有机化学品生物富集因子定量结构-活性关系模型

依据经济合作与发展组织(OECD)关于定量结构-活性关系(QSAR)模型构建和使用导则,将780个有机化合物,以4:1的比例随机划分为训练集(624个化合物)和验证集(156个化合物),通过多元线性回归(MLR)方法构建了一个包含12个描述符的有机化合物鱼类生物富集因子(BCF)的QSAR模型。QSAR模型的调整决定系数R2ad j=0.809,去一法交叉验证系数Q2LOO=0.803,外部验证系数Q2EXT=0.732,表明模型具有较好的拟合优度、稳健性和预测能力。采用欧几里德距离方法表征模型应用域,通过威廉姆斯图分析模型离群点,并对模型进行机理解释。所构建的模型,可以用于预测应用域内有机化学品的生物富集因子。     

卤代有机化合物生物富集因子的定量结构-活性关系模型

依据经济合作与发展组织(OECD)关于定量结构-活性关系(QSAR)模型构建和使用导则,通过多元线性回归(MLR)方法建立了一个包含9个描述符的卤代有机化合物鱼类生物富集因子(BCF)的QSAR模型。QSAR模型的调整决定系数R²_adj = 0.877,去一法交叉验证系数Q²_LOO= 0.873,外部验证系数Q²_EXT= 0.757,表明模型具有较好的拟合优度、稳健性和预测能力。采用欧几里德距离方法表征了模型应用域,并对模型进行了机理解释。所构建的模型,可以用于预测应用域内卤代化合物的BCF。     

全氟化合物在鱼类肝脏中的生物富集因子预测与影响因素分析

全氟化合物(perfluorinated compounds, PFCs)作为一种新兴有机污染物,因其环境持久性及生物富集性,对生态环境健康存在潜在风险。鉴于实验测定PFCs生物富集作用的局限性,为实现对PFCs生物富集因子(bioconcentration factor, BCF)的合理预测及其影响因素分析,本研究基于前人报道的log BCF实验数据,采用多元线性逐步回归方法建立了PFCs对鱼类肝脏生物富集作用的定量结构-活性关系(quantitative structure-activity relationship, QSAR)模型,并对该模型进行了全面验证与评估及机理解释。结果表明,所建QSAR模型的决定系数(R²=0.902)、内部验证指标(Q_LOO²=0.852)、外部验证指标(Q_F1²=0.855、Q_F2²=0.850、Q_F3²=0.814)等统计参数均符合建模标准,模型具备良...     

应用生物模拟采样法快速评估水中邻苯二甲酸酯的生物富集性

利用三油酸甘油酯-醋酸纤维素半透复合膜(TECAM)对12种邻苯二甲酸酯类化合物(PAEs)进行微耗式快速富集试验(24 h),估算生物模拟采样方法对PAEs化合物的富集动力学参数以及富集系数,比较了膜富集系数(MCF)与生物富集系数(实验测定、模型预测)之间的相关性,及其随化合物的辛醇-水分配系数(KOW)的变化趋势。结果表明:(1)随着疏水性的增强,化合物在TECAM膜中具有不同的富集趋势:弱疏水性化合物能快速平衡,中疏水性化合物先经历线性富集阶段随后到达曲线富集阶段,中强疏水性化合物一直处于线性阶段;(2)膜对PAEs的富集系数随KOW的增加先上升后下降,与BCF随KOW的变化趋势一致,同时两种富集系数对KOW均符合二次曲线模型,并且MCF的相关性更好;(3)对MCF整体高于BCF的结果做出了解释——生物代谢使得BCF偏低,而TECAM对PAEs的富集不涉及代谢过程。尽管MCF不能表征生物体对邻苯二甲酸酯等可生物降解目标化合物的代谢过程,但该方法不受物种个体差异影响,具有估算水生生物富集目标化合物的潜在能力,更利于化合物之间的评估比较,并可作为对比研究生物代谢对BCF的影响。     

