究所 需时间延长 知识的现有 程度增加
生态毒理学方法学Methodology
生态毒理学研究的特点 (1) 研究目标 保护多物种的种群和群落免受造成现实或潜在危害有 毒物浓度的暴露。 (2) 关注物种 受控于直接实验法的需要。 (3) 鉴定不穷尽性 指通常无法鉴别所有关心的受试物种。因此，结果的 外推程度不确定。有机体在自然生态系统中的反应与 实验室内受控条件下的结果可能不一致。 (4) 受试有机体 尤其指水生生物，生活在多变的环境中，体温随环境 温度改变，有些与温度有关的毒性预测性较差。外部 或暴露剂量及暴露时间直接从测定结果获得。
生态毒理学的基础原理与环境保护
生态毒理学的基础原理与环境保护生态毒理学是环境科学的一个分支学科，它研究化学物质对生态系统和生物体的毒性、传递和累积过程，以及相关的影响机制和监测技术。
它是环境保护和生态安全的基础学科，也是现代环境科学和生物学的重要领域。
本篇文章将从生态毒理学的基础原理、化学物质对生态系统和生物体的影响、环境污染和生态毒理学在环境保护中的应用等方面，论述生态毒理学对环境保护的重要性和作用。
生态毒理学的基础原理生态毒理学研究的生态毒理学家是环境化学物质与生态系统之间的关系。
其中，可以将生态毒理学分为三个分支领域，分别为环境毒理学、生态毒理学和毒理学。
环境毒理学是研究化学物质对非靶生物体（如生物体与环境介质之间的交互作用）的影响。
生态毒理学是研究环境化学物质对生态系统的影响。
毒理学是研究化学物质与生物体之间的关系，主要是研究引起伤害的环境化学物质的物理、化学、生理、和代谢的过程。
在生态毒理学领域中，环境污染被认为是最终误导环境系统的因素之一。
生态毒理学家采用许多不同的方法来了解化学物质在生态系统中的影响，并使用这些数据来预测生态系统在受到某种污染源影响时的反应。
化学物质对生态系统和生物体的影响化学物质对生态系统和生物体的影响体现为生态系统功能退化、生物种群改变和生物多样性丧失等生态问题。
生态毒理学研究的对象是环境化学物质，而不仅仅是毒性物质。
这与传统毒理学不同，是因为环境化学物质有时尽管没有毒性，但它们也会对生态系统的功能造成损伤，进而再次危害生物体。
生态毒理学主要研究的化学物质包括有机污染物、重金属、有机汞化合物、残留农药等。
这些化学物质对生态系统和生物体的影响是非常复杂的，不仅取决于这些物质的毒性特性，还取决于环境因素、生物体的生理及营养状况等多种因素。
环境污染与生态毒理学在环境保护中的应用近年来，随着环境污染问题的不断加剧，生态毒理学在环境保护中的作用越来越大。
生态毒理学研究的结果可以被广泛应用于环境保护的各个领域。
生态毒理学 第6章
杂。
第二节 分子水平的生态毒理学效应
一、概述
（一）定义
环境污染物引起生物体内生物功能分子的结构、数量 及功能改变的效应，称为环境污染物在分子水平的生态 毒理学效应，又称分子效应（molecular effect）。
污染物 Pollutant
响应时间增加 对特定化学物的联接难度增加
重要性增加
不同生物学水平响应之间连接关系示意图
第一节 环境污染物生态毒性作用的特点
• 环境污染物的涉及面广、范围大，接触污染的生物 种类多、数量大；
• 环境污染物可在不同的生物学水平上,对不同发育 阶段的生物发生毒性作用；
• 环境污染物的毒性作用一般是低浓度、长时间、反 复作用；
体混合功能氧化酶系(MFOS)中的主要成分，是一组由多种 同工酶组成的酶家族，又称细胞色素P450单加氧酶系，该酶 与多种有机污染物在体内的生物转化有关，可催化有机物发 生氧化反应。目前，已有几种细胞色素P450酶活性的检测被 用作生物标记物 。
(2) Ⅱ相反应酶 许多有机污染物在体内经Ⅰ相反应后， 在Ⅱ相酶的催化下可发生结合反应，使有机污染物分子的极 性增强，水溶性增加，从而更易排泄体外。 一些Ⅱ相酶由 于可以被有机污染物诱导而活性增高，因而被用作生物标志 物。
一般来说，同一种环境污染物其浓度越大引起的分 子效应越大，即存在剂量-效应关系，同时也存在时效关 系(时间-效应关系)，环境污染物在不同水平上的毒害作 用均始于它的分子效应。
（二）研究分子生态毒理学的意义
分子效应往往可以作为指示生态健康状况的生物 标志物，能对污染物的生态影响做出预测或早期警报， 提示是否有生态风险发生的可能。从众多分子效应中， 探索和筛选能够满足环境保护需要的生物标志物是分 子生态毒理学的主要任务之一。本节着重介绍在生物 标志物方面的分子生态毒理学研究。
生态毒理学教学大纲
生态毒理学教学大纲《生态毒理学》课程教学大纲（Ecological Toxicology）一、课程说明课程编码：02300040、课程总学时（理论总学时/实践总学时）30（15/15）、周学时（理论学时/实践学时）2（1/1）、学分2.0、开课学期5。
