有机污染物对发光菌和鱼的毒性相关性研究

研究有机污染物对不同水生生物毒性的种间关系有助于探讨有机污染物对水生生物的毒性作用模式。本文应用1 470种有机化合物对发光菌的毒性数据和949种有机化合物对鱼的毒性数据,研究有机化合物对发光菌和鱼的种间毒性作用模式。结果表明,有机化合物对发光菌和鱼的毒性呈正相关,但种间相关性较差。通过计算毒性比率TR值表明多数类别有机化合物具有相似的种间毒性作用模式。基线和弱惰性化合物对发光菌和鱼的毒性均与辛醇水分配系数log Kow具有良好的线性关系,这说明基线和弱惰性化合物在发光菌和鱼体内的残余量CBR值均为一个常数。这些化合物对发光菌和鱼具有相似的毒性作用模式和生物吸收过程。另外,一些亲水性化合物的log TR值具有较大的种间差异,即对发光菌和鱼的毒性效应具有较大的种间差异,表明亲水性化合物对发光菌为反应型化合物,而对鱼为麻醉型化合物。有机化合物对发光菌和鱼的毒性种间相关性通过引入疏水性参数得到了一定的改善,这表明这些亲水性化合物毒性效应的种间差异有一部分归因于有机化合物在发光菌和鱼体内的生物富集不同,而不是由于与生物分子的反应性不同。这些亲水性化合物相对于鱼的腮和皮肤更容易通过发光菌的细胞膜,与生物分子发生化学反应,从而具有较高的毒性效应。Log Kow大于7的化合物对发光菌和鱼均具有较低的毒性,说明有机化合物在生物体内的富集能力对有机化合物剩余毒性的判别起着重要作用。     

生理毒代动力学模型及其在有机污染物水生生态毒理研究中的应用

人类生产和生活使用各种人工合成的化学品,种类和数量急剧增长,对生态系统和人体健康造成了极大威胁。因此,亟需采用高效的方法对数量巨大的化合物进行毒性评价。对生理毒代动力学(PBTK)模型的建立过程及其在污染物生态毒理研究中的应用进行了综述。PBTK模型,又称生理药代动力学(PBPK)模型,是利用生理学和解剖学等原理,将生物体简化为用血流连接的肝、肾和脂肪等各组织器官房室,模拟化合物在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄过程。模型参数包括生理参数和生化参数2个部分,可用MATLAB等软件进行模拟。模型已应用于数百余种有机污染物在鱼体等水生生物体的毒代动力学模拟。已有模拟结果能够预测化合物在生物体内的有效剂量,对化合物毒性进行评估,并可用于不同物种、不同剂量和不同暴露途径间的外推,有力推进了污染物生态毒理研究工作的开展。     

白眉蝮蛇毒精氨酸酯酶的急性、亚急性毒性实验

用小鼠和大鼠分别研究了白眉蝮蛇(Agkistrodon halys ussuriensis )蛇毒中精氨酸酯酶的急性毒性和亚急性毒性.腹腔和静脉给药小鼠急性毒性分别为半数致死量LD50,ip =5.73～6.68 U/kg, LD50,iv=4.12～4.76 U/kg ;最大致死量LD100,ip=8.60 U/kg, LD100,iv=6.40 U/kg;最小致死量LDmin,ip =4.20 U/kg, LDmin,iv=3.10 U/kg .大鼠急性毒性结果分别为LD50,ip= 5.09～5.98 U/kg, LD50,iv=3.30～3.86 U/kg ; LD100,ip=7.80 U/kg, LD100,iv=5.50 U/kg; LDmin,ip=3.60 U/kg, LDmin,iv=2.70 U/kg.大鼠亚急性毒性实验结果为活动能力、生长率、进食量、死亡率等一般综合指标药物处理组和CK没有明显差别;血检、尿检等临床指标除谷丙转氨酶(GPT)高剂量药物处理组与CK有明显差异外(P<0.05),其它生化指标无显著差异(P>0.05);病理解剖和脏器系数指标,高剂量药物处理组肝脏明显肿大、空泡化,脏器系数也明显高于CK(P<0.05),其它脏器未见病变,脏器系数未见显著差异(P>0.05).从急性毒性和亚急性毒性方面考虑,纯精氨酸酯酶比现在临床应用的"蝮蛇清栓酶"(主要成分为精氨酸酯酶)毒性低. 表3 参11     