筛查全/多氟烷基化合物(PFASs)生物活性的卷积神经网络模型

全/多氟烷基化合物(PFASs)是一类备受关注的化学品,已在多种环境介质中检出。然而,目前PFASs的生物活性数据缺乏,限制了其危害性评价和管理,有必要构建PFASs生物活性的高通量筛查模型。本研究基于卷积神经网络(CNN)算法,采用分子灰度图像作为输入,构建了PFASs的23种活性终点的筛查模型(简称Image-CNN模型)。与使用分子指纹和分子描述符作为输入,采用随机森林和支持向量分类器算法构建的基准测试模型相比,Image-CNN模型预测效果更好,平均的受试者工作特征曲线下面积达0.96。与此前模型相比,模型性能更优。基于分子指纹相似性,表征了模型的应用域。筛查了已知最大的PFASs名录,其中3种PFASs在所有建模的活性终点中都被预测为有活性。     

基于基团贡献法的有机化合物好氧生物降解预测模型研究

从MITI-Ⅰ试验中筛选出587种不同类型有机化合物的可用数据,通过对这些物质的结构进行拆分,随机选择其中50种化合物作为验证集,另外537种作为训练集,利用多元线性回归(MLR)和支持向量机(SVM)2种计算方法分别建立模型。结果表明,芳香酸、醛、芳香碘和叔胺等功能基团对有机化合物的好氧生物降解性影响较大;MLR模型总体预测正确率为81.43%,验证集正确率为82%,SVM模型总体预测正确率为87.90%,验证集正确率为86%。所建立的2种定量结构与生物降解性关系(QSBR)模型有效,可用于化学品的好氧生物降解性评价。     

生物富集系数的快速测定法

以两室药物动力学模型为理论基础,提出了一种新的生物富集系数快速测定法;运用该法测定了六种疏水性有机化合物的BCF值。结果表明:该方法具有简便,快速、可靠的优点。     

基于集成学习算法构建有机化学品鱼体生物富集因子的QSAR预测模型

生物富集因子(BCF)是评价化学品生物累积能力的重要参数.目前全球市场上使用的化学品数量已超过了35万种,但是只有一千多种化学品具有BCF值.定量构效关系(QSAR)模型被认为是一种有效填补数据空缺的方法.目前大多数预测BCF的QSAR模型为单一模型,而集成模型可能会对BCF的预测效果有所改进.本研究建立了一个全面的鱼...     

磺胺类抗生素在斑马鱼体内的生物富集性及模型预测评估

针对磺胺类抗生素在鱼体内的生物富集特性,采用半静态生物富集测试法,研究磺胺二甲嘧啶(SMT)和磺胺甲恶唑(SMX)在斑马鱼(Brachydanio rerio)体内的生物富集规律及生物富集系数(bio-concentration factor,BCF),并选用3种常用预测模型对2种磺胺类抗生素的BCF值进行估算,比较了估算值与实际测定值,为磺胺类抗生素生物富集性的预测提供依据。研究结果表明,当暴露浓度为0.01 mg·L~(-1)~1.00 mg·L~(-1)时,鱼体对SMT的最大生物富集系数BCF值为1.11,最大富集量出现在暴露24~48 h期间;SMX的最大BCF值为1.15,最大富集量处于暴露96~168 h之间。根据磺胺类抗生素的理化性质,通过比较3种生物富集预测模型获得SMT和SMX的BCF值,发现其中Kow预测模型所得估算值最为接近实测值。因此可利用该模型作为磺胺类抗生素富集性的预测工具,为我国兽药抗生素的环境风险预测和评价提供依据。     

气相有机化学品与羟基自由基反应速率常数的QSAR模型

气相中有机化学品与羟基自由基(!OH)反应速率常数(k_(OH))是评价化学品大气持久性的重要参数.而化学品种类繁多,现有的k_(OH)实验数据不能满足其生态风险评估的需求.因此,需要建立一种能够快速预测有机化学品k_(OH)的方法,填补现有数据的缺失.本研究搜集整理了917种有机化合物的k_(OH)实验值,采用逐步多元线性回归法(MLR)和支持向量机法(SVM)分别构建了用于预测多种类化合物lgk_(OH)的线性和非线性定量结构-活性关系(QSAR)模型.基于MLR的预测模型具有良好的拟合度(经校正的相关系数的平方R_(adj.tr)~2=0.862、均方根误差RMSE_(tr)=0.455)、稳健性(交叉验证系数Q_(LOO)~2=0.856)和预测能力(外部验证系数Q_(ext)~2=0.850).基于SVM的预测模型也具有良好的拟合度(R_(adj.tr)~2=0.915,RMSE_(tr)=0.358)和预测能力(Q_(ext)~2=0.860).机理分析表明,最高占据分子轨道能(E_(HOMO))、卤素原子在分子中所占的百分比(X%)和分子中具有=CH—结构的数目(NdsCH)是最重要的3个描述符,解释了数据集78.3%的方差.采用Williams法表征模型的应用域.所建立的模型可用于预测烷烃、烯烃、炔烃、芳香族化合物、醇类、酮类、醚类、醛类、酸类、酯类、卤代化合物、含氮化合物、含硫化合物等室温下的k_(OH).     

