环境生物学第三章精选文档.ppt

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1、环境生物学第三章环境生物学第三章本讲稿第一页，共六十四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（Bioassay）的概念：n n指系统地利用指系统地利用生物的反应生物的反应生物的反应生物的反应测定一种或多种污染物或环境因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。素单独或联合存在时所导致的影响或危害。n n注释注释1 1：所利用的生物反应包括分子、细胞、组织、器官、个：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体、种群、群落、生态系统各级水平上的反应n n注释注释2 2：生

2、物测试与物理化学测试的比较：生物测试与物理化学测试的比较本讲稿第二页，共六十四页n n注注释释2 2：生物：生物测试测试与物理化学与物理化学测试测试的不同之的不同之处处？生物生物测试测试不同于常不同于常规规的物理、化学的物理、化学检测检测。前者能。前者能够测够测定定污污染物染物对对生物机体的影响生物机体的影响，而后者只能，而后者只能测测定定污污染物的染物的浓浓度度。例如：通例如：通过过水水污污染的生物染的生物测试测试可可获获得以下数据：得以下数据：各种各种环环境因素如境因素如DODO、pHpH、温度、混、温度、混浊浊度等度等对对生命的有利以及不利生命的有利以及不利的的浓浓度或度或强强度；度；污

3、污染物染物对对受受测测生物的毒性；生物的毒性；各种水生生物各种水生生物对污对污染物的相染物的相对对敏感性；敏感性；废废水所水所应处应处理的程度；理的程度；允允许许的的污污染物排放染物排放浓浓度等。度等。本讲稿第三页，共六十四页二、生物测试的方式n nn根据生物测试所经历的时间长短：根据生物测试所经历的时间长短：根据生物测试所经历的时间长短：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/长期生物测试长期生物测试长期生物测试n nn根据试验溶液或试验气体的给予方式：根据试验溶液或试验气体的给予方式：根据试验溶液或试验气体的给予方式：静止式生物测试静止式生物测试静止式生

4、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根据生物测试中所用测试生物的物种：根据生物测试中所用测试生物的物种：根据生物测试中所用测试生物的物种：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根据生物测试中所测试的生物效应性质：根据生物测试中所测试的生物效应性质：根据生物测试中所测试的生物效应性质：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、致突变）试验、损伤（致癌、致畸、致突变）试验、损

5、伤（致癌、致畸、致突变）试验、损伤试验等等。试验等等。试验等等。本讲稿第四页，共六十四页n n短期生物短期生物测试测试（Short Term BioassaysShort Term Bioassays）被被试试生物在短生物在短时间时间内暴露于高内暴露于高浓浓度的度的污污染物下，染物下，测测定定污污染物染物对对生物机体的影响。主要用于生物机体的影响。主要用于测测定定LCLC5050、ICIC5050、ECEC5050用来快速估用来快速估计污计污染物的毒性；染物的毒性；评评定几种不同毒物或定几种不同毒物或废废物物对对某种生某种生物的相物的相对对毒性；指示出中期或毒性；指示出中期或长长期期试验试验所

6、所应应使用的毒物使用的毒物浓浓度。度。多数采用静止式。多数采用静止式。n n中期生物中期生物测试测试（Intermediate Term BioassaysIntermediate Term Bioassays）时间为时间为8d8d到到90d90d，多数情况下，多数情况下为为流流动动式。式。本讲稿第五页，共六十四页n n长长期生物期生物测试测试（Long Term BioassaysLong Term Bioassays）包括全部生活史的生物包括全部生活史的生物测试测试（Complete LifeComplete Lifecycle cycle BioassaysBioassays）和部分生活

7、史的生物）和部分生活史的生物测试测试（Partial LifePartial Lifecycle cycle Bioassays Bioassays）目的是要目的是要测测定出在持定出在持续续情况下不造成有害效情况下不造成有害效应应的毒物最大的毒物最大浓浓度或最大允度或最大允许许毒物毒物浓浓度（度（MATCMATC）只能采用流只能采用流动动式式本讲稿第六页，共六十四页n n受试生物的选择敏感性敏感性广泛性和可获得性广泛性和可获得性有代表性，是生态系统的重要组成有代表性，是生态系统的重要组成易于实验室培养和繁殖易于实验室培养和繁殖具有丰富的生物背景资料具有丰富的生物背景资料对毒物的响应能够被反应和