有机污染物对水生生物毒性作用机理的判别及影响因素

有机污染物对水生生物急性毒性作用机理的判别及影响因素是定量结构与活性相关研究的基础,对准确预测有机污染物对水生生物的毒性具有重要的意义.本文根据目前国内外在该领域的研究现状和本课题组在该领域的研究成果,系统地总结了有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理、毒性作用机理的判别方法、及影响毒性作用机理判别的因素.有机污染物对水生生物的急性毒性作用机理可分为非极性麻醉型、极性麻醉型、反应型和特殊作用型;化合物的毒性比率、毒性临界值和结构警示是目前判别毒性作用机理的主要方法;有机化合物的生物富集、非生物转化、生物代谢、离子化率和溶解度是毒性作用机理判别的主要影响因素.     

鱼体中有机微污染物的定量及筛查研究进展

化学品通过多种途径进入环境水体,可对水生生物及人体健康造成潜在风险。鱼类作为水环境污染物监测的指示生物,分析鱼体内有机微污染物的分布特征是评估水环境安全的重要方法。现有污染物种类繁多,且在生物体内存在降解转化的过程,基于靶向定量分析的监测方法难以系统、准确地评估鱼体中有机污染物的暴露特征。由于具有高分辨率、高质量精度、高通量和回顾性分析等特点,高分辨质谱技术逐渐被用于鱼体中有机污染物的筛查研究,为鱼体中高风险及未知污染物的定性、定量分析提供可能。本文综述了鱼体中有机污染物的定量分析现状,筛查分析方法以及其在鱼体中有机微污染物筛查研究中的应用。     

应用Abraham方程研究有机污染物对七种水生生物的毒性

通过研究141种对7种水生生物(发光菌、江水细菌、绿藻、大型溞、鲤鱼、黑头呆鱼,古比鱼)的毒性,建立了非极性麻醉型和极性麻醉型有机物的毒性与辛醇/水分配系数的对数lg Kow的相关性,并对该相关性进行了理论解释.同时,建立了Abraham参数与7种水生生物毒性的预测模型,根据Abraham参数和预测模型的系数,对有机污染物与生物毒性作用机理进行了理论分析.在此基础上,对Abraham毒性模型回归系数进行主成分分析,发现有机污染物对7种水生生物的毒性机理具有一定种间相似性和种间差异性,通过有机污染物对7种水生生物种间相关性研究发现,近缘物种种间具有良好的相关性,说明这些物种具有较相似的毒性作用机理,而非近缘物种种间相关性较差,说明这些物种种间毒性机理存在一定差异.     

多拷贝表达转鲑鱼降钙素基因酵母的急性、亚急性毒性

口服转鲑鱼降钙素基因酵母为鲑鱼降钙素的应用开辟了一条新的途径.为评价转鲑鱼降钙素基因酵母的安全性,将转基因酵母分别灌胃昆明种小鼠和Wistar大鼠进行急性毒性实验(7 d)、亚急性毒性实验(8周).急性毒性实验结果表明灌喂转基因酵母对小鼠无致死效应(LD50>10 000 mg/kg);亚急性毒性实验中高(2.0 g/kg)、低(0.5 g/kg)剂量组动物的一般状况、体重、主要脏器系数、血液学指标及血液生化指标与各对照组比较,均未见明显差异(P>0.05),组织病理切片检查未发现病理性变化.实验结果说明转鲑鱼降钙素基因酵母不会对实验动物造成不良影响,是安全无毒的.图3表3参16     

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。     

络合态金属铜在大型水蚤(Daphnia magna)体内的生物积累及生物毒性

以人工稀释水作为背景水样,通过实验室暴露和化学平衡软件的辅助分析,研究了4种有机络合剂(草酸、酒石酸、EDTA和腐殖酸)对大型水蚤(Daphniamagna)体内铜的生物积累(BBD)以及生物毒性的影响.结果表明,有机络合剂的存在降低了大型水蚤体内生物积累量和金属硫蛋白(MT)含量,明显降低了水体中金属Cu的毒性,4种不同有机络合剂所产生的效果大体相同;有机络合态的铜也能为大型水蚤所吸收和利用,在相同浓度条件下大型水蚤对腐殖酸络合态铜的利用大于EDTA络合态铜.     