1．课程性质：专业选修课2．课程目标：通过本课程的学习，可以使学生了解有关生态系统内毒物的来源、传播和归宿，理解毒物对生物体、种群、群落和生态系统影响的基本知识和基本理论，掌握环境中毒物的检测、毒物效应研究和毒物管理的基本方法和技能。
总之，通过本科学习，具体达到以下目标：课程目标1：能够应用生态毒理学的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析环境生态评价或影响评价实践中的复杂问题，以获得有效结论。
课程目标2：能够基于生态毒理学基本原理与方法对生态恢复中复杂工程问题进行研究，包括设计实验、收集、处理、分析与解释数据，通过信息综合得到合理有效的结论并应用于工程实践。
课程目标3：能够撰写报告和设计文稿、陈述发言，就生态毒理学有关知识、问题与解决方法和同行交流。
3.课程目标与毕业要求指标点对应关系4．适用专业与学时分配：适用于环境生态工程专业。
教学内容与时间安排表（黑体小四号字）5．课程教学目的与要求生态毒理学是研究生态系统内毒物及其效应的科学，核心内容是毒物与生物的相互作用机理、以及如何避免毒物灾害的发生。
通过本课程的学习，可以使学生获得有关生态系统内毒物的来源、传播和归宿，以及毒物对生物体、种群、群落和生态系统影响的基本知识和基本理论，掌握环境中毒物的检测、毒物效应研究和毒物管理的基本方法和技能。
6．本门课程与其它课程关系：生态毒理学是生态学专业的选修课，主要是完善学生的知识结构，拓展视野，补充毒物影响生态系统的相关知识。
本课程的学习也可以为环境影响评价等课程大小基础。
7．推荐教材及参考书：教材：《生态毒理学》，孟紫强主编，科学出版社，2009 年。
参考书：《生态毒理学原理与方法》，孟紫强主编，科学出版社，2006 年；《生态毒理学》，周启星孔繁翔朱琳主编，科学出版社，2004 年。
生态毒理学_6 实验六
实验六硫氰酸钠对斑马鱼的蓄积毒性实验一、实验目的1、了解蓄积毒性实验方法2、评价硫氰酸钠对斑马鱼的蓄积作用强度。
二、实验原理蓄积毒性作用(cumulative coefficient action)是当低于中毒剂量的环境毒物或外来化合物反复多次的与生物体持续接触，经一定时间后使生物体出现明显的中毒表现。
蓄积毒性实验分为：蓄积系数法、20天蓄积试验法和受试物生物半衰期测定法。
蓄积系数法(cumulative coefficient method)是一种常用来评价环境污染物蓄积作用的方法。
1、蓄积系数法蓄积系数法是一种用来评估毒物和污染物蓄积作用的方法。
蓄积系数(comulativecoefficient,K)，是分次给予受试物后引起50％受试动物出现某种毒效应的总剂量(以ED 50(n))表示)，与一次给予受试物后引起50％受试动物出现同一毒效应的剂量(以ED 50(1)表示)的比值，即K＝ED 50(n)/ED 50(1)若以死亡为毒效应指标，上式为K越小，受试化合物的蓄积毒性越大。
测定方法：固定剂量每天连续染毒法剂量定期递增染毒法（1）固定计量法固定每天染毒剂量为1/20—1/5 LD50，连续染毒，直至实验动物半数死亡。
如果染毒剂量累计已达5个LD50动物死亡仍末达半数，实验均可告结束，计算蓄积系数，作出评价。
（2）递增剂量法先测定LC50，然后对另一组动物每天染毒，以4天为一期，开始给予0.1LC50。
以后每期按1.5倍递增剂量，直至动物半数死亡，或实验已达20天，可结束实验，计算系数。
染毒时间/天每日染毒剂量/mg/L每四天染毒总剂量/mg/L累计染毒总剂量/mg/L1-4 0.10 0.40 0.40注：表中的递增染毒剂量为ED50或LD502、20天蓄积试验法按LD 50的1/20、1/10、1/5、1/2及0（溶剂对照）随机分成5组。
每天对动物进行染毒，连续20 d，各组总剂量分别为1LD 50、2LD 50、4LD 50、10LD 50。
生态毒理学对生态系统评估与保护意义
生态毒理学对生态系统评估与保护意义生态毒理学是研究化学物质或其他环境因子对生态系统中生物的毒性效应以及这些效应对生态系统稳定性和可持续性的影响的学科。
它通过研究生物对环境中的毒性物质的反应和生物与环境相互作用的过程，为生态系统评估和保护提供了重要的科学依据。
生态毒理学的研究成果和应用可以帮助我们更好地了解生态系统的健康状况，并制定相应的保护策略。
生态系统评估是评估和控制生态系统中各种生物的健康状态和功能的重要工具。
