土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推验证

在基于物种敏感性分布法推导土壤金属生态阈值过程中,利用毒性预测模型对来源于不同土壤的毒理学数据进行归一化处理可消除土壤性质差异的影响,但目前建立的毒性预测模型仅限于少数物种。本研究通过比较土壤中小白菜、西红柿和大麦的铜和镍的毒性预测模型应用于其他高等植物的预测效果,以及归一化前后各物种毒性阈值的种内变异程度,考察了土壤中铜和镍的植物毒性预测模型种间外推的可行性和适用范围,解决了铜和镍土壤生态阈值导出过程中的方法学问题。土壤中镍对小白菜的毒性预测模型能较好地预测芥菜和青椒的镍毒性阈值,利用该模型对芥菜和青椒在不同土壤中的镍毒性阈值进行归一化后亦能显著降低其种内变异,其种内变异系数分别从1.18和1.25降至0.31和0.06;但将镍对小白菜、西红柿和大麦的毒性预测模型应用于莴笋和莴苣的毒性阈值预测时,在pH<6.0的酸性土壤中其预测值均小于实测值,其实测值与预测值的比值在3.2到6.8之间。对小麦、黄瓜和青椒的铜毒性阈值而言,小白菜模型预测效果优于西红柿和大麦模型。利用西红柿模型归一化黄瓜铜毒性阈值,其毒性阈值的种内变异系数从0.83降至0.14。大麦的铜毒性预测模型能较准确地预测水稻、洋葱、芥菜、包菜和萝卜的毒性阈值,且这5个物种的铜毒性阈值经大麦模型归一化后其种内变异均显著降低。本研究结果可为土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推提供科学依据。     

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。     

种间关系预测(ICE)模型在水质基准研究中的应用

水质基准研究主要是基于物种的实验室测试的毒性数据开展的。对于一些毒性数据相对缺乏的化学品,水质基准研究就会受到一定的影响。本文从水质基准研究方法的角度,阐述了种间关系预测(ICE)的基本原理和基本方法,系统介绍了ICE模型的毒性预测方法在水质基准研究中的应用,并通过锌的ICE案例研究证明了模型在中国的可利用性。同时,对ICE模型的不确定性和适用性进行了分析。最后,对ICE模型存在的问题和未来的发展方向进行了探索和展望。     

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。     

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.     

生物配位体模型预测铜对剑水蚤毒性及其受水质参数的影响

本研究以大型蚤毒性试验标准为参照进行剑水蚤的铜毒性试验,并以生物配体模型(BLM)为主要工具,实现对毒性数据的校正和毒性效应的预测.在不同水质参数下,实测铜的48 h LC_(50)为141—566μg·L~(-1),相应的BLM预测值为143—1208μg·L~(-1),表明BLM对铜的毒性预测良好.pH升高、DOC以及钙、镁、钠离子浓度的增加均对铜毒性有不同程度减弱作用,钾离子对铜毒性影响较小,BLM对这一现象的描述较好.利用Visual MINTEQ软件对不同水参数条件下铜形态分布进行模拟,辅助解释实验现象,发现钙、镁、钠、钾离子对铜形态分布影响较小.DOC的加入则使络合态铜含量增加,而pH升高导致游离态铜浓度下降,水合态铜浓度升高.本研究表明,预测铜对剑水蚤的毒性要充分考虑水质参数的影响,BLM在铜对剑水蚤的毒性预测方面表现了非常好的应用潜力.     

多环芳烃典型电子性质与其大型蚤光致毒性的构效关系研究

多环芳烃(PAHs)是环境中广泛分布的持久性有毒有机污染物,备受研究者关注。基于密度泛函理论(DFT)先期计算PAHs前线分子轨道能隙可能与其光致毒性诱发所需吸收光照辐射能有一致性,本研究选取非取代PAHs对大型蚤(Daphnia magna)光致毒性实验数据,通过DFT计算典型电子性质,由偏最小二乘(PLS)分析方法优化发展了定量构效关系模型,经与前人结果比较和验证其拟合优度、稳定性和内外部预测性能均有显著提升,可在应用域(AD)范围内准确预测PAHs光致毒性而满足风险评估需求。构效关系分析结果表明,PAHs光致毒性与分子前线轨道能隙紧密相关,除苯并[k]荧蒽和屈可能具有不同的光致毒性作用机制之外,多数PAHs若具有较低的前线轨道能隙、较小分子稳定性和较大分子变形性,均将有利于促进其光致毒性作用的发生;结合PAHs光致毒性与分子前线轨道能隙间的相关关系,可推测DFT计算前线轨道能隙宽度在2.740~4.208 e V之间和对应光照辐射波段约为295 nm~450 nm时,PAHs污染暴露将可能诱发较高的光致毒性效应。这为太阳光照射下PAHs光致毒性作用机制阐释和风险评价提供了数据支持与理论依据。     

