第四章污染物生物效应检测课件.ppt

1、第四章污染物生物效应检测2 第一节生物测试及方式第一节生物测试及方式 一、生物测试一、生物测试 生物测试（生物测试（Bioassay）指利用生物反应测定一种或多）指利用生物反应测定一种或多种污染物或环境因素单独或联合存在时，所导致的影响种污染物或环境因素单独或联合存在时，所导致的影响或危害。实际上就是用生物去测定污染物的危害。或危害。实际上就是用生物去测定污染物的危害。 可在分子、细胞、组织、器官、甚至个体和种群多种可在分子、细胞、组织、器官、甚至个体和种群多种水平上进行。水平上进行。3污染物毒性生物测试优点：污染物毒性生物测试优点： 1)生物测试不需特殊仪器、方法简单。生物测试不需特殊仪器、

2、方法简单。 2)可提供污染物可提供污染物的生物毒性，而常规的物理和化学检测只能测定污染物的的生物毒性，而常规的物理和化学检测只能测定污染物的浓度。浓度。 3）可测定污染物之间的相互作用）可测定污染物之间的相互作用,以及它们对生物以及它们对生物体的综合效应体的综合效应,而常规的物理和化学检测则做不到。而常规的物理和化学检测则做不到。4）还）还可了解环境因素对污染物毒性的影响。如水体可了解环境因素对污染物毒性的影响。如水体pH、溶氧、溶氧量、氧化还原电位、水体中有机和元机配位体对污染物毒量、氧化还原电位、水体中有机和元机配位体对污染物毒性的影响等性的影响等。 4生物测试意义：生物测试意义： 1）研

3、究多种污染物联合作用的生物效应。）研究多种污染物联合作用的生物效应。 2）监测环境质量的变化。）监测环境质量的变化。 3）制订环境质量标准。）制订环境质量标准。 4）对制订排污标准，以及对污染物生态风险评价有重要）对制订排污标准，以及对污染物生态风险评价有重要意义。意义。5 但注意：但注意： （1）污染物结构、性质、毒作用机理不同，同一种生物对不）污染物结构、性质、毒作用机理不同，同一种生物对不同污染物的反应不同。同污染物的反应不同。 （2）不同生物解毒机制、及能力不同，因而不同生物对相同）不同生物解毒机制、及能力不同，因而不同生物对相同污染物有不同的反应。污染物有不同的反应。（3）不同发育阶

4、段的生物对同种污染物的反应也不同。）不同发育阶段的生物对同种污染物的反应也不同。 （4）受污染毒害的经验也会影响生物对有毒污染物的反应。）受污染毒害的经验也会影响生物对有毒污染物的反应。 6（一）生物测试方式（一）生物测试方式 根据不同的研究要求和目的，可进行不同的测试。根据不同的研究要求和目的，可进行不同的测试。 测试方法多样，测试方法多样， 有按时间分的、有按试验溶液和气体有按时间分的、有按试验溶液和气体给予方式分的。给予方式分的。1、短期生物测试（、短期生物测试（Short term bioassays） 指被测试的生物在短时间内暴露于高浓度的污染物指被测试的生物在短时间内暴露于高浓度的

5、污染物下，测定污染物对生物有机体的影响。下，测定污染物对生物有机体的影响。 例：急性毒性例：急性毒性试验，以快速估价污染物的毒性。试验，以快速估价污染物的毒性。7 1) 测试目的：测试目的： （1）快速估计污染物的毒性；（）快速估计污染物的毒性；（2）评价几种毒物的相）评价几种毒物的相对毒性；（对毒性；（3）评价不同生物对不同条件如温度、）评价不同生物对不同条件如温度、pH的相的相对敏感性等。对敏感性等。 主要用于测定半致死浓度主要用于测定半致死浓度(LC50)、或半抑制浓度、或半抑制浓度(IC50) 或半效应浓度或半效应浓度(EC50)。 2) 时间设定时间设定 ： 一般小于一般小于1周，如

