环境混合物的联合毒性研究方法

人类和其他生物通过多重途径暴露于大量的环境污染物中。单一化合物由于其在环境中非常低的浓度使得人们忽视其可能的健康危害,然而,多种化合物在环境中同时存在,就意味着更加复杂的联合作用的可能性。Something from nothing现象引起了科学界对于环境混合物加和作用和潜在协同作用的关注,致使许多研究联合毒性的数学和生物模型的提出和应用。本文综述了这些研究方法,以及未来化学混合物研究和管理面临的挑战。     

有机磷农药二元混合物联合效应评价新方法的研究

以敌敌畏、乐果联合作用于线虫的毒理学实验为基础,基于FH插值法理论,通过较少的实验数据建立有机磷农药二元混合物联合效应模型,求解作用效应表达式并绘制联合效应三维曲面图;基于合并用药分析公式,计算联合作用评价q值并绘制农药浓度与q值的联合作用评价三维曲面图,结果表明敌敌畏与乐果混合物联合作用不仅表现为相加作用,而且还在局部低浓度表现为拮抗作用,与多元统计分析结果一致。上述研究表明FH插值法理论可作为二元有机磷农药联合效应分析及评价的一种新方法。     

混合污染物联合毒性评价模型曲线和实际浓度效应曲线之间交叉现象的研究进展

许多研究在使用评价模型进行混合物联合作用模式判别时发现,混合污染物的评价模型曲线和浓度效应曲线之间存在交叉的现象,表现为联合作用模式随混合物浓度发生变化。虽然交叉现象不断被报道出来,但是该现象形成机制的研究却非常欠缺。本文系统分析了文献中出现的交叉现象,探讨了交叉现象可能的形成原因和机制,提出了化合物的hormesis效应是导致交叉现象的关键因素:混合组分中某些化合物在低浓度时会对受试生物的某些蛋白、基因等的表达量产生刺激作用,影响其他化合物对机体产生的效应,从而改变混合组分的联合作用模式。该研究不仅为交叉现象形成机制的进一步探索提供了理论依据,还为混合物的生态毒理评估和环境风险评价提供理论指导。     

应用生物配体模型研究铅和镉及其混合物联合毒性

为探讨生物配体模型(BLM)对金属混合物的适用性,以莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)为研究对象,以藻体内短时间(≤60 min)生物积累量为指标,研究了Pb和Cd对莱茵衣藻的联合毒性作用。结果表明:Pb和Cd单独暴露下,藻体内生物积累过程可用米门方程(Michaelis-Menten equation)来描述。计算得到Cd传输位点的最大吸收通量Jmax为(8.312±0.034)×10-12mol·cm-2·s-1,该位点的半饱和系数(米门系数)KM=(1.012±0.032)×10-6mol·L-1,稳定常数KCd=0.988×106(mol·L-1)-1;Pb传输位点的Jmax为(1.28±0.039)×10-11mol·cm-2·s-1,该位点的KM=(3.56±0.34)×10-7mol·L-1,KPb为2.81×106(mol·L-1)-1。Cd和Pb的竞争实验中,当固定Cd的浓度,其吸收通量随Pb的增加而显著降低;固定Pb的浓度,其吸收通量随Cd的增加略有降低。这表明Pb和Cd可能存在相同的传输位点,且Pb对传输位点的结合能力要远大于Cd。在低浓度Pb和Cd的混合暴露溶液中,短时间内绿藻对Pb的生物积累量会远大于Cd。研究结果表明BLM可用于描述低浓度下Cd和Pb的竞争关系。     

重金属-纳米颗粒联合毒性评价模型研究进展

基于单一污染物的毒性研究无法准确评估真实环境中多污染物共存的生态与健康风险,因此大量研究开始关注混合物联合毒性这一更具挑战性和现实性的课题.本文围绕当前毒理学领域的主要研究对象——重金属、纳米材料,综述了重金属混合物、纳米颗粒混合物、以及两者混合物的联合作用评价方法,包括基于重金属间无相互作用或相互作用可忽略的浓度加和(concentrationaddition,CA)模型、独立作用(independent action,IA)模型及其改进模型,基于生物生理过程的生物配体模型(biotic ligand model,BLM)、毒代-毒效动力学模型(toxicokinetictoxicodynamic,TK-TD)、动态能量平衡(dynamic energy budget,DEB)理论,基于颗粒物结构性质的定量纳米结构-活性关系(quantitative nano structure-activity relationships,QNAR,或nano-QSAR)模型等,介绍了各类模型的基本原理、适用条件和应用情况.最后对重金属-纳米颗粒联合毒性的未来研究方向进行了展望.     