Molecular size as a limiting characteristic for bioconcentration in fish

The relationships between the bioconcentration factor (BCF) of chemicals in fish and their size, as characterized by molecular weight (MW), effective cross sectional diameter (Deff), and maximum diameter (Dmax) have been investigated using an experimental data set of 737 new and 441 existing chemicals monitored by the Japanese Chemical Substances Control Law (CSCL). Substances with BCF > or = 5000 (very high bioconcentration potential) typically have MW < 550, Deff < 1.1 nm and Dmax < 2.0 nm, respectively and the substances with BCF > or = 1000 (high bioconcentration potential) have MW < 550, Deff < 1.4 nm and Dmax < 2.9 nm, respectively Therefore, the previously suggested threshold values for Deff (0.95 nm) and Dmax (1.5 nm) used for discriminating between bioconcentrative and non-bioconcentrative substances were found to be somewhat small. We found that many substances with BCF > or = 1000 and Dmax > or = 1.5 nm have Deff < 0.95 nm.     

有机污染物生物降解性预测模型

生物降解性是评估污染物环境持久性的重要依据,也是化学品是否获准生产及进入市场的评价指标。采用17位生物降解领域专家评估的生物降解等级数据,通过功能树(FT)算法建立了包含15个分子结构参数的初级生物降解和最终生物降解预测模型。外部验证结果表明,模型具有较好的预测准确性,初级生物降解性加权准确度(weighted accuracy,WA):训练集WA=84.1%,验证集WA=78.9%;最终生物降解性WA:训练集WA=91.0%;验证集WA=83.6%。预测正确性对化合物的杠杆值作图,表征了生物降解性模型的应用域。     

Biokonzentration von persistenten superlipophilen Chemikalien in aquatischen Organismen

According to generally accepted theory, persistent superlipophilic chemicals with logn-octanol/water partitioning coefficient (log K_ow) >6 and molecular sizes >9,5 Å, such as octachlorodibenzo-p-dioxin, decachlorobiphenyl, Mirex etc., do not significantly bioconcentrate in aquatic organisms from ambient water. In the light of new results and considerations, this hypothesis has to be revised. The most convincing argument against this hypothesis is that in all bioconcentration experiments with superlipophilic chemicals compound concentrations have been applied which exceeded water solubility by several orders of magnitude. In this paper we describe various methods how to determine bioconcentration (BCF) factors of superlipophilic compounds. As exemplified with octachlorodibenzo-p-dioxin and Mirex, BCF values evaluated by this means match well those calculated by QSARs for fish and mussels based on log K_ow and water solubility as well. As expected these BCF values exceed previous ones by several orders of magnitude. As practical consequences, we recommend for BCF evaluations of superlipophilic chemicals:

1. flow-through systems, kinetic method (OECD guideline No 305 E)
2. ambient concentrations≤water solubility.

*** DIRECT SUPPORT *** A00HP013 00002     

有机化学品不同温度下(过冷)液体蒸气压预测模型的建立与评价

(过冷)液体蒸气压(PL)是评价化学品在环境中分配、迁移和归趋行为的重要参数。PL具有较强的温度依附性。发展一种能够精确预测不同环境温度下化学品PL的方法,有助于填补化学品生态风险评估的大量数据缺失。本研究收集整理了661种有机化合物在不同温度下(200~830 K)共计10 478个log PL值。在此基础上,采用偏最小二乘(PLS)回归和支持向量机(SVM)方法,构建了PL的线性和非线性预测模型。结果表明:2种模型均具有良好的拟合度、稳健性及预测能力,SVM模型的预测性能略高于PLS模型(PLS:R2adj.tra=0.912,RMSEtra=0.477,Q2ext=0.910;SVM:R2adj.tra=0.997,RMSEtra=0.092,Q2ext=0.967)。机理分析表明,温度是影响PL的主要因素,温度越高,蒸气压越大;其次,X1sol也影响PL大小,X1sol用来描述分子间的色散作用,分子间色散力越小,蒸气压越大;此外,化合物的氢键个数、极性和分子构型等因素也影响PL大小。采用Wiliams plot方法表征了PLS模型应用域。所建立的模型可用来预测烷烃、烯烃、醇、酮、羧酸、苯、酚、联苯、卤代芳香烃、含N化合物及含S化合物在不同温度下的PL数据。     

