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第三章第三章 污染物生物效应检测污染物生物效应检测本章将讨论以下内容：本章将讨论以下内容：n n生物测试及方式生物测试及方式n n普通毒性试验普通毒性试验n n生物分子和细胞水平检测生物分子和细胞水平检测n n生物致突变、致畸和致癌效应检测生物致突变、致畸和致癌效应检测n n微宇宙法微宇宙法第1页第一节第一节第一节第一节 生物测试及方式生物测试及方式生物测试及方式生物测试及方式一、生物测试（一、生物测试（BioassayBioassay）概念：）概念：n n指系统地利用指系统地利用生物反应生物反应生物反应生物反应测定一个或各种污染物或环境原测定一个或各种污染物或环境原因单独或联合存在时所造成影响或危害。因单独或联合存在时所造成影响或危害。n n注释注释1 1：所利用生物反应包含分子、细胞、组织、器官、：所利用生物反应包含分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统各级水平上反应个体、种群、群落、生态系统各级水平上反应n n注释注释2 2：生物测试与物理化学测试比较：生物测试与物理化学测试比较第2页n n注释注释2 2：生物测试与物理化学测试不一样之处？：生物测试与物理化学测试不一样之处？生物测试不一样于常规物理、化学检测。前者能够生物测试不一样于常规物理、化学检测。前者能够测定测定污染物对生物机体影响污染物对生物机体影响，而后者只能测定，而后者只能测定污染污染物浓度物浓度。比如：经过水污染生物测试可取得以下数据：比如：经过水污染生物测试可取得以下数据：各种环境原因如各种环境原因如DODO、pHpH、温度、混浊度等对生命有利以及、温度、混浊度等对生命有利以及不利浓度或强度；不利浓度或强度；污染物对受测生物毒性；污染物对受测生物毒性；各种水生生物对污染物相对敏感性；各种水生生物对污染物相对敏感性；废水所应处理程度；废水所应处理程度；允许污染物排放浓度等。允许污染物排放浓度等。第3页二、生物测试方式二、生物测试方式n nn依据生物测试所经历时间长短：依据生物测试所经历时间长短：依据生物测试所经历时间长短：短期生物测试短期生物测试短期生物测试/中期生物测试中期生物测试中期生物测试/长久生物测试长久生物测试长久生物测试n nn依据试验溶液或试验气体给予方式：依据试验溶液或试验气体给予方式：依据试验溶液或试验气体给予方式：静止式生物测试静止式生物测试静止式生物测试/流动式生物测试流动式生物测试流动式生物测试n nn依据生物测试中所用测试生物物种：依据生物测试中所用测试生物物种：依据生物测试中所用测试生物物种：单物种生物测试、多物种生物测试和模拟生态系统生物测试单物种生物测试、多物种生物测试和模拟生态系统生物测试单物种生物测试、多物种生物测试和模拟生态系统生物测试n nn依据生物测试中所测试生物效应性质：依据生物测试中所测试生物效应性质：依据生物测试中所测试生物效应性质：毒性试验、积累试验、行为试验、毒性试验、积累试验、行为试验、毒性试验、积累试验、行为试验、“三致三致三致”（致癌、致畸、致突（致癌、致畸、致突（致癌、致畸、致突变）试验、损伤试验等等。变）试验、损伤试验等等。变）试验、损伤试验等等。第4页n n短期生物测试短期生物测试（Short Term BioassaysShort Term Bioassays）被试生物在短时间内暴露于高浓度污染物下，测定污被试生物在短时间内暴露于高浓度污染物下，测定污染物对生物机体影响。主要用于测定染物对生物机体影响。主要用于测定LCLC5050、ICIC5050、ECEC5050用来快速预计污染物毒性；评定几个不一样毒物或废用来快速预计污染物毒性；评定几个不一样毒物或废物对某种生物相对毒性；指示出中期或长久试验所应物对某种生物相对毒性；指示出中期或长久试验所应使用毒物浓度。使用毒物浓度。多数采取静止式。多数采取静止式。n n中期生物测试中期生物测试（Intermediate Term BioassaysIntermediate Term Bioassays）时间为时间为8d8d到到90d90d，多数情况下为流动式。，多数情况下为流动式。