重金属与有机磷农药二元混合物对卤虫联合毒性的评价及预测

重金属和有机磷农药污染物在水域环境中普遍存在。以卤虫(Artemiasalina)为受试生物,采用固定浓度比法,研究了重金属Zn、Cd与辛硫磷和敌百虫2种农药以毒性单位比为4∶1、3∶2、1∶1、2∶3和1∶4构成的二元混合体系对卤虫的联合毒性,采用等效线图解法判定毒物间的相互作用类型。同时,基于单一化合物的浓度-效应曲线,运用浓度加和(CA)和独立作用(IA)2种模型对不同配比二元混合物的联合毒性进行预测。结果表明,Zn-Cd混合物联合毒性随Zn比例的增加而增强。低Zn比例的混合物(1∶4、2∶3)表现为拮抗效应,中、高Zn比例的混合物(1∶1、3∶2和4∶1)为加和效应。5种不同配比的有机磷农药混合物均表现为加和效应。金属-农药混合物则均为拮抗作用。模型预测结果表明,CA能够较好地预测辛硫磷与敌百虫二元混合物的联合毒性,而IA则更适用于对金属-农药混合物联合毒性的预测。以上结果表明,混合体系中各组分的比例是影响联合毒性的因素之一,毒性评估时应该充分考虑其影响。CA及IA模型同样适用于评估和预测包含相同或完全独立作用机制组分的混合物对非单细胞生物体(如卤虫)的联合毒性。     

五元氨基甲酸酯类农药混合物体系对青海弧菌的毒性特点

以5种氨基甲酸酯类农药涕灭威(ALD)、残杀威(BAY)、呋喃丹(CAR)、灭多威(MET)和抗蚜威(PIR)为研究对象,应用均匀设计射线法设计五元混合物体系共6条射线(U1,U2,…,U6),应用基于发光菌青海弧菌Q67的微板毒性分析法(MTA)系统地考察了5种农药及其混合物的毒性,以浓度加和(CA)为参考模型分析混合物毒性相互作用(协同或拮抗作用)。结果表明,Logti和Weibull函数能较好地拟合5种氨基甲酸酯农药及其混合物对发光菌Q67的浓度-效应数据(R20.99,RMSE0.032);以EC50的负对数值pEC50为毒性指标,5种农药的毒性顺序为BAY(pEC50=2.87)CAR(pEC50=2.67)ALD(pEC50=2.00)MET(pEC50=1.99)PIR(pEC50=1.79);依据CA,五元氨基甲酸酯类农药的6条混合物射线中,有2条呈加和作用,4条呈拮抗作用,其中U2和U4在整条浓度-效应曲线上呈现了明显的拮抗作用,而U3和U6的弱拮抗作用分别发生在混合物浓度的中高浓度区和中低浓度区;五元氨基甲酸酯类农药混合物的毒性与组分灭多威(MET)的浓度比呈良好的负相关关系(r=-0.9238),且线性模型对混合物毒性具有良好的预测能力。     

地表水中抗生素复合残留对水生生物的毒性及其生态风险评价

针对上海地区地表水中混合并持久残留的抗生素对水生态的危害,测试了3种主要被使用的抗生素(磺胺甲恶唑,SMZ;土霉素,OTC;氟苯尼考,FF)对4个不同营养级的水生生物代表种(蛋白核小球藻、费氏弧菌、大型蚤和斑马鱼胚胎)的单一毒性和联合毒性,并进一步对生态风险进行评估来探究抗生素对水生态系统的综合作用。研究表明:水生生物对单一抗生素暴露的毒性敏感顺序为:蛋白核小球藻斑马鱼胚胎费氏弧菌大型蚤。用联合指数(CI)来评价抗生素二元混合物之间的相互作用时发现对于不同水生模式生物,抗生素之间的相互作用方式以拮抗作用(CI1)为主。通过与浓度加和(CA)和独立作用(IA)2个传统模型的预测效果比较,发现CI模型能准确预测到抗生素联合毒性偏离相加作用。由于养殖废水中这3种抗生素的含量均远高于其他水体(如黄浦江、长江口、工厂废水),其对不同营养级的水生生物均表现出较高的风险性,需要对养殖废水采取相应的风险削减措施;相比之下,其他水体中抗生素对费氏弧菌、斑马鱼胚胎、大型蚤均表现出低风险,但是对蛋白核小球藻仍具有一定的风险性,需要警惕抗生素对水体初级生产者的风险性。     