6、周，如 一般水蚤类一般水蚤类 2d，藻类，藻类 3d，鱼类，鱼类 4d。83) 测试特点测试特点 （1） 暴露时间短；仅几天。（暴露时间短；仅几天。（2）污染物浓度高；）污染物浓度高； （3）一般采用静止式给予有毒溶液或气体。）一般采用静止式给予有毒溶液或气体。 但对于下列情况，应用流动式给药：但对于下列情况，应用流动式给药： 1）不稳定且易）不稳定且易挥发的污染物（浓度会渐低挥发的污染物（浓度会渐低)； 2）BOD较高的污水较高的污水(低低O2)； 3）代谢速率快的受试生物（产生高的代谢产物）代谢速率快的受试生物（产生高的代谢产物如如CO2和和NH3会影响受试生物的代谢。会影响受试生物的代谢

7、。 9 2、长期生物测试（、长期生物测试（Long term bioassays） 在低浓度下，受试生物长期被暴露于污染物下的测试，又在低浓度下，受试生物长期被暴露于污染物下的测试，又称全部生活史生物测试，常见有慢性毒性试验。称全部生活史生物测试，常见有慢性毒性试验。 1）测定目的）测定目的 测定在长期污染下，不造成有害效应的毒物最大浓度，测定在长期污染下，不造成有害效应的毒物最大浓度，或最大允许毒物浓度（或最大允许毒物浓度（MATC）。）。 测定包括毒物对生物生长、生殖、产卵、孵卵、幼体成测定包括毒物对生物生长、生殖、产卵、孵卵、幼体成活等的影响。活等的影响。102）时间确定）时间确定 （1

8、）对动物而言，需要从一个卵期到下一个卵期或更长的）对动物而言，需要从一个卵期到下一个卵期或更长的连续测定；连续测定； （2）对于更小的生物如浮游生物，要持续好几代测试；）对于更小的生物如浮游生物，要持续好几代测试； （3）但对生活史特别长的动物，人们则选择在整个生活史）但对生活史特别长的动物，人们则选择在整个生活史中最敏感的几个阶段测试。如在鱼的发育早期测定，这种中最敏感的几个阶段测试。如在鱼的发育早期测定，这种测定又称部分生活史生物测试。测定又称部分生活史生物测试。113) 长期生物测试要求长期生物测试要求 (1)只能采用流动式染毒性。只能采用流动式染毒性。 (2)室内试验条件，如水温、室内

9、试验条件，如水温、pH、硬度等必需和自然季、硬度等必需和自然季节变化相符。节变化相符。 (3)受试受试 生物的生长、发育规律符合季节变化。生物的生长、发育规律符合季节变化。 123、中期生物测试（、中期生物测试（Intermediate term bioassays） （1 ）目的）目的: 介于短期和长期之间的一类生物测试。如介于短期和长期之间的一类生物测试。如亚慢性毒性试验。亚慢性毒性试验。 对毒物的毒作用、靶器官和最大无作对毒物的毒作用、靶器官和最大无作用剂量或中毒阈值作出估计。用剂量或中毒阈值作出估计。 （2）测试时间：）测试时间：8天之内算是短期，天之内算是短期，8-90天之间中期。天

10、之间中期。 （3）毒物给予方式：无论毒物是溶液还是气体，给予）毒物给予方式：无论毒物是溶液还是气体，给予方式一般采用流动式，少数可采用静止式。方式一般采用流动式，少数可采用静止式。13（二）受试生物的选择（二）受试生物的选择 1）对毒物敏感性：）对毒物敏感性： SO2的敏感植物：紫苜蓿、大麦、棉的敏感植物：紫苜蓿、大麦、棉花、小麦、花、小麦、 三三 叶草、叶草、 甜菜、莴苣、大豆、向日葵。甜菜、莴苣、大豆、向日葵。O3敏感敏感植物：烟草、番茄、矮牵牛、菠菜、土豆、燕麦、丁香、秋植物：烟草、番茄、矮牵牛、菠菜、土豆、燕麦、丁香、秋海棠、女贞、梓树。海棠、女贞、梓树。 2）具生态学价值或经济价值。

11、）具生态学价值或经济价值。3）实验）实验室内易培养和繁殖。室内易培养和繁殖。4）具清楚的生物学背景资料如生活史）具清楚的生物学背景资料如生活史、生长、发育特点等；、生长、发育特点等；5）足够的数量。）足够的数量。6）对毒物的反应的）对毒物的反应的易测性。易测性。 此外，个体大小、生活史长短，以及以前受污染情况也此外，个体大小、生活史长短，以及以前受污染情况也需考虑。需考虑。14二、生物测试标准化二、生物测试标准化（一）影响生物测试的因素（一）影响生物测试的因素 1、受试生物：受试生物的种类、生长年龄（生活阶段、尺、受试生物：受试生物的种类、生长年龄（生活阶段、尺寸大小、脱皮阶段）、发育阶段、食