生态毒理学通过检测和评估物种的敏感性，可以帮助判断环境中存在的毒性物质对生态系统的影响程度。
通过生态毒理学的研究，我们可以了解到不同生物对环境中化学物质的毒性敏感性差异，进而对生态系统中不同物种的敏感性进行评估，从而准确定量化不同生物受到毒性物质的暴露和潜在风险。
生态毒理学的研究还可以评估环境中的生物累积和生物放大效应。
许多化学物质具有生物累积性和生物放大性，这意味着它们会在生物体内积累，且随着食物链的逐级传递而越来越高浓度，在顶级捕食者身上造成更大的影响。
通过研究生态毒理学，我们可以了解到不同物种对不同化学物质的生物累积和生物放大效应，从而评估环境中毒性物质的危害程度，并制定相应的控制措施。
此外，生态毒理学还能够评估环境中的潜在风险和影响。
通过研究不同物种对毒性物质的敏感性和暴露水平，我们可以预测环境中潜在的生态风险，并评估不同物种的受影响程度。
这些评估结果可以为环境管理和政策制定提供科学依据，有助于保护生态系统的健康和稳定。
除了评估潜在风险和影响，生态毒理学的研究还可以帮助我们更好地理解生物对环境变化的响应机制。
生态系统面临着气候变化、污染物暴露、生境破坏等多种压力，而不同物种对这些压力的响应是多样的。
通过研究生态毒理学，我们可以了解到不同生物对环境变化的适应能力和潜在的脆弱性，进而预测和减轻环境变化对生态系统的影响。
在生态系统保护方面，生态毒理学的研究成果也发挥了重要的作用。
通过生态毒理学的研究，我们可以确定对生物具有潜在危害的化学物质，并采取相应的控制措施来减少其排放和暴露。
生态毒理学6
个 体
生态系统
19
一 概述
生态系统污染物进入机体后，首先将 导致机体一系列的生物化学变化。这些变化广 义上说可分为两种： 一种是用来保护生物体抵抗污染物的伤 害，称之为防护性生化反应。防护性生化反应 的机理是通过降低细胞中游离污染物的浓度， 从而防止或限制细胞组成部分发生可能的有害 反应，消除对机体的影响。 另一种不起这种作用，称之为非防护性 生化反应。
34
六 以氧化为介质的反应
生物对氧化的反应为评价各种强氧化 的化学污染物效应提供了有用的方法。这一 类化合物不仅包括了大气氧化物（如O3、 NOX和SO2），还有其他的直接氧化剂（如 H2O2、亚硝酸盐、氯等），以及具有氧化活 性的化合物（如芳香醌、硝基芳香化合物 等）。
35
七 血红素和卟啉
环境污染物的生态效应特点
1.涉及面广、范围大，接触污染的生物种类多、数量大
环境污染物的生态效应特点
2、在不同生物学水平上产生毒性作用
环境污染物的生态效应特点
2、在不同生物学水平上产生毒性作用
环境污染物的生态效应特点
3、低浓度、长时间、反复作用 结果 1）引起慢性中毒，影响机体的生理生化和免疫 功能，使机体抵抗力降低，人和动物慢性疾病 的发病率和死亡率增高。对植物的影响对其生 长发育及抗逆和适应能力，降低生产量和品质， 甚至影响生态平衡
环境污染物的生态效应特点
4、多种途径进入体内
环境污染物的生态效应特点
4、多种途径进入体内(高等植物)
环境污染物的生态效应特点
5、多种污染物同时存在、作用类型多样、作 用机制复杂 协同 相加 拮抗 独立
《生态毒理学》教学大纲
《生态毒理学》教学大纲一、基本信息二、教学目标及任务生态毒理学是生态学专业的选修课，主要是完善学生的知识结构，拓展视野，补充毒物影响生态系统的相关知识。
通过本课程的学习，可以使学生了解有关生态系统内毒物的来源、传播和归宿，理解毒物对生物体、种群、群落和生态系统影响的基本知识和基本理论，掌握环境中毒物的检测、毒物效应研究和毒物管理的基本方法和技能。
三、学时分配四、教学内容及教学要求第一章绪论习题要点：何谓生态毒理学？生态毒理学有哪些基本研究方法？本章重点、难点：生态毒理学概念，发展过程，研究的内容、目的和基本方法。
本章教学要求：了解生态毒理学的起源和基本研究方法，理解生态毒理学与相关学科的关系，掌握生态毒理学的概念、主要研究内容和研究目的。
第二章生态系统内毒物的种类、性质及其来源习题要点：何谓毒物？毒物的来源和基本特性？本章重点、难点：毒物的概念、来源、分类方法和基本特性本章教学要求：了解生态毒物的基本来源，理解其分类方法，掌握毒物的概念和基本特性。
第三章环境中化合物的分布与转移习题要点：何谓环境相？化合物的相间分配？半衰期？生物有效性? 环球污染？本章重点、难点：化合物在环境中的分配转移规律、转化与生物有效性，以及环球污染过程。
本章教学要求：了解化合物在环境中的分配转移规律，理解化合物的转化与生物有效性，以及环球污染过程，掌握环境相和半衰期等基本概念，以及半衰期的测定方法。
