基于斑马鱼毒理基因组学的化学品测试技术研究进展

大量缺乏毒性信息的化学品最终进入环境水体,对人类及生态生物产生潜在的危害与风险。提高化学品生物毒性测试与评估技术的通量和效率,是实现毒害化学物质环境与生态健康风险防控的关键。作为一种可以实现高通量测试的脊椎动物模型,斑马鱼胚胎测试在化学品的毒性评估中应用广泛。随着组学技术的发展,毒理基因组学可有效提取毒害化学品致毒过程中干扰生物学通路的信息。这些机制信息可用于对单物质或复合污染物生物毒性的筛选和预测。本文综述了不同斑马鱼胚胎测试技术在化学品毒性筛选评估管理与水环境复合污染毒性监测中的发展和应用,详细介绍了一种新型斑马鱼胚胎简化转录组学技术的方法流程和优势,并探讨了综合斑马鱼胚胎毒性测试、行为分析和组学等不同测试技术在化学品毒性测试、环境监测与评价中的应用前景。     

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。     

跳虫在土壤污染生态风险评价中的应用

随着土壤污染生态风险评价研究的逐步深入,选择适宜的生物作为风险评价的指示物成为研究热点.跳虫是一种分布极为广泛的土壤无脊椎动物,对土壤污染十分敏感,具有成为土壤环境质量指示生物的良好潜力.目前跳虫在土壤生态风险评价中的应用研究尚处于起步阶段.论文综述了跳虫在土壤生态系统中的作用,通过对当前跳虫生态毒性测试技术及其影响因素的综合分析,结合跳虫的分子生态效应的研究进展,详细阐述了跳虫在土壤生态风险评价中的应用.论文最后提出了跳虫应用于土壤污染生态风险评价所面临的技术障碍以及亟待解决的问题,并对该领域的前景进行了展望。     

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.     

有关稀有鮈鲫作为本土模式生物的争议及辨析

<正>在化学品环境管理中,一般采用具有代表性的模式生物作为实验材料获取毒性数据,进而判定化学品的毒性等级以及评价其对环境造成的风险。迄今为止,经济合作与发展组织(OECD)、美国环境保护署(US EPA)、国际标准化组织(ISO)已经推荐了大量可用于生态毒理测试的模式生物。以OECD为例,41个生态毒性测试方法涉及了近90种不同营养级、不同环境介质的模式生物。     

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。     

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。     

稀有鮈鲫作为化学品生态毒性测试鱼类模式生物的标准化实践

鱼类模式生物在化学品生态毒性测试中占有重要地位,中国尚没有合适的标准化本土实验鱼种。国家环境保护部第7号令《新化学物质环境管理办法》对本土受试生物用于生态毒性测试提出了要求。稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)是一种我国特有的小型淡水鲤科鱼类,具有成为标准试验鱼种的潜能。首个以稀有鮈鲫为标准供试生物的化学品鱼类急性毒性试验国家标准已经发布实施,其他测试方法的标准化工作正在持续进行中。本文阐述了研发稀有鮈鲫为标准供试生物的依据,对相关标准化研究工作进行了分析、归纳和总结,并提出了未来工作的方向和需求。     

种群水平生态风险评价方法概述及其在环境管理中的应用

生态风险评价的目的是保护生态系统功能的完整性、稳定性和持久性,为环境风险管理提供理论依据。然而,目前常见的用于保护生物的化学污染物浓度阈值大多是以个体水平的毒性试验结果为基础,忽略了物种在时间和空间相互作用等因素,不能够完全保护生态环境安全和生态系统功能的延续性。本文从生态风险评价的概念、目的和意义引出种群水平生态风险评价在环境管理应用的重要性,综述了种群水平生态风险评价的科学问题(如密度依赖、遗传变异和空间结构等),归纳了种群水平风险评价主要模型方法及其应用(如Euler-Lotka方程、预测矩阵、个体模型、空间模型和动态能量预算模型等),列举了各国现有法律法规中关于种群水平生态风险评价的规定,以期为种群水平生态风险评价方法研究及在环境管理中的应用提供有益借鉴。     