8、测定对毒物的响应能够被反应和测定 等等等等本讲稿第七页，共六十四页n n影响生物影响生物测试结测试结果的因素果的因素受受试试生物生物试验试验条件：要保条件：要保证试验证试验的的环环境条件（境条件（pHpH、硬度、温度等）和、硬度、温度等）和自然界的季自然界的季节变节变化相符合。化相符合。不同不同实验实验室：人室：人员员操作水平、操作水平、仪仪器器设备设备差异差异n n生物生物测试测试的的标标准化准化本讲稿第八页，共六十四页第二节 一般毒性试验一、生物毒性的基本概念一、生物毒性的基本概念n nn毒物（毒物（毒物（ToxicantToxicantToxicant）一定条件下，可引起不良生物反应的外

9、来化学物质。一定条件下，可引起不良生物反应的外来化学物质。一定条件下，可引起不良生物反应的外来化学物质。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剂量剂量时时时才是毒物。才是毒物。才是毒物。n nn中毒（中毒（中毒（IntoxicationIntoxicationIntoxication）生物体受到毒物作用引起功能或器质性改变后出现的疾病状态。生物体受到毒物作用引起功能或器质性改变后出现的疾病状态。生物体受到毒物作用引起功能或器质性改变后出现的疾病状态。中毒是

10、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。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。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。本讲稿第九页，共六十四页n n毒性（毒性（ToxicityToxicity）指一种物指一种物质质引起机体引起机体损伤损伤的能力。的能力。n n毒性作用或毒效毒性作用或毒效应应（Toxic EffectToxic Effect）化学物引起生物体化学物引起生物体损损害的害的总总称称n n无无损损害作用（害作用（Non-adverse EffectNon-adverse Effect）可逆的生物学可逆的生物学变

11、变化，不引起机体形化，不引起机体形态态、生、生长发长发育和寿命的改育和寿命的改变变；不引起机体；不引起机体功能容量的降低和功能容量的降低和对额对额外外应应激状激状态态代代偿偿能力的能力的损损害等。害等。本讲稿第十页，共六十四页 n n效应（效应（EffectEffect）也称为作用，指接触一定剂量化学物后，使机体产生的生物学改变。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。效应是对个体而言的，这种改变可用一定的计量单位表示。n n反应（反应（ResponseResponse）指接触一定剂量化学物后，产生某种效应并达到一定强度的

12、个体在群体中所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。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。率等。本讲稿第十一页，共六十四页n n剂剂量效量效应应关系（关系（Dose-effect RelationshipDose-effect Relationship）剂剂量反量反应应关系（关系（Dose-response RelationshipDose-response Relationship）分分别别表示不同表示不同剂剂量在个体或群体中表量在个体或群体中表现现出来的量效出来的

13、量效应应大小之大小之间间的关系，以及不同的关系，以及不同剂剂量与量与质质效效应发应发生率之生率之间间的关系。的关系。以以剂剂量量为为横坐横坐标标，以表示效，以表示效应强应强度的度的计计算算单单位或表示反位或表示反应应的百的百分率或比分率或比值为纵值为纵坐坐标绘标绘制散点制散点图图所得到的曲所得到的曲线线，即，即为剂为剂量效量效应应关系和关系和剂剂量反量反应应关系曲关系曲线线。不同的化学物或同一化学物在不同条件下，其不同的化学物或同一化学物在不同条件下，其剂剂量与效量与效应应或反或反应应的相关的相关关系不同，可呈关系不同，可呈现现不同不同类类型的曲型的曲线线。（。（见图见图3 31 1，3 32

14、 2，3 33 3，3 34 4）本讲稿第十二页，共六十四页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本讲稿第十三页，共六十四页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，引起中毒的

