第03章 污染物的生物效应检测2
环境污染物的监测及其效应评价
环境污染物的监测及其效应评价第一章概述随着工业化和城市化的发展，环境污染已经成为全球关注的焦点问题之一。
为了有效地控制污染并制定相应的环境保护政策，环境污染物的监测及其效应评价显得尤为重要。
本文将结合现有的国内外研究成果，就环境污染物的监测方法和效应评价方法进行综述并分析其应用。
第二章环境污染物监测技术环境污染物的监测是衡量和控制环境污染程度的重要手段。
目前常用的监测技术主要包括物理监测、化学监测、生物监测和图像监测等。
物理监测是利用各种仪器测量环境污染物的物理参数，如温度、振动、特定波段的辐射量等等。
化学监测则是通过化学方法和分析仪器对环境中的有机和无机离子、大气气体、有机物和重金属等进行分析检测。
生物监测则是通过对生物体中污染物的检测来评价环境中污染物的水平。
图像监测则是应用计算机图像技术对大气中的灰霾、水中的浊度等进行监测。
第三章环境污染物的效应评价方法环境污染物的效应评价是在监测基础上，对环境中污染物引起的影响进行评价和分析。
根据评价目的和方法的不同，环境污染物的效应评价可分为生态环境效应评价、人类健康效应评价和资源环境效应评价等。
生态环境效应评价主要评价污染物对生态系统组成和功能的影响。
例如，污染物对土壤、植被、地下水和土壤微生物等的影响。
人类健康效应评价则评价人们长期暴露在环境污染物下可能产生的危害。
例如，空气中细颗粒物对人们呼吸系统的健康影响。
资源环境效应评价则评价环境污染对自然资源和生产效益的影响。
例如，大气污染对农作物、水果和蔬菜等作物的影响。
第四章环境污染物监测及其效应评价实例为了更好地理解以上所述内容，本章将介绍几个典型的监测及其效应评价实例。
4.1 水环境污染监测及其效应评价实例在中国大部分地区水环境污染已经严重，为了掌握水环境的变化规律和污染状况，需要对化学物质的浓度、水体pH值、浊度、温度、硬度等参数进行监测。
同时，评价污染对生态系统的影响，包括水中微生物的群落结构、鱼类和水生昆虫等生态系统组成和结构的变化。
污染物生物效应检测
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1、哺乳动物急性毒性试验： （1）实验材料：小鼠和大鼠，若进行毒物皮试实验，还可用家
兔和豚鼠。 （2）确定动物全活和全致死量
查阅文献中与受试物的类似物的LD50 (LC50)，一般以3倍之差 配制三个剂量组进行预试验（1/3 LD50 ， LD50 ,3 LD50 ），每组3
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生物测试意义： 1）研究多种污染物联合作用的生物效应。 2）监测环境质量的变化。
3）制订环境质量标准。 4）对制订排污标准，以及对污染物生态风险评价有重要意义。
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但注意：
（1）污染物结构、性质、毒作用机理不同，同一种生物对不同污 染物的反应不同。 （2）不同生物解毒机制、及能力不同，因而不同生物对相同污染 物有不同的反应。 （3）不同发育阶段的生物对同种污染物的反应也不同。
物质危害性的大小一般与物质进入体内的能力和数量有关， 挥发性小，易溶于水或血液中，并能迅速达到中毒浓度的物质的 危害性大。
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（二）毒性参数 1、常用毒性参数 （1）致死剂量或致死浓度(LD，lethal dose or LC，lethal concentration)
①绝对致死剂量或浓度 （LD100，Absolute lethal dose or LC100 ，Absolute lethal concentration）
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1) 测试目的：
（1）快速估计污染物的毒性；（2）评价几种毒物的相对 毒性；（3）评价不同生物对不同条件如温度、pH的相对敏 感性等。
主要用于测定半致死浓度(LC50)、或半抑制浓度(IC50) 或 半效应浓度(EC50)。 2) 时间设定 ： 一般小于1周，如 一般水蚤类< 2d，藻类< 3d，鱼
第三章有机污染物的环境生态效应