三氯生对青海弧菌Q67和人乳腺癌细胞MCF-7的时间毒性

三氯生(triclosan,TCS)是一种广谱性抗菌剂,2005年欧盟水框架指令将TCS列为一种新型污染物。目前对TCS的研究局限于急性毒性实验,关于TCS毒性随时间的变化以及不同溶解状态下TCS的毒性差异的研究却鲜有报道。应用以96孔微板为暴露反应载体的微板毒性分析法,添加氢氧化钠(NaOH)或使用二甲亚砜(DMSO)作为助溶剂溶解TCS,分别测定其对青海弧菌Q67的相对发光抑制毒性(15min急性毒性和时间毒性)和对人乳腺癌细胞MCF-7在不同暴露时间(24、48和72h)内的细胞增殖抑制毒性。Q67的急性毒性实验结果表明,碱性条件下TCS的毒性(EC50=3.97(10-8mol.L-1)大于DMSO作为助溶剂时的毒性(EC50=1.68(10-4mol.L-1)。无论碱性条件还是DMSO助溶,TCS在不同暴露时间内对Q67的时间毒性没有明显差异。在不同暴露时间下MCF-7增殖抑制率实验中,DMSO作为助溶剂时,TCS的最高实验浓度为1.46(10-3mol.L-1,随着暴露时间的延长,抑制率在24、48和72h时分别为27.8%、44.2%和62.4%;碱性环境时TCS的最高实验浓度为1.39(10-6mol.L-1,随着暴露时间的延长,抑制率在24、48和72h时分别为20.2%、55.8%和73.9%。研究表明,在DMSO和NaOH作为助溶剂的条件下,TCS对MCF-7均存在时间毒性差异,并且NaOH碱性溶液中TCS对MCF-7的毒性远大于DMSO作为助溶剂时的毒性。     

Biomarkers indicate mixture toxicities of fluorene and phenanthrene with endosulfan toward earthworm (<Emphasis Type="Italic">Eisenia fetida</Emphasis>)

α-Endosulfan and some polycyclic aromatic compounds (PAHs) are persistent in the environment and can reach crop products via contaminated agricultural soils. They may even be present as mixtures in the soil and induce mixture toxicity in soil organisms such as earthworms. In this study, the combined toxicities of PAHs with α-endosulfan were determined in Eisenia fetida adults using an artificial soil system. α-Endosulfan and five PAHs were tested for their acute toxicity toward E. fetida in artificial soils. Only α-endosulfan, fluorene, and phenanthrene showed acute toxicities, with LC₅₀ values of 9.7, 133.2, and 86.2 mg kg^?1, respectively. A mixture toxicity assay was conducted using α-endosulfan at LC₁₀ and fluorene or phenanthrene at LC₅₀ in the artificial soils. Upon exposure to the mixture of fluorene and α-endosulfan, earthworms were killed in increasing numbers owing to their synergistic effects, while no other mixture showed any additional toxicity toward the earthworms. Along with the acute toxicity results, the biochemical and molecular changes in the fluorene- and phenanthrene-treated earthworms with or without α-endosulfan treatment demonstrated that enhancement of glutathione S-transferase activity was dependent on the addition of PAH chemicals, and the HSP70 gene expression increased with the addition of α-endosulfan. Taken together, these findings contribute toward understanding the adverse effects of pollutants when present separately or in combination with other types of chemicals.     

几种抗生素对蛋白核小球藻的时间毒性微板分析法

抗生素在不同的暴露时间可能具有不同的毒性变化规律。本文以蛋白核小球藻(C.pyrenoidosa)为受试生物,96孔微板为暴露实验载体,5种抗生素硫酸安普霉素、氯霉素、双氢链霉素、硫酸新霉素和硫酸链霉素为研究对象,通过在C.pyrenoidosa生长周期内选取6个暴露时间节点(即0、12、24、48、72和96 h),建立了抗生素在不同暴露时间对C.pyrenoidosa生长抑制毒性的微板测试方法(简称T-MTA),并应用T-MTA方法系统测定了5种抗生素对C.pyrenoidosa在不同暴露时间的生长抑制毒性。结果表明,抗生素对C.pyrenoidosa生长抑制毒性具有明显的时间依赖特征,即在开始的时候基本无毒性,而后毒性迅速增加,然后毒性增加速度减慢;不同抗生素的毒性随着暴露时间的延长增加速率不同;同一暴露时间内,5种抗生素对C.pyrenoidosa的毒性大小不同;且毒性顺序随着暴露时间延长而发生变化。     