15、可能性。有毒物质在与机体接触或使用过程中，引起中毒的可能性。与风险（与风险（RiskRisk）相近）相近n n危险性：危险性：化学物质在正常的生产使用条件下，能引起机体发生中毒的可能性。化学物质在正常的生产使用条件下，能引起机体发生中毒的可能性。偏重物质本身性质。偏重物质本身性质。本讲稿第十四页，共六十四页二、毒性试验常用参数二、毒性试验常用参数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 Lethal Concentration/LCConcentration/LC）表示一次染毒后，在一定时间内引起受试动物死亡的剂表示一

16、次染毒后，在一定时间内引起受试动物死亡的剂量或浓度。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）本讲稿第十五页，共六十四页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，按一定的检测方法

17、指化学物在一定时间内，按一定方式与机体接触，按一定的检测方法或观察指标，不能观察到任何损害作用的最高剂量。或观察指标，不能观察到任何损害作用的最高剂量。随实验方法的改进而变化随实验方法的改进而变化每日容许摄入量（每日容许摄入量（Acceptable Daily IntakeAcceptable Daily Intake，ADIADI）最高容许浓度（最高容许浓度（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）本讲稿第

18、十六页，共六十四页n n毒作用毒作用带带（Toxic Effect ZoneToxic Effect Zone）一种根据毒性和毒性作用特点一种根据毒性和毒性作用特点综综合合评评价外来物危价外来物危险险性的指性的指标标。是。是对对LDLD5050的的补补充。充。急性毒性作用急性毒性作用带带（AcuteAcutetoxic Effect Zonetoxic Effect Zone）慢性毒性作用慢性毒性作用带带（Chronic Chronic toxic Effect Zone toxic Effect Zone）本讲稿第十七页，共六十四页n n半效应浓度（半效应浓度（ECEC5050）在一定时间内

19、，引起在一定时间内，引起50%50%受试生物的某种效应变化的浓度。受试生物的某种效应变化的浓度。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）是指能引起受试受试生物是指能引起受试受试生物50%50%抑制的浓度抑制的浓度常用于对生长速率和活性的抑制。常用于对生长速率和活性的抑制。本讲稿第十八页，共六十四页n n毒物毒物单单位与分位与分级级：mg/L,mg/kg,mg/m3mg/L,mg/kg,mg/m3分分级级：按急性毒性，人：按急性毒性，人为为分分级级。与染毒方式有关。与染毒方式有关。本讲稿第十九页，共六十四页本讲稿第二十页，共六十四页三、急性

20、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）研究化学物质大剂量一次染毒或研究化学物质大剂量一次染毒或2424小时内多次染毒动物所引起小时内多次染毒动物所引起的毒性的试验。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。开展其他毒性试验提供设计依据。n n急性毒性试验类型急性毒性试验类型哺乳动物急性毒性试验哺乳动物急性毒性试验水

21、生生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蚯蚓急性毒性试验本讲稿第二十一页，共六十四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。记编号并随机分组。2 2、预备试验和确定剂量组、预备试验和确定剂量组选用少量动物进行预备试验，求出引起动物选用少量动物进行预备试验，求出引起动物9090（或全部）死亡的剂（或全部）死亡的剂量（即最高剂量组剂量）和引起动物量（即最高剂量组剂量）和引起动物1010死亡（或不死亡）

22、的剂量死亡（或不死亡）的剂量（即最低剂量组剂量）。（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（一般为入若干个中间剂量（一般为4-64-6个），从而确定正式试验的剂量个），从而确定正式试验的剂量组。组。本讲稿第二十二页，共六十四页3 3、染毒方式和受试物的配制、染毒方式和受试物的配制一般用灌胃法和人工熏气法。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。到所需浓度。4 4、观察指标、观察