第三章有机污染物的环境生物效应环境效应是指在环境要素作用下环境受到影响的现象及其后果。
环境因素的变化导致生态系统变异而产生的后果即为环境生态效应。
大量工业废水排入江、河、湖、海，对生态系统产生毒性作用，使鱼类受害而减少甚至绝灭；任意砍伐森林，会造成水土流失，产生干旱、风沙灾害，同时使鸟类减少，害虫增多；致畸、致癌、致突变物质的污染引起畸形和癌症患者增多。
这些都是污染物环境生态效应的表现。
污染物在生物体内的富集放大及生物迁移的过程是导致环境生物效应的主要原因。
第一节有机污染物在生物体内的迁移（资料来源王焕校，2000）一、有关生物对污染物吸收、迁移的几个基本概念1．安全浓度生物与某种污染物长期接触，仍未发现受害症状，这种不会产生症状的污染物浓度称为安全浓度。
2．最高允许浓度生物在整个生长发育周期内，或者是对污染物最敏感的时期内，该污染物对生物的生命活动能力和生产力没有发生明显的影响的最高浓度，称为最高允许浓度。
3．效应浓度超过最高允许浓度，生物开始出现受害症状，接触毒物时间越长，受害越重。
这种使生物开始出现受害症状的浓度称为效应浓度。
EC50、EC70、EC90 分别代表在该浓度下有50％、70％、90％的个体出现特殊效应。
4．致死浓度当污染物浓度继续上升到某一浓度，生物开始死亡，这时的浓度称为致死浓度。
LC50、LC70、LC90、LC100 分别代表毒害致死50％、70％、90％、100％的个体的阀门。
二、植物对有机污染物的吸收与迁移（一）植物对污染物的吸收1．植物对气态污染物的粘附和吸收植物能粘附和吸收气态污染物。
植物粘附污染物数量，主要取决于植物表面积和粗糙程度。
污染物能通过叶面气孔或径部皮孔进入植物体内。
2．植物对水溶态污染物的吸收植物吸收水溶态污染物的器官是根，但叶片也能吸收水溶性污染物。
水溶性污染物主要通过两个途径达到根表面：（1）质体流途径，即污染物随蒸腾拉力，在植物吸收水分时与水一起到达植物根部；（2）扩散途径，即通过扩散作用而到达根部。
环境污染的生物监测与评价
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（4）安全浓度的计算
藻类总数及叶绿素-a含量评价法 优势种评价法 不同营养状态的水体中存在不同的生物种类，特别在优势种方面差异明显。一般来说，贫营养型湖泊中的浮游植物以金藻、黄藻类为主，中营养型湖泊中常以甲藻、隐藻、硅藻类占优势，富营养型湖泊则常以绿藻、蓝藻类占优势。 多样性指数评价方法 水体富营养化评价实例 综合评价标准
3）凯恩斯（Cairns）连续比较指数
R-“组”数 N-总个体数 C.I大于3为寡污带，C.I =1-3为中污带，C.I小于1为多污带。
5 鱼类毒性试验
鱼类毒性试验的主要目的是寻求某种毒物或工业废水对鱼类的半致死浓度与安全浓度。所谓安全浓度，就是在污染物的持续作用下，鱼类可以正常存活、生长、繁殖的最高毒物浓度。 鱼种的选择 实验鱼要求对污水反应灵感的本地种类，鲤鱼和鲫鱼是国际性鱼类，而金鱼对一些毒物反应灵感，都是应用较多的实验鱼类。 实验条件的控制 实验鱼要求是同一批来源，同种、同龄。
污染物的生物效应检测
理论上讲，最大无作用剂量与最小有作用剂量应该相差极微，但实际中由 于受到对损害作用观察指标和检测方法灵敏度的限制，两者之间存在有一 定的剂量差距。最大无作用剂量是根据亚慢性试验的结果确定的，是评定 毒物对机体损害作用的主要依据。
最大无作用剂量
► 每日容许摄入量(acceptable daily intake, ADI)：指允许正常成人终生每日由外环境 摄入体内的特定化学物质而对人体不引起任何损害作用的剂量。
蒸馏水或去离子水由下面4种溶液制备……
第二节 一般毒性试验
一、生物毒性相关的基本概念
A 毒物与中毒
毒物（Toxicant）：能引起生物体功能或器质性损伤的化学物质，可使生物 产生暂时或永久性的病理变化或危及生命。 ► P99，以引起中毒的剂量大小来区别“毒物”与“非毒物”，根本因素——中 毒剂量。
死亡率（％）
反应强度（％）
100 50
剂量 图1 剂量－反应曲线（直线型）
100 50
对数剂量 图3 剂量－反应曲线（S形线型）
死亡率（概率单 位）
100 50
剂量 图2 剂量－反应曲线（抛物线型）
100 50
对数剂量 图4 剂量－反应曲线
死亡率（％）
E 危险性/危害性/安全性