第四章毒理过程和剂量效应习题要点：何谓初级代谢和次级代谢？剂量效应关系？毒物联合作用类型？室内毒力测定方法？本章重点、难点：毒物的代谢和作用机理，剂量效应关系，持续和间断接触的毒理效应，毒物的联合作用，毒力影响因子，室内毒力测定，毒力资料分析方法。
本章教学要求：了解化合物的毒理作用过程和毒力影响因子，理解初级代谢、次级代谢、剂量效应关系、最大无作用剂量和最小作用剂量，掌握毒物联合作用的类型和室内毒力测定方法。
第五章生物个体及以下水平的毒效反应习题要点：三致作用？个体毒效反应及其生态学意义？本章重点、难点：致癌、致畸和致变，生理生化反应和行为反应类型，及其生态学意义。
《生态毒理学》课件
03
生态毒理学研究方法
野外研究
野外研究是指在自然环境中对生物进行直接观察和实验的方法，以评估污 染物对生物的影响。
野外研究通常包括对污染物的监测、生物种群和群落的调查以及生态效应 的评估。
野外研究能够提供更接近自然条件下的数据，但实验控制难度较大，且容 易受到其他环境因素的影响。
实验室研究
实验室研究是在人工控制的条件 下，模拟污染物对生物的影响。
无机毒物是指不含碳元素的化 合物，常见的无机毒物包括重 金属、硫化物、氮化物等。
天然毒物
天然毒物是指自然界中存在的 有毒物质，如生物碱、植物毒 素等。
合成毒物
合成毒物是指通过化学合成方 法制备的有毒物质，如农药、
除草剂等。
毒物暴露途径与剂量
01
02
03
暴露途径
生态毒理学中的暴露途径 主要包括吸入、食入、皮 肤接触等。
跨学科合作
生态毒理学需要与生物学、化学、环 境科学等多个学科进行交叉合作，跨 学科合作难度大。
伦理与法规
生态毒理学实验涉及伦理和法规问题 ，需要遵守相关规定和标准。
未来发展方向与趋势
大数据与人工智能应用
多学科交叉融合
利用大数据和人工智能技术，提高数据获 取和处理效率，深入挖掘生态毒理学规律 。
加强生物学、化学、环境科学等学科的交 叉融合，推动生态毒理学研究深入发展。
实验技术创新
生态毒理学应用拓展
开发新的实验技术与方法，提高实验效率 和准确性，降低实验成本。
将生态毒理学研究成果应用于环境保护、 生态修复等领域，推动生态文明建设。
毒理学研究
总结词
重金属对水生生物的毒性影响
详细描述
该研究通过实验室模拟和实地调查，评估了 某河流中重金属污染对水生生物的影响。研 究发现，重金属会对水生生物的生理机能产 生负面影响，如降低繁殖率、生长速度和免 疫力等，严重时可导致生物死亡。
生态毒理学-20200820-李正炎修订
中国海洋大学本科生课程大纲一、课程介绍1.课程描述本课程将介绍生态毒理学的起源、发展和未来展望，解释生态毒理学相关基本概念和基础理论，说明重金属、持久性有机污染物等外源性有毒有害物质对生物、生态和环境的影响。
主要内容包括：（1）有毒物质进入生物体的方式和途径；（2）有毒物质的生物毒性和生态效应；（3）生物对有毒物质的耐受和解毒能力；（4）典型化学污染物（有机锡、烷基酚、二恶英等）的生态毒理个案研究。
通过本课程的学习，要求学生全面掌握生态毒理学的相关理论、技术和方法，学习和了解生物标志物的概念及其在环境质量评价中的作用，掌握国内外生态毒理学的发展前沿和动态。
This course will introduce the origin, current state and future development of ecotoxicology. It will explain the basic concepts and primary theories of ecotoxicology. It will describe biological and ecological effects of various exogenous toxic substances such as heavy metals and persistent organic pollutants. Topics will include: a. the pathways of exogenous chemicals entering biological tissues; b. the toxicological dynamics and effects of typical pollutants; c. the adaptation capacity and detoxification system of organisms for toxic chemicals; and d. case studies of ecotoxicology for typical chemical pollutants including organotin, alkylphenol and dioxin. The students will learn the relevant theories and methods- 5 -in this field, get in touch with bioindicators, biomarkers as well as their applications in environmental quality assessment, and grasp the current status and hot spots of ecotoxicological research.2.