因子分析法在化学物质生态危害评价中的应用

运用因子分析法对61种环境优先污染物的环境行为和生物毒性等7项指标进行分析,筛选出3个或4个主因子,3因子分别定义为生物毒性、分配性和降解性因子,4因子分别定义为生物毒性、蓄积性、吸附性和降解因子;选取3因子模型对61种环境优先污染物和12种新化学物质进行生态危害评价,以主因子对总信息量的贡献率为权重求得各化学物质生态危害的分值,依据综合得分得到新化学物质相对于该61种环境优先污染物的生态危害综合排序,以评价新化学物质的生态危害性.结果表明,预测结果与实际情况基本相符.     

判别分析与决策树分析在化学物质生态危害分类中的应用

运用Fisher判别、马氏距离判别和决策树分析3种方法对61种环境优先污染物的生态危害程度进行分类,并比较了各模型的分类正确率.结果显示,决策树分析方法分类正确率最高,为92%;马氏距离判别其次,为87%;Fisher判别最低,为75%.决策树分析方法不仅减少了2项评价指标,而且对61个新数据矩阵的多次分析显示其分类能力非常稳定,正确率基本符合正态分布,且保持在92%左右,为3种方法中最优的分类方法.     

构建基于GHS标准的黑头呆鱼(Pimephales promelas)急性毒性二元分类模型

鱼类急性毒性参数是进行化学品生态风险评估、分类标签等工作不可或缺的毒性指标。本文选取634个有机化学品对黑头呆鱼(Pimephales promelas)的急性毒性数据,并依据"全球化学品统一分类和标签制度"(GHS)中推荐的分类标准,将急性毒性值小于和大于100 mg·L-1的物质分别划分为有毒物质和无毒物质。以分类结果为建模指标,构建了基于欧几里德距离的K最近邻(k NN)二元分类模型。评估结果表明,模型训练集和验证集的预测准确度(Q)、敏感性(Sn)和特异性(Sp)参数均大于0.7,说明模型具有较好的预测能力。因而,在化学品分类标签工作中,可使用该模型预测缺失的鱼类急性毒性类别。     

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。     

N-取代氟乙酰胺结构与急性毒性的CoMFA和CoMSIA研究

采用比较分子场分析(Co MFA)法和比较分子相似性分析(Co MSIA)法,对19种N-取代氟乙酰胺的小鼠急性毒性进行三维定量结构活性关系(3D-QSAR)的研究,模拟计算不同基团在立体场和静电场中对化合物急性毒性的影响,采用交叉验证相关系数(Q2)、非交叉验证相关系数(R2)表征模型的优劣。结果表明,Co MFA模型的交叉验证系数Q2为0.563,非交叉验证系数R2为0.992,优于二维构效关系,且其急性毒性主要由其立体场决定;单独采用立体场的Co MSIA模型预测能力最强,交叉验证系数Q2为0.767。在不同场组合的Co MSIA模型中,立体场和疏水场的贡献最大,而静电场的贡献最小。     

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。     

定量有害结局路径(qAOP)评估环境化学物质毒性的研究进展Ⅱ:类二噁英物质及AhR-qAOP

环境中不断检出具有二噁英结构并存在潜在生物毒性的新型污染物类二噁英物质(dioxin-like compounds,DLCs),识别并评估其生态与人体毒性对化学品风险防控具有重要意义.传统的化学品毒性测试方法已不能满足评估大批环境化学物质风险的需求,基于芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR)的有害结局路径(adverse outcome pathway,AOP)为准确评估潜在DLCs的生态与健康风险提供了新的策略.为指导预测新型DLCs的毒性,需在定性AhR-AOP基础上发展定量AOP.本文综述了AhR-AOP的研究现状,并总结了"AhR激活-胚胎毒性"定量AOP的最新进展,包括定量模型的开发、相关体外测试技术、对新型DLCs和不同物种的危害评估的适用性等.最后探讨了AhR-qAOP发展过程中的问题与潜在解决方案,对其应用于DLCs生态危害与风险评价的前景进行了展望.     