12、物供应程度等均影响生物寸大小、脱皮阶段）、发育阶段、食物供应程度等均影响生物对毒物的敏感性。对毒物的敏感性。 2、试验条件：如试验水质的温度和含盐量、水流速度和溶、试验条件：如试验水质的温度和含盐量、水流速度和溶解氧、水域的酸碱度、受试生物的总量，不仅影响生物对毒物解氧、水域的酸碱度、受试生物的总量，不仅影响生物对毒物的反应，而且影响作用于生物的毒物浓度、性质和形态。的反应，而且影响作用于生物的毒物浓度、性质和形态。 3、实验操作：实验结果还受人员操作水平、仪器设备的精、实验操作：实验结果还受人员操作水平、仪器设备的精度、测定方法的影响。度、测定方法的影响。15（二）标准化测试的优点（二）标准

13、化测试的优点 1）增加数据的精确度，利于数据的比较。）增加数据的精确度，利于数据的比较。 2）测试可以被其它实验室重复。）测试可以被其它实验室重复。 3）筛选不同实验室一致的实验结果。）筛选不同实验室一致的实验结果。 4）可为环境标准的建立提供可靠的数据，如饮用水环境）可为环境标准的建立提供可靠的数据，如饮用水环境质量标准等。质量标准等。16（三）标准化的生物测试方法（三）标准化的生物测试方法 有水质物质对蚤类急性毒性测定方法有水质物质对蚤类急性毒性测定方法B/T13266-91)、水质物质对淡水鱼（斑马鱼）急性毒性测定方法、水质物质对淡水鱼（斑马鱼）急性毒性测定方法(GB/T13267-91

14、)等。等。 主要对主要对1）毒物的分析方法、环境条件的测定方法，）毒物的分析方法、环境条件的测定方法，2）仪器设备）仪器设备, 3）生物大小、生物量，）生物大小、生物量，4）水的溶解氧和）水的溶解氧和pH, 5）统计方法作出了国家规定。）统计方法作出了国家规定。 但对那些易分解、非常见和混合污染物的测定还很难但对那些易分解、非常见和混合污染物的测定还很难进行标准化测定。进行标准化测定。17 第二节第二节 生物毒性试验生物毒性试验一、生物毒性一、生物毒性（一）生物毒性的基本概念（一）生物毒性的基本概念 1、毒物（、毒物（Toxicant）和）和毒性毒性 （1）毒物：在一定条件下，以）毒物：在一定

15、条件下，以较小剂量给予有机体时，较小剂量给予有机体时，与生物相互作用后而引起功能或器质性损伤与生物相互作用后而引起功能或器质性损伤的化学物质称的化学物质称毒物毒物。 或或剂量虽微剂量虽微，但，但积累到一定量时，就能干扰或破坏机积累到一定量时，就能干扰或破坏机体的正常生理功能，而引起暂时或持久性病变，甚至危及体的正常生理功能，而引起暂时或持久性病变，甚至危及生命的化合物，称毒物。生命的化合物，称毒物。18 （2）毒性）毒性(Toxicity): 指毒物产生有害作用的能力。指毒物产生有害作用的能力。 与下列因素有关：与下列因素有关： 1）进入机体的剂量。体内）进入机体的剂量。体内潜在性有毒物质存在

16、潜在性有毒物质存在并不意味发并不意味发生中毒，通常只有达中毒剂量时，才可引起中毒。生中毒，通常只有达中毒剂量时，才可引起中毒。 2）进入机体的方式（如经口、皮肤或呼吸）。）进入机体的方式（如经口、皮肤或呼吸）。 3）接触时间及频率。时间越长、频率越高，越引起中毒。）接触时间及频率。时间越长、频率越高，越引起中毒。 19 2、中毒（、中毒（toxication） 受到毒物作用，引起生物有机体受到毒物作用，引起生物有机体功能和器质性损伤后，所出现的疾病状态称中毒。功能和器质性损伤后，所出现的疾病状态称中毒。 如有机磷中毒后出现的震颤、出汗、瞳孔缩小等。如有机磷中毒后出现的震颤、出汗、瞳孔缩小等。