危险性(Risk)：也称为危险性或风险度，是指在特定的接触条件下终生接 触某环 境因素引起个体或群体产生有害效应(损伤、疾病或死亡)的预期频率。
第一节 生物测试及方式
1. 生物测试的分类
时 间 长 短
短
中
长
期
期
期
给予 方式
静止式
流动式
水污染
重复 循环式
更新式
大气 污染
室内动 态熏气
《环境生物学》_课后习题答案及复习重点
环境生物学第一章环境污染的生物效应1.概念解释环境污染：有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统的结构和功能发生改变，对人类以及其它生物的生存和发展产生不利影响的现象。
环境生物效应：各种环境因素变化而导致生态系统变异的效果。
污染源：向环境排放有害物质或对环境产生有害物质的场所、设备和装置。
或造成环境污染的污染物发生源。
污染物：进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化，直接或间接有害于人类生存和发展的物质，是造成环境污染的重要物质组成。
优先控制污染物：由于有毒物质品种繁多，不可能对每一种污染物都制定控制标准，因而提出的在众多污染物中筛选出潜在危险大的作为优先研究和控制的对象。
污染物形态：环境中污染物的外部形状、化学组成和内部结构的表现形式。
污染物迁移：污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散、消失的过程。
污染物转化：污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转变为另一种物质的过程。
2.污染物在环境中的迁移方式和转化途径。
迁移方式：机械迁移（水、气、重力）；物理化学迁移（最重要的形式）；生物迁移（吸收、代谢、生长、死亡等）。
转化途径（转化形式有物理、化学、生物转化）在大气中，以光化学氧化、催化氧化反应为主；在水体中，氧化还原作用，配合作用，生物降解作用；在土壤中，生物降解为主。
3.什么是生物转运？污染物透过细胞膜的方式。
生物转运：环境污染物经各种途径和方式同生物机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。
方式：被动转运（简单扩散和滤过）；特殊转运（主动运输和易化扩散）；胞饮作用（吞噬作用）。
4.什么是污染物在体内的的生物转化？生物转化过程和主要反应。
污染物在体内的的生物转化：外源化合物进入生物机体后在有关酶系统的催化作用下的代谢变化过程。
过程：一般分为I、II两个连续的作用过程。
在过程I（相I反应）中，外源化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其化学结构，形成某些活性基团或进一步使这些活性基团暴露。
环境污染物的生物学效应及其鉴定方法
环境污染物的生物学效应及其鉴定方法随着工业化和城市化的发展，环境污染问题日益严峻。
环境污染物包括有机物和无机物等，它们对生态环境和人类健康造成了极大的威胁。
本文将从生物学角度探讨环境污染物的生物学效应及其鉴定方法。
一、环境污染物的生物学效应环境污染物对生物体的生物学效应可以表现为多方面的影响，包括形态学、生理学、生化学和分子水平等。
1. 形态学效应环境污染物对生物体的形态学影响最易被观察到，包括变异、畸形和变异等。
这些影响主要是环境污染物对生物体的生长和发育的干扰所致。
在农业生产中，农药和化肥等污染物的使用使得农作物的品质和数量下降；在城市化过程中，空气和水污染对植物的形态和数量也产生了严重的影响，如树木的萎黄、变形等现象。
2. 生理学效应生理学效应是环境污染物对生物体的最直接的影响之一。
环境污染物可以干扰生物体内的正常代谢过程，导致血液循环、呼吸、消化和排泄等生理系统发生紊乱，从而导致患有多种疾病。
与此相关的还有环境中铅污染对神经系统、水污染对泌尿系统等的影响。
3. 生化学效应环境污染物对细胞的基本生化反应也产生了很大的影响。
环境污染物可以和生物体内的蛋白质、核酸、糖等结合，从而导致各种代谢物的紊乱。
例如，饮用水中含有苯酚、氯化物等污染物对肝脏和肾脏的影响。
4. 分子水平效应分子水平上的效应是环境污染物对生物体影响的最终结果，也是理解环境污染物鉴定、污染防治的重要基础。
环境污染物对DNA和RNA等生物分子的影响导致了基因突变，从而导致患有遗传疾病或致癌症。