陆地生物配体模型（t-BLM）初探：镁离子降低铜离子对小麦根的毒性

生物配体模型(BLM)同时考虑了水中金属离子的化学形态以及阳离子与金属离子在生物配体(BL)上的竞争对其毒性的影响,能成功预测水体金属的生物毒性/有效性.最近,BLM呈现出向土壤环境中拓展的趋势,发展能预测重金属对土壤生物毒性的陆地生物配体模型(t-BLM)正成为最新的国际研究热点.论文模拟土壤溶液,以土壤溶液中的主要阳离子Mg2+为例,通过单因素浓度控制-恒pH营养液培养-陆生植物根伸长抑制试验,定量探讨了不同浓度Mg2+存在下,铜离子(Cu2+)对小麦(Triticum aestivum)根的毒性.结果表明,Mg2+浓度升高显著减弱了Cu2+对小麦根的毒性,即呈现出保护效应.证实陆地生态系统中也存在阳离子对重金属植物毒性的保护效应,支持了BLM中阳离子和重金属离子在生物配体上存在竞争结合的假设,即BLM概念适用于陆生植物.定量分析表明,小麦根生长抑制的毒性效应指标EC50(以自由铜离子活度表示)与自由镁离子活度间存在良好的相关性,线性回归方程为:pEC50(Cu2+)=-0.36(Mg2+)+6.47(r2=0.9976),Mg2+对Cu2+毒性的影响强度可以通过该方程进行预测.论文积累了重金属铜对典型陆生受试植物小麦的毒性数据,探讨了t-BLM的构建方法学,并为其发展提供了思路.联合了土壤理化性质、金属形态及生物积累和毒性效应的t-BLM,将提供一个环境风险评价和制定土壤质量标准的新工具.     

神经网络法应用于酚类化合物对青海弧菌毒性的预测

青海弧菌对有毒酚类化合物具有强烈的敏感性,为建立酚类衍生物对青海弧菌毒性的定量结构-活性相关性(QSAR)模型,分析了16种酚类衍生物的分子结构与对青海弧菌毒性之间的相关关系,计算了酚类衍生物的分子连接性指数和分子形状指数,并优化筛选了分子连接性指数的1阶路径指数(~1χ)和分子形状指数的2阶特征指数(K_2)及1阶和2阶指数乘积值(K_4),用这3种指数与对青海弧菌的毒性进行多元回归分析,多元回归方程的决定系数R~2=0.971。为进一步提高预测精度,将这3种分子结构参数作为神经网络的输入变量,毒性值作为输出变量,采用3:2:1的网络结构,通过反向传播(BP)神经网络法获得满意的QSAR预测模型,总的相关系数r为0.996,计算得到的毒性预测值与实验值较为吻合,平均相对误差仅为1.98%,结果表明该模型具有良好的预测酚类衍生物毒性的能力,可以看出神经网络方法对酚类化合物发光菌毒性预测比多元线性回归方法的统计学意义更加明显。     

三种药品联合毒性作用及其环境风险分析

测定了阿司匹林、盐酸环丙沙星和阿奇霉素3种常见活性医药成分(APIs)对发光菌的单一毒性以及混合体系的联合毒性,并应用毒性单位法(TU)、相加指数法(AI)和混合毒性指数(MTI)等方法对混合体系联合作用类型进行分析.结果表明,阿司匹林显示较高的单一毒性,联合毒性中除阿司匹林-环丙沙星二元混合体系为部分相加作用外,其它体系联合毒性均呈现为不同程度的拮抗作用.同时应用简化环境模型计算了3种医药品的预测环境浓度(PEC)和预测无效应浓度(PNEC),将风险表征参数(PEC/PNEC)作为综合评价因子,获得3种医药品目前在大连开发区污水处理厂排水中的数值较低,以阿司匹林综合评价因子最高.     