第5页n n长久生物测试长久生物测试（Long Term BioassaysLong Term Bioassays）包含全部生活史生物测试（包含全部生活史生物测试（Complete LifeComplete Lifecycle cycle BioassaysBioassays）和部分生活史生物测试（）和部分生活史生物测试（Partial LifePartial Lifecycle Bioassays cycle Bioassays）目标是要测定出在连续情况下不造成有害效应毒物最目标是要测定出在连续情况下不造成有害效应毒物最大浓度或最大允许毒物浓度（大浓度或最大允许毒物浓度（MATCMATC）只能采取流动式只能采取流动式第6页n n受试生物选择受试生物选择敏感性敏感性广泛性和可取得性广泛性和可取得性有代表性，是生态系统主要组成有代表性，是生态系统主要组成易于试验室培养和繁殖易于试验室培养和繁殖含有丰富生物背景资料含有丰富生物背景资料对毒物响应能够被反应和测定对毒物响应能够被反应和测定 等等等等第7页n n影响生物测试结果原因影响生物测试结果原因受试生物受试生物试验条件：要确保试验环境条件（试验条件：要确保试验环境条件（pHpH、硬度、温度等）、硬度、温度等）和自然界季节改变相符合。和自然界季节改变相符合。不一样试验室：人员操作水平、仪器设备差异不一样试验室：人员操作水平、仪器设备差异n n生物测试标准化生物测试标准化第8页第二节第二节 普通毒性试验普通毒性试验一、生物毒性基本概念一、生物毒性基本概念一、生物毒性基本概念n nn毒物（毒物（毒物（ToxicantToxicantToxicant）一定条件下，可引发不良生物反应外来化学物质。一定条件下，可引发不良生物反应外来化学物质。一定条件下，可引发不良生物反应外来化学物质。毒物与非毒物之间不存在绝正确界限，通常一个物质只有到达中毒物与非毒物之间不存在绝正确界限，通常一个物质只有到达中毒物与非毒物之间不存在绝正确界限，通常一个物质只有到达中毒毒毒剂量剂量剂量时才是毒物。时才是毒物。时才是毒物。n nn中毒（中毒（中毒（IntoxicationIntoxicationIntoxication）生物体受到毒物作用引发功效或器质性改变后出现疾病状态。生物体受到毒物作用引发功效或器质性改变后出现疾病状态。生物体受到毒物作用引发功效或器质性改变后出现疾病状态。中毒是各种毒性作用综合表现，包含急性中毒、亚急性中毒、慢中毒是各种毒性作用综合表现，包含急性中毒、亚急性中毒、慢中毒是各种毒性作用综合表现，包含急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒。性中毒。性中毒。第9页n n毒性（毒性（ToxicityToxicity）指一个物质引发机体损伤能力。指一个物质引发机体损伤能力。n n毒性作用或毒效应（毒性作用或毒效应（Toxic EffectToxic Effect）化学物引发生物体损害总称化学物引发生物体损害总称n n无损害作用（无损害作用（Non-adverse EffectNon-adverse Effect）可逆生物学改变，不引发机体形态、生长发育和寿命改变；不引可逆生物学改变，不引发机体形态、生长发育和寿命改变；不引发机体功效容量降低和对额外应激状态代偿能力损害等。发机体功效容量降低和对额外应激状态代偿能力损害等。第10页 n n效应（效应（EffectEffect）也称为作用，指接触一定剂量化学物后，使机体产生生物学也称为作用，指接触一定剂量化学物后，使机体产生生物学改变。改变。效应是对个体而言，这种改变可用一定计量单位表示。效应是对个体而言，这种改变可用一定计量单位表示。n n反应（反应（ResponseResponse）指接触一定剂量化学物后，产生某种效应并到达一定强度个指接触一定剂量化学物后，产生某种效应并到达一定强度个体在群体中所占百分比。体在群体中所占百分比。反应是对群体而言，用百分率或比值来表示，如发病率、死反应是对群体而言，用百分率或比值来表示，如发病率、死亡率等。亡率等。第11页n n剂量效应关系（剂量效应关系（Dose-effect RelationshipDose-effect Relationship）剂量反应关系（剂量反应关系（Dose-response RelationshipDose-response Relationship）分别表示不一样剂量在个体或群体中表现出来量效应大小分别表示不一样剂量在个体或群体中表现出来量效应大小之间关系，以及不一样剂量与质效应发生率之间关系。之间关系，以及不一样剂量与质效应发生率之间关系。以剂量为横坐标，以表示效应强度计算单位或表示反应百以剂量为横坐标，以表示效应强度计算单位或表示反应百分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到曲线，即为剂量分率或比值为纵坐标绘制散点图所得到曲线，即为剂量效应关系和剂量反应关系曲线。