铜和镍对大麦根伸长的联合毒性研究

重金属的复合污染在环境污染中普遍存在,所以复合污染的联合毒性研究对于准确评价重金属污染有着重要的意义.本论文以大麦根伸长为研究对象,探索了铜(Cu)和镍(Ni)对大麦根伸长的联合毒性.基于Cu-Ni混合物的剂量-效应曲线,运用扩展的浓度加和(CA)与独立作用(RA)两个模型对不同浓度组合的Cu-Ni混合物的交互作用及联合毒性进行预测.结果表明,扩展的CA和RA模型均能较好地预测Cu-Ni混合物对大麦根伸长的联合毒性,低剂量的Ni能缓解Cu对大麦根伸长的毒性作用,但是低剂量的Cu对Ni的生物毒性没有显著影响.研究阐明了Cu、Ni复合作用对大麦根伸长联合毒性的效应机理.     

典型抗生素二元混合物对明亮发光杆菌的急性联合毒性

以明亮发光杆菌作为受试生物,测定了不同类型抗生素的二元混合物对明亮发光杆菌的等比急性联合毒性.结果表明,4类抗生素对明亮发光杆菌二元等比急性联合毒性主要呈加和效应及拮抗效应.本研究可为水体中抗生素的联合生态风险评价和修复提供理论依据.     

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.     

利用模式动物秀丽线虫建立环境毒物毒性的评估研究体系

模式动物秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)在环境科学与生态毒理学研究中发挥着越来越重要的作用,目前利用秀丽线虫已初步建立起较为完善的环境毒物毒性评估体系.该评估体系具体由如下一些指标构成:致死率、最长寿命与半数致死天数、细胞凋亡、个体发育、生殖、运动行为、乙酰胆碱酯酶活性、学习行为、记忆行为、转基因品系、突变体、基因表达模式.论文系统总结了近十多年来利用秀丽线虫进行环境毒物毒性评估的研究体系,并对各个指标的研究方法、研究现状、存在的问题及应用中需要注意的地方进行了讨论。     

急性毒性藻红外测试中联合作用的评价方法（Evaluation Method for Combined Toxicity Effects in the Measure of Alage Infrared Radiation for Acute Toxicity）

藻红外测试中联合作用的评价方法是急性毒性藻红外测试法的重要组成,为建立其评价方法,用敏感藻和重金属、有机药品、农药开展了探索性实验.首先确定联合作用系数θ的计算式和总均偏差系数f,用其构建联合偏差系数法;再用实验得到的f=0.06调整相加作用的θ理论值(θ=1),联合偏差系数θi分别在大于、等于、小于1+0.06或1-0.06时,评价联合作用类型;最后进行二元药品对敏感藻联合作用的验证实验,验证联合偏差系数法的可行性.结果发现,4种重金属6种混合对短线脆杆藻(Fragilaria brevistriata)的联合作用为:3次拮抗作用,2次独立作用,1次相加作用;4种有机药品6种混合对羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)的联合作用为:2次协同作用,3次独立作用,1次拮抗作用;8种农药12种混合对水华鱼腥藻、纤细裸藻的联合作用为:9次拮抗作用,3次独立作用;一组验证实验包括藻液加药、测试、计算和评价,共需要60min,而用光密度、细胞数、叶绿素含量、细胞干重作为测试指标进行藻类急性毒性实验,需要24h～96h.对验证结果分析可知,用所构建的联合偏差系数法评价二元药品对敏感藻的联合作用,具有可行、快速、简便的优势.     

水源水中有机提取物生殖毒性评价和敏感检测指标的筛选（Reproductive Toxicity of Drinking Source Water and Selection of Sensitive Bioassays）

以原代培养的大鼠睾丸细胞为体外毒性试验靶细胞,采用支持细胞、生精细胞、间质细胞的形态、细胞活力、胞外乳酸脱氢酶(LDH)活力、细胞早期凋亡坏死率和间质细胞睾酮分泌量5种检测指标评价了X市和L市水源水中有机提取物的生殖毒性,并筛选了对痕量有机污染物敏感的生殖毒性指标.研究结果表明,两市水源水中有机提取物皆可引起支持细胞、间质细胞和生精细胞形态的变化,相比较而言,对生精细胞的影响更严重.X市水源水有机提取物对3种生殖细胞胞外LDH活力没有显著影响(p>0.05);而在L市水源水中有机提取物的暴露下,支持细胞和间质细胞胞外LDH活力显著增强(p<0.01).X市水源水中有机提取物可使间质细胞睾酮分泌量显著减少(p<0.01);而L市水源水有机提取物对间质细胞睾酮分泌量无明显影响(p>0.05).两市水源水有机提取物均能不同程度地诱发大鼠睾丸细胞损伤,生精细胞对环境毒物是比较敏感的细胞,细胞形态、活力、LDH活力、凋亡坏死率、睾酮分泌量等生殖毒理学检测指标可用于饮用水源地水质的评价.     