14C标记的月桂酸盐在淡水勾虾（Hyalella azteca）中的生物富集、代谢及空间分布

对水的生物蓄积性监管评估通常是基于鱼类流水暴露试验得出生物浓缩因子（BCF）。这样的实验需要很多实验动物，而且费时费钱。最近，有人提出了一种替代性的有机中性化合物的测试方法，即用勾虾（Hyalella azteca）进行测试得到BCF值，该值与鱼类 BCF值有很强的相关性。本文研究了离子化合物月桂酸盐在H. azteca中的生物浓缩潜力。 采用流动和半静态的方法对勾虾H. azteca进行1-14C-月桂酸钠暴露实验。由于该化合物的生物降解速度快，需要采用半静态方法，即频繁更换介质，以确保介质浓度稳定。月桂酸盐也可被H. azteca快速代谢。在勾虾组织中测得的总放射性中有很大一部分是不能提取的，这表明矿化月桂酸盐富集在H. azteca的钙化外骨骼中。这在使用14C标记的碳酸盐的进一步研究中得到了证实。以游离脂肪酸计量，月桂酸盐的脂质标准化（5.0%）的勾虾 BCF为8.9。H. azteca的生物浓缩研究结果证实了先前在鱼类中观察到的试验项目的低生物富集潜力。然而，需要测试更多的具有不同性质的有机离子化合物，以评估鱼和勾虾的BCF数据之间是否存在一般相关性。     

菲和镉单一及复合污染条件下在毛蚶体内的富集动力学研究

采用室内半静态双箱动力学模型实验,研究了菲和镉单一及复合污染条件下在毛蚶(Anadara subcrenata)体内的生物富集,通过对富集与释放过程中毛蚶体内菲和Cd的富集量进行非线性曲线拟合,获得了菲和Cd单一及复合污染条件下在毛蚶体内的吸收速率常数k1、释放速率常数k2、生物富集因子BCF、生物半衰期B1/2和平衡状态下最大富集量CA max等动力学参数。实验结果表明,菲和Cd在实验前期富集速率较高,8 d以后富集速率减缓,释放阶段与富集阶段相似。毛蚶对菲的BCF值为37.80,远大于Cd的BCF值13.12,且生物半衰期时间更长,菲更容易在生物体内富集。菲和Cd联合暴露条件下,在毛蚶体内的CA max和BCF值均大于单一作用,说明二者同时暴露时,毛蚶对菲和镉的吸收富集均有所增强。实验模型拟合度较好,输出值和实测值之间无显著性差异,拟合方程和拟合参数可信。     

Untersuchungen zur Aufnahme von HCB und Pyren durch den KompostwurmEisenia fetida und ausgewählte Regenwurmwildarten

The main issues of the studies described were the validation of a test design for the assessment of the bioaccumulation potential of environmental pollutants and the applicability ofEisenia fetida as a model-organism and artificial soil (OECD) as a standard test substrate. The test organisms used wereE. fetida of our own breeding stock andAllolobophora caliginosa, Allolobophora chlorotica, Allolobophora longa and Lumbricus rubellus sampled from a field site. Test soils used were the artificial soil (OECD) and a BBA field soil. Soils were each contaminated with 10 mg HCB and Pyrene per soil dry-weight. Within the test period of 4 weeks, samples were taken weekly for residue analysis in the worms and soils. Bioaccumulation factors (AF) calculated forE. fetida and the free-living species were in the range of 10–17 (HCB) and 0.9–1.7 (Pyrene) depending on the soil used. By re-calculation of the concentrations in soil to concentrations in soil water, the resulting bioconcentration factors are compared with published BCF values determined from QSAR’s of other worm species and fresh water fish. It could be concluded that the existing earthworm tests (OECD 1984, ISO 1998) represent an appropriate design for testing the bioconcentration potential of chemicals in soil.