进化毒理学:生态毒理学研究的新视角

环境污染是驱动生物适应性进化的重要因素之一。近年来,随着分子生物学的迅猛发展和进化生物学理论的逐步更新,进化毒理学(evolutionary toxicology)这一交叉学科快速发展。进化毒理学研究是运用分子生物学和种群遗传学的方法,以进化生物学和保护遗传学的理论和概念为基础,试图描述生物体适应环境的机制、原则以及环境污染对生物体适应过程的影响与作用。本文回顾了进化毒理学的理论发展,归纳总结了进化毒理学的研究范畴和主要研究内容,并对进化毒理学在未来生态风险评估中的应用、进化毒理学的研究方向以及相关理论进行了展望。本文旨在对进化毒理学这一新兴交叉学科进行梳理和简介,为丰富生态毒理学研究提供理论支持,同时也为解决日益加剧的环境污染问题提供新的研究思路与途径。     

序言

<正>"环境计算化学与预测毒理学"是近年来在环境化学、环境毒理学、计算化学、计算生物学和分子生物学等学科之间形成的一个新兴的前沿研究领域,主要应用计算化学和大数据分析的方法开展化学品在环境介质中的转化行为、毒物在生物体内与大分子的相互作用机制以及毒性预测等方面的工作,已成为研究化学污染物的环境行为、毒理作用机制的重要手段,也是化学品生态风险评价与管理的必要工具,可为环境友好的     

中国化学品环境管理对本土模式生物的需求和应用

适合的实验生物和大量的生态毒理学数据是化学品环境管理的重要基础。应用本土模式生物对我国化学品环境管理十分重要。稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)逐步成为我国化学品环境管理的首选推荐本土模式生物。建议从国际合作交流、遗传学、标准化、敏感性和比对研究等方面促进稀有鮈鲫的国际化。坚持管理与科研相结合,推动本土模式生物的研发和应用。     

面向化学品风险预测的计算毒理学软件比较研究

化学品风险评价是进行化学品环境管理和污染防治的前提,其关键在于化学品环境暴露和危害性数据的获取。仅采用实验测试获取相关数据的效率较低、成本高,难以满足数以万计的化学品风险评价的需求。以定量构效关系(QSAR)模型为代表的计算毒理学技术,可实现化学品环境暴露与危害性参数的高通量预测,是填补相关数据缺失的重要方法。近年来,计算毒理学领域发展了一批面向化学品环境暴露和危害性参数预测的软件工具,集成了数据和模型资源,在化学品管理活动中发挥了重要作用。本研究共搜集了国内外25款计算毒理学软件,通过文献资料调研和软件试用,从开发背景、预测终点、预测方法、功能与信息完整度和内嵌模型预测性能等方面对软件进行分析比较。分析表明,化学品管理法规支持、多方合作和数据共享,是计算毒理学软件开发的重要基础条件。现有计算毒理学软件在预测终点覆盖度、预测结果可靠性、软件实用性和可拓展性方面仍有提升空间。未来相关软件的开发需要结合深度学习等先进建模技术,增强软件的预测性能并扩大其应用范围,使之成为化学品风险综合评价和决策分析的实用工具。     

第一期“环境化学前沿论坛”成功举行

为促进国内外学术交流，活跃学术气氛，中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室决定定期举行“环境化学前沿论坛”，邀请国内外著名专家就环境化学研究的前沿课题以及相关领域的最新进展举办学术讲座．第一期论坛于2006年10月18日在中国科学院生态环境研究中心举行，会议由环境化学与生态毒理学国家重点实验室副主任林金明研究员主持，中心副主任江桂斌研究员作了题为“环境化学的回顾与展望”的报告．江桂斌研究员的报告分为四大部分：（1）环境化学发展的历史渊源与成就；（2）环境化学发展的机遇和前沿领域；（3）定型污染物研究进展；（4）如何向ES＆T杂志投稿．在报告中，江桂斌研究员不仅就环境化学的发展历史与未来发展趋势进行了论述，并介绍了中国科学院生态环境研究中心环境化学和生态毒理学国家重点实验室近年来取得的成就及将来的发展目标．江桂斌研究员指出，在未来几年内，希望通过重点实验室全体研究人员以及研究生的共同努力，争取把实验室发展成为国际知名的环境化学研究机构．     