17、中毒中毒是在各种毒物作用下，在局部或全身的综合表现。是在各种毒物作用下，在局部或全身的综合表现。 （1）毒效应或毒性作用）毒效应或毒性作用 化学物引起生物有机体的损伤的总称为毒性作用或毒效化学物引起生物有机体的损伤的总称为毒性作用或毒效应。可用相关生理生化指标表示。如有机磷农药对胆碱酯应。可用相关生理生化指标表示。如有机磷农药对胆碱酯酶活性的抑制；苯抑制造血功能而引起贫血。酶活性的抑制；苯抑制造血功能而引起贫血。20 （2）毒物反应（）毒物反应（reaction） 指接触化学物质后，表现某种效应的个体在一个群体指接触化学物质后，表现某种效应的个体在一个群体中所占的比例。中所占的比例。 （3）毒

18、物危险性）毒物危险性和危害性和危害性 1）毒物毒物危危险险性性 指某一化学物质指某一化学物质在正常在正常生产、使用过程中，能引起有机生产、使用过程中，能引起有机体发生中毒的可能性，体发生中毒的可能性，称毒物称毒物危险性危险性 ，是是毒物毒物对个人或群体对个人或群体的毒性效应和产生疾病甚至死亡的定量估计的毒性效应和产生疾病甚至死亡的定量估计。21 2）毒物危害性：毒物危害性：指有毒物质与有机体指有毒物质与有机体接触和使用接触和使用过程中过程中，有引起中毒的可能性，有引起中毒的可能性，称称毒物危害性，用来定性表示毒毒物危害性，用来定性表示毒物对人群健康引起的有害作用。物对人群健康引起的有害作用。

19、物质危害性的大小一般与物质进入体内的能力和数量物质危害性的大小一般与物质进入体内的能力和数量有关，挥发性小，易溶于水或血液中，并能迅速达到中毒有关，挥发性小，易溶于水或血液中，并能迅速达到中毒浓度的物质的危害性大。浓度的物质的危害性大。 22（二）毒性参数（二）毒性参数 1、常用毒性参数、常用毒性参数 （1）致死剂量或致死浓度）致死剂量或致死浓度(LD，lethal dose or LC，lethal concentration) 绝对致死剂量或浓度绝对致死剂量或浓度 （LD100，Absolute lethal dose or LC100 ，Absolute lethal concentra

20、tion） 指一群动物全部死亡的最低剂量或浓度。指一群动物全部死亡的最低剂量或浓度。 半致死剂量或浓度（半致死剂量或浓度（LD50，Median lethal dose or LC50， Median lethal concentration） 指能引起一群动物死亡指能引起一群动物死亡50%的最低剂量或浓度。的最低剂量或浓度。 23 最小致死剂量或浓度（最小致死剂量或浓度（MLD，Minimum lethal dose，MLC，Minimum lethal concentration）：）： 能使一群动物仅个能使一群动物仅个别死亡的最高剂量或浓度。别死亡的最高剂量或浓度。 (2)最大耐受剂量和

21、最大无作用剂量最大耐受剂量和最大无作用剂量 最大耐受剂量或浓度（最大耐受剂量或浓度（MTD0，Maximum tolerance dose or MTC0，Maximum tolerance concentration） 能使一群动物虽然发生严重中毒，但全部存活无一死亡的能使一群动物虽然发生严重中毒，但全部存活无一死亡的最高剂量或浓度。最高剂量或浓度。24 最大无作用剂量（最大无作用剂量（Maximum no effect dose） 污染物对生物产生效应随污染物浓度或剂量的降低而减污染物对生物产生效应随污染物浓度或剂量的降低而减弱，当外来化学物剂量减到一定量时，生物学变化已达到弱，当外来化学

22、物剂量减到一定量时，生物学变化已达到0，不能观察到任何损害作用的最高剂量称最大无作用剂量。，不能观察到任何损害作用的最高剂量称最大无作用剂量。 其是制订人体每日容许摄入量、最高容许浓度和评定污其是制订人体每日容许摄入量、最高容许浓度和评定污染物毒性作用的主要依据。染物毒性作用的主要依据。25 最小有作用剂量（最小有作用剂量（Minimal effect level） 指能使有机体发生某种异常变化所需的最小剂量。其一般指能使有机体发生某种异常变化所需的最小剂量。其一般大于最大无作用剂量，因此又称中毒阈剂量。大于最大无作用剂量，因此又称中毒阈剂量。 半数效应浓度半数效应浓度(EC50, Media