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。     

农田土壤重金属污染状况及修复技术研究

重金属污染因具有毒性、易通过食物链在植物,动物和人体内累积,对生态环境和人体健康构成严重威胁。随着工业快速发展、农药及化肥的广泛使用,农田土壤重金属污染越来越严重,研究农田土壤重金属污染现状及修复技术对农产品安全具有重要意义。综合国内外农田土壤重金属污染状况,农田土壤重金属污染主要来源于固体废弃物堆放及处置、工业废物大气沉降、污水农灌和农用物质的不合理施用。该文综述了国内外有关农田重金属污染土壤修复技术（物理修复、化学修复、生物修复、农业生态和联合修复）的研究进展,并针对各种修复方法,阐述了其原理、修复条件、应用实例及其优缺点,重点论述了植物修复的机理和应用,提出了草本与木本联合修复可有效提高农田土壤重金属复合污染的修复效率,为农田土壤土壤重金属复合污染修复提出了新的途径。最后在对已有研究分析的基础上,提出了联合修复技术（如生物联合技术、物理化学联合技术和物理化学-生物联合技术）可以在一定程度上克服使用单一修复手段存在的缺点,可提高复合污染的修复效率、降低修复成本,未来应深入探索联合修复技术间的相互作用机理,以期为农田土壤重金属综合治理与污染修复提供科学依据。     

Application of standard statistical methods in the analysis of complex data generated from soil bioassays to assess the impacts of agrochemical-containing sludge amendments

The use of sludge as soil amendment is widely encouraged by its high contents in organic matter and plant nutrients. Nevertheless, agrochemicals potentially present in sludge could be harmful to terrestrial ecosystems. The present work aimed to apply standard statistical methods for suitable assessment of the ecotoxicological impacts of sludge amendments on soil, involving the following factors: the type of treated sludge, their application dose, and their contents in agrochemicals. Terrestrial Model Ecosystems were used to assess the effects of sludge amendments on endpoints from different trophic levels of the soil ecosystem, including an in vitro estrogenic bioassay on soil leachates. Here, we show the significant negative effects of the highest dose of sludge in most of the soil bioassays. Thermally dried sludge increased significantly the microbial activity leading to lower contamination of leachates with endocrine disrupting molecules. Agrochemicals contents of sludge have only significant impacts on increasing the delay of germination of plant seeds. Soil bioassays are thus complementary to sludge chemical analysis when the impacts of its application on soil should be assessed: significant negative impacts were related to the intrinsic composition of sludge rather than its agrochemicals contents. We conclude that standard statistical methods are relevant tools for the analysis of complex data generated from this type of experiment.     

Terrestrische ökotoxikologische Testmethoden für die Tropen

Goal, Scope, and Background

Soil organisms play a crucial role in the terrestrial ecosystem. Plant Protection Products (PPPs) are known to affect soil organisms and might have negative impacts on soil functions influenced by these organisms. Little research has been done to day on the impact of PPs on tropical ecosystems. Therefore, in this study it was investigated whether fate and effects of pesticides differ between tropical and temperate regions and whether data generated under temperate conditions can be used for the Environmental Risk Assessment (ERA) in tropical regions.

Methods

In the first part of this study, the effects of two fungicides (Benomyl and Carbendazim) and one insecticide (lambda-Cyhalothrin) on soil invertebrates (i.e. earthworms and arthropods) were evaluated in laboratory tests modified for tropical conditions (temperature, soil, test species). Besides using some native species, the tests were done mainly with two (temperate and tropical) strains of earthworms (Eisenia fetida) and the peregrine isopod speciesPorcellionides pruinosus as standard test species. The chemicals were spiked in two natural and two artificial soils. A tropical artificial soil (TAS), containing a tropical fern product (Xaxim) or coconut coir dust as organic matter, was developed in this study.