土壤生态毒性测试方法综述

土壤生态毒性测试在化学品管理和污染土壤评价等方面具有重要作用。传统的测试方法通常是利用生物个体、种群等水平上的存活、繁殖等测试终点来评价化学品或污染土壤对生态系统的影响。微宇宙等模拟生态系统和一些野外试验方法更接近生态系统的实际情况,但耗时更长、花费更高。与传统的测试方法相比,生物标志物敏感性高、响应速度快,有可能作为土壤污染的快速诊断工具。近年来,新技术的应用进一步促进了土壤生态毒理学的发展,如组学技术有助于理解有毒物的致毒机制,发现新的分子生物标志物。本文综述了目前土壤生态毒性测试的主要方法及其标准化和应用现状,同时对土壤生态毒性测试方法今后的研究方向及在我国环境管理中的应用提出展望。     

3D类器官模型的研究进展及其在化学品毒理学评价中的应用展望

化学品毒理学评价主要采用2D细胞培养体系和动物实验模型,但2种模型均存在一定的局限性.2D细胞培养常用特定细胞系,与体内多细胞组织及其生理功能差异较大.动物实验耗时、昂贵,并受伦理学限制,且存在种属差异问题.3D类器官模型可模拟组织器官的复杂结构和功能,产生细胞间和细胞-基质相互作用,与体内生理反应更为相似,因此能更准确地反映毒性效应和机理.类器官模型在化学品毒理学评价领域具有良好的应用前景,将显著提升毒理学基础研究能力以及对化学品风险评价和管理的支撑作用,但相关研究尚处于起步阶段.本文从类器官的生理学特性、构建方法及组织类型等方面,重点讨论了类器官模型在化学品毒理学研究中的适用性,并提出了存在的挑战和对策.     

基于PCR-DGGE的重金属污染土壤微生物种群指纹分析

采用变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析方法,研究沈阳市细河沿岸重金属污染土壤中微生物结构多样性、种群丰富度及种群结构的动态变化规律。结果表明：直接从土壤中抽提总DNA,对16SrRNAV3可变区序列进行扩增,DGGE指纹图谱分析,微生物种群结构和变化规律明显,同时也表现为重金属污染程度越重,多样性指数越低;其中细河底泥重金属含量严重超标,多样性指数最低。经方差分析,重金属污染情况与Shannon-wiener多样性指数呈负相关,其中重金属污染对微生物的均匀度指数影响最显著,并且锌污染对其影响最大为-0.985。表明PCR-DGGE技术可以用于污染环境下微生物多样性研究,也为污染环境下土壤微生物多样性研究提供了新的实验方法与依据。     

化学品足迹:概念、研究进展及挑战

化学品污染被联合国环境规划署列为影响人类生存与发展的全球重大环境问题之一。为实现可持续的化学品管理,需定量评价产品生命周期内由化学品排放造成的生态影响。然而,当前的化学品风险评价指标体系往往指向零碎的危害性或毒性终点,未能综合出整体性指标来定量表征生态系统所承受的损害,亦不能衡量人类活动排放的化学品总量与环境承载容量的相对大小。作为环境足迹一员,化学品足迹继承了"足迹"指标的特点,可定量表征生态系统受化学品影响的程度,并结合生态阈值及环境承载容量,有助于评价人类活动对环境可持续性的影响,有望成为公众、企业、决策者及利益相关者之间相互交流的重要工具。本文概述了化学品足迹的基本概念及其发展历程,介绍了现有的化学品足迹计算方法及其应用于不同空间尺度下的案例研究,讨论了化学品足迹研究中存在的问题与挑战,并对其应用前景进行了展望。     