16种除草剂对家蚕的毒性评价研究(Toxicity Evaluation of Sixteen Herbicides to Bombyx mori)

采用食下毒叶法在室内测定了二甲戊乐灵、异丙甲草胺、草甘膦铵盐等16种除草剂对家蚕的急性毒性,并根据其毒性范围进行分极,评价了其对环境的安全性.结果表明,10%啶嘧磺隆可湿性粉剂96hLC50为5.58mg·kg-(1桑叶),属于高毒;50%草甘膦可溶粉剂和80%莠灭净可湿性粉剂96hLC50分别为68.17mg·kg-(1桑叶)和111.75mg·kg-1(桑叶),属于中毒;其它13种药剂的LC50>200mg·kg-(1桑叶),属于低毒.     

磁性纳米颗粒对不同模式生物的毒性研究

磁性纳米颗粒在生物医学等领域应用广泛,而其毒性研究尚未深入,对生物的影响及作用机制仍未阐明。本文综述了磁性纳米颗粒近年来对于细胞、鼠、家兔和秀丽隐杆线虫的毒理学研究,为磁性纳米颗粒的应用提供参考。     

定性与定量评估4种重金属及2种农药混合物对费氏弧菌的毒性相互作用

重金属与农药共同暴露产生的联合毒性作用可以对实际环境产生潜在的风险。为了研究重金属与农药混合物在不同浓度比毒性相互作用(协同、拮抗与加和)及其定量评估相互作用大小,根据单个物质无观测浓度(NOEC)、5%效应浓度(EC5)、10%效应浓度(EC10)和50%效应浓度(EC50),设计3组混合物体系(即农药-农药、重金属-重金属和农药-重金属)分别按NOEC、EC5、EC10和EC50浓度比的12条混合物射线,测试单个化合物及混合物对以费氏弧菌的发光抑制急性毒性,利用浓度加和(CA)、独立作用(IA)、模型偏差比(MDR)及其观测值置信区间定性和定量评估12条混合物射线的毒性相互作用。结果表明,农药-农药二元混合物体系和农药-重金属六元混合物体系均产生明显的协同作用,其中农药-农药混合物体系中,混合物射线EE-NOEC在50%效应下协同作用大小达到30.6(MDRCA和MDRIA数值);混合物射线EE5、EE10的协同作用大小接近于混合物射线EE-NOEC,混合物射线EE50的效应大于15%时CA和IA计算的MDR值均在置信区间上限的上方,即混合物发生协同作用;农药-重金属混合物体系的4条混合物射线EE-NOEC、EE5、EE10和EE50在所有测试浓度水平的MDR值均在置信区间上限的上方,呈现出明显的协同作用;在50%效应下,混合物射线EE-NOEC、EE5、EE10和EE50的MDRCA和MDRIA值分别为4.05和4.91、6.12和7.98、3.70和4.60、2.62和2.59。重金属-重金属四元混合物体系除了EC50浓度比混合物表现出拮抗作用,其余混合物在所有测试浓度范围的MDR值均在置信区间范围内,均为加和作用。因此,混合物的毒性相互作用大小随着组分浓度比变化而发生变化。     

某石化废水的综合毒性评价及其处理工艺对毒性的削减规律研究

利用生物毒性测试对环境中的污染物进行生态风险评价,是目前风险评价中的研究热点。本研究以明亮发光杆菌(Photobacterium phosphoreum)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)和大型溞(Daphina magna)为受试生物,对某石化厂废水的处理流程中5个主要单元出水的急性毒性进行了测试,分析了其急性毒性与理化指标间的相关性;同时,为了解不同处理单元毒性去除效果及主要毒性来源,结合毒性鉴别评价(toxicity identification evaluation,TIE)技术对各阶段出水的毒性削减及其主要致毒物质类别进行了分析。毒性测试结果表明,该废水处理厂对石化废水的毒性去除效果比较显著,其中进水对明亮发光杆菌、斜生栅藻和大型溞分别表现为中毒、高毒和剧毒,最终处理后出水的毒性分别为无急性毒、中毒和微毒,对毒性的去除效率分别为96.4%、74.3%和99.5%。TIE结果表明,石化废水中的主要致毒物质是非极性有机物和可滤型物质。本研究结果为石化废水的综合生物毒性评价提供了研究基础,为探讨废水生物毒性的去除提供了实例参考。