7种酚类化学物质对活性污泥的呼吸抑制作用

苯酚类化学物质是废水中常见的有机污染物,其对活性污泥的毒性数据对于污水处理厂稳定运行和化学品危害性评估具有重要意义。本研究采用活性污泥呼吸抑制试验(209)测定7种酚类化学物质对活性污泥的呼吸抑制作用。结果显示,2,6-二叔丁基苯酚和对特辛基苯酚对活性污泥未产生明显的毒性效应;2,4-二氯酚、2-苯基苯酚、4-硝基酚、4-氯酚和对甲酚等5种化学物质都对活性污泥呼吸有不同程度的抑制效应,3 h-EC50值分别为49.7、77.6、102、150.1和462 mg·L-1,构效关系分析结果表明-Cl、-NO2等官能团是导致活性污泥呼吸抑制效应增强的关键因素。在化学品生物降解性测试研究中,要确保有毒化学物质的测试浓度低于EC50值的1/10。     

基于有害结局路径的化学物质计算毒理学研究

计算毒理学利用分子致毒机制信息和数学模型预测化学物质对人体健康和环境的危害。有害结局路径(adverse outcome pathway, AOP)可将化学物质在个体水平的危害或有害结局(adverse outcome, AO)与其在分子水平上的启动事件(molecular initiating event, MIE)建立关联，为将表征分子致毒机制的体外生物测试数据应用到高通量的化学物质毒性预测中提供了可能。然而，目前缺乏基于有害结局路径的高通量预测化学物质毒性的研究。本研究基于AOP框架，联合ToxCast体外测试数据，选取101种典型环境化学物质进行毒性预测，并通过与PubChem内已报道的化学物质毒性比较，对预测结果进行评价。结果表明，基于AOP预测到101种化学物质共可潜在诱导58个AOs,覆盖了生殖毒性等在内的11个毒性类型。不同毒性类型的真阳性预测率(true positive rate, TPR)不同，其中致癌/遗传毒性、生殖毒性与消化系统毒性的TPR均超过了70%,而神经毒性与呼吸系统毒性的TPR均低于30%。不同毒性类型的TPR与AOP知识库中该毒性类型的AOP (P<0.02,r=0.685)、MIE(P<0.01,r=0.734)、体外生物测试的数量(P<0.01,r=0.752)和化学物质体外测试数量(P<0.01,r=0.293)呈显著正相关。综上，本研究的结果表明，增加高通量体外测试数据和丰富AOP知识库，将进一步提高对化学物质的潜在毒性预测的准确性，为未来化学物质的高通量筛查和风险评估提供支撑。     

化学物质水体归趋与影响数据库(CAFE)，一种用于评估水环境中化学物质溢出水平的工具

化学物质水体归趋与影响 (简称CAFE)数据库是一个允许快速并无限制访问数据的集中式数据库。CAFE将现有的32 377种化学物质的归趋数据和4 498种化学物质的毒性效果数据整合至用户友好的工具中,以物种敏感度分布(SSD)的形式总结毒性数据,并提供了相关的1%和5%危害浓度(HC₁和HC₅)。为探究CAFE数据与报道的化学事故之间的联系,一项数据可用性评估显示,2000年至2014年间在美国国家应急中心呈报的55种化学物质中,32种物质的归趋和20种物质的毒性在CAFE中均有记录;2003年至2014年间由美国海洋及大气管理局呈报的205种化学物质中,86种物质的归趋和103种物质的毒性在CAFE中也均有记录。我们假设2种化学物质在环境中溢出(丙烯腈,溢出量为625桶 ;变性乙醇,溢出量为857桶),根据模型对其环境浓度进行模拟,进而说明CAFE在实际中的应用。在24 h时程的SSD中,大多数物种很可能分别在溢出后最初的35 min内和15 h内受到丙烯腈和变性酒精的影响。丙烯腈浓度在溢出后45 min已低于HC₅(17 mg?L^L-1),变性酒精浓度在溢出后60 h已低于HC₅(2 676 mg?L^L-1)。将100种化学物质以CAFE数据为基础得出的HC₅与发表的HC₅进行对比,我们发现超过一半的数值都在2倍差异以内,较少的一部分数值则超过了10倍差异。CAFE的发展提高了获取相关环境信息的能力,并可能应用于水体环境污染物溢出分析之外的更多领域。
精选自Adriana C. Bejarano, James K. Farr, Polly Jenne, Valerie Chu, Al Hielscher. The chemical aquatic fate and effects database (CAFE), a tool that supports assessments of chemical spills in aquatic environments. Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 35, Issue 7, pages 1576–1586, July 2016. DOI: 10.1002/etc.3289
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.3289/full
     