设计思路生态毒理学在污染物的风险评估和环境管理中具有重要作用，本课程针对传统污染物和新兴污染物，通过其毒性效应和致毒机理的学习，理解污染物的环境危害，通过急慢性毒性试验设计，学习污染物毒性效应的测试方法，通过生物标志物和环境基准等内容的学习，掌握污染物的环境管理对策。
化学物质的生态毒理学及其评估
化学物质的生态毒理学及其评估生态毒理学是生态学和毒理学的交叉学科，它研究的是化学物质对环境生物的毒性效应和对生态系统的影响。
化学物质的生态毒理学评估是通过设计实验和评估化学物质对环境生物和生态系统的影响，建立起保护环境和生物多样性的基础。
化学物质广泛存在于环境中，包括空气、水和土壤中，对环境生物的毒性效应往往是持久性和累积性的，给生态系统带来严重的影响。
生态毒理学的主要研究对象是生物体在环境中的毒性效应，它不仅关注于毒性效应的直接影响，还关注于毒性效应对生态系统的影响。
生态毒理学的评估主要是通过实验来确定化学物质对不同生物的毒性效应和生态系统的影响。
实验形式包括室内实验和野外实验，室内实验主要是在有控制的实验室条件下进行，野外实验主要是在自然环境中进行。
生态毒理学评估需要注意以下几点：1.生态基准值生态基准值是生态毒理学评估的基础，也是进行环境监测和决策制定的依据。
生态基准值是指生物体在没有化学物质的情况下所能承受的生态环境中的某一生物学测量值。
生态基准值的确定需要考虑生态系统的复杂性和生物多样性，因此，其通过采用多个化学物质对不同生物的测试数据来计算。
生态基准值还可以根据污染物在环境中的含量以及污染物的化学性质来确定。
2.实验设计实验设计是生态毒理学评估的关键步骤，其目的是为了获得准确可靠的数据以便于评估化学物质对环境的影响。
实验设计需要考虑化学物质的品种和浓度、生物物种的选择以及实验环境等因素。
实验条件可以采用acclimation、控制应变、混合因素设计等方法，在保证生态系统稳定的同时呈现化学物质的毒性效应。
3.生物监测生物监测是一种直接纪录生物学测量方式，其主要目的是监测环境中的化学物质对生物的影响以及生物在环境中承受的压力。
生物监测的数据可以提供生态毒理学评估的基础数据、生态保护计划以及环境公共政策制定。
生态毒理学评估既是现代生态学的重要分支之一，同时也是确保人类生活的可持续性和自然生态环境的保护的关键。
环境生物学中的生态毒理学研究
环境生物学中的生态毒理学研究环境问题已经成为了人类面临的一大挑战。
环境的恶化与现代人类对自然环境的过度消耗不无关系。
环境问题与人类的生存息息相关，也与动植物的生存发展紧密相连。
这时，生态毒理学作为环境生物学中一个重要的分支领域，应运而生。
生态毒理学研究的是有毒物质对整个生态系统的影响程度及机理。
在本文中，我将探讨生态毒理学研究中的一些关键问题和研究方法。
1. 毒物质的种类和环境污染生态毒理学研究的主要内容是分析环境污染对生态系统的影响。
环境污染会导致某些特定的有毒物质在生态系统中的累积和富集。
毒物质可来源于人类活动或自然环境。
举例来说，人类废水的排放、农业的使用化学农药和化肥、石油污染等都会引起环境污染。
这些污染物质会在环境中循环、生物富集和生物转化，对环境和人类健康构成潜在的威胁。
在环境污染的大量研究中，有几种污染物质被广泛研究，包括：重金属、有机污染物和其他污染物。
这些物质的毒性不同，它们在生态系统中的转移和富集不同，也因此对环境的影响不同。
2. 毒物质对生态系统的影响毒物质化合物对生态系统的影响具有多样性。
比如，化学物质会对动植物的生命活动产生影响，对食物链造成污染影响，而这强化了毒素在生态系统中的传播。
研究显示，毒物质对水生生物的影响误导了供给面向水体生态系统的动物而不必是毒素的原始来源。
污染物料还会积累在生物体组织中，对生态系统造成慢性影响。
特定的毒物质的质和量对环境的影响是不同的，并依赖于生态系统的特性。
生态环境中存在着一系列的限制性因素，比如饮食、环境温度、湿度等等。
这些环境条件都会通过不同的途径影响毒物质的作用。