23、n effect concentration) 指能引起指能引起50%受试生物的某种效应变化的浓度。受试生物的某种效应变化的浓度。 半数抑制浓度半数抑制浓度(IC50, Median inhibition concentration) 指能引起受试生物的某种效应指能引起受试生物的某种效应50%抑制的浓度。抑制的浓度。26（3）毒作用带（）毒作用带（Toxic effect zone）：是恒量污染物危险）：是恒量污染物危险性大小的一个指标。性大小的一个指标。 急性毒性作用带：急性毒性作用带：为半致死量与急性毒性最小有作为半致死量与急性毒性最小有作用剂量的比值。用剂量的比值。 此值愈大，污染物危险

24、性愈小，反之危此值愈大，污染物危险性愈小，反之危险性愈大。险性愈大。27 慢性毒性作用带：慢性毒性作用带： 是恒量毒物急、慢性毒性的一个指标，急性毒性最是恒量毒物急、慢性毒性的一个指标，急性毒性最小有作用剂量与慢性毒性最小有作用剂量之比。小有作用剂量与慢性毒性最小有作用剂量之比。 比值愈小，表明引起急性中毒的危险性相对较大。反比值愈小，表明引起急性中毒的危险性相对较大。反之，引起慢性毒性中毒的可能性愈大。之，引起慢性毒性中毒的可能性愈大。282、毒物单位与分级、毒物单位与分级 （1）毒物单位（浓度）：毒物在空气中的浓度以）毒物单位（浓度）：毒物在空气中的浓度以mg/m3或或mg/L表示；表示；

25、 哺乳动物以哺乳动物以mg/Kg或或ml/kg体重表示；水环境中体重表示；水环境中的毒物以的毒物以mg/L或或g/L表示。表示。 （2）毒物分级：毒物毒性的大小与半数致死量成反比，但）毒物分级：毒物毒性的大小与半数致死量成反比，但不同化合物之间毒性差别很大，可达百万甚至几千万倍。不同化合物之间毒性差别很大，可达百万甚至几千万倍。 为了加强毒物在生产、运输、使用和贮存方面的管理；为了加强毒物在生产、运输、使用和贮存方面的管理；便于制订和比较环境质量标准；在发生意外时便于制订和比较环境质量标准；在发生意外时, 采取相应的采取相应的保护措施，必须对毒物进行分级。保护措施，必须对毒物进行分级。 29

26、1）我国工业毒物急性毒性分级）我国工业毒物急性毒性分级 30 2）我国农药急性毒性分级）我国农药急性毒性分级 31 3）水生生物评价体系）水生生物评价体系 32二、毒性试验二、毒性试验（一）急性毒性试验（一）急性毒性试验 指研究化学物质大剂量一次染毒或者说指研究化学物质大剂量一次染毒或者说24h内多次染毒内多次染毒，动物所引起的毒性试验。，动物所引起的毒性试验。 目的：为了在短期内了解某物质的毒性大小，需做急目的：为了在短期内了解某物质的毒性大小，需做急性毒性试验性毒性试验(Acute toxicity test) 。 有哺乳动物急性毒性试验、水生生物急性毒性试验和有哺乳动物急性毒性试验、水生

27、生物急性毒性试验和蚯蚓急性毒性试验。蚯蚓急性毒性试验。331、哺乳动物急性毒性试验：、哺乳动物急性毒性试验： （1）实验材料：小鼠和大鼠，若）实验材料：小鼠和大鼠，若进进行毒物皮试实验，还可行毒物皮试实验，还可用家兔和豚鼠。用家兔和豚鼠。（2）确定动物全活和全致死量）确定动物全活和全致死量 查阅文献中与受试物的类似物的查阅文献中与受试物的类似物的LD50 (LC50)，一般以，一般以3倍之差配制三个剂量组进行预试验（倍之差配制三个剂量组进行预试验（1/3 LD50 ， LD50 ,3 LD50 ），每组），每组3只动物，求出全致死量和全活剂量。只动物，求出全致死量和全活剂量。3435 （3）在