水体甲苯、乙苯和二甲苯对斑马鱼的毒性效应

以斑马鱼(Brachydanio rerio)为实验生物,采用半静态实验方法,研究了甲苯、乙苯和二甲苯的水生生态毒性效应.研究表明,水体中甲苯、乙苯和二甲苯对斑马鱼96h半致死浓度LC50分别为77.5、31.0和34.8mg·L-1,根据化学物质对鱼类毒性分级标准,3种物质均属中等毒性,其毒性大小顺序为:乙苯>二甲苯>甲苯.在最高暴露浓度下,斑马鱼均出现了剧烈、无序游动,并伴有抽搐等现象,其中暴露在甲苯中的斑马鱼行为改变更为严重.分析认为,3种物质对斑马鱼毒性大小与疏/亲水性有关,疏水性越强,对水生生物的毒性作用越大.     

基于umu遗传毒性效应的饮用水致癌风险评价的尝试

化学物质暴露是导致癌症发生的重要诱因,通过饮用水暴露导致的人类致癌风险在饮用水处理技术中日益引起重视.由于水中化学物质种类繁多、组成复杂,准确地检测每个致癌物质的浓度和毒性非常困难.为了控制饮用水的安全,根据DNA损伤诱导SOS反应而表达umuC基因这一基本原理建立的SOS/umu测试法,已经广泛应用于饮用水遗传毒性的检测.论文建立了基于umu遗传毒性效应的饮用水致癌风险评价方法,并对北方某水厂饮用水的遗传毒性进行了umu测试,计算了该地区饮用水的致癌风险,提出了可能的饮用水遗传毒性基准值.结果表明,该水厂常规工艺出水的致癌风险均值为1.55×10-6,存在一定的安全隐患;而深度处理工艺能有效地削减出水致癌风险均值至5.3×10-7,达到目前先进国家水质管理的要求,保障了饮用水的安全.样品中4-硝基喹啉-1-氧化物(4-NQO)的等当量浓度(TEQ4-NQO)0.0948μg·L-1可作为饮用水遗传毒性基准值。     

淡水水生态基准方法学研究:繁殖/生殖毒性类化合物水生态基准探讨

繁殖/生殖毒性类化合物由于特殊的毒理作用模式(mode of action,MOA),通过影响生物繁衍影响到种群和群落,因此依靠基于急、慢性毒性测试终点和传统基准推导方法推导的水生态基准值并不能够为水生生物群落结构提供足够的保护。本文根据文献资料,分析了推导此类化合物水生态基准时的关键科学问题,包括繁殖/生殖毒性类化合物MOA,毒性数据类型,受试物种选择,以及不同生命阶段、多代毒性测试和测试终点的判别和选择。并用所收集的壬基酚数据,尝试推导了基于水生生物生殖毒性的水生态基准值。研究得出基于生殖毒性的壬基酚预测无观察效应浓度(PNEC)值为0.12μg·L-1,其数值比美国环境保护局根据传统基准方法推导的基准持续浓度(CCC)的6.59μg·L-1低了近50倍。因此,基于其繁殖毒性(包括产卵量、受精率、孵化率、多代效应以及种群变化等)的实验结果更适合用于具有繁殖/生殖毒性污染物水生态基准的推导。     

基于3D体外培养模型的化学物质肝毒性预测研究进展

精准预测化学物质肝毒性对保护人类生命健康安全具有重要意义。为了避免动物实验固有的物种间差异性和局限性,开发和利用与人源肝脏生理功能直接相关的体外模型至关重要。三维(3D)体外细胞培养模型相比于二维(2D)模型能更好地保留肝细胞代谢功能,再现肝脏内多种细胞相互作用的复杂环境,是体外模拟肝脏生理功能的一大进步,并初步在药物毒性评估方面获得应用的同时,也被引入到环境毒理学领域用于预测环境化学物质的肝毒性。本文介绍了目前常用3D体外细胞培养模型的制备方法,综述了其在环境化学物质(纳米材料、持久性有机污染物和新型有机污染物等)肝毒性预测方面的应用现状,最后探讨了3D肝细胞体外培养模型在有害结局路径指导下开展肝毒性预测的研究与应用前景。     