外源化合物在鱼体内生物半减期的QSAR模型

生物半减期(t1/2)是评价外源化合物在鱼体内蓄积效应的重要参数。实验测定t_(1/2)的速度慢、成本高,难以满足化学品生态风险评价的需求,需要发展替代实验的模型预测方法。本研究搜集了653种化合物t1/2实测值,采用多元线性回归(MLR)和支持向量机(SVM) 2种方法,建立了鱼体logt1/2的定量构效关系(QSAR)预测模型。MLR模型的校正决定系数(R(adj)~2)为0.751,均方根误差(RMSE_(train))为0.587,去一法交叉验证系数(Q_(LOO)~2)为0.735,外部验证系数(Q_(ext)~2)为0.682,这表明模型具有较好的拟合度、稳健性和预测能力。SVM模型具有更好的拟合和预测能力(R_(adj)~2=0.839,RMSE_(train)=0.457,Q_(ext)~2=0.708)。采用Williams法对模型的应用域进行表征。所建模型可用于预测多环芳烃、多氯联苯、多溴联苯醚、有机磷农药、药物等典型化合物,以及其他烷烃、环烷烃、烯烃、醇、醚、酸、酯、酮、含卤素化合物、芳香族化合物、含硫、氮、磷化合物的在鱼体内的logt1/2值。     

有机磷类化合物大鼠急性毒性QSAR模型构建与毒性机制研究

有机磷化合物(OPs)广泛分布在各种环境介质中,并对各类生物的健康有潜在的危害。本研究采用基于逐步算法(SW)和遗传算法(GA)的多元线性回归(MLR)方法,收集并筛选出53种OPs的数据集并建立其关于大鼠急性口服毒性(LD50)的定量结构活性关系(QSAR)模型。构建的SW-MLR模型的参数决定系数(R²)、留一法交叉验证系数(Q_(LOO)2)、留一法交叉验证系数(Q_(LOO)²)、外部检验系数(Q_(F1)2)、外部检验系数(Q_(F1)²和Q_(F2)2和Q_(F2)²)分别为0.897、0.817、0.515和0.505,GA-MLR模型的参数分别为0.827、0.752、0.831和0.828。2个模型的统计参数表征了良好的预测能力。使用外部测试集对模型进行评估时,发现GA-MLR模型比SW-MLR模型具有更好的预测和泛化能力。此外,基于建立的模型预测了其他9种OPs的急性毒性,并辅以分子对接技术探究了其潜在的神经毒性。分子对接结果显示,其中8种OPs可以与人类丁酰胆碱酯酶结合。模型机理解释和分子对接结果显示,OPs取代基的高烷基化程度和支链长度的增加能够降低毒性。因此,建立的模型可以从OPs的分子结构上探索与毒性相关的信息,并为监管和筛选新的OPs提供基础数据。     

有机化合物生物富集因子的计算机预测研究

有机化合物在生物体内的富集,通常用生物富集因子(bioconcentration factor,简称BCF)来表达,这是化合物生态环境毒性评估的重要指标。为合理预测有机化合物是否易于生物富集,首先从美国环保局网站收集了624个具有不同BCF值的化合物,然后采用7种分子指纹结合5种机器学习方法(包括支持向量机、C4.5决策树、k最近邻法、随机森林法和朴素贝叶斯法),构建了化合物BCF的分类预测模型,所有模型均采用独立外部验证集进行验证。其中,使用Chemo Typer分子指纹结合支持向量机方法得到的二分类模型,整体预测准确度最好,达到了85.4%。通过采用信息增益、频率分析等方法,进一步确定了化合物中易于引起生物富集的关键子结构,包括芳基氯、二芳基醚、氯代烷烃等。研究中所用到的方法为有毒化学品的生态风险评价提供了良好可靠的预测工具。     