23、指标中毒症状：一般观察中毒症状：一般观察24244848小时，最好观察到绝大多数动物出现典小时，最好观察到绝大多数动物出现典型中毒症状。型中毒症状。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查：对于试验时立即死亡的动物，可解剖，分析死亡原因，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。看是技术事故还是中毒引起的死亡。本讲稿第二十三页，共六十四页5 5、确定半数致死量（、确定半数致死量（LDLD5050）6 6、试验结试验结果果LDLD5050值值越小，毒性越大。越小，毒性越大。急性毒性急性毒性试验结试验结果只能粗略地表示某化学物果只能粗略地

24、表示某化学物质质的毒性，而不能全的毒性，而不能全面反映其毒性。面反映其毒性。由于由于动动物种属、性物种属、性别别、染毒方式的不同，所表、染毒方式的不同，所表现现的毒性也不一致，故表的毒性也不一致，故表示示LDLD5050应应注注释释明明动动物种物种类类和染毒方式。和染毒方式。本讲稿第二十四页，共六十四页鱼类急性毒性试验过程n n选择选择合适的合适的鱼类鱼类n n确定养殖条件确定养殖条件水水质质、水量、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主要主要评评价土壤中残留价土壤中残留农药农药的毒性的毒性n n一般采用一般采用试纸试纸法法（蚯蚓与浸（蚯蚓与浸润润在在试纸试

25、纸上的有害物接触）与上的有害物接触）与人工人工土壤法土壤法（将一定（将一定浓浓度的有害物置于人工土壤中）度的有害物置于人工土壤中）本讲稿第二十五页，共六十四页四、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亚慢性毒性慢性毒性试验试验n n在生物生命周期的在生物生命周期的1/201/301/201/30时间时间内内,使生物每天或反复多次接使生物每天或反复多次接触受触受试试物的毒性物的毒性实验实验，以确定最大毒物效，以确定最大毒物效应剂应剂量和效量和效应时间应时间。n n采用的采用的剂剂量是量是LDLD5050的的1/801/501/801/50，给药给药途径尽量模仿人途径尽量模

26、仿人类类在在环环境中境中实际实际的接触方法。的接触方法。n n观观察的指察的指标标主要有：主要有：（a a）表表观观指指标标，如生，如生长长情况、活情况、活动动能力、死亡等能力、死亡等（b b）血液与生化指血液与生化指标标，如血，如血细细胞、肝功能等胞、肝功能等（c c）病理病理组织组织学学检查检查，如肝、肺，如肝、肺肾肾等有否病等有否病变变等等本讲稿第二十六页，共六十四页本讲稿第二十七页，共六十四页慢性试验n n目的是最终确定最大无作用剂量，为制定目的是最终确定最大无作用剂量，为制定人体每日允许摄入量人体每日允许摄入量和和最高容许浓度最高容许浓度提供毒理学依据。提供毒理学依据。n n实验步骤

27、如下：实验步骤如下：选择与确定实验动物；选择与确定实验动物；实验浓度为亚慢性实验中最低中毒浓度的实验浓度为亚慢性实验中最低中毒浓度的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。本讲稿第二十八页，共六十四页五、蓄积毒性试验五、蓄积毒性试验n n低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次地与机体持续接触，低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次地与机体持续接触，经一定时间后使机体出现明显的中毒表现，即为经一定时间后使机体出现明显的中

28、毒表现，即为蓄积毒性作用蓄积毒性作用是由于外来化合物进入机体的速度大于有机体消除的速度，而使外是由于外来化合物进入机体的速度大于有机体消除的速度，而使外来化合物在体内的量不断累积，达到了使机体引起毒性作用的阈剂来化合物在体内的量不断累积，达到了使机体引起毒性作用的阈剂量所致。量所致。是引起亚慢性和慢性毒性作用的基础。是引起亚慢性和慢性毒性作用的基础。是评估环境污染毒性作用的常用指标之一，也是制订其在环境中的卫是评估环境污染毒性作用的常用指标之一，也是制订其在环境中的卫生标准的重要参考依据。生标准的重要参考依据。本讲稿第二十九页，共六十四页n n蓄积系数法（Cumulative Coeffici