二、环境污染物的鉴定方法环境污染物的鉴定是为了了解其对生物体的危害和环境污染的水平等。
鉴定方法可以分为生物测定和化学测定两类。
1. 生物测定生物测定是体外和体内实验，利用完成的生物组织、动物和细胞等对环境污染物的快速鉴定和监测。
生物测定的原理是环境污染物可以通过生物降解和生物累积来影响生物表现。
可根据水体、土壤或空气等样品提取生物的某些组织进行监测，例如水中生物（鱼类、贝类等）可以对水中有机物进行吸收，从而精确测定有机物的含量。
污染物的生物效应检测-推荐下载
生物的分子和细胞水平检测
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电通，力1根保过据护管生高线0产中不工资仅艺料可高试以中卷解资配决料置吊试技顶卷术层要是配求指置，机不对组规电在范气进高设行中备继资进电料行保试空护卷载高问与中题带资22负料，荷试而下卷且高总可中体保资配障料置各试时类卷，管调需路控要习试在题验最到；大位对限。设度在备内管进来路行确敷调保设整机过使组程其高1在中正资，常料要工试加况卷强下安看2与全22过，22度并22工且22作尽2下可护1都能关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资；中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整，高核或中对者资定对料值某试，些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位，卷置编工.写况保复进护杂行层设自防备动腐与处跨装理接置，地高尤线中其弯资要曲料避半试免径卷错标调误高试高等方中，案资要，料求编5试技写、卷术重电保交要气护底设设装。备备4置管高调、动线中试电作敷资高气，设料中课并3技试资件且、术卷料拒管中试试调绝路包验卷试动敷含方技作设线案术，技槽以来术、及避管系免架统不等启必多动要项方高方案中式；资，对料为整试解套卷决启突高动然中过停语程机文中。电高因气中此课资，件料电中试力管卷高壁电中薄气资、设料接备试口进卷不行保严调护等试装问工置题作调，并试合且技理进术利行，用过要管关求线运电敷行力设高保技中护术资装。料置线试做缆卷到敷技准设术确原指灵则导活：。。在对对分于于线调差盒试动处过保，程护当中装不高置同中高电资中压料资回试料路卷试交技卷叉术调时问试，题技应，术采作是用为指金调发属试电隔人机板员一进，变行需压隔要器开在组处事在理前发；掌生同握内一图部线纸故槽资障内料时，、，强设需电备要回制进路造行须厂外同家部时出电切具源断高高习中中题资资电料料源试试，卷卷线试切缆验除敷报从设告而完与采毕相用，关高要技中进术资行资料检料试查，卷和并主检且要测了保处解护理现装。场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
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Hb-加合物最常用的测定方法
间接反映连接于DNA的加合物 动物实验中已发现有50多种化学物质可与Hb反应，致突变物 及致癌物均可与Hb连接 色谱-质谱(GC-MS，gas chromatography-mass spectroscopy)法 免疫法检测 灵敏度因化学物质和选用方法不同而异 其加合物可作为中长期暴露的指标
优点——检测能力强、应用范围广，可检测任何化学 物与DNA的连接，尤其是可用于环境中生物样品的加 合物测定以及判断化合物的毒性，包括纯品或混合物 是否有潜在的致癌作用，同时具有极高的灵敏度，可 检测到109个碱基中的一个DNA加合物。
蛋白加合物
外周血蛋白（血红蛋白、血清白蛋白） 血红蛋白（Hb，hemoglobin）
一、致突变效应
基本概念
生物体的遗传物质发生了基因结构的变化称为突变 （Mutation）—广义突变的概念。
同步荧光法 低温激光法 激光-发射荧光法。
荧光法的长处
不破坏DNA链 可区分出加合物的不同立体异构体 DNA链不同位点上的加合物
32P-后标记法（32P-postlabeling
Assay）
基本原理——先将分离出的DNA用一定的酶水解成正 常的单核苷酸和形成了加合物的单核苷酸，并进一步 将二者分离，再用32P标记的ATP将带有加合物的单 核苷酸标记，然后用双向层析、放射自显影、液闪计 数等方法定量。
谷胱甘肽硫转移酶
