3--环境生物学第三章 污染物的生物效应检测
污染物的生物效应检测
D. 效应与反应
• 效应（effect）:是量效应，表示接触一定剂量的环境污染物后，引起的机 体个体发生的生物学变化，多用计量单位表示。
• 反应（response）:是质效应，指接触某一化学物的群体中出现某种效应的 个体在群体中所占比率。一般以百分率或比值表示，如发病率、死亡率、 肿瘤发生率等。
2、 受试生物的选择 （P97） • 有代表性、对毒物具有敏感性、试验的可行性。
3、生物测试的标准化
• 生物测试的影响因素：
受试生物、试验条件和不同的实验室
• 为便于比较和分析测试结果，必须把测试方法标准化。 应具有精确 性、重复性、可操作性和可比性。
• 【测试条件、生物规格、操作程序方法等规定】
危害性(Hazard)：指定性表示外源化学物对人群健康引起的有害作用。
安全性(Safety)：是指无危险或危险度，可为社会接受(即危险度可忽略)， 即笼统地指在通常条件下接触化学物对人体和人群健康不会引起有害作 用。
F、安全限值
► 安全限值即卫生标准：是指为保护人群健康，对生活和生产环境和各种介质(空气、 水、食物、土壤等)中与人群身体健康有关的各种因素(物理、化学和生物)所规定 的接触浓度和接触时间的限制性量值，在低于此种浓度和时间内，根据现有的知 识，不会观察到任何直接和或间接的有害作用。也就是说，在低于此种浓度和时 间内，对个体或群体健康的危险度是可忽略的。
5、与生物大分子（蛋白质、核酸、脂质）结合。毒物与生物大分子相互作 用主要方式有两种，一种是可逆的，一种是不可逆的。如底物与酶的作用是可 逆的，共价结合形成的加成物是不可逆的。
第03章 污染物的生物效应检测2
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
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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。
大学《环境生物学》课件：第三章 污染与生物效应
根据酶活性的变化在传感器，环境监测中起重要作用
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二、对生物大分子的影响
1、对蛋白质的影响 2、对DNA的影响
DNA损伤的修复 光复活修复 切除修复 重组修复 SOS修复
3、脂质的过氧化
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对蛋白质的影响
导致蛋白质的化学损伤 诱导功能蛋白产生如应激蛋白和金属硫
蛋白 金属硫蛋白对二价金属离子具极高亲合力，对
药物、杀虫剂 苯并芘等多环芳烃
8ห้องสมุดไป่ตู้
甾族化合物
甾族化合物是一类广泛存在于动植物体内的 天然有机化合物，如胆甾醇、胆汁酸、维生素D、 肾上腺皮质激素及性激素等。许多甾族化合物具 有重要的生理作用。
甾醇是甾环 上连有醇羟 基的固态物 质，故又叫 做固醇
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（一）酶活性的诱导
2抗氧化防御系统酶
抗氧化防御系统起到防御过氧化损害的作用
主要有：
水溶性：谷光甘肽、维生素C
脂溶性：维生素E、β-胡萝卜素
酶：
谷胱甘肽S-转移酶
脱毒作用
谷胱甘肽过氧化物酶
可绘制大气污染图谱
超氧化物歧化酶
过氧化氢酶
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氧化还原循环和活性氧的产生
有机污染物 生物转化 自由基代谢物 氧化还原循环
代谢 共价连接DNA 共价连接蛋白质
O2
O2 SOD
.OH
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（二）对细胞器的影响
1线粒体 引起线粒体膜和嵴的形态结构的改变 影响线粒体的氧化磷酸化和电子传递功能 2光面内质网和粗面内质网 光面内质网能代谢激素和外源性化合物 粗面内质网是合成蛋白质的场所 3其它细胞器 如微管、微丝、高尔基体、
溶酶体等
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二、对器官的影响
（一）靶器官 污染物直接毒害的器官 效应器官 靶器官不一定是效应器官 蓄积器官 是污染物在体内的蓄积部位
污染物生物效应检测
第三十二页，课件共102页
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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第三页，课件共102页
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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第四页，课件共102页