欧盟化学品环境管理战略研究与启示

贯彻化学物质的全生命周期环境风险管理理念,加强新污染物治理,深入打好污染防治攻坚战,是促进经济社会发展全面绿色转型的重要内容。以欧洲化学品可持续战略为主线,分析欧盟与化学品相关的环境管理战略与行动计划,从化学品的安全可持续设计、环境零化学污染、化学物质风险评估机制和风险管理方法等方面进行研究,通过问题总结、差距比对,分析提出对我国开展化学品环境管理工作的启示,对推动精准治污、科学治污、依法治污,促进生态文明建设,有重要借鉴意义。     

中国科学院化学品环境风险评估中心博士后项目申请通知

<正>中国科学院化学品环境风险评估中心早于1994年就已在我国开展起化学品对本土生物的环境风险评价,于2003建立了符合我国农业农村部和生态环境部GLP管理规范的化学品安全评价试验平台,同时具备农药产品化学、农药残留与代谢、环境影响与归趋及哺乳动物毒理学GLP认证资质,为我国的农药风险评价做出了积极贡献。     

组合指数在环境混合物联合毒性研究中的初步应用

化学品在实际环境中总是以组分繁杂多变的混合物形式存在,其混合物的毒性评估与预测一直是环境毒理学研究重点。在环境毒理学领域,浓度加和(concentration addition,CA)及独立作用(independent action,IA)是评估与预测化学混合物联合毒性的经典模型,一般认为CA适用于作用模式相似的混合物体系而IA适用于作用模式相异的混合物体系,但如何使用CA与IA一直存在争议。组合指数(combination index,CI)是在半数效应方程基础上发展起来的不依赖于作用模式的用于混合物联合毒性评估的混合物毒性指数,具有坚实的理论基础,不仅能定性地评估毒理学相互作用,也能定量地评估相互作用的大小,已在药物组合研究中得以广泛应用,近年来已引起环境毒理学研究者兴趣。本文就组合指数及药物组合应用、进入环境毒理学领域、与CA及IA的关系、存在的问题等几个方面进行评述,以期推进CI在化学混合物毒性评估与预测领域中的应用。     

前言

化学物质所引起的环境污染,已成为全球性重大环境问题.对污染机理和控制途径的研究,一直是近期国家确定的科研重点,也是联合国环境与发展大会通过的《21世纪议程》的重要内容,有关问题的探讨和解决将成为持续发展的关键.化学物质在环境中分布、迁移、转化及生态毒理乃至对人体健康影响的基础研究将为污染的控制、调控对策,包括对新化学品进入环境后有关行为和影响预测提供重要科学依据.OECD等国际组织对化学品的储运、使用、测试等已有比较系统的规范,并经常修订,而国内有关测试准则尚未正式推行.国家自然科学基金委员会设立的重大项目“典型化学污染物在环境中的变化及生态效应”(金龙珠,王学     

元江流域干热河谷草地植物群落结构特征与相似性分析

选择元江干热河谷典型草地群落,采用标准样地调查法,对流域上、中、下游干热河谷草地植物群落的分布特征、群落结构、种群习性等特征开展研究,结果表明：（1）元江流域上游祥云和中下游红河干热河谷草地群落中出现的植物种类最多,元江流域干热河谷草地植物群落是以灌木为主、多年生草本为辅的结构类型。（2）元江流域干热河谷草地群落中,扭黄茅（Heteropogon contortus）为优势种群,次优种群随流域环境的改变而不同。（3）元江流域干热河谷草地植物群落之间的相似性系数均在0.00～0.25之间,处于极不相似水平,种群的扩散受流域河谷通道作用影响较小。（4）种群的扩散和定居受海拔高度的影响,随着海拔高度的变化,植物群落的组成也发生变化,形成不同的群落结构。     

基于模式生物秀丽隐杆线虫的环境污染物生殖毒性研究进展

由于人类社会的发展,环境污染也越来越严重,研究环境污染物对生态及人类健康的影响极为重要。生殖系统是人和动物繁衍后代的重要系统,常见环境污染物对生殖系统的影响正引起研究人员的广泛关注。秀丽隐杆线虫具有身体透明、品系丰富和遗传背景清楚等优点,为生殖毒理学研究提供了一个便利的平台。以秀丽隐杆线虫为模型已对多种环境污染物的生殖毒性进行了评价。本文重点叙述了重金属、纳米材料、有机物等化学污染,辐射、磁场等物理污染,以及病毒等生物污染对秀丽线虫生殖系统的影响,并归纳讨论了环境污染物造成生殖功能障碍的几种主要机制,如氧化应激、DNA损伤、内质网应激以及神经损伤等,但不同类型污染物的毒性效应与其自身的物化性质紧密相关。环境污染物诱导的生殖毒性中不同响应机制之间的关联性、不同发育阶段的敏感性差异、污染物的传代效应以及有效的缓解方式的筛选等都有待进一步的开展。     