29、ent MethodCumulative Coefficient Method）是分次给受试物后引起是分次给受试物后引起50%50%受试动物出现某种毒受试动物出现某种毒效应的总剂量，与一次给受试物后引起效应的总剂量，与一次给受试物后引起50%50%受试动受试动物出现同一毒效应的剂量的比值物出现同一毒效应的剂量的比值 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）本讲稿第三十页，共六十四页本讲稿第三十一页，共六十四页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）是指一种外来化合物在体内消除到原）是指一种外来化合物在体内消除到原有有浓

30、浓度（或量）的一半所需要的度（或量）的一半所需要的时间时间。生物半减期越生物半减期越长长的物的物质质，表示越不易由体内消除，其蓄，表示越不易由体内消除，其蓄积积作作用的可能性就越大。用的可能性就越大。n nT T1/2 1/2=本讲稿第三十二页，共六十四页n n动物细胞模型法采用采用动物细胞动物细胞（如：非洲绿猴肾细胞）作为试验受体，（如：非洲绿猴肾细胞）作为试验受体，通过细胞培养，观察含外源化学物质的培养基中细胞通过细胞培养，观察含外源化学物质的培养基中细胞的生长情况（与对照相比较），从而确定化学物对细的生长情况（与对照相比较），从而确定化学物对细胞生长产生毒效应；胞生长产生毒效应；测试时间

31、一般只需测试时间一般只需4848h h，而且重复性好、成本低、可较，而且重复性好、成本低、可较直接反应对人体的影响。直接反应对人体的影响。细胞水平检测：细胞水平检测：第三节 生物的分子和细胞水平检测本讲稿第三十三页，共六十四页分子水平检测分子水平检测1 1：n n加合物的测定DNADNA加合物的测定加合物的测定 蛋白加合物的测定蛋白加合物的测定 egeg：HbHb加合物加合物本讲稿第三十四页，共六十四页分子水平检测分子水平检测2 2：n n酶酶活性的活性的测测定方法：定方法：直接法：直接法：指直接指直接测测定体液中定体液中酶酶的含量，的含量，该该法技法技术术要求要求较较高；高；间间接法：接法：

32、通通过测过测定定酶酶反反应应中底物的减少或中底物的减少或产产物的增加量来确定物的增加量来确定酶酶的活性，的活性，该该方法目前使用广泛，但要求反方法目前使用广泛，但要求反应专应专一性一性较较高，反高，反应结应结果与果与过过程方便程方便观观察。察。本讲稿第三十五页，共六十四页n n酶酶活性的活性的测测定定一般代一般代谢酶谢酶的活性的活性测测定定乙乙酰酰胆碱胆碱酯酶酯酶腺三磷腺三磷酶酶解毒系解毒系统酶类统酶类诱导诱导作用的作用的检测检测混合功能氧化混合功能氧化酶酶的的诱导诱导作用作用谷胱甘谷胱甘肽肽硫硫转转移移酶酶抗氧化防御系抗氧化防御系统统检测检测过过氧化氧化氢酶氢酶谷胱甘谷胱甘肽过肽过氧化氧化酶

33、酶本讲稿第三十六页，共六十四页第四节 生物致突变、致畸和致癌效应检测n n基本概念突变（突变（MutationMutation）：）：生物体的遗传物质发生了基因结构的变化。生物体的遗传物质发生了基因结构的变化。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：只涉及染色体的某一部分的改变，不能用光学变：只涉及染色体的某一部分的改变，不能用光学显微镜直接观察显微镜直接观察染色体畸变：染色体的数目或结构发生改变，可用光学直接染色体畸变：染色体的

34、数目或结构发生改变，可用光学直接观察观察一、致突变试验一、致突变试验本讲稿第三十七页，共六十四页致突致突变变作用（作用（MutagenesisMutagenesis）和致突）和致突变变物（物（MutagenMutagen）致突致突变变作用：某些物作用：某些物质质引起生物体的引起生物体的遗传遗传物物质发质发生基因生基因结结构改构改变变的作用的作用致致 突突 变变 物：具有引起生物体的物：具有引起生物体的遗传遗传物物质发质发生基因生基因结结构构变变化的物化的物质质本讲稿第三十八页，共六十四页n n致突致突变试验变试验的目的的目的确定某种外来化合物（或确定某种外来化合物（或环环境境污污染物）染物）对