3. 研究方法的选择生态毒理学的研究对象是复杂、庞大和有机的，因此研究方法需要相应多样化。
生态毒理学分析方法主要包括各种各样的体内和体外实验、生态系统监测、模拟以及统计和计算。
体外实验是研究分离毒素与细胞、脏器和动物组织交互影响的常用方法。
实验结果为生态毒理学提供重要数据。
化学中的生态毒理学与环境毒理学
化学中的生态毒理学与环境毒理学近年来，随着人类社会的发展，环境污染问题日益突出，其中生态毒理学和环境毒理学的研究逐渐受到重视。
作为一种重要学科和交叉领域，生态毒理学和环境毒理学在化学领域中也有着不可替代的作用。
生态毒理学研究的是化学物质对生态环境以及生物体的毒性作用，即生物毒性。
在化学中，许多的有机和无机物质都有可能对生态系统造成不同程度的污染和破坏，进而影响到人类的健康和生存环境。
因此，生态毒理学的研究对于掌握化学物质对生态环境的影响机制和预防生态环境的污染具有重要的作用。
环境毒理学则主要研究的是化学物质对人类健康及其环境效应。
在我国，受自然地理环境及人类活动影响，环境污染逐渐严重，而且多数污染物质具有长期而潜在的效应，因此环境毒理学的研究也具有极为重要的实际意义。
在化学领域中，环境毒理学也可作为企业研发新产品与工艺的参考，促进环保产业的发展和推广。
接下来我们将重点介绍两种常见的毒性作用类型：急性毒性和慢性毒性。
急性毒性是指一种化学物质在短时间内给予生物体的剂量超过其能承受的极限，从而导致急性中毒。
化学物质施加的急性毒性可能会对生物体的正常功能造成严重损害，甚至引发生命危险。
医学和卫生学中熟知的急性毒性有汞、酸、碱、毒蘑菇等。
相比之下，慢性毒性则是指对生物体中毒剂量较小、几乎不具有急性反应，但它们长期存在于生物体中，如空气、水、食物中，对生物体的内脏和生理作用进行慢慢侵蚀，给人体带来的风险更大。
久曝于甲醛、苯、苯酚、汞、铅等化学物质之中可导致多种慢性疾病。
生态毒理学和环境毒理学作为跨学科领域，尤其需要长远的视野和深入的研究，才能得出准确的判断和预测。
而在这一领域的研究工作中，化学家必须与其他相关领域的专业人员紧密配合，如生态学家、医学家和环境专家等，从不同角度对毒物进行追踪、分析、评价，合作开展探索性和应用性研究。
环境毒理学中的生态毒理研究
环境毒理学中的生态毒理研究环境毒理学是一门研究环境中毒性物质对生物系统和人体健康的影响的学科，其中一个重要的方向是生态毒理学。
生态毒理学研究毒性物质对生态系统中各种生物群体的影响，包括生物的生理学和行为学变化等方面。
近年来，因为全球化和环境污染不断加剧，生态毒理学的研究已经成为了越来越热门的领域。
其中，生态毒理研究是环境毒理学中较为关键的一个分支，将毒性物质的毒理学与生态学相结合，研究毒物对不同生物的生殖，成长，生态系统稳态等多个方面的影响。
生态毒理研究的目的是发现和评估环境中的化学物质对各种生物、生态学系统的潜在影响，为制定环境政策和管理提供科学依据。
生态毒理学研究中的一项重点是污染物的生物放大作用。
这是“污染物-食物链-生物放大”的链式反应。
即下一个食物链节中的浓度始终高于以前的含量。
这可能会导致食物链中的最高级消费者，包括人类的生物富集污染物，并导致更多的健康问题。
生态毒理学家还研究了污染物在生态系统内的移动和传递路径，特别是它们对水环境的影响。
如何评估污染物的危害性、如何寻找特定的化学物质及其代谢产物以及如何设计稳健的研究方法都是生态毒理学中需要考虑的问题。
生态毒理学家还需要研究毒性物质与环境条件之间的交互作用。
例如，氧化还原状态、pH值、温度、中性物质的存在、水硬度、生物可降解性等都可以影响毒性物质的解毒和减少。
因此，生态毒理学家必须了解其研究对象周围的环境变量，并应用这些数据在统计和实验分析中进行修正和推断。
生态毒理学研究中使用了许多新兴技术，例如基因组学。
通过对各个物种基因组的研究，基因组学可以揭示许多生物的生物功能和生态角色。
此外，生物学家还可以利用其他新技术，例如分子生物学、细胞生物学和生态毒理学来研究不同层次的生物中毒性物质的作用和影响。
例如，研究现代毒物学中的可预测性、暴露浓度、毒性机理和行为导向时，分子生物学或细胞生物学技术尤其有益。
通过生态毒理学的研究，我们可以更好地了解环境中毒性物质的影响，并能够为环境政策和管理提供科学依据，以最大程度地保护人类健康和生态系统的健康。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对于弱碱 HB+ H+ + B