应用受体学说模型研究硝基苯类化合物的致毒机理

应用受体学说推出的定量结构活性相关(QSAR)模型研究了硝基苯类化合物的致毒机理,结果表明,硝基苯类化合物的主要致毒机理是化合物亲电中心与受体分子亲核活性中心发生反应．并引入硝基数目和位置指示变量I,分析表明,苯环上硝基的数目和位置的差别引起化合物的最低未占轨道能ELUMO的变化,即化合物亲电结合能的变化,从而影响了化合物的生物活性．     

O3/UV降解喹啉过程中的毒性变化

利用发光细菌新鲜菌悬液进行毒性测试，研究了O3／UV降解喹啉过程中的毒性变化．研究表明，在选取的浓度范围内，无论是HgCl2还是喹啉，发光细菌发光抑制率(或相对发光量)与物质浓度的对数均呈线性关系．采用处于对数生长期初期的发光细菌进行毒性测试时的灵敏度和最低检测限都很理想，适合于毒性测试．O3／UV降解喹啉时，体系毒性出现先迅速上升并保持一段时间随后缓慢下降然后又缓慢上升的现象．O3／UV降解喹啉过程中产生了毒性更强的中间产物，这些产物是导致体系毒性上升的主要因素。     

含硫苯衍生物对发光细菌的毒性效应及其定量结构活性相关分析

利用发光细菌法测定了29种氯取代和硝基取代的苯硫(砜、亚砜)基乙酸酯的毒性,通过定量结构活性相关(QSAR)分析发现:此类化合物的毒性主要与其取代基的电荷效应相关,电荷的区域分布对化合物的毒性效应有重要影响.推测该化台物的毒性机理是毒物分子与发光反应中的主要辅酶FMNH_2形成了氢键.还发现:在这类链状毒物分子中,远离活性中心一端的基团具有脱毒作用.     

过氧化氢酶活性及活性抑制的测定

广泛存在微生物及动植物体内的过氧化氢酶已应用于生态毒理及生态化学的研究领域，本文主要介绍了通过肝过氧化氢酶活性抑制的测定，来估价受试化学品对水生生物急性及亚急性效应的方法。     

利用淡水发光菌评估电化学法处理模拟印染废水的效果

本研究利用新型淡水发光菌作为检测手段，对上种染料在电化学法处理模拟印染不过程中毒性的变化进行监测，结果表明，对工艺过程效果进行评估或对工业废水排放进行控制，仅仅采用化学参数的测试是不够的，应同时采用生物生测试手段。     

白洋淀府河沿线水样毒性及其与污染物类型的关系

对白洋淀府河沿线水样进行了多种生物毒性测试，并用柱色层分离方法连续去除水中阳离子、阴离子和有机物后以斜生栅藻和发光菌为指标，鉴定了所采集水样毒性的产生原因。认为府河水样主要被对斜生栅藻生长有促进作用的营养物质污染，同时伴有轻度亲脂污染物的抑制作用。     

长江下游重点江段水质污染及对鱼类的毒性影响

通过对长江下游安庆、南京、镇江、南通４江段水质污染及其对鱼类毒性影响的调查监测可发现,长江下游江段主航道水质较好,符合国家地面水Ⅱ类水质标准．但近岸带水质由于受污染带的影响,水质污染较严重,其主要污染物为石油类和挥发酚等．上述这些污染物质对鱼类具有一定的毒性影响,其不但可引起鱼类的急性中毒,而且可诱发鱼类产生微核,并对鼠伤寒沙门氏菌ＴＡ９８菌株表现出一定的致突变性．同时在上述几个江段鱼体内可检出较高的蓄积性污染物的残留量．研究结果显示,长江下游江段正在遭受沿江诸多工业废水的污染,尤其是污染带的作用,并且这种污染对区域性渔业有一定的影响     

H2O2与OH反应的量子化学研究

用从头计算法在ＵＨＦ／６－３１Ｇ＾＊８水平下研究了Ｈ２Ｏ２与ＯＨ的反应机理。通过振动分析确认了过渡态,利用ＧＡＭＥＳＳ程序得到内禀反应坐标（ＩＲＣ）,计算了反应活化能,得到与实验较为一致的结果。研究表明,该反应是一步直接的夺氢反应。     

官厅水库-永定河沉积物中AVS-SEM的分析

酸可挥发性硫化物(AVS)与同步提取的重金属(SEM)之间的比例关系是控制缺氧性沉积物中重金属生物有效性及毒性的主要因素．本文设计了一套新型吹气．吸收装置测定水体沉积物中的AVS，提高了AVS的回收率及测定操作的稳定性．并应用此装置测定了官厅水库-永定河水体沉积物中AVS-SEM的分布。     

利用人工神经网络研究含硫芳香族化合物结构与毒性的关系

本文采用简单的化学基团描述符，运用人工神经网络研究了含硫芳香族化合物对发光菌的性构效关系，并与多元线性回归相比较，结果显示了人工神经网络处理非线性问题的优越性。