35、对生物体是否具有生物体是否具有致突致突变变作用。作用。n n致突致突变试验变试验方法方法基因突基因突变试验变试验例如例如AmesAmes试验试验、哺乳、哺乳动动物体物体细细胞突胞突变变株株试验试验染色体畸染色体畸变试验变试验DNADNA损伤试验损伤试验本讲稿第三十九页，共六十四页Ames试验（沙门氏菌回复突变试验）n nAmes试验原理利用一种利用一种营养缺陷型突变型菌株营养缺陷型突变型菌株与受试物接触，若此与受试物接触，若此化学物质具有化学物质具有致突变性致突变性，可使突变型微生物再发生，可使突变型微生物再发生回回复突变复突变，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

36、缺陷型突变型菌株：营养缺陷型突变型菌株：不具合成组氨酸的能力，不不具合成组氨酸的能力，不能在低营养的培养基上生长能在低营养的培养基上生长注释注释2 2：野生型微生物：野生型微生物：本讲稿第四十页，共六十四页n n鼠鼠伤伤寒沙寒沙门门氏菌氏菌/哺乳哺乳动动物微粒体物微粒体酶试验酶试验法法某些化学物某些化学物质质需需经经代代谢谢活化才有致活化才有致变变作用，在作用，在测试测试系系统统中加中加入哺乳入哺乳动动物微粒体物微粒体酶酶，从而弥，从而弥补补体外体外试验试验缺乏代缺乏代谢谢活化系活化系统统之不足。之不足。方法：在方法：在动动物体外将待物体外将待测测物物经经肝微粒体肝微粒体酶酶系活化后，系活化后

37、，检检测测其所其所诱发诱发的沙的沙门门氏菌回氏菌回变变菌落数。菌落数。突突变变率率诱发诱发回复突回复突变变菌落数菌落数 /自自发发回复突回复突变变的菌落数的菌落数（对对照）照）当突当突变变率大于率大于2.02.0时时，为为阳性阳性结结果。果。本讲稿第四十一页，共六十四页n nAmesAmes试验试验的的应应用用检测检测食品添加食品添加剂剂、化、化妆妆品品等的致突等的致突变变性，由此推性，由此推测测其致癌性；其致癌性；检测检测水源水和水源水和饮饮用水用水的致突的致突变变性，探索性，探索较现较现行方法更加行方法更加卫卫生安全的消毒措生安全的消毒措施；施；检测检测城市城市污污水和工水和工业废业废水水

38、的致突的致突变变性，性，结结合化学分析，追踪合化学分析，追踪污污染源，染源，为为研究防研究防治治对对策提供依据；策提供依据；检测检测土壤、土壤、污污泥、工泥、工业废业废渣堆肥、渣堆肥、废废物灰烬物灰烬的致突的致突变变性，以防止性，以防止维维系生系生命的土壤受致突命的土壤受致突变变物物污污染后，通染后，通过农过农作物危害人作物危害人类类；检测检测气气态污态污染物染物的致突的致突变变性，防止性，防止污污染物染物经经由大气，通由大气，通过过呼吸呼吸对对人体人体发发生潜在危生潜在危害；害；研究研究化合物化合物结结构与致构与致变变性的关系性的关系，为为合成合成对环对环境无潜在危害的新化合物提供理境无潜在

39、危害的新化合物提供理论论依据；依据；还还有用有用AmesAmes试验试验筛选筛选抗突抗突变变物物，研究开，研究开发发新的抗癌新的抗癌药药。本讲稿第四十二页，共六十四页原理：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的酶缺乏利用嘌呤碱的酶，因此，因此不能利用某些嘌呤碱类似物不能利用某些嘌呤碱类似物，但正常细胞可以利用。，但正常细胞可以利用。当培养液中存在有一些不常见的嘌呤碱类似物时，正常细当培养液中存在有一些不常见的嘌呤碱类似物时，正常细胞可以将这些嘌呤类似物结合进胞可以将这些嘌呤类似物结合进DNADNA中，从而影响细胞中，从而影响细胞生长。但突变型细胞不受影响。生长。但突变型