效应关系和剂量反应关系曲线。不一样化学物或同一化学物在不一样条件下，其剂量与效不一样化学物或同一化学物在不一样条件下，其剂量与效应或反应相关关系不一样，可展现不一样类型曲线。（见应或反应相关关系不一样，可展现不一样类型曲线。（见图图3 31 1，3 32 2，3 33 3，3 34 4）第12页剂量效应关系和剂量反应关系曲线图剂量效应关系和剂量反应关系曲线图剂量剂量10050反应强度（）反应强度（）图图31剂量反应曲线（直线型）剂量反应曲线（直线型）剂量剂量10050死亡率（）死亡率（）图图32 剂量反应曲线（抛物线型）剂量反应曲线（抛物线型）对数剂量对数剂量10050死亡率（）死亡率（）图图33 剂量反应曲线（剂量反应曲线（S形线型）形线型）死亡率（概率单位）死亡率（概率单位）对数剂量对数剂量10050图图34 剂量反应曲线剂量反应曲线第13页n n危害性（危害性（HazardHazard）:有毒物质在与机体接触或使用过程中，引发中毒可能性。有毒物质在与机体接触或使用过程中，引发中毒可能性。与风险（与风险（RiskRisk）相近）相近n n危险性：危险性：化学物质在正常生产使用条件下，能引发机体发生中毒可能性。化学物质在正常生产使用条件下，能引发机体发生中毒可能性。偏重物质本身性质。偏重物质本身性质。第14页二、毒性试验惯用参数二、毒性试验惯用参数n n致死剂量或致死浓度（致死剂量或致死浓度（Lethal Dose/LDLethal Dose/LD，Lethal Concentration/LCLethal Concentration/LC）表示一次染毒后，在一定时间内引发受试动物死亡剂表示一次染毒后，在一定时间内引发受试动物死亡剂量或浓度。量或浓度。绝对致死剂量或浓度（绝对致死剂量或浓度（LDLD100100、LCLC100100）半数致死剂量或浓度（半数致死剂量或浓度（LDLD5050、LCLC5050）最小致死剂量或浓度（最小致死剂量或浓度（MLDMLD、MLCMLC）最大耐受剂量或浓度（最大耐受剂量或浓度（LDLD0 0、LCLC0 0）第15页n n最大无作用剂量（最大无作用剂量（Maximum No-Effect Level,MNELMaximum No-Effect Level,MNEL）指化学物在一定时间内，按一定方式与机体接触，按一定检测指化学物在一定时间内，按一定方式与机体接触，按一定检测方法或观察指标，不能观察到任何损害作用最高剂量。方法或观察指标，不能观察到任何损害作用最高剂量。随试验方法改进而改变随试验方法改进而改变每日允许摄入量（每日允许摄入量（Acceptable Daily IntakeAcceptable Daily Intake，ADIADI）最高允许浓度（最高允许浓度（Maximum Allowable ConcentrationMaximum Allowable Concentration，MACMAC）n n最小有作用剂量（最小有作用剂量（MELMEL）/中毒阈剂量（中毒阈剂量（TLTL）第16页n n毒作用带（毒作用带（Toxic Effect ZoneToxic Effect Zone）一个依据毒性和毒性作用特点综合评价外来物危险性指标。是一个依据毒性和毒性作用特点综合评价外来物危险性指标。是对对LDLD5050补充。补充。急性毒性作用带（急性毒性作用带（AcuteAcutetoxic Effect Zonetoxic Effect Zone）慢性毒性作用带（慢性毒性作用带（Chronic Chronic toxic Effect Zone toxic Effect Zone）第17页n n半效应浓度（半效应浓度（ECEC5050）在一定时间内，引发在一定时间内，引发50%50%受试生物某种效应改变浓度。受试生物某种效应改变浓度。只有同种效应才能比较。只有同种效应才能比较。n n半数抑制浓度（半数抑制浓度（ICIC5050）是指能引发受试受试生物是指能引发受试受试生物50%50%抑制浓度抑制浓度惯用于对生长速率和活性抑制。惯用于对生长速率和活性抑制。第18页n n毒物单位与分级：毒物单位与分级：mg/L,mg/kg,mg/m3mg/L,mg/kg,mg/m3分级：按急性毒性，人为分级。与染毒方式相关。分级：按急性毒性，人为分级。与染毒方式相关。