有机污染物在鱼体内临界浓度研究进展

临界浓度反映的是有机污染物对生物体的体内毒性效应,是评价有机污染物对水生生物毒性的一个重要指标,对水生环境风险评价具有重要的意义.本文根据目前国内外在该领域的研究现状和本课题组的研究成果,系统地总结了有机污染物在鱼体内临界浓度的计算方法,不同毒性作用模式下的临界浓度、生物富集因子与临界浓度的关系以及影响临界浓度的因素.目前研究结果表明,麻醉型化合物在鱼体内临界浓度在较窄一个范围内变化,趋近于常数,非极性麻醉型化合物的临界浓度要高于极性麻醉型,反应型化合物的临界浓度低于麻醉型化合物;有机污染物在鱼体内的临界浓度与生物富集过程密切相关;生物富集因子与疏水性的关系,生物有机体的大小、脂含量,化合物的暴露时间,代谢转化及毒性数据测定的准确性都会对临界浓度的测定或计算产生影响.     

封面说明

<正>随着人工化学品的大量生产及广泛使用,相当一部分化学品在多种环境介质中残留,其暴露对人体健康和生态环境造成潜在危害,因此亟需快速有效评估其风险并诠释毒性作用机理.采用分子动力学模拟可快速研究环境污染物与生物大分子受体的相互作用,分析其结合模式、结合自由能,并研究生物大分子在一定时间尺度内的构象变化,能弥补常规实验     

基于稀有鮈鲫模型研究水环境中纳米银的毒理学效应

纳米银具有优越的抗菌性能,现已被很好地应用于食品工业、医疗卫生、水处理等多个行业中.然而纳米银的生物安全性也同时引起了人们的高度关注.本文采用小型实验鱼类——稀有鮈鲫,探讨了商品化纳米银在水处理推荐使用剂量范围内(1~20 mg/L)的水生毒理学效应.通过24 h急性毒性实验表明纳米银(LC50 12.79 mg/L)毒性效应远远低于银离子(LC50 22μg/L),尽管银离子与纳米银的生物富集效应并不明显,但它们同样可进入鱼体内,并引起相应靶器官的毒性作用,表现为鳃组织与肝脏表面显微结构的明显损伤效应.由此可见,水体中由于纳米银的应用而导致的潜在生态毒性风险不容忽视.     

食用蔬菜能吸收和积累微塑料

微塑料(100 nm～5 mm)作为一种新型环境污染物,具有潜在的动植物和人体健康风险,其污染已成为高度关注的全球环境问题.当前已有不少关于微塑料在水生生物体内积累的报道,但对于陆地生态系统的研究则相对匮乏,高等植物对微塑料的吸收和积累更未见报道.本文基于室内培养实验报道了微塑料在生菜(Lactuca sativa)体内的吸收、传输及分布.通过激光扫描共聚焦荧光显微镜和扫描电子显微镜观察发现,聚苯乙烯微球(0.2μm)可被生菜根部大量吸收和富集,并从根部迁移到地上部,积累和分布在可被直接食用的茎叶之中.研究结果为开展土壤-植物系统中微塑料积累机制及食物链传递与健康风险研究提供了新依据.     

典型持久性有机污染物与抑癌基因相互作用的分子模拟与验证

化学品的环境污染问题给人类带来了惨痛的教训.对化学品进行生态风险评价,是预防和控制其污染的前提.发展计算(预测)毒理学方法,可以高效地评价和预测化学物质的环境暴露、危害性和风险性.本研究采用分子模拟与光谱实验(紫外-可见吸收光谱、荧光光谱及熔点实验)相结合的方法,研究了典型持久性有机污染物2,2',4,4'-四溴联苯醚(BDE-47)与抑癌基因p53启动子区域片段(p53-DNA)的相互作用机制.分子模拟的结果显示,BDE-47以部分嵌插和沟槽结合的形式与p53-DNA相互作用.光谱实验验证了分子模拟的结果:BDE-47与p53-DNA发生增色效应,同时BDE-47的加入使EB-p53-DNA体系发生静态荧光猝灭,说明BDE-47竞争性地嵌插入p53-DNA的碱基对中,同时伴有沟槽结合,结合常数Kb为7.24×103 L/mol.本研究从分子水平上阐明了BDE-47与p53-DNA间的相互作用机制,对于化学品的风险筛查和管理具有重要意义.     