40、细胞不受影响。一旦突变型细胞和某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的野生种化学物接触后又变为对这些嘌呤碱敏感的野生型型，就说明这种化学物具有致突变性，就说明这种化学物具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本讲稿第四十三页，共六十四页n n体外培养法：体外培养法：动动物物细细胞（如淋巴胞（如淋巴细细胞等）在一定的培养液中胞等）在一定的培养液中3737o oC C培养培养1 13 3天，培养天，培养过过程中与受程中与受试试物同步接触。在物同步接触。在细细胞收胞收获获前前加入秋水仙碱使加入秋水仙碱使细细胞分裂停止于分裂中期（胞分裂停止于分裂中期（该该期的期的

41、细细胞胞较较易易观观察胞察胞内的染色体内的染色体结结构），然后构），然后经经一定的一定的预处预处理，在理，在显显微微镜镜下下观观察染色体察染色体数目和数目和结结构等（如断裂、缺失、构等（如断裂、缺失、环环状等）。状等）。n n体内体内试验试验法：法：也采用灌胃或腹腔注射方式使受也采用灌胃或腹腔注射方式使受试试物物进进入入动动物体内（如小鼠等），物体内（如小鼠等），饲饲养数个月，在养数个月，在处处死前注入秋水仙死前注入秋水仙碱，抽取骨髓碱，抽取骨髓细细胞胞经预处经预处理后理后显显微微观观察。察。显微镜检测染色体畸变显微镜检测染色体畸变本讲稿第四十四页，共六十四页微核实验n n 微微核核是是染染色

42、色单单体体或或染染色色体体的的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的的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的的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似似，比比主主核核小小，故称微核。故称微核。蚕豆根尖微核实验蚕豆根尖微核实验本讲稿第四十五页，共六十四页本讲稿第四十六页，共六十四页二、致畸效应n n概念畸形（畸形（MalformationMalformation）、畸胎（）、畸胎（Terat

43、eTerate）畸形：胚胎在发育过程中，由于受到某种因素的影响，使胚胎畸形：胚胎在发育过程中，由于受到某种因素的影响，使胚胎的细胞分化和器官形成不能正常进行，而造成器官组织上的缺的细胞分化和器官形成不能正常进行，而造成器官组织上的缺陷，并出现陷，并出现肉眼可见的形态结构异常肉眼可见的形态结构异常畸胎：有畸形的胚胎或胎仔称为畸胎（广义的畸胎还包括生化、畸胎：有畸形的胚胎或胎仔称为畸胎（广义的畸胎还包括生化、生理功能及行为的发育缺陷）生理功能及行为的发育缺陷）致畸作用（致畸作用（TeratogenesisTeratogenesis）、致畸物（）、致畸物（TeratogenTeratogen）致畸物

44、通过母体作用于胚胎而引起胎儿畸形的现象称为致畸作致畸物通过母体作用于胚胎而引起胎儿畸形的现象称为致畸作用。用。本讲稿第四十七页，共六十四页“反应停反应停”致畸致畸本讲稿第四十八页，共六十四页n n致畸作用的毒理学特点致畸作用的毒理学特点不同不同发发育育阶阶段敏感性不同段敏感性不同不同不同发发育育阶阶段畸形不同段畸形不同种属差异明种属差异明显显致畸作用致畸作用带较带较窄窄本讲稿第四十九页，共六十四页n n化学致畸作用机理化学致畸作用机理突突变变引起胚胎引起胚胎发发育异常；育异常；对细对细胞的生胞的生长长分化分化较为较为重要的重要的酶类酶类受到抑制；受到抑制；母体正常代母体正常代谢过谢过程被破坏；