化学品生态毒性测试鱼类模式生物的应用与展望

水生生物毒性测试广泛应用于评估化学品的水生态环境安全,而鱼类生态毒性数据为水生生态风险评估与风险管理提供基础。本文总结了现有的鱼类水生毒性测试标准及常用的物种。阐述了常用水生鱼类模式生物,如斑马鱼Danio rerio、青鳉鱼Oryzias latipes、黑头软口鲦Pimephales promelas等作为模式鱼类的特征及在生态毒性测试中的应用。环保部7号令推荐稀有鮈鲫Gobiocypris rarus作为中国本土生物在水生毒性测试中使用。目前公开发表的利用稀有鮈鲫的水生毒性研究多集中在急性毒性方面,对其他类型的研究如法规毒理相关的长期慢性毒性有待开展。     

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
     

OECD鱼类生物蓄积测试的优化策略研究

作为化学品风险管理中的重要环境行为参数,生物蓄积性不仅是分类、标签、评价和控制环境风险的基本指标,也是鉴别化学物质持久性和环境危害性的重要标准。2012年OECD颁布了新的生物蓄积测试方法,由此给生物蓄积优化策略带来了全新的挑战,原有的判别优化策略的方法需要作出新的发展与调整。针对新生物蓄积测试方法引发的优化策略挑战,通过层次研究及文献分析,归纳了基于OECD新305生物蓄积测试标准的优化测试策略,为优化、简化测试及化学品安全管理提供了科学基础。     

几种典型有害化学品对水生生物的急性毒性

采用水体中3个营养级别的水生生物（绿藻、水Sou和鱼）测试卤代酚类、硝基苯类、烷基苯类典型有毒有害化学品对水生生物的急性毒性，同时对上述物质对水生生物的安全性进行初步评估，并预测了上述物质对水生生物的环境安全浓度，研究结果表明，在3类12种有机污染物中，卤代酚类物质对水生生物的毒性最强，其中五氯苯酚对水生生物具有极高毒性。在3个营养级别的受试生物中，剑尾鱼对上述毒物具有较好的敏感性，结果稳定，重现性好，说明剑尾鱼是一种优良的水生毒性试验材料，图1表3参11。     

eChemPortal及其在我国重点环境管理危险化学品环境风险评估中的应用

危害性识别是化学品环境风险评估工作的重要基础,危害性数据的质量直接影响化学品环境风险评估工作的结果与结论。通过介绍经济合作与发展组织(OECD)eChemPortal近几年来的主要变化,以上海地区涉及的30种重点环境管理危险化学品为例,比较分析我国《危险化学品分类信息表》及eChemPortal引用的按照《欧盟物质和混合物的分类、标签和包装法规》的公开分类和标签目录(ECHA CL inventory)、日本政府全球化学品统一分类和标签分类结果(GHS-J)的差异。结果表明:eChemPortal作为OECD建立的全球化学物质信息门户,加入的数据库多数经过政府机构或同行评审,准确性和可靠性相对较高,目前已有32个数据库加入到该平台,其中32个数据库支持化学物质检索,4个数据库支持化学性质检索,2个数据库支持GHS检索,并且数据库的数量和功能还在持续增加;相对于国家安全监管总局的《危险化学品分类信息表》和ECHA CL inventory,GHS-J的危害性分类结果较为完善,而且多数分类结果提供了具体的分类数据基础信息,这对于分类结果的评估十分有用。上述研究表明我国政府监管部门有必要结合eChemPortal等权威的数据信息平台发布我国重点环境管理危险化学品环境风险评估推荐数据库,从而规范重点环境管理危险化学品环境风险评估过程并推动对化学品的有效环境监管。     