为什么要设计酶催化活体自组装?

自组装纳米材料在药物递送方面的应用具有巨大的潜能.其尺寸的可调控性、病理环境响应性等物理化学行为,使得自组装纳米载体可以通过改进主动靶向、被动靶向、血液长循环等方面来提高药物递送能力.然而,相对于大量基础研究的投入,目前的临床转化依然面临着巨大的挑战.其中除了药物研发固有的高风险特征外,其主要原因还包括自组装纳米材料在体的稳定性、递送效率以及代谢毒性等问题.由此,我们从自然的自组装过程中得到启发,率先发展了活体自组装(in vivo self-assembly)的策略.它是指通过将外源性的分子引入到特定的生理和病理环境下,在细胞、组织甚至活体生物内进行自组装,形成可控的高级有序结构.通过调控其在复杂生物环境下时空可控的组装,从而实现特定的功能.体内自组装纳米药物具有组装诱导滞留(assembly induced retention,AIR)效应,能够显著增强药物在靶点病灶部位的富集和滞留,增强递送效率,提高药物利用率,同时降低药物在肝肾部位的蓄积,降低了毒性副作用,为癌症等重大疾病的诊断和治疗提供了新思路和新策略.     

多介质环境模型在化学品暴露评估中的应用与展望

由于化学品引发的环境事件呈上升趋势,各国政府和公众已高度关注化学品的环境风险.欧盟发布化学品监管的法规指出"没有安全数据,就没有市场"("No Data,No Market").中国也发布了《新化学物质环境管理办法》,这标志着中国化学品的环境管理由危害管理过渡到风险管理.化学品的暴露评估是环境风险评估和管理的关键.多介质环境模型是化学品环境暴露评估的简便而有效的工具之一.应用多介质环境模型,可以预测化学品在环境介质中的存在水平和分布,揭示相对重要的降解过程,估计化学品在环境中的停留时间,全面地描述化学品的环境归趋.本文概述了多介质环境模型的理论基础及发展过程,重点介绍了局部、区域及全球尺度下多介质环境模型应用于化学品暴露评估的研究进展,比对分析了化学品风险评估中常用的暴露评估软件的特征.此外,还总结了中国化学品暴露评估中多介质环境模型的应用情况,展望了多介质环境模型两种发展趋势及方向.可以预见,多介质环境模型在我国化学品环境风险评估和管理领域具有巨大的应用前景.     

石墨烯表面官能团种类多样性对诱导大型溞氧化应激的影响

石墨烯纳米材料进入到环境后,可能通过一系列转化形成表面官能化衍生物.因此,研究表面修饰的石墨烯纳米材料对水生生物造成的毒性效应对于评价其生态风险具有重要意义.本研究考察了石墨烯(u-G)、羧基化石墨烯(G-COOH)、氨基化石墨烯(G-NH_2)、羟基化石墨烯(G-OH)及巯基化石墨烯(G-SH)对大型溞(Daphnia magna)体内活性氧物种(ROS)、抗氧化酶、抗氧化剂及脂质过氧化水平的影响,评价了其诱导大型溞氧化应激的程度.结果表明:相同暴露条件下(24h,2mg/L),u-G,G-COOH和G-OH诱导大型溞体内丙二醛含量显著升高,且u-G诱导产生的丙二醛含量显著高于G-COOH和G-OH,表明u-G造成大型溞氧化损伤的程度高于G-COOH和G-OH.此外,这3种材料也导致大型溞体内ROS升高和谷胱甘肽(GSH)含量显著变化,其中u-G和G-OH还诱导超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著降低.在24h暴露期间内,G-SH在不影响大型溞体内ROS水平的情况下,诱导SOD和CAT活性降低,可能是由于G-SH破坏了这些抗氧化酶的结构.G-NH_2暴露没有影响大型溞体内的氧化应激标志物.综上,石墨烯及其表面官能化衍生物对大型溞造成氧化应激的能力:u-GG-COOH≈G-OHG-SHG-NH_2.     