45、程被破坏；细细胞分裂胞分裂过过程的障碍程的障碍本讲稿第五十页，共六十四页n n致畸试验目的：检测环境污染物能否通过妊娠母体引起胚胎畸形。目的：检测环境污染物能否通过妊娠母体引起胚胎畸形。一般过程为选择合适的受试动物，受孕后给予一定剂量一般过程为选择合适的受试动物，受孕后给予一定剂量的化学物（如灌胃等），在自然预产期前的化学物（如灌胃等），在自然预产期前1 12 2天解剖检天解剖检查胎儿是否发生畸形。查胎儿是否发生畸形。一般试验动物要求其对化学物质的代谢过程与人相似，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，胎盘结构也相似，还要求孕期短，产仔

46、多，经济实用，如如大鼠大鼠、家兔、小鼠等。、家兔、小鼠等。本讲稿第五十一页，共六十四页n n致畸作用的致畸作用的评评价价注意与自然注意与自然变变异区分；异区分；注意种属差异；注意种属差异；注意注意试验试验的的阈剂阈剂量与人量与人类实际类实际可能可能摄摄入量之入量之间间的差的差别别。本讲稿第五十二页，共六十四页三、致癌效应n n概念癌：癌：细胞自主生长，不断分裂形成危害机体的肿块细胞自主生长，不断分裂形成危害机体的肿块（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（包括有机、无机、天

47、然和合成的化学物质）指化学物质（包括有机、无机、天然和合成的化学物质）引起肿瘤的过程。引起肿瘤的过程。化学致癌物（化学致癌物（Chemical CarcinogenChemical Carcinogen）指能诱发肿瘤的化学物质。指能诱发肿瘤的化学物质。致癌因素：化学致癌因素：化学 物理：射物理：射线线 生物：病毒生物：病毒本讲稿第五十三页，共六十四页n n细胞癌变学说体细胞突变学说体细胞突变学说癌变形成的基础是体细胞发生了突变，导致其功能发癌变形成的基础是体细胞发生了突变，导致其功能发生异常。生异常。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

48、遗传物质发生突变，而只是细胞分化过程中有关的基因调控过程受到致癌因只是细胞分化过程中有关的基因调控过程受到致癌因素的干扰，使细胞分化和增殖发生紊乱而出现癌变。素的干扰，使细胞分化和增殖发生紊乱而出现癌变。本讲稿第五十四页，共六十四页n n癌变过程引发阶段引发阶段正常细胞转化为癌细胞的过程。正常细胞转化为癌细胞的过程。促长阶段促长阶段 促长是经过引发的癌细胞不断增殖直至形成一个临床上可被促长是经过引发的癌细胞不断增殖直至形成一个临床上可被检出之肿块的过程，是癌的增殖阶段。促进过程需要较长的检出之肿块的过程，是癌的增殖阶段。促进过程需要较长的时间，一般为可逆过程。时间，一般为可逆过程。浸润和转移阶

49、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。本讲稿第五十五页，共六十四页n n致癌致癌试验试验目的：目的：检验检验受受试试物及其代物及其代谢产谢产物是否具有致癌效物是否具有致癌效应应或或诱诱发肿发肿瘤作用的慢性毒性瘤作用的慢性毒性试验试验法。法。试验试验方法（方法（p130p130）短期短期筛检筛检方法方法 85 85以上的癌症都是由致突以上的癌症都是由致突变变作用造成的作用造成的,利用已建立的各种利用已建立的各种致

50、突致突变试验变试验方法快速方法快速筛检筛检外来化合物是否具有致癌作用外来化合物是否具有致癌作用长长期期动动物物诱诱癌癌试验试验 过过程程：选择选择受受试动试动物物类类型与数量；确定型与数量；确定剂剂量与量与给药给药方式；方式；观观察察结结果果（包括（包括肿肿瘤瘤发发生情况，生情况，发发生率，潜伏期）最生率，潜伏期）最终终确定确定结结果等。果等。本讲稿第五十六页，共六十四页第五节 微宇宙法n n微宇宙（Microcosm）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的生物效应的一种方法，又称模型生态系圈水平上的生物效应的一种方法，又称模型生态系