抗生素与三唑类杀菌剂混合物对羊角月牙藻的长期毒性相互作用研究

地表水中抗生素与农药的混合暴露及其潜在生态与健康风险受到广泛关注。然而,目前关于抗生素与农药混合毒性研究大多仅考虑急性毒性,缺乏其长期毒性相互作用的研究。以较为广泛使用的2种抗生素土霉素(OXY)、环丙沙星(CIP)和1种三唑类杀菌剂农药戊唑醇(TCZ)及其二元混合物为研究对象,以生态系统中初级生产者绿藻(羊角月牙藻)为受试生物,研究目标混合物在暴露时间为96、120、144和168 h的长期毒性相互作用。结果表明,单一物质及其混合物随暴露时间延长而毒性增大;同一暴露时间点的单一污染物毒性大小顺序为OXYTCZCIP;混合物毒性相互作用与浓度、混合物组分和暴露时间三者密切相关;混合体系的拮抗作用均出现在高浓度区域,而中、低浓度区域呈协同作用或加和作用; OXY-CIP与CIPTCZ混合体系的协同作用随着暴露时间延长而协同作用逐渐增大。研究结果对水环境中抗生素与农药复合污染生态风险评估具有重要的现实意义。     

Kombinationswirkungen von Umweltchemikalien in der Ökotoxikologie

Ecosystems and biocoenoses are exposed to multiple mixtures of environmental pollutants, but the usual risk assessment of chemical toxicities is focussed only on the judgement of single substance toxicity. With the two biometrical models concentration-addition and independent action known from pharmacology and toxicology, a pragmatic way for the analysis of combined effects is possible using the experimental knowledge of single substance toxicity. A short introduction to the models is given and an appropriate experimental design for mixture toxicity analysis is outlined. The principal suitability of the concepts was verifed in two different bioassays (green alga; luminescent bacterium) with the analysis of binary and multiple mixture toxicities of environmental chemicals. In this paper we present the results obtained with the green algae bioassay. Congruent results from the bioluminescence inhibition assay can be found in Grimme (1998). The results obtained indicate that the toxicities of mixtures of chemicals can be studied experimentally, even at low concentrations of the individual components. Mixture toxicities were detected at low, statistically non-significantly acting concentrations of the single compounds. These results force one to take mixture toxicities into account when environmental standards are established.     

Organochlorine pesticides and chlorinated hydrocarbon solvents in the blood of chemically sensitive patients [corrected]. A statistical comparison with therapeutic medication and natural hormones

The blood levels of organochlorine pesticides and chlorinated hydrocarbon solvents were measured in 200 and 114 chemically sensitive patients respectively, and compared with blood concentrations of standard medication (non- chlorinated substances. Clonidine, Haloperidol) of comparable toxicity after therapeutically effective dosage, and with reference levels of highly potent chemicals in the blood such as hormones. It was shown that the average blood levels of the most toxic environmental pollutants are comparable with the therapeutic steady state average blood levels of medications which have similar toxicities in the animal model. In addition the toxicity levels of xenoestrogens are at least an order of magnitude higher than normal plasma estrogen or progesterone levels. These findings suggest the possibility of additive or synergistic effects of these chlorinated compounds and the aforementioned medications. Also, these findings suggest the possibility of hormone deregulation from exposure to the aforementioned toxic chlorinated compounds.     

硝基苯类、氯酚类化合物对金鱼的急性毒性研究

研究了硝基苯类和氯酚类化合物对鲤科金鱼(Carasscas auratus)的急性毒性.结果显示:①硝基苯类化合物随硝基数目在苯环上的增加,其急性毒性增加.②氯酚类化合物的急性毒性随苯环上氯原子数目的增加而增加.通过实验为定量评估和预测同类型化合物的生物急性毒性提供了参考依据.     

Choice of chelating antidotes for acute cadmium intoxication∗

During acute oral intoxication by cadmium compounds, gastrointestinal epithelial damage contributes to immediate toxicity. However, secondary systemic toxicity may develop due to intestinal uptake of cadmium. This review presents an evaluation of the effects of chelators on the acute toxicity of cadmium after parenteral or oral exposure and on the intestinal uptake of cadmium. This review shows:

1. Chelating agents may affect the acute toxicity of cadmium in a variety of ways depending on the exposure route for cadmium and administration route for the chelator.