湿地生态风险评价中生物完整性指数研究进展

湿地是陆地与水域之间的过渡地带,是地球上生产力最高的生态系统。湿地生态风险评价的实际应用将使人们更好地理解物理、化学和生物风险源如何影响湿地,并为湿地管理提供科学支撑,这就要求确定湿地生态健康评价指标的完整性。生物完整性指数以环境生态毒理学数据为依据,是进行生态系统健康风险评价的最有力工具。大中型无脊椎动物作为易选择的分类群,可用于湿地评估的生物完整性指数的建立,土壤动物特别是线虫类群作为湿地土壤和水环境健康评价的指示生物具有广阔前景。通过线虫分子毒理学等研究方法,可优化出生物完整性指数体系,建立扰动背景下的湿地生态风险评价模型,为湿地污染的监测、防控和修复,提供理论依据和实践方法。     

金属尾矿微生物对尾矿环境的适应与调控机制研究进展

当前中国金属尾矿产生量和贮存量大、分布广、监管难度大、综合利用率低,由此而引起的环境污染问题引起了广泛关注。研究金属尾矿微生物对尾矿环境的适应和调控机制对于尾矿的生物修复具有重要的现实意义,是加强重金属污染防控的重要组成部分。综述了金属尾矿微生物群落的物种组成,并从pH、重金属和养分方面阐明其对尾矿环境的适应和调控机制。结果表明,金属尾矿中的优势细菌主要为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）和酸杆菌门（Acidobacteria）;优势真菌主要为子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和罗兹菌门（Rozellomycota）;奇古菌门（Thaumarchaeota）和广古菌门（Euryarchaeota）是其中的优势古菌。金属尾矿微生物属于K型策略微生物,它们通过阻止质子和重金属离子进入细胞和从细胞内部排出质子和重金属离子的方式来适应尾矿极酸性和高含量重金属环境,并在养分限制下利用有限的资源获取营养。微生物还进化出了主动改变尾矿环境的能力,...     

环境化学发展新动向

随着社会经济的发展、资源与能源的开发利用、城市化过程的加速、人口增加,人类活动引起的环境问题层出不穷,对环境化学提出了新的挑战,从而促进了环境化学的发展.由于人类对环境化学品的利用和控制以及对环境的合理管理等需要,从追溯、监测、分析、鉴定化学沾污物/污染物来源,研究其在自然环境中的化学变化过程及其所产生的生态效应/健康影响中的化学问题、污染化学防治和控制的方法等,环境化学家利用化学学科的原理、方法和手段以及其他学科的有关知识和手段,研究和改造复杂的人类环境     

污染生态学的研究前沿与展望

根据污染生态学国内外研究现状与发展趋势 ,对该领域的最新研究前沿进行了较为系统的分析和归纳。与此同时 ,从生态学发展战略的角度 ,对今后的研究重点进行了阐述。认为污染生态过程是污染生态学研究的中心议题 ,污染生态修复与污染生态工程是污染生态学应用研究的重点。通过研究 ,将会推动污染生态化学和污染生态毒理学等学科新的生长点和新的分支学科的形成和发展。     

秀丽线虫适应响应的形成与调控机理

除了环境暴露评价,在环境毒理学研究中模式动物秀丽线虫也已经被应用于适应响应形成及其调控机理研究.在综述中,系统介绍了秀丽线虫中存在的几种形式毒物诱发的适应响应,即同一因素适应响应、交叉适应响应与特殊形式的适应响应;讨论了目前已经揭示出的6种影响适应响应形成因素;分析了适应响应形成可能机制,即抗氧化应激体系、热激蛋白、金...