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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第二十一页，课件共102页
（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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第六页，课件共102页
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
环境生物学环境污染的生物效应课件
02 环境污染现状及危害
环境污染现状
01
02
03
大气污染
工业废气、汽车尾气等排 放导致大气中颗粒物、二 氧化硫、氮氧化物等污染 物含量超标。
水体污染
工业废水、生活污水等未 经处理直接排放，造成江 河湖海等水体富营养化、 重金属超标等问题。
土壤污染
农药、化肥的过度使用， 工业固体废弃物的堆放等 导致土壤中有毒有害物质 积累。
环境生物学环境污染的生物效应课 件
目录
• 环境生物学概述 • 环境污染现状及危害 • 生物对环境污染响应机制 • 不同类型污染物对生物影响 • 环境污染下生物多样性变化 • 环境监测与治理技术应用 • 总结与展望
01 环境生物学概述
环境生物学定义与发展
定义
环境生物学是研究生物与环境之间 相互作用的科学，探讨生物如何适 应环境以及环境如何影响生物的生 存、生长和繁殖。
染物。
转运过程
污染物在生物体内被转运至各个 组织和器官。例如，通过血液循 环系统，污染物可被输送至全身
各个部位。
代谢过程
生物体内的代谢系统对污染物进 行转化和降解。这包括生物转化 作用，如氧化、还原、水解等， 以及生物累积作用，即污染物在
生物体内的积累。
污染物在生物体内积累与放大
生物放大
某些污染物在食物链中逐级传递并浓缩，导致高营养级生物体 内污染物浓度显著高于低营养级生物。这种现象被称为生物放 大作用。
群落结构变化
群落垂直结构变化
污染环境下，植物群落的层次结构可能发生变化，如乔木层减少、 灌木层和草本层增加。
群落水平结构变化
污染物的扩散和分布不均可能导致生物群落在水平方向上的异质性 增加，出现斑块状分布。
《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。
环境生物学 第三章 污染物的生物效应检测
标准化水生微宇宙（Standardized Aquatic Microcosm， SAM）
• 用于在实验室测定有毒物质在多物种水平对淡水生态系统的 影响。
• 试验时间64天，容器为4L的玻璃广口瓶，试验生物包括10种 藻、4种无脊椎动物、1种细菌。对温度、光照强度、pH值等 理化参数均有具体要求。
• 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
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
3.4 生物致突变、致畸和致癌效应检测
• 突变引起胚胎发育异常； • 对细胞的生长分化较为重要的酶类受到抑制； • 母体正常代谢过程被破坏； • 细胞分裂过程的障碍
致畸试验
• 致畸试验的目的检测环境污染物能否通过妊娠母体引起胚胎 畸形。
• 一般试验动物要求其对化学物质的代谢过程与人相似，胎盘 结构也相似，还要求孕期短，产仔多，经济实用，如家兔、 大鼠、小鼠等。
• 引发阶段 • 促进阶段 • 浸润和转移阶段
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。
3污染物的生物效应检测
致突变试验——体外基因突变试验
Ames试验
野生鼠沙门氏菌
能够自己合成组氨酸
污染物诱导 回复突变
突变鼠沙门氏菌 不能自己合成组氨酸
4.1 致突变效应
致突变试验——体外基因突变试验
哺乳动物体细物诱导 回复突变
突变细胞株 耐受嘌呤碱类似物
4.1 致突变效应
4.1 致突变效应
致突变试验——体内基因突变试验
果蝇伴性隐性致死试验
雄蝇 XY
雌蝇 XX
F1雄蝇 XY
F1雌蝇 XX
F2雄蝇
XY:XY=1:1
4.1 致突变效应
致突变试验——DNA损伤试验
姐妹染色体单体交换试验
浅色
深色 Brdu Brdu 深色
浅色
4.1 致突变效应
致突变试验——DNA损伤试验
2.
3.
4.
2.4 蓄积毒性试验
蓄积毒性作用：低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次
与机体持续接触，经一定时间后使机体出现明显中毒的表现
物质蓄积：污染物进入机体的量大于排出的量，量的积累
功能蓄积：污染物反复作用于机体，最终致病，效的积累
2.4 蓄积毒性试验
试验方法
蓄积系数法
蓄积系数
EC K
测试气体（液体）的给予方式
静止式生物测试 流动式生物测试（重复循环式、更新式）
被测试生物的种类
单物种、多物种、模拟生态系统生物测试
1.3 生物测试的标准化
影响生物测试结果的主要因素