第19页第20页三、急性毒性试验（三、急性毒性试验（Acute Toxicity TestAcute Toxicity Test）n n急性毒性试验（急性毒性试验（Acute Toxicity TestAcute Toxicity Test）n n研究化学物质大剂量一次染毒或二十四小研究化学物质大剂量一次染毒或二十四小时内屡次染毒动物所引发毒性试验。时内屡次染毒动物所引发毒性试验。n n其目标是短期内了解该物质毒性大小和特其目标是短期内了解该物质毒性大小和特点，并为深入开展其他毒性试验提供设计点，并为深入开展其他毒性试验提供设计依据。依据。n n急性毒性试验类型急性毒性试验类型n n哺乳动物急性毒性试验哺乳动物急性毒性试验n n水生生物急性毒性试验水生生物急性毒性试验n n蚯蚓急性毒性试验蚯蚓急性毒性试验第21页急性毒性试验过程（啮齿类）1 1、按试验要求选择受试生物、按试验要求选择受试生物惯用成年大鼠或小鼠，雌雄动物同时试验，对试验动物预先惯用成年大鼠或小鼠，雌雄动物同时试验，对试验动物预先观察几天后标识编号并随机分组。观察几天后标识编号并随机分组。2 2、预备试验和确定剂量组、预备试验和确定剂量组选取少许动物进行预备试验，求出引发动物选取少许动物进行预备试验，求出引发动物9090（或全部）（或全部）死亡剂量（即最高剂量组剂量）和引发动物死亡剂量（即最高剂量组剂量）和引发动物1010死亡（或死亡（或不死亡）剂量（即最低剂量组剂量）。不死亡）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范围内，按等比级数插在最高剂量组剂量和最低剂量组剂量范围内，按等比级数插入若干个中间剂量（普通为入若干个中间剂量（普通为4-64-6个），从而确定正式试验剂个），从而确定正式试验剂量组。量组。第22页3 3、染毒方式和受试物配制、染毒方式和受试物配制普通用灌胃法和人工熏气法。普通用灌胃法和人工熏气法。受试物配制：配制试验所需最高剂量浓度溶液，然后依次受试物配制：配制试验所需最高剂量浓度溶液，然后依次稀释到所需浓度。稀释到所需浓度。4 4、观察指标、观察指标中毒症状：普通观察中毒症状：普通观察24244848小时，最好观察到绝大多数动小时，最好观察到绝大多数动物出现经典中毒症状。物出现经典中毒症状。动物死亡数目和死亡时间动物死亡数目和死亡时间病理检验：对于试验时马上死亡动物，可解剖，分析死亡病理检验：对于试验时马上死亡动物，可解剖，分析死亡原因，看是技术事故还是中毒引发死亡。原因，看是技术事故还是中毒引发死亡。第23页5 5、确定半数致死量（、确定半数致死量（LDLD5050）6 6、试验结果、试验结果LDLD5050值越小，毒性越大。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毒性，而不急性毒性试验结果只能粗略地表示某化学物质毒性，而不能全方面反应其毒性。能全方面反应其毒性。因为动物种属、性别、染毒方式不一样，所表现毒性也不因为动物种属、性别、染毒方式不一样，所表现毒性也不一致，故表示一致，故表示LDLD5050应注释明动物种类和染毒方式。应注释明动物种类和染毒方式。第24页鱼类急性毒性试验过程n n选择适当鱼类选择适当鱼类n n确定养殖条件确定养殖条件水质、水量、水质、水量、pHpH、温度、溶氧量等、温度、溶氧量等蚯蚓急性毒性试验过程n n主要评价土壤中残留农药毒性主要评价土壤中残留农药毒性n n普通采取普通采取试纸法试纸法（蚯蚓与浸润在试纸上有害物接触）与（蚯蚓与浸润在试纸上有害物接触）与人工土壤法人工土壤法（将一定浓度有害物置于人工土壤中）（将一定浓度有害物置于人工土壤中）第25页四、亚慢性毒性试验和慢性毒性试验四、亚慢性毒性试验和慢性毒性试验亚慢性毒性试验n n在生物生命周期在生物生命周期1/201/301/201/30时间内时间内,使生物天天或重复屡使生物天天或重复屡次接触受试物毒性试验，以确定最大毒物效应剂量和效次接触受试物毒性试验，以确定最大毒物效应剂量和效应时间。应时间。n n采取剂量是采取剂量是LDLD50501/801/501/801/50，给药路径尽可能模仿人类，给药路径尽可能模仿人类在环境中实际接触方法。在环境中实际接触方法。n n观察指标主要有：观察指标主要有：（a a）表观指标，如生长情况、活动能力、死亡等表观指标，如生长情况、活动能力、死亡等（b b）血液与生化指标，如血细胞、肝功效等血液与生化指标，如血细胞、肝功效等（c c）病理组织学检验，如肝、肺肾等有否病变等病理组织学检验，如肝、肺肾等有否病变等第26页第27页慢性试验n n目标是最终确定最大无作用剂量，为制订目标是最终确定最大无作用剂量，为制订人体每日允人体每日允许摄入量许摄入量和和最高允许浓度最高允许浓度提供毒理学依据。