基于不同毒性终点的双酚A(BPA)预测无效应浓度(PNEC)研究

双酚A(BPA)已被证实是一种类雌激素类物质。本研究根据BPA对水生生物毒性效应的特点,按照不同的毒性终点将BPA的毒性数据进行归类,采用物种敏感度分布法(species sensitivity distribution,SSD)推导了BPA对水生生物的预测无效应浓度(predicted no effect concentration,PNEC)。结果表明:以雌激素效应为暴露终点的急、慢性PNEC分别为25.11μg·L-1、1.075μg·L-1;而以所有数据的急、慢性毒性效应为暴露终点推导的PNEC值分别为355.7μg·L-1、7.549μg·L-1。BPA对水生生物的雌激素效应更为敏感,建议在推导BPA这类内分泌干扰物的PNEC值时,应依据其毒性终点分别推导,从而得到更加合理的基准值。研究成果以期为我国地表水环境质量标准的制修订提供数据支持。     

海洋中微塑料的环境行为和生态影响

微塑料一般指直径小于5 mm的微小型塑料颗粒或碎片,海洋中常见的微塑料类型主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。由于形状、颜色多变,分子量大,结构稳定,粒径范围与浮游植物相近,海洋中的微塑料很容易对浮游植物、浮游动物和其他海洋动物等产生影响。微塑料还可以为病毒、细菌提供附着载体,影响浮游植物分布,进入海洋生物消化道或进一步转移到组织中对机体产生毒性效应,甚至通过捕食作用沿食物链传递,对高等动物及人类健康造成威胁。此外,微塑料可以作为海水中痕量化学物质的吸附载体,对生物产生联合毒性。根据目前对微塑料的研究进展情况,未来应加强对海洋微塑料分离、鉴定技术的研发以及海洋微塑料的生物毒性效应和生物传递效应机制等问题的研究。     

对化学品登记要求的数据解释——急性毒性和急性刺激

本文对化学品登记时所要求的部分健康效应数据一急性毒性和急性刺激做了解释.涉及到的测试参数包括:急性经口毒性、急性经皮毒性、急性吸入毒性、急性皮肤刺激/腐蚀和急性眼睛刺激/腐蚀.     

农药类化合物对大型溞的毒性作用模式:与基线毒性化合物比较研究

农药在控制有害生物的同时,对水生生态系统产生较大的毒性效应。本文通过实验获得了25种基线化合物对大型溞的急性毒性数据,并与57种农药类化合物对大型溞的急性毒性数据进行比较研究,同时根据体外浓度LC_(50)、生物富集因子BCF和体内临界浓度CBR的关系,计算了这些化合物在大型溞体内的临界浓度,研究了农药类化合物对大型溞的毒性作用机理。结果表明,基线化合物在大型溞体内的临界浓度log1/CBR值在一个很窄的范围波动,而农药类化合物在大型溞体内的临界浓度log1/CBR值范围广且较高。这说明多数农药类化合物对大型溞为反应性毒性作用模式。其中,除草剂对大型溞的毒性显著低于杀菌剂和杀虫剂对大型溞的毒性。这可能是因为除草剂主要通过干扰植物光合作用、植物激素或植物分子合成发挥毒性效应,从而导致其对大型溞的生理系统难以发生反应性毒性效应。而杀虫剂和杀菌剂主要通过干扰生物神经系统、生殖系统、呼吸作用或大分子合成发挥毒性效应,因此易与大型溞生理系统发生生物化学反应,从而具有较高的毒性效应。本文分别建立了除草剂、杀菌剂和杀虫剂对大型溞的急性毒性QSAR模型。除草剂对大型溞的急性毒性机理较简单,其毒性与化合物疏水性程度和离子化程度有关;而杀菌剂对大型溞的急性毒性主要与化合物的标准生成热和极性表面积有关;杀虫剂对大型溞的急性毒性作用机理较复杂,它们对大型溞的毒性效应与其和生物分子之间的氢键和范德华力有关。     