典型抗生素与群体感应抑制剂对费氏弧菌的三元慢性联合毒性

群体感应抑制剂(quorum sensing inhibitor,QSIs)广泛应用之后与环境中现有抗菌药物共存的趋势不可避免。为了评价QSIs和现有抗菌药物共存所引起的生态环境效应,本文以费氏弧菌(Vibrio fischeri)作为模式生物,磺胺类抗生素磺胺氯哒嗪(SCP)、磺胺类增效剂甲氧苄嘧啶(TMP)和群体感应抑制剂4-溴-5-溴亚甲基-2(5氢)-呋喃酮(FC-30)为研究对象,测定了以上3个化合物对Vibrio fischeri的单一/混合慢性毒性效应。单一慢性毒性结果表明,3个化合物的毒性大小如下:FC-30SCPTMP,混合慢性毒性结果表明三元混合体系联合效应为拮抗。进一步分析可知,SCP+FC-30和TMP+FC-30两个混合体系的拮抗作用是三元混合体系为拮抗效应的根本原因。最后指出,因为SCP、TMP和FC-30的三元混合体系是拮抗作用,所以从环境生态风险角度分析,三者联合用药对环境的影响小于单一用药。     

5种化学品对丽斑麻蜥和日本鹌鹑的毒性研究

目前,在化学品生态风险评价体系中对爬行动物的毒性效应研究较少。本研究参考鸟类急性经口毒性试验建立了我国本土爬行动物——丽斑麻蜥(Eremias argus)的急性毒性测试方法,来评价化学品对爬行动物和鸟类的毒性效应之间的差异。选择异氰酸酯、1,2-苯并异噻唑-3-酮、2,4-二氯苯酚、苯并噻唑和二苯甲酮5种化学品分别对丽斑麻蜥进行暴露实验,并与鸟类模式物种——日本鹌鹑(Coturnix japonica)的急性毒性结果进行比较。结果发现异氰酸酯和苯并噻唑对丽斑麻蜥7 d的半数致死剂量(7 d-LD50)分别为125 mg·kg~(-1)和500 mg·kg~(-1),而对日本鹌鹑的7 d-LD50值分别为27 mg·kg~(-1)和37 mg·kg~(-1);1,2-苯并异噻唑-3-酮、2,4-二氯苯酚和二苯甲酮对丽斑麻蜥的7 d-LD50值分别为909 mg·kg~(-1)、787 mg·kg~(-1)和528 mg·kg~(-1),而对日本鹌鹑7 d-LD50值均大于剂量上限1 000 mg·kg~(-1)。结果表明,丽斑麻蜥和日本鹌鹑对相同化学品的毒性敏感性是存在差异的,用鸟类来评价化学品对爬行动物的潜在风险可能不够准确,应该重视化学品对爬行动物的毒性效应研究。同时,以本土爬行动物的代表物种丽斑麻蜥作为化学品环境风险评价的模式生物,对保护我国本土物种及其多样性、维持生态平衡具有重要意义。     

中国冶炼行业场地土壤污染特征及分布情况

通过收集大量国内各个地区冶炼场地的最新污染数据,试图从全国尺度范围进行分析,反映中国冶炼行业场地的土壤污染状况。运用污染指数评价法、潜在生态危害指数法和生物毒性评价法,以《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 36600—2018)的第一类用地标准值为参比,对土壤中重金属和有机物的污染特征及生态风险进行了分析。单因子指数结果表明:As、Pb、Cd和Ni的浓度均超过了土壤污染风险管制值,其中As的单因子指数为3.80;有机物的评价结果均为清洁。内梅罗指数结果表明:As、Pb、Cd和Ni的土壤污染风险管制值的评价结果为重度污染,且指数均大于35;二苯并(a,h)蒽的评价结果为警戒限,其余有机物的评价结果均为清洁。潜在生态风险评价表明:As具有很强的潜在生态风险,Cd有较强的潜在生态风险,多种元素的综合生态风险评价指数RI为409,具有较强的潜在生态环境风险。空间分布结果表明:南方地区的重金属潜在生态风险远高于西北地区和北方地区,其中潜在生态风险等级为很强的点位主要分布在贵州、湖南和江西等地区,且As和Cd的生态风险因子占据较高的比重。生物毒性评价表明:2-甲基萘、苊烯和二苯并(a,h)蒽将频繁地发生负面生态效应。贵州等南方部分地区的冶炼行业周边土壤已受到As和Cd等重金属的严重污染,应采取有效措施减少排放。该研究可为中国冶炼行业的污染防治提供科学依据和数据支撑。