Ka = (H+)(B)/(HB+) logKa = log[(H+)(B)/(HB+)] logKa = log(H+) + log[(B+)/(HB+)] －log(H+) = －logKa + log[(B+)/(HB+)] pH = pKa + log[(B)/(HB+)]
不同生物组织水平上污染物效应
生态系统响应： 生产力，分解、营养循环、食物网结构 群落响应： 直接：敏感物种损失，物种丰度降低 间接：竞争、捕食 种群响应： 丰度、性别比率、年龄结构、补充、遗传结构
个体响应： 致死、生长、繁殖、行为
生化及生理响应： 呼吸、代谢、生物热力学 金属硫因、MFO、AChE、DNA损伤
生态毒理学方法学
生物指示物的一般概念和原理 生物指示物可视为了解一种条件和状态的生物学手段。 利用生物指示物所依托的一般原理在于有机体对生态 环境特定条件或特定条件变化的产生响应，而且生物 响应可加以测定。 生态指示物是指示生态系统条件 /状态的生物响应，但 不一定是生态系统水平上的一种测度。 例如：湖水中叶绿素a的浓度是夏季浮游植物群落的一 种生物测度，作为磷P浓度的湖泊生态系统整体状态的 指示物。另一方面，高浓度磷P会导致湖泊富营养化， 引起湖泊中多种营养水平的响应。因此，在评价湖泊 富营养化程度时，虽然可选用磷P浓度或鱼类的某些种 群和群落参数，但对于常规评价，叶绿素a的测定则是 可靠且相对简单的指示物。
QSAR有关的因素： (1) 同系物的碳原子数 (2) 烃基 分子结构引入烃基，脂溶性增加，易于通过细胞膜， 毒性增强，但烃基结构可增加毒物分子的空间位置阻 碍效应，从而使毒性降低。 (3) 分子饱和度 分子中不饱和键增加是化学物活性增加，毒性加强。 (4) 卤素取代 卤族元素通常有较强的吸引电子能力，引入卤素原子 使电负性增加，易于与酶系统结合，毒性增强。 (5) 羟基 引入羟基分子极性增强，毒性增加，如苯中引入羟基 变为苯酚。
结合污染物
结合 固相结合 分裂 污染物A 释放污染物
经生理 后续的 膜吸收D 进入活体系统E 迁移B
A，B和C可发生在有机体内部，如内脏的细胞腔； A、B、C、D属于生物有效性过程； E由于土壤和沉积物不再发挥作用而排除在外。
Henderson－Hasselbach方程式
解离常数pKa与弱酸和弱碱pH的关系 污染物处于pH变化的水介质中，其吸收进入机体内在相当程度上受pH影响，即 在肠胃消化道内的酸碱反应。
(5) 毒性作用机理和结构活性关系 偏重基础研究，重点在于测定效应和临界(阈值)浓度。 (6) 常用检测方法 通常较新，有些已标准化，但对于生态系统层次的有 效性尚未确定。
在介绍、讨论和评价各种方法的理论和实践意义时， 经常会涉及到生化指示物、生物指示物、生物标记物、 生态指示物和生态模型等概念。
根据上述关系，pH影响弱酸和弱碱的水溶解度。此外，pH还能影响亲脂金属形态的生物 有效性，可不经形成膜表面络合物而穿越细胞膜。
毒性的影响因素
(3) 盐度 主要应用于盐度变化明显得海湾地区。 对大多数金属而言，低盐度会增加毒性。 盐度对金属生物有效性的影响主要与其形态有关。 (4) 硬度 硬度的主要成份是二价钙Ca离子和镁Mg离子。 美国环保局USEPA定义硬度通常使用CaCO3等价值。 (5) 化学混合物 (isobologram，等效线图) 一般地，同一化学分类的化学物具有相似的毒性。 混合物毒性并非是简单加和关系。
LC50,) 无 相 互 作 用 独 立 作 用
有毒混合物模型中的条目定义： 化学物A：96小时LC50 ＝ 1 mg/L 化学物B：96小时LC50 = 10 mg/L 两者分别按1 mg/L和10 mg/L加入
化学物A
96小时死亡描述
(1) 50%死亡 (2) < 50%死亡
毒性的影响因素
(11) 纯度 杂质：剩余原料、合成副产品、添加剂、赋形剂 (12) 湿度 在高温条件下，湿度大则化学物经皮肤吸收速率加快 (13) 气压 颗粒物的作用 气态污染物进入途径 (1) 呼吸吸入和气孔/表皮进入植物外； (2) 以溶解态形式直接通过生物膜传输； (3) 摄取污染颗粒物质 (仅对异养生物)。 作为食物的重要性，作为载体或食物一部分被摄入。
各部分的关系及不同层次的生物组织
分子水平 细胞水平 器官
个体生物
种群
群落
生态系统
数据重要 性增加 获取数据 简易性增加 不确定 性增加 完整研究所 需时间延长 知识的现有 程度增加
生态毒理学方法学Methodology
生态毒理学研究的特点 (1) 研究目标 保护多物种的种群和群落免受造成现实或潜在危害有 毒物浓度的暴露。 (2) 关注物种 受控于直接实验法的需要。 (3) 鉴定不穷尽性 指通常无法鉴别所有关心的受试物种。因此，结果的 外推程度不确定。有机体在自然生态系统中的反应与 实验室内受控条件下的结果可能不一致。 (4) 受试有机体 尤其指水生生物，生活在多变的环境中，体温随环境 温度改变，有些与温度有关的毒性预测性较差。外部 或暴露剂量及暴露时间直接从测定结果获得。