谷胱甘肽硫转移酶（glutathione-Stransferase GST）分布广泛。 哺乳动物中肝的可溶部分中GST的浓度最高。
四、抗氧化防御系统检测
过氧化氢酶（CAT） 谷胱甘肽过氧化酶（GPx）
过氧化氢酶（CAT）
CAT的重要作用 环境污染物对CAT活性的影响 CAT活性测定方法
谷胱甘肽过氧化酶（GPx）2
测定GPx活力有两种常用方法。
直接法，即直接测定GSH减少量，这是1959年米尔斯 （Mills）首次提纯GPx时所用的方法之一。 原理—GSH在255 nm处呈最大吸收，故可从255 nm光吸 收减少量计算GSH消耗量，从而判断酶活性。 此法灵敏度差，仅适用于纯酶活性测定。 原理—利用H2O2或有机氢过氧化物氧化GSH，同时加入 NADPH及谷胱苷肽还原酶，使氧化的GSH重新转变为 GSH，NADPH转变为NADP+，测定NAD P+在340 nm的 光吸收即可确定酶活性。 此法灵敏度高，专一性强，现已普遍使用。
环境生物学
第三章 污染物的生物效应检测
第三节 生物的分子和细胞水平检测 第四节 生物致突变、致畸和致癌效应检测 第五节 微Байду номын сангаас宙法
第三节 生物的分子和细胞水平检测
污染物→生物的危害→行为改变、生理、 生化反应→在分子和细胞水平上的检测
加合物 一般酶系（重要生理过程的） 解毒系统酶类诱导作用 抗氧化防御系统
最常用的测定方法——比色法
放射测量法：
其他——测压法、荧光法和电化学法
腺三磷酶（ATPase）
功能：水解ATP 方法：钼蓝法——经酶 水解释放的无机磷 酶活性——毫微摩尔无 机磷∕毫克蛋白∕小时
三、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
MFO特异性不强，多种方法可以测定。 直接法 直接测定各组成成分，P-450等的含量。 代谢法 测定MFO催化反应的底物消耗量和产物生成量。 多种方法检测，综合评定MFO的作用。
20%以上AchE活性抑制—暴露作用存在； 50%以上AchE活性抑制—对生物的生存有危害。 胆碱酯酶水解乙酰胆碱的硫醇化合物→硫醇＋双二硫代硝基苯 甲酸（DTNB）→深黄色结合物——412nm波长检测； 与未水解的乙酰胆碱底物→棕色异羟亏酸铁的铬合物—— 540nm； 乙酰-1-C14胆碱作底物→去除未水解底物→乙酰-1-C14计数测量
间接法，
第四节 生物致突变、致畸和致癌效应检测
一、致突变效应 二、致畸效应 三、致癌效应
常见三致性毒物
致癌物 艾氏剂、苯、苯荓[a]芘 双(2-氯乙基)醚 氯乙烯单体、氯仿 二噁英 狄氏剂、异狄氏剂 亚硝胺 石棉 铬酸盐、砷化物 放射性核素、霉素、病毒 致畸物 有机汞 苯二甲酸酯 砷酸钠 硫酸镉 二噁英 2,4,5-T 醋酸苯汞 致突变物 DDT、2,4-D 苯臭氧 砷酸钠 硫酸镉 二噁英 2,4,5-T 亚硝酸盐 铅盐
Hb的生存期在120天左右
二、一般代谢酶的活性测定
特定反应中的关键酶的变化→证实污染物 的影响 酶指标 生物受到亚致死剂量毒物的暴露时
酶指标来对毒物进行生化水平上的评价 探讨毒物的作用机制
乙酰胆碱酯酶 腺三磷酶（ATPase）
乙酰胆碱酯酶
乙酰胆碱酯酶（AChE）一个很经典的毒理指标 由于有机磷农药能抑制AChE的活性，所以AChE可作为 有机磷农药污染的指标。
一、加合物测定
DNA-加合物的测定 蛋白加合物
DNA-加合物的测定
DNA-加合物—化学物经生物转化后的亲电 活性产物与DNA链特异位点上的共价结合 物，加合物的位点多在N-7鸟嘌吟，O-6鸟 嘌吟，N-1-或N-3-腺嘌吟。 DNA加合物测定方法
各种色谱法 免疫法 荧光法 32P-后标记法
测量由H2O2分解所释放出的氧，在240nm波长 测定过氧化氢的吸光度； 电化学法测量过氧化氢； 容量法滴定剩余的过氧化氢等方法。
谷胱甘肽过氧化酶（GPx）1
该酶于1957年被米尔斯（Mills）从牛红细 胞中发现。 GPx主要生物学作用
清除脂类过氧化物； 可代替过氧化氢酶清除H2O2； 可防止畸变，预防衰老。
免疫法
基本原理——抗原-抗体反应 根据应用技术可分为
放射免疫(RIA) 酶联免疫(ELISA) 超敏酶学放射免疫法(VS—ERISA)
免疫法的灵敏度可达到一个加合物∕107～108核苷 酸水平，所需样品的DNA量为25～50μg。
荧光法
基本原理——通过某些化合物的DNA-加合物具 荧光特性而进行定量。 常见的技术