提供毒理学依据。n n试验步骤以下：试验步骤以下：选择与确定试验动物；选择与确定试验动物；试验浓度为亚慢性试验中最低中毒浓度试验浓度为亚慢性试验中最低中毒浓度1/101/50;1/101/50;给药方法同亚慢性，试验周期约数个月至两年给药方法同亚慢性，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）；（基本覆盖受试动物整个生命周期）；观察指标同亚慢性。观察指标同亚慢性。第28页五、蓄积毒性试验五、蓄积毒性试验n n低于中毒阈剂量外来化合物，重复屡次地与机体连续低于中毒阈剂量外来化合物，重复屡次地与机体连续接触，经一定时间后使机体出现显著中毒表现，即为接触，经一定时间后使机体出现显著中毒表现，即为蓄积毒性作用蓄积毒性作用是因为外来化合物进入机体速度大于有机体消除速度，而使是因为外来化合物进入机体速度大于有机体消除速度，而使外来化合物在体内量不停累积，到达了使机体引发毒性作用外来化合物在体内量不停累积，到达了使机体引发毒性作用阈剂量所致。阈剂量所致。是引发亚慢性和慢性毒性作用基础。是引发亚慢性和慢性毒性作用基础。是评定环境污染毒性作用惯用指标之一，也是制订其在环境是评定环境污染毒性作用惯用指标之一，也是制订其在环境中卫生标准主要参考依据。中卫生标准主要参考依据。第29页n n蓄积系数法蓄积系数法（Cumulative Coefficient MethodCumulative Coefficient Method）是分次给受试物后引发是分次给受试物后引发50%50%受试动物出现某种毒受试动物出现某种毒效应总剂量，与一次给受试物后引发效应总剂量，与一次给受试物后引发50%50%受试动受试动物出现同一毒效应剂量比值物出现同一毒效应剂量比值 蓄积系数蓄积系数 K K （比值愈小，表示蓄积作用愈强）（比值愈小，表示蓄积作用愈强）第30页第31页n n生物半减期生物半减期生物半减期（生物半减期（T T1/21/2）是指一个外来化合物在体内消）是指一个外来化合物在体内消除到原有浓度（或量）二分之一所需要时间。除到原有浓度（或量）二分之一所需要时间。生物半减期越长物质，表示越不易由体内消除，生物半减期越长物质，表示越不易由体内消除，其蓄积作用可能性就越大。其蓄积作用可能性就越大。n nT T1/2 1/2=第32页n n动物细胞模型法采取采取动物细胞动物细胞（如：非洲绿猴肾细胞）作为试验（如：非洲绿猴肾细胞）作为试验受体，经过细胞培养，观察含外源化学物质培养受体，经过细胞培养，观察含外源化学物质培养基中细胞生长情况（与对摄影比较），从而确定基中细胞生长情况（与对摄影比较），从而确定化学物对细胞生长产生毒效应；化学物对细胞生长产生毒效应；测试时间普通只需测试时间普通只需4848h h，而且重复性好、成本低、而且重复性好、成本低、可较直接反应对人体影响。可较直接反应对人体影响。细胞水平检测：细胞水平检测：第三节第三节 生物分子和细胞水平检测生物分子和细胞水平检测第33页分子水平检测分子水平检测1 1：n n加合物测定加合物测定DNADNA加合物测定加合物测定 蛋白加合物测定蛋白加合物测定 eg eg：HbHb加合物加合物第34页分子水平检测分子水平检测2 2：n n酶活性测定方法：酶活性测定方法：直接法：直接法：指直接测定体液中酶含量，该法技术要求较指直接测定体液中酶含量，该法技术要求较高；高；间接法：间接法：经过测定酶反应中底物降低或产物增加量来经过测定酶反应中底物降低或产物增加量来确定酶活性，该方法当前使用广泛，但要求确定酶活性，该方法当前使用广泛，但要求反应专一性较高，反应结果与过程方便观察。反应专一性较高，反应结果与过程方便观察。第35页n n酶活性测定酶活性测定普通代谢酶普通代谢酶活性测定活性测定乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶腺三磷酶腺三磷酶解毒系统酶类解毒系统酶类诱导作用检测诱导作用检测混合功效氧化酶诱导作用混合功效氧化酶诱导作用谷胱甘肽硫转移酶谷胱甘肽硫转移酶抗氧化防御系统抗氧化防御系统检测检测过氧化氢酶过氧化氢酶谷胱甘肽过氧化酶谷胱甘肽过氧化酶第36页第四节第四节 生物致突变、致畸和致癌效应检测生物致突变、致畸和致癌效应检测n n基本概念基本概念突变（突变（MutationMutation）：）：生物体遗传物质发生了基因结构改变。