28、预试验的全活量和全致死量之间，以各组间距）在预试验的全活量和全致死量之间，以各组间距1.2 1.5的的“等比级数等比级数”，计设，计设56个剂量组，进行染毒。观察个剂量组，进行染毒。观察2周内的死亡情况。周内的死亡情况。 （4）病理解剖检查：剖检死亡或濒死动物及部分存活的动）病理解剖检查：剖检死亡或濒死动物及部分存活的动物，物， 计算计算LD50或或LC50。 （5）依急性毒性分级标准，根据）依急性毒性分级标准，根据LD50或或LC50，评定毒物的，评定毒物的毒性，毒性， LD50值愈小，毒性愈大。值愈小，毒性愈大。362、水生生物急性毒性试验、水生生物急性毒性试验 根据试验对象，可分为鱼类、

29、水蚤类和藻类毒性试验。根据试验对象，可分为鱼类、水蚤类和藻类毒性试验。 （1）实验用鱼：选择有区域代表性、便于实验饲养、对物质敏）实验用鱼：选择有区域代表性、便于实验饲养、对物质敏感的鱼苗，如青、草、鲢及鳙四大淡水鱼。体长一般小于感的鱼苗，如青、草、鲢及鳙四大淡水鱼。体长一般小于7 cm为宜。有时还可用体长小于为宜。有时还可用体长小于3 cm的金鱼。的金鱼。 （2）实验条件：采用玻璃缸或白搪瓷桶。盛水量以每条）实验条件：采用玻璃缸或白搪瓷桶。盛水量以每条2 3L水为宜，水为宜，pH6.7 8.5， 冷水温度冷水温度12 18 ，温水温度，温水温度20 28 ，水温变化，水温变化 2 ，水中溶解

30、氧不能低于，水中溶解氧不能低于4 mg/L，可用清洁河，可用清洁河水、湖水或放置水、湖水或放置3天的自来水。天的自来水。3738（3）LC50测定测定 1）确定鱼全活和全致死量：）确定鱼全活和全致死量： 方法同哺乳动物，也从文献方法同哺乳动物，也从文献中查阅与受试物的类似物的中查阅与受试物的类似物的LD50 (LC50)，做预试验，确定全，做预试验，确定全致死量和全活剂量。致死量和全活剂量。 2）以此浓度范围，按）以此浓度范围，按“等对数间距等对数间距”确定确定57个浓度组。个浓度组。每组每组1020尾鱼，染毒尾鱼，染毒4896 h。染毒刚开始。染毒刚开始8 h内经常观察，内经常观察，以后作以

31、后作24、48、72和和96小时定期观察，记录中毒反应和死亡小时定期观察，记录中毒反应和死亡时间。时间。 （实验期间注意保持水体溶解氧、（实验期间注意保持水体溶解氧、pH、水温的稳定、水温的稳定，并立即取出死鱼）。，并立即取出死鱼）。 3）根据）根据24、48和和96 h 各组鱼的死亡数，计算各组鱼的死亡数，计算LC50。39（二）亚慢性毒性试验（二）亚慢性毒性试验（Subchronic toxicity test） 人类接触的环境污染物水平通常低于急性中毒剂量或浓人类接触的环境污染物水平通常低于急性中毒剂量或浓度，为了得到更接近实际情况的毒作用资料，需进行亚慢度，为了得到更接近实际情况的毒作

32、用资料，需进行亚慢性和慢性毒性试验。性和慢性毒性试验。 在较长时期内（约动物生命周期的在较长时期内（约动物生命周期的1/301/20），使动物），使动物每日或反复多次染毒所进行的实验。每日或反复多次染毒所进行的实验。 目的是为对毒物的毒作用机理、靶器官和最大无作用剂量目的是为对毒物的毒作用机理、靶器官和最大无作用剂量或中毒阈值作出估计。或中毒阈值作出估计。 401、动物选择、动物选择 （1）一般选用对毒物敏感的动物种和品系，且应与慢性）一般选用对毒物敏感的动物种和品系，且应与慢性毒性作用试验中预计使用的动物相同。毒性作用试验中预计使用的动物相同。 （2）要求选择两种试验动物，啮齿类和非啮齿类各