计算(预测)毒理学:化学品风险预测与管理工具

<正>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性重大环境问题之一[1].化学品风险防控的一个重要瓶颈是,基于传统实验测试评价化学品环境风险性的速度(2~3年/种),远低于新化学品进入市场的速度(~1000种/年),已导致10万种以上的大量既有化学品未经风险评价而在市场上使用[2].因此,必须发展快速、高效的化学品风险预测与管理技术[3].计算毒理学技术被认为是一种高效、高通量地进行化学品风险预测与管理的技术[3].计算毒理学亦称预     

水生生物中重金属毒性的预测

随着中国工业化程度的发展,重金属污染已成为一个主要的环境问题,重金属的生态毒理学也成为一个重要的环境科学研究领域.早期重金属的生物毒性研究主要集中在测定金属的半致死浓度,但这些研究较少注意到金属的化学形态以及他们对生物产生毒性的影响.在过去30年,重金属的     

“摇铃形”金复合纳米二氧化硅在细胞和组织暗场成像中的应用

金纳米颗粒因其具有独特的物理化学及光学性质, 在生物影像、癌症诊断治疗等领域表现出极大的应用前景, 但因小尺寸纳米金颗粒(<20 nm)在生理体液环境中稳定性较差、体内安全剂量低、被动靶向效果不明显等问题, 使其在体内成像, 尤其在活体肿瘤部位成像中受到较大局限. 本文针对上述问题, 将13 nm金颗粒生长在具有特殊核壳结构的夹心二氧化硅空腔之内, 形成具有新型结构的“摇铃形”金复合纳米二氧化硅(silica nanorattles@gold nanoparticles, SN@GN), 既保留金纳米颗粒的强散射特性以利于细胞和动物组织中实现暗场成像, 同时二氧化硅壳层将金颗粒保护起来, 提高了纳米颗粒的稳定性. 细胞毒性实验表明SN@GN的细胞生物相容性良好, 毒性低. 动物急性毒性实验表明, SN@GN的最大耐受剂量大于200 mg/kg, 而GN的体内最大耐受剂量仅为4.6 mg/kg, 显著提高了金纳米颗粒的生物相容性. 本研究为SN@GN在生物暗场影像领域的应用提供了重要的实验依据.     

分子动力学模拟在有机污染物毒性作用机制中的应用

分子动力学模拟(molecular dynamics simulations,MD)是一种基于经典牛顿力学方程的分子模拟方法,常用于研究有机化合物、材料及生物大分子体系,可计算各类体系的宏观性质及各种动力学性质.目前MD模拟逐渐用于研究各类环境污染物与生物大分子的相互作用.通过热力学统计分析污染物与生物大分子的结合模式以及配体结合引起的生物大分子构象变化,能在分子水平上探究污染物的毒性作用机理.基于MD模拟的轨迹文件,采用自由能打分方法可评估污染物与各类受体的结合能力,能够筛选具有特定毒性终点的潜在污染物,从而快速、高通量地进行有机污染物的毒性预测和风险评价.本文介绍了MD模拟的基本原理、常用软件,简述了MD模拟的数据准备和模拟过程,强调了MD模拟的重要细节,进而从污染物与受体生物分子作用角度,重点陈述了MD模拟在研究有机污染物与各类转运蛋白、核受体、代谢酶相互作用中的应用,展望了MD模拟在污染物毒性筛选方面的潜在应用,以期该类方法能更好地服务于污染物的毒性风险评估.     

气候变化耦合海洋污染的生态毒理学研究进展

工业化以来,海洋污染已成为全球性环境问题;CO_2浓度持续增加下,气候变化也给海洋环境带来了显著改变.目前,大量的研究集中在气候变化或者环境污染各自单独对海洋生物及生态系统的影响,并已取得一些广泛认可的结论.然而,现实环境中,生物实际处在气候变化与海洋污染的双重胁迫下,生物与生态系统受到的影响极有可能更加复杂和严峻.因此,气候变化耦合海洋污染的生态毒理学研究越来越受到关注.本文在概述气候变化与海洋污染的基础上,总结了气候变化下海洋环境的改变,特别是海水升温、酸化、低氧等对典型海洋污染物如重金属和持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)等的生物毒性的影响,分析了气候变化与海洋污染的交互作用,提出当前研究所面临的问题并展望未来的研究前景,为准确评估全球气候变化下的海洋生态风险以及促进我国全球气候变化应对提供基础.     