生态毒理学包含各种组织水平上的研究
不同类型生物组织水平之间的关系
细胞
组织
个体
种群
群落
情形A
“嵌套形式”，细胞效应即简单地意味着所有生物水平的效应。
细胞
组织
个体
种群
群落
情形B
细胞
组织
个体
种群
群落
情形C
情形B和C中的竖条纹区域代表不确定性 (Uncertainty)。 低级生物响应(如酶活性或免疫响应的改变)可能代表从健康反应直至压迫 (stress)的广谱范围(如情形A)。因此，难以确定这种响应和有机体适应性 的定量关系。而从个体水平响应结果外推至种群或群落水平属于另一类问 题(如情形C)。
SEM通常用较稀的酸液提取，在一定程度上代表活性 较高的金属形态，容易从固相中解离释放。 两种表示形式： (1) 比率形式：(AVS/SEM)与1比较 大于 1 显示金属的生物可用性较弱；小于 1 则显示金属 的生物有效性加强； (2) 差减形式：(AVS－SEM)与0比较 大于 0 指示金属的生物可用性较低，大于 0 则指示金属 的生物有效性较高。注意： a. 但具体情况尚需具体分析，很可能有其它因素控制毒 性发挥作用。 b. 同时， AVS 方法比较依赖沉积物孔隙水作为控制金属 生物有效性的因子，没有考虑底栖生物的摄食习惯和 行为方式、途径，如直接摄取固体颗粒物。
两者的性质比较(参见下述表格)
天然水中痕量金属的主要形态及其转化
稳定有机络合物 不稳定有机络合物
游离离子
颗粒态吸附
无机络合物
胶体形态
按操作定义的金属形态 (土壤/沉积物样品)
原始样品在室温下风干，然后在105C的烘箱中烘干。用玛瑙研钵研磨后，过尼龙筛， 筛选一定孔径的颗粒。取一定量样品，按下述方法对金属进行化学逐级提取：
样品 蒸馏水 (W/V = 1:20, 2h, 25C) 液相：水可溶态
定义
无相互作用，各自反应 拮抗作用，混合低于 各自反应
/
协同/增强 化学物B
(3) > 50%死亡
相加作用
LC50, B
(a) 倍数比例增加 (b) 低于情形(a) (c) 高于情形(a)
直接相加 低于加和 增强作用
毒性的影响因素
(6) 溶解有机碳 (DOC) 溶解有机分子，分子量跨度从低于 1000 高至 100000 以 上。主要作为金属离子的络合剂。 (7) 脂－水分配系数 化合物毒性除与其在脂－水相的相对溶解度有关，还 与其体液的绝对溶解度有关。 (8) 电离度 弱酸或弱碱型有机物在体内 pH条件下，电离度低，非 离子型比例高，则易被吸收发挥毒性。 (9) 挥发度和蒸气压 影响暴露接触的机率 (10) 分散度 粉尘、烟雾等固态物质毒性与分散度即颗粒粒径有关
生态毒理学方法学方法
理想的生物指示物条件： (1) 生物响应可以定量化； (2) 专用于扰动； (3) 在实验室和现实环境中均可进行观察； (4) 对系统整体功能有重复性和可靠性。
应区分下述两种生物响应类型： (1) 达到某一实验的终点； (2) 某一化学物质在组织中积累。
生物指示物(bio-indicator)和生物监测物(bio-monitor) (1) 推荐将生物指示物用于所有类型的响应，从亚细胞 至系统，而不仅是用于物质累积； (2) 而生物监测物则主要针对机体累积响应类型。 用生物学方法评价机体外源性化学物的内暴露剂量， 即系统或连续对生物材料中外源性化学物或其代谢 产物含量进行测定，评价机体负荷量； 测定生物材料中由机体接触外源性化学物后引发的 有害作用效应也属生物监测范围。
对于弱酸 HA H+ + A－
Ka = (H+)(A－)/(HA) logKa = log[(H+)(A－)/(HA)] logKa = log(H+) + log[(A－)/(HA)] －log(H+) = －logKa + log[(A－)/(HA)] pH = pKa + log[(A－)/(HA)]
毒性的影响因素
定量结构与活性的关系 (quantitative structure activity relationship, QSAR) 有助于通过比较预测新化合物的生物活性、作用机理 和安全限量范围。目前正处于发展阶段。 其它类似形式： QSBR(biodegradation)，QSPR(Properties)。 前提假设： 某一化合物的子结构均会对整体性质作出贡献，类似 的化合物应对靶标具有相似的作用模式。现阶段通常 采用简单或多元回归方程式 Y= a+bX Y = a+b1X1+b2X2+…+bjXj