对二甲苯对褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)幼鱼的毒性效应研究

采用急性和28 d慢性暴露试验研究了海洋典型危险化学品对二甲苯对褐牙鲆幼鱼的致死效应和生长抑制效应,并测定了遗传毒性、神经毒性以及免疫毒性效应相关的毒理学评价指标。研究结果表明:对二甲苯对褐牙鲆幼鱼的96 h-LC50为45.7 mg·L~(-1),根据国家环保局水和废水监测分析方法编委会规定的化学物质对鱼类毒性分级标准,属于中等毒性,浓度高于2.3 mg·L~(-1)的暴露能显著抑制褐牙鲆幼鱼的生长;4.6和9.2 mg·L~(-1)浓度组观察到对二甲苯暴露28 d后褐牙鲆肝脏中的丙二醛含量与DNA损伤程度显著升高,脑组织中乙酰胆碱酯酶(Ach E)活力被明显抑制;9.2 mg·L~(-1)浓度组暴露28 d后,褐牙鲆幼鱼体内总血细胞数量和溶菌酶活力显著降低。这些结果表明较高浓度的对二甲苯长期作用可导致褐牙鲆幼鱼的氧化胁迫,造成其肝脏毒性损伤并产生神经毒性与免疫毒性。本实验结果为了解对二甲苯对鱼类的毒性作用机制以及对二甲苯的海洋生态风险评估提供了科学依据。     

海洋中微塑料的环境行为和生态影响

微塑料一般指直径小于5 mm的微小型塑料颗粒或碎片，海洋中常见的微塑料类型主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。由于形状、颜色多变，分子量大，结构稳定，粒径范围与浮游植物相近，海洋中的微塑料很容易被对浮游植物、浮游动物和其他海洋动物等产生影响。微塑料还可以为病毒、细菌提供附着载体，影响浮游植物分布，进入海洋生物消化道或进一步转移到组织中对机体产生毒性效应，甚至通过捕食作用沿食物链传递，对高等动物及人类健康造成威胁。此外，微塑料可以作为海水中痕量化学物质的吸附载体，对生物产生联合毒性。根据目前对微塑料的研究进展情况，未来应加强对海洋微塑料分离、鉴定技术的研发以及海洋微塑料的生物毒性效应和生物传递效应机制等问题的研究。     

评估斑马鱼胚胎毒性试验在农药危害筛选中的应用

考虑到人类社会中大量使用化学物质，想要准确有效地评估这些化学物质对人类和生态受体的潜在风险，研发有效的手段和方法是至关重要的。鱼胚胎急性毒性试验是其中一种工具，已表现出与幼鱼急性毒性标准试验的预测结果高度吻合，而幼鱼试验对资源消耗更多。然而，也有证据表明，对于某些类型的化学物质，包括神经毒素，鱼类胚胎的敏感性低于幼鱼。本文利用已发表的斑马鱼胚胎毒性数据，与3种常用检测用鱼幼鱼(虹鳟鱼、蓝鳃太阳鱼、羊鲷)的半致死浓度50%(LC₅₀)数据进行比较，研究了鱼类胚胎对农药危害评估的效用。在将农药视为单因素的情况下，斑马鱼胚胎和幼鱼毒性数据相关性较差，差异显著(r²=0.28；p2=0.64；p 精选自Glaberman, S., Padilla, S. and Barron, M. G. (2017), Evaluating the zebrafish embryo toxicity test for pesticide hazard screening. Environmental Toxicology and Chemistry, 36: 1221–1226. doi: 10.1002/etc.3641
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.3641/full
     

水生态模拟系统及其在化学品生态风险评估中的应用

水生态模拟系统是用于高层次化学品生态风险评估的测试模型,目前在国外已经广泛用于工业化学品、农药、兽药、重金属等单一化学物质和复杂混合物的生态风险评估研究,而我国的相关研究比较匮乏。随着我国化学品风险评估体系的完善,水生态模拟系统测试必将作为作为单一生物毒性测试的有效补充。在此背景下,简述了水生态模拟系统的分类、研究方法和结果外推方法;从单一化学物质暴露作用下的生态危害评估、多种化学物质联合暴露作用下的生态危害评估以及目标化学物质的归趋分析三个方面阐述了水生态模拟系统在国内外化学品风险评估科学研究中的应用,对比了水生态模拟系统和单一物种毒性测试结果和基于两种测试数据的生态危害评估结果。与此同时,分析了水生态模拟系统在国内外化学品环境管理中的应用情况。在此基础上,对我国发展水生态模拟系统所存在的问题及解决方案提出了建议。     

基于多类支持向量机的化学物质生态危害分类研究

应用多类支持向量机(M-SVMs)方法研究了化学物质生态危害程度的分类,以提高分类的准确性和效率.对采集到的61种环境优先污染物的环境行为和生物毒性方面的7项指标进行相关性分析,建立了M-SVMs分类模型并对数据集进行10折交叉验证以评价模型的分类能力,运用所建模型对7种化学物质的生态危害进行预测.结果表明,去除与鱼毒有信息重叠的溞毒指标,选取鱼毒、藻毒、降解性、蓄积性、分配系数和吸附系数6项指标用于构建M-SVMs分类模型;M-SVMs模型识别率较高,交叉验证平均分类正确率达86.89％;对7种化学物质生态危害的预测结果与实际情况基本相符.     