2. With regard to survival, systemic toxicity of absorbed cadmium is of major importance, as intraperitoneal administration of chelators could eliminate or reduce mortality due to orally administered cadmium chloride.

3. Lipophilicity of chelators and their cadmium complexes may result in extensively augmented intestinal uptake. However, hydrophilic chelators may efficiently reduce the intestinal cadmium uptake.

4. For hydrophilic chelators, the stability of the cadmium complex is an important determining factor of efficacy.

5. The optimal oral antidote towards orally administered cadmium are the BAL analogs, especially DMSA, while the optimal intraperitoneal antidotes towards orally or intraperitoneally administered cadmium are the higher members of the polyaminopolycarboxylate family, especially TTHA.

6. When administered simultaneously (DMSA orally and TTHA intraperitoneally), these chelators synergistically reduce the whole‐body retention of cadmium.

In conclusion, chelation treatment in acute oral cadmium intoxication should first prevent/reduce intestinal damage and uptake by rapid oral administration of a chelating antidote and then alleviate systemic toxicity due to absorbed cadmium and enhance renal/biliary cadmium excretion by parenteral administration of a chelating antidote.     

基于本土物种的3种典型化合物急性生态效应阈值研究

预测无效应浓度(PNEC)是进行风险污染物水生态安全管理的重要依据。本研究进行了3种典型化合物五氯酚、硝基苯和氯化镉对10种我国不同营养级水生生物的24 h、48 h和96 h的急性毒性测试,根据实验结果计算了相应的急性PNEC,同时与根据美国环境保护局毒性数据库里的毒性数据计算获得的急性PNEC值,以及综合本实验结果与毒性数据库里的数据计算得到的急性PNEC值进行对比,发现通过3种数据来源获得的急性PNEC值中,硝基苯的PNEC值差异较大,由本次实验结果获得的急性PNEC值最小;其他2种化合物差异较小。这可能是由于本次实验所选的本土生物中华田螺和麦穗鱼对硝基苯比较敏感,并且数据库中硝基苯的急性致死数据较少、毒性值较大且变化范围较窄,而其他2种化合物数据量较为丰富,变化范围较宽,包括了较敏感物种的毒性数据。这表明为给我国水生生物提供一个安全可靠的保护,对于数据量较为丰富并且毒性值变化较宽的化合物(如五氯酚和氯化镉)可以直接根据数据库里的毒性数据进行PNEC值的计算;而对于毒性数据量较少、毒性值偏大且变化较窄的化合物(如硝基苯)需要进行本土敏感物种的毒性测试。     

Reproductive toxicity of metals in calanoid copepods

This study investigated the effect of exposure route on metal accumulation, tissue distribution, and toxicity in the marine copepods Acartia hudsonica and A. tonsa. Sublethal toxicity was measured as decreases in egg production, hatching rate, ovarian development and protein (yolk) content of the egg. When algal food, exposed to Hg at 1 nM or Cd at 5 nM resulting in cells containing 34 and 64 nmol metal g^-1 dry weight, respectively, was ingested over a 4-h period by copepods, the total copepod body burden increased nine-fold for Hg and two-fold for Cd over background concentrations, and egg production decreased by 50%. Sublethal concentrations of metals were >2 orders of magnitude lower than LC₅₀ concentrations. Hatching rate, ovarian development and egg protein content all decreased following trophic exposure to metals, implying that the process of yolk accumulation (vitellogenesis) was affected. Exposure to dissolved Cd had no effect, but dissolved Hg at concentrations as low as 0.25 nM did affect egg production. Different toxic effects following different exposure routes were related to different metal distributions in the copepods: exposure to dissolved metal resulted in metal deposition in the exoskeleton, whereas exposure to dietary metal resulted in metal deposition in internal tissues. These findings indicate that enrichment of metal concentrations in internal tissues, which occurs primarily after exposure to dietary metal, affects vitellogenesis. The reproduction rate decreases by about 75% at metal concentrations only moderately higher than levels in coastal waters. Toxicity tests involving aquatic animals need to consider effects following uptake by different pathways, including the trophic transfer of metals.