生物体遗传物质发生了基因结构改变。基因突变（基因突变（Gene Mutation Gene Mutation）和染色体畸变）和染色体畸变（Chromosome Mutation Chromosome Mutation）基基 因因 突突 变：只包括染色体某一部分改变，不能用光学显微变：只包括染色体某一部分改变，不能用光学显微镜直接观察镜直接观察染色体畸变：染色体数目或结构发生改变，可用光学直接观染色体畸变：染色体数目或结构发生改变，可用光学直接观察察一、致突变试验一、致突变试验第37页致突变作用（致突变作用（MutagenesisMutagenesis）和致突变物）和致突变物（MutagenMutagen）致突变作用：一些物质引发生物体遗传物质发生基因结构改致突变作用：一些物质引发生物体遗传物质发生基因结构改变作用变作用致致 突突 变变 物：含有引发生物体遗传物质发生基因结构改变物物：含有引发生物体遗传物质发生基因结构改变物质质第38页n n致突变试验目标致突变试验目标确定某种外来化合物（或环境污染物）对生物体是确定某种外来化合物（或环境污染物）对生物体是否含有致突变作用。否含有致突变作用。n n致突变试验方法致突变试验方法基因突变试验基因突变试验比如比如AmesAmes试验试验、哺乳动物体细胞突变株试验、哺乳动物体细胞突变株试验染色体畸变试验染色体畸变试验DNADNA损伤试验损伤试验第39页AmesAmes试验试验（沙门氏菌回复突变试验）（沙门氏菌回复突变试验）n nAmesAmes试验试验原理原理利用一个利用一个营养缺点型突变型菌株营养缺点型突变型菌株与受试物接触，若与受试物接触，若此化学物质含有此化学物质含有致突变性致突变性，可使突变型微生物再发，可使突变型微生物再发生生回复突变回复突变，重新成为，重新成为野生型微生物野生型微生物。注释注释1 1：营养缺点型突变型菌株：营养缺点型突变型菌株：不具合成组氨酸能力，不能不具合成组氨酸能力，不能在低营养培养基上生长在低营养培养基上生长注释注释2 2：野生型微生物：野生型微生物：第40页n n鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌/哺乳动物微粒体酶试验法哺乳动物微粒体酶试验法一些化学物质需经代谢活化才有致变作用，在测试系一些化学物质需经代谢活化才有致变作用，在测试系统中加入哺乳动物微粒体酶，从而填补体外试验缺乏统中加入哺乳动物微粒体酶，从而填补体外试验缺乏代谢活化系统之不足。代谢活化系统之不足。方法：在动物体外将待测物经肝微粒体酶系活化后，方法：在动物体外将待测物经肝微粒体酶系活化后，检测其所诱发沙门氏菌回变菌落数。检测其所诱发沙门氏菌回变菌落数。突变率诱发回复突变菌落数突变率诱发回复突变菌落数 /自发回复突变菌落数自发回复突变菌落数（对照）（对照）当突变率大于当突变率大于2.02.0时，为阳性结果。时，为阳性结果。第41页n nAmesAmes试验应用试验应用检测检测食品添加剂、化装品食品添加剂、化装品等致突变性，由此推测其致癌性；等致突变性，由此推测其致癌性；检测检测水源水和饮用水水源水和饮用水致突变性，探索较现行方法愈加卫生安全消毒致突变性，探索较现行方法愈加卫生安全消毒办法；办法；检测检测城市污水和工业废水城市污水和工业废水致突变性，结合化学分析，追踪污染源，致突变性，结合化学分析，追踪污染源，为研究防治对策提供依据；为研究防治对策提供依据；检测检测土壤、污泥、工业废渣堆肥、废物灰烬土壤、污泥、工业废渣堆肥、废物灰烬致突变性，以预防维系致突变性，以预防维系生命土壤受致突变物污染后，经过农作物危害人类；生命土壤受致突变物污染后，经过农作物危害人类；检测检测气态污染物气态污染物致突变性，预防污染物经由大气，经过呼吸对人体致突变性，预防污染物经由大气，经过呼吸对人体发生潜在危害；发生潜在危害；研究研究化合物结构与致变性关系化合物结构与致变性关系，为合成对环境无潜在危害新化合物，为合成对环境无潜在危害新化合物提供理论依据；提供理论依据；还有用还有用AmesAmes试验试验筛选抗突变物筛选抗突变物，研究开发新抗癌药，研究开发新抗癌药。第42页原理：某种动物原理：某种动物体细胞突变株体细胞突变株缺乏利用嘌呤碱酶缺乏利用嘌呤碱酶，所，所以以不能利用一些嘌呤碱类似物不能利用一些嘌呤碱类似物，但正常细胞能，但正常细胞能够利用。当培养液中存在有一些不常见嘌呤碱够利用。