Nano-QSAR: 纳米毒理学领域的新方法

随着纳米毒理学实验研究的不断深入,反映纳米材料生物毒性效应的数据也不断丰富,以这些数据为基础建立的定量结构活性关系(QSAR)模型开始发挥其在纳米材料潜在毒性研究和预测方面的作用。纳米材料的QSAR(Nano-QSAR)研究以经典QSAR模型为指导,结合纳米材料特殊的物理化学性质,提供了一种对纳米材料快速筛选和优先测试的新途径。本文就Nano-QSAR的前期研究现状,从纳米材料结构描述符、毒性效应数据和建模方法3个方面分析了模型的构建流程和框架;通过列举部分研究成果和主要的模型指标,初步探讨了建模方法的选择和结构描述符的识别;最后指出目前Nano-QSAR研究面临的挑战和今后努力的方向。     

卤代肉桂酸对羊角月牙藻的急性毒性及3D-QSAR研究

卤代肉桂酸类化合物广泛用于医药、化妆品和除草剂等生产制造,随着使用量的增加,其生态环境健康风险逐渐受到关注。为揭示该类化合物的毒性特征,选择14种卤代肉桂酸作为研究对象,考察了它们对羊角月牙藻的急性毒性效应,并应用三维定量构效相关技术(3D-QSAR)探讨化合物分子结构特征对毒性效应的影响。结果表明,14种卤代肉桂酸类化合物对羊角月牙藻急性毒性的72 h半数效应浓度(72 h-EC50)值在45.88～83.72 mg·L-1范围内,其中4-氯肉桂酸、4-溴肉桂酸等表现出较高毒性效应。3D-QSAR结果表明,该类化合物分子结构的立体场、静电场和疏水场特性对其毒性效应影响显著,在苯环结构上引入体积较大、电负性较弱及疏水性较强的取代基,将导致毒性升高。以上结果将为科学评价卤代肉桂酸类化合物潜在环境健康风险提供基础数据支撑。     

多组分苯胺类混合物对发光菌的抑制毒性

以淡水发光菌——青海弧菌(Q67)为指示生物,96微孔板为实验反应载体,微板光度计为发光强度测试设备,测定了苯胺、邻甲基苯胺、对甲基苯胺、邻硝基苯胺、对硝基苯胺及其混合物对发光菌的发光抑制毒性,应用非线性最小二乘拟合技术与剂量加和(DA)及独立作用(IA)原理研究了混合物的毒性规律.1)分别测定每种化合物的剂量-效应数据并进行非线性拟合.结果表明,5种苯胺类化合物的剂量-效应曲线(DRC)均可用Logit与Weibull函数有效表征,从这些模型估算的半数效应浓度负对数值(-logEC50)分别为2.11、2.35、2.49、3.60和3.88(EC50单位:mol·L-1),可知其对发光菌的毒性大小顺序为:苯胺<邻甲基苯胺<对甲基苯胺<邻硝基苯胺<对硝基苯胺.2)根据组分EC50、EC10和EC1设计3个等效应浓度比混合物进行混合物毒性实验,并对混合物剂量-效应数据进行非线性拟合得到混合物DRC.结果表明,混合物DRC可用Box-Cox-Logit与Box-Cox-Weibull函数有效表征.3)根据单一化合物DRC模型,分别应用剂量加和(DA)与独立作用(IA)模型对混合物DRC进行预测.结果表明,无论考察混合浓度比例还是效应水平,剂量加和模型都能准确预测苯胺类混合物的毒性,而独立作用模型倾向于高估混合物毒性.     

理论毒理学研究进展

毒理学是近代发展起来的科学,由于工农业生产的迅速发展,化学物质剧增,迄今登记在册的化学物质已超过2 600万种,每年还新增2 000多种,因此传统的毒性鉴定已远远不能满足时代的要求,针对各种化学物质的细致的毒理学研究更是难以实现。因此毒理学必须在理论层面实现突破,缩短研究时间,减少研究经费及人力、物力的消耗,同时可使化学物质得到更安全的应用。另外,动物保护已列入议事日程,不再允许大量使用动物做毒理方面的实验,这些促进了理论毒理学的发展。