33、一种，）要求选择两种试验动物，啮齿类和非啮齿类各一种，啮齿动物常用鼠和兔，非啮齿常用狗和猫。这样可更全面啮齿动物常用鼠和兔，非啮齿常用狗和猫。这样可更全面了解受试物的毒草效应。了解受试物的毒草效应。41（3）动物大小、只数和雌雄）动物大小、只数和雌雄 选用健康、年幼的动物。小鼠约选用健康、年幼的动物。小鼠约1417g，大鼠，大鼠5080g，家兔和猫体重约家兔和猫体重约12 kg，狗体重为，狗体重为58 Kg。各动物体重不。各动物体重不应超过组平均体重的应超过组平均体重的20%。 大鼠各组不少于大鼠各组不少于20只，兔、猫和狗较大动物不少于只，兔、猫和狗较大动物不少于46只只。 雌雄各半。雌雄各

34、半。 422、染毒剂量和实验期限、染毒剂量和实验期限 （1）染毒剂量）染毒剂量:一般用一般用LD50或或LC50的的1/80 1/50作为亚慢作为亚慢性试验剂量，也设三个剂量组。性试验剂量，也设三个剂量组。1）高剂量组：能引起明）高剂量组：能引起明显的中毒反应，但又不引起很多动物死亡为高剂量组。显的中毒反应，但又不引起很多动物死亡为高剂量组。2）低剂量组：不引起任何中毒反应为低剂量组。）低剂量组：不引起任何中毒反应为低剂量组。3）中间）中间剂量组：介于二者之间。剂量组：介于二者之间。 （2）实验期限）实验期限:试验期限随目的和要求或动物大小而异试验期限随目的和要求或动物大小而异。大鼠可。大鼠可

35、90天，较大动物可天，较大动物可46月。月。43 3、染毒途径、染毒途径 主要经胃肠道、呼吸道和皮肤接触。注意：染毒途径主要经胃肠道、呼吸道和皮肤接触。注意：染毒途径应与预期进行的慢性毒性作用试验相一致。应与预期进行的慢性毒性作用试验相一致。 4、指标观察与检查：、指标观察与检查： 3个个 （1）综合指标观察：）综合指标观察：1）观察动物的一般活动、症状和）观察动物的一般活动、症状和死亡情况。死亡情况。 2）每周称重一次，记录饲料或饮水量，计算）每周称重一次，记录饲料或饮水量，计算生长率（各组每周摄入食量与体重增加量之比）。生长率（各组每周摄入食量与体重增加量之比）。3）各）各脏器鲜重与单位体

36、重的比重（脏器系数）。脏器鲜重与单位体重的比重（脏器系数）。44 （2）血液及生化检查：）血液及生化检查： 主要指血清、肝和肾功能检验主要指血清、肝和肾功能检验。 常规项目包括血红蛋白、红、白细胞数、血小板数常规项目包括血红蛋白、红、白细胞数、血小板数、谷草转氨酶、血清尿素氮等。、谷草转氨酶、血清尿素氮等。 （3）病理组织学检查：）病理组织学检查： 尸检死亡和濒死的动物，以及尸检死亡和濒死的动物，以及实验结束后的被处死的动物。主要对肝、肾、睾丸等实验结束后的被处死的动物。主要对肝、肾、睾丸等器官进行检查。必要时还需进行组织化学和电镜检查器官进行检查。必要时还需进行组织化学和电镜检查。45 5、

37、试验评价、试验评价 对受试物的主要毒作用、靶器官和最大无作用剂量及对受试物的主要毒作用、靶器官和最大无作用剂量及中毒阈剂量作出初步估价，并为进一步开展慢性毒性中毒阈剂量作出初步估价，并为进一步开展慢性毒性试验提供依据。试验提供依据。 46（三）慢性毒性试验（三）慢性毒性试验(哺乳动物哺乳动物)（Chronic toxicity test） 以低剂量外来化合物，长期与试验动物接触，观察其以低剂量外来化合物，长期与试验动物接触，观察其对试验动物所产生的生物学效应的试验。对试验动物所产生的生物学效应的试验。 目的是确定最大无作用剂量，为制订人体每日允许摄目的是确定最大无作用剂量，为制订人体每日允许摄

38、入量入量(ADI，Allowable daily intake)和最高容许浓