Results and Conclusions

The results from the laboratory tests showed that all three test chemicals differed from those gained under temperate conditions. In the case of the fungicides the toxicity was lower but in the case of the insecticide higher under tropical than under temperate conditions. The native tropical earthwormPontoscolex corethrurus reacted more sensitively against Carbendazim in comparison to the standard test speciesEisenia fetida.

Recommendation and Perspective

Details of the environmental risk assessment of the three model chemicals based on the results of the laboratory described here (and including the results of higher tier tests (semi-field and field tests)) will be described in Part 2 of this series     

21世纪可替代脊椎动物进行生态毒性测试的方法：过去二十年的发展和现状综述

替代脊椎动物进行化学物质和污染物危害评估的方法已成为越来越重要的需求。现在首先要考虑的是当启动一个脊椎动物生态毒性测试,必须确保不必要的脊椎动物生物的使用尽可能最小化。对于一些监管目的,脊椎动物的使用对环境风险评估(ERA)已经被禁止,而在其他情况下生物测试的数量已经大大减少了,或者测试程序严格精简了。然而,想要获得能够完全替代脊椎动物提供环境危害数据的方法仍有很长的路要走。动物替代品的发展不仅仅是基于道德的考虑,也可以降低执行脊椎动物生态毒性测试的成本以及在某些情况下能够提供更好的信息旨在改进环境风险评估。本文集中综述了在过去的几十年里生态毒性评估替代方法所发生的重大的进展。
精选自Adam Lillicrap, Scott Belanger, Natalie Burden, David Du Pasquier, Michelle R. Embry, Marlies Halder, Mark A. Lampi, Lucy Lee, Teresa Norberg-King, Barnett A. Rattner, Kristin Schirmer, Paul Thomas. Alternative approaches to vertebrate ecotoxicity tests in the 21st century: a review of developments over the last two decades and current status. Environmental Toxicology and Chemistry: Volume 35, Issue 11, pages 2637–2646, November 2016. DOI: 10.1002/etc.3603
详情请见http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/etc.3603/full
     

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。     

稳健统计在快速生物降解性试验质量分析中的应用

快速生物降解性试验在新化学物质的生态毒理测试中占据重要地位,其测试数据的可靠性直接影响后续的测试策略和物质的申报登记、以及新化学物质进入环境后的风险管理。为研究OECD 301系列试验(301B、301D和301F)的质量,选用本机构近5年来积累的标准化物质苯甲酸钠14 d快速生物降解率数据,首次采用稳健统计技术,以稳健总计统计量的Z比分数作为评价指标,对各试验数据和试验系统的质量开展评估。结果显示,当301B、301D和301F试验的苯甲酸钠降解率分别在63.8%~88.0%、63.4%~89.2%和66.0%~99.8%范围内时,表明测试结果满意,该批次试验数据质量良好;若苯甲酸钠降解率不在此范围,则表明测试结果可能存在问题,甚至得到的可能是错误数据,需要进一步验证。据此提出了对实际测试工作具有指导意义的质量分析对照表,以期为测试机构开展新化学物质快速生物降解性试验时的质量分析提供参考。     

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.     

试验方法和接种物来源对苯甲酸钠快速生物降解率的影响

化学品的快速生物降解性直接影响其在环境中的迁移、转化和归宿,是鉴别其环境危害性和持久性的基本指标,是政府管理部门对化学品进行风险管理的重要科学依据,在生态毒理测试中具有非常重要的地位。为探讨试验方法、接种物来源以及两者的交互效应对苯甲酸钠生物降解率的影响,2013~2015年间以广州地区2个主要处理生活污水的污水处理厂(DTS、LD)为接种物来源,采用OECD 301系列试验方法(301B、301D和301F)进行了苯甲酸钠的快速生物降解性试验,共获得89个标准化测试数据。统计分析结果显示,接种物来源、试验方法与接种物来源的交互效应对苯甲酸钠生物降解率影响不显著,但试验方法单一因素的影响显著。本研究表明,当受试物为易生物降解时,接种物来源、试验方法和接种物来源的交互效应对该受试物的生物降解率无显著的影响,但在同一条件下,选择不同的试验方法往往会导致最终生物降解率出现明显差异。