当培养液中存在有一些不常见嘌呤碱类似物时，正常细胞能够将这些嘌呤类似物结类似物时，正常细胞能够将这些嘌呤类似物结合进合进DNADNA中，从而影响细胞生长。但突变型细中，从而影响细胞生长。但突变型细胞不受影响。胞不受影响。一旦突变型细胞和某种化学物接一旦突变型细胞和某种化学物接触后又变为对这些嘌呤碱敏感野生型触后又变为对这些嘌呤碱敏感野生型，就说明，就说明这种化学物含有致突变性这种化学物含有致突变性哺乳动物体细胞突变株试验哺乳动物体细胞突变株试验第43页n n体外培养法：体外培养法：动物细胞（如淋巴细胞等）在一定培养液动物细胞（如淋巴细胞等）在一定培养液中中3737o oC C培养培养1 13 3天，培养过程中与受试物同时接触。天，培养过程中与受试物同时接触。在细胞收获前加入秋水仙碱使细胞分裂停顿于分裂中期在细胞收获前加入秋水仙碱使细胞分裂停顿于分裂中期（该期细胞较易观察胞内染色体结构），然后经一定预（该期细胞较易观察胞内染色体结构），然后经一定预处理，在显微镜下观察染色体数目和结构等（如断裂、处理，在显微镜下观察染色体数目和结构等（如断裂、缺失、环状等）。缺失、环状等）。n n体内试验法：体内试验法：也采取灌胃或腹腔注射方式使受试物进入也采取灌胃或腹腔注射方式使受试物进入动物体内（如小鼠等），喂养数个月，在处死前注入秋动物体内（如小鼠等），喂养数个月，在处死前注入秋水仙碱，抽取骨髓细胞经预处理后显微观察。水仙碱，抽取骨髓细胞经预处理后显微观察。显微镜检测染色体畸变显微镜检测染色体畸变第44页微核试验微核试验n n 微微核核是是染染色色单单体体或或染染色色体体无无着着丝丝点点断断片片或或因因纺纺锤锤体体受受伤伤而而失失去去整整个个染染色色体体，在在分分裂裂后后期期，仍仍留留在在细细胞胞质质中中，或或因因核核膜膜受受损损后后核核物物质质向向外外突突出出延延伸伸形形成成，形形成成一一个个或或几几个个规规则则圆圆形形或或椭椭圆圆形形小小体体，其其嗜嗜染染性性与与细细胞胞核核相相同同，比主核小，故称微核。比主核小，故称微核。蚕豆根尖微核试验蚕豆根尖微核试验第45页第46页二、二、致畸效应致畸效应n n概念概念畸形（畸形（MalformationMalformation）、畸胎（）、畸胎（TerateTerate）畸形：胚胎在发育过程中，因为受到某种原因影响，使胚胎细畸形：胚胎在发育过程中，因为受到某种原因影响，使胚胎细胞分化和器官形成不能正常进行，而造成器官组织上缺点，并胞分化和器官形成不能正常进行，而造成器官组织上缺点，并出现出现肉眼可见形态结构异常肉眼可见形态结构异常畸胎：有畸形胚胎或胎仔称为畸胎（广义畸胎还包含生化、生畸胎：有畸形胚胎或胎仔称为畸胎（广义畸胎还包含生化、生理功效及行为发育缺点）理功效及行为发育缺点）致畸作用（致畸作用（TeratogenesisTeratogenesis）、致畸物（）、致畸物（TeratogenTeratogen）致畸物经过母体作用于胚胎而引发胎儿畸形现象称为致畸作用。致畸物经过母体作用于胚胎而引发胎儿畸形现象称为致畸作用。第47页“反应停反应停”致畸致畸第48页n n致畸作用毒理学特点致畸作用毒理学特点不一样发育阶段敏感性不一样不一样发育阶段敏感性不一样不一样发育阶段畸形不一样不一样发育阶段畸形不一样种属差异显著种属差异显著致畸作用带较窄致畸作用带较窄第49页n n化学致畸作用机理化学致畸作用机理突变引发胚胎发育异常；突变引发胚胎发育异常；对细胞生长分化较为主要酶类受到抑制；对细胞生长分化较为主要酶类受到抑制；母体正常代谢过程被破坏；母体正常代谢过程被破坏；细胞分裂过程障碍细胞分裂过程障碍第50页n n致畸试验致畸试验目标：检测环境污染物能否经过妊娠母体引发胚胎畸形。目标：检测环境污染物能否经过妊娠母体引发胚胎畸形。普经过程为选择适当受试动物，受孕后给予一定剂量化普经过程为选择适当受试动物，受孕后给予一定剂量化学物（如灌胃等），在自然预产期前学物（如灌胃等），在自然预产期前1 12 2天解剖检验胎天解剖检验胎儿是否发生畸形。儿是否发生畸形。普通试验动物要求其对化学物质代谢过程与人相同，胎普通试验动物要求其对化学物质代谢过程与人相同，胎盘结构也相同，还要求孕期短，产仔多，经济实用，如盘结构也相同，还要求孕期短，产仔多，经济实用，如大鼠大鼠、家兔、小鼠等。、家兔、小鼠等。第51页n n致畸作用评价致畸作用评价注意与自然变异区分；注意与自然变异区分；注意种属差异；注意种属差异；注意试验阈剂量与人类实际可能摄入量之间差异。