非离子态氨对转“全鱼”生长激素基因鲤鱼的急性毒性和慢性毒性

在自然水体和人工水体中氨氮对鱼类是有毒的. 利用静水更新式生物测试研究了非离子态氨对转基因鲤鱼和对照鱼的96 h急性毒性实验和21 d慢性毒性实验. 通过96 h非离子态氨急性毒性实验发现, 转基因鲤鱼的非离子态氨氮24, 48, 72和96 h半数致死浓度(LC₅₀) (2.64, 2.44, 2.28和2.16 mg/L)分别比对照鲤鱼相应的24, 48, 72和96 h半数致死浓度(LC₅₀) (2.70, 2.64, 2.52和2.33 mg/L)略低, 没有显著性差异; 但在不同非离子态氨氮(3.86, 3.29和2.09 mg/L)胁迫下, 转基因鲤鱼的半数致死时间(LT₅₀) (1.41, 7.91和117.42 h)分别显著性短于对照鱼的半数致死时间(2.53, 14.06和150.44 h). 21 d非离子态氨慢性毒性实验发现, 在不同非离子态氨氮浓度(0.91 ± 0.12, 0.48 ± 0.06和0.12 ± 0.01 mg/L)胁迫下, 转基因鲤鱼的死亡率均显著性高于对照鲤鱼. 上述研究表明, 转基因鲤鱼对氨氮胁迫的耐受能力比对照鲤鱼差, 为客观评价转生长激素基因鲤鱼潜在生态风险, 并为今后确定转GH基因鱼集约化养殖的密度和制定养殖水体氨氮安全指标提供了重要的科学参数.     

有机污染物生物富集因子定量预测模型的建立与评价

有机污染物的生物富集因子(BCF)是进行生态风险评价的基础数据. 依照经济合作与发展组织(OECD)关于定量结构-活性关系(QSAR)模型构建和使用的导则, 根据线性溶解能关系(LSER)理论选择理论计算的分子结构描述符, 采用偏最小二乘(PLS)方法建立了8类化合物对鱼类BCF的QSAR模型. 结果表明, Connolly分子表面积(CMA)、平均分子极化率(α)和分子量(MW)对BCF影响最显著, 因此, 分子大小是影响化合物在鱼体内生物富集的最主要因素. 模型具有良好的拟合能力(复相关系数平方R²_Y = 0.868, 均方根误差RMSE = 0.553)、稳健性(交叉验证Q²_CUM = 0.860)和预测能力(外部可解释方差Q²_EXT = 0.755, RMSE = 0.647). 采用Williams图对模型应用域(AD)进行了表征. 所建立的模型, 可以应用于应用域内有机化合物的BCF的预测, 具有潜在应用价值.     

基于微量量热技术的注射用增溶辅料生物安全性评价

为筛选适宜的注射用增溶辅料、减少注射剂不良反应的发生,以嗜热四膜虫BF5为模式生物,建立基于微量量热技术的注射用增溶辅料生物安全性评价方法.恒温28℃时,监测不同注射用增溶辅料(泊洛沙姆188、吐温80、吐温20、聚乙二醇600、聚乙二醇400)干预嗜热四膜虫BF5生长代谢的热谱曲线,抽提生物热动力学特征参数进行量化评价.结果表明,在不同浓度的上述增溶辅料干预下,嗜热四膜虫BF5生长速率常数(k)、5%抑制浓度(IC5)、最大输出功率(P1,P2)、达峰时间(T1,T2)和发热量(Q)呈现规律性变化;且k与增溶辅料浓度间的线性关系良好(r0.9),IC5依次是泊洛沙姆188为2.18mg/mL,聚乙二醇600为1.35mg/mL,吐温80为1.07mg/mL,聚乙二醇400为0.58mg/mL,吐温20为0.045mg/mL.主成分分析表明,参数k,P1和Q能够较好体现热谱曲线整体信息,可用于增溶辅料生物安全性的量化评价.这也得到综合评价结果的印证,即在相同浓度下,泊洛沙姆188对嗜热四膜虫BF5生长代谢毒性较小,而吐温20毒性较大.     