注意试验阈剂量与人类实际可能摄入量之间差异。第52页三、致癌效应三、致癌效应n n概念概念癌：癌：细胞自主生长，不停分裂形成危害机体肿块细胞自主生长，不停分裂形成危害机体肿块（恶性肿瘤）。（恶性肿瘤）。化学致癌作用（化学致癌作用（Chemical CarcinogenesisChemical Carcinogenesis）指化学物质（包含有机、无机、天然和合成化学物质）引指化学物质（包含有机、无机、天然和合成化学物质）引发肿瘤过程。发肿瘤过程。化学致癌物（化学致癌物（Chemical CarcinogenChemical Carcinogen）指能诱发肿瘤化学物质。指能诱发肿瘤化学物质。致癌原因：化学致癌原因：化学 物理：射线物理：射线 生物：病毒生物：病毒第53页n n细胞癌变学说细胞癌变学说体细胞突变学说体细胞突变学说癌变形成基础是体细胞发生了突变，造成其功效发生癌变形成基础是体细胞发生了突变，造成其功效发生异常。异常。分化障碍学说分化障碍学说 细胞癌变不一定需要体细胞遗传物质发生突变，而细胞癌变不一定需要体细胞遗传物质发生突变，而只是细胞分化过程中相关基因调控过程受到致癌原因只是细胞分化过程中相关基因调控过程受到致癌原因干扰，使细胞分化和增殖发生紊乱而出现癌变。干扰，使细胞分化和增殖发生紊乱而出现癌变。第54页n n癌变过程癌变过程引发阶段引发阶段正常细胞转化为癌细胞过程。正常细胞转化为癌细胞过程。促长阶段促长阶段 促长是经过引发癌细胞不停增殖直至形成一个临床上可被检促长是经过引发癌细胞不停增殖直至形成一个临床上可被检出之肿块过程，是癌增殖阶段。促进过程需要较长时间，普出之肿块过程，是癌增殖阶段。促进过程需要较长时间，普通为可逆过程。通为可逆过程。浸润和转移阶段浸润和转移阶段浸润：癌细胞分泌毒素，侵蚀和破坏体内各种组织和器官。浸润：癌细胞分泌毒素，侵蚀和破坏体内各种组织和器官。转移：癌细胞从初生肿瘤中离散，随血液循环向全身扩散。转移：癌细胞从初生肿瘤中离散，随血液循环向全身扩散。第55页n n致癌试验致癌试验目标：检验受试物及其代谢产物是否含有致癌效目标：检验受试物及其代谢产物是否含有致癌效应或诱发肿瘤作用慢性毒性试验法。应或诱发肿瘤作用慢性毒性试验法。试验方法（试验方法（p130p130）短期筛检方法短期筛检方法 85 85以上癌症都是由致突变作用造成以上癌症都是由致突变作用造成,利用已建立各种利用已建立各种致突变试验方法快速筛检外来化合物是否含有致癌作用致突变试验方法快速筛检外来化合物是否含有致癌作用长久动物诱癌试验长久动物诱癌试验 过程过程：选择受试动物类型与数量；确定剂量与给药方式；：选择受试动物类型与数量；确定剂量与给药方式；观察结果（包含肿瘤发生情况，发生率，潜伏期）最终观察结果（包含肿瘤发生情况，发生率，潜伏期）最终确定结果等。确定结果等。第56页第五节第五节 微宇宙法微宇宙法n n微宇宙（微宇宙（MicrocosmMicrocosm）是研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物是研究污染物在生物种群、群落、生态系统和生物圈水平上生物效应一个方法，又称模型生态系统法圈水平上生物效应一个方法，又称模型生态系统法（Model EcosystemModel Ecosystem）可分为可分为自然微宇宙自然微宇宙和和人工微宇宙人工微宇宙或或也可分为也可分为水生微宇宙水生微宇宙和和陆生微宇宙陆生微宇宙。第57页n n标准化水生微宇宙标准化水生微宇宙 （Standardized Aquatic MicrocosmStandardized Aquatic Microcosm，SAMSAM）用于在试验室测定有毒物质在多物种水平对淡水生态系统影响。用于在试验室测定有毒物质在多物种水平对淡水生态系统影响。试验时间试验时间6464天，容器为天，容器为4L4L玻璃广口瓶玻璃广口瓶试验生物包含试验生物包含1010种藻、种藻、4 4种无脊椎动物、种无脊椎动物、1 1种细菌。种细菌。对温度、光照强度、对温度、光照强度、pHpH值等理化参数都有详细要求。值等理化参数都有详细要求。第58页n n烧杯水生微宇宙（烧杯水生微宇宙（Mixed Mixed Flask CultureFlask Culture，MFCMFC）又称烧杯混合培养，试验时间又称烧杯混合培养，试验时间12121414周，容器为周，容器为1L1L玻璃广口玻璃广口瓶，试验生物包含瓶，试验生物包含4 4种藻、种藻、2 2种种无脊椎动物、一些细菌和原生无脊椎动物、一些细菌