新型全氟及多氟聚醚羧酸识别、分布特征及毒理效应研究进展

随着全氟辛酸(PFOA)的管控,工业中开始使用结构中含有醚氧键的全氟及多氟聚醚羧酸(PFECA)作为加工助剂替代PFOA.近年来,得益于非靶向筛查和靶向分析技术的快速发展,不同环境介质和生物样品中已陆续检出多种PFECA,浓度呈升高趋势.已有研究发现,六氟环氧丙烷三聚体(HFPO-TA)、六氟环氧丙烷四聚体(HFPO-TeA)等PFECA表现出较PFOA更强的生物累积和毒性效应.相较于传统全氟及多氟烷基物质(PFAS), PFECA结构更为复杂,对环境和生物体的危害机制也可能存在差异.本文围绕PFECA的结构种类、污染水平和毒性效应,从非靶向识别、环境行为、生物及人群暴露水平、毒性效应和分子机制等多个方面对近年来的相关研究进行概述,探讨当前PFECA应用中存在的问题和潜在风险,对未来的研究方向和应用前景进行展望,旨在为PFAS替代品的环境污染及风险评估提供参考,为我国开展PFAS的管控和削减行动提供支撑.     

化学品甲状腺干扰效应的计算毒理学研究进展

人工合成化学品引发的内分泌干扰效应(如甲状腺干扰效应)引起了全世界的广泛关注.在当前全球市场使用的14万多种人工合成化学品中,仅部分化学品具有内分泌干扰效应信息.由于整体动物实验成本高、耗时长,难以对所有潜在内分泌干扰物(EDCs)进行逐个筛查.因此,需要发展化学品环境内分泌干扰效应的计算毒理学方法,用于筛查潜在EDCs及辅助筛选环境优先污染物.本文总结了化学品甲状腺干扰效应的计算毒理学研究进展,主要包括甲状腺干扰物与甲状腺素受体、甲状腺素运载蛋白、甲状腺素磺酸基转移酶相互作用的分子机制及相应干扰效应的定量构效关系模型研究进展.对基于计算毒理学方法开展甲状腺干扰效应方面的研究进行了展望.     

计算模拟掺氮碳纳米管与水中芳香类污染物的吸附作用

掺氮碳纳米管(N-CNTs)因其独特的理化性质,在诸多领域呈现广阔的应用前景.伴随N-CNTs的大量生产和使用,其将不可避免地释放到环境中.进入环境中的N-CNTs可以与污染物发生吸附作用,进而改变二者的环境行为和生态风险.目前,N-CNTs对水中有机污染物的吸附行为鲜有报道.本研究构建了不同掺杂浓度/形态的掺氮单壁碳纳米管(N-SWNTs),基于密度泛函理论,模拟水中芳香类有机污染物在N-SWNTs上的吸附.计算结果表明,氮掺杂可以提高N-SWNTs对芳香类化合物的吸附性能.掺杂浓度和掺杂形态会影响N-SWNTs的吸附能力,高浓度吡啶氮掺杂的N-SWNTs对芳香类化合物具有较强的吸附作用.化合物与N-SWNTs之间主要发生物理吸附,疏水作用和π–π相互作用是化合物在N-SWNTs上吸附的主要作用力,污染物官能团可加强其与N-SWNTs之间的吸附作用.本研究可为N-SWNTs的生态风险评价提供一定的理论指导.     

水生环境中微塑料自身及负载有机污染物的生物富集效应

微塑料广泛存在于水体环境中,由于其具有较高的疏水性而能够负载有机污染物,同时影响它们在生物体内的累积与毒性.目前在微塑料对污染物生物富集过程的作用方面尚有分歧,其根源在于大部分的室内暴露研究往往缺乏对复杂环境介质的考量,而野外场景的模型分析又少了验证环节.生物富集和生物放大效应通常是对于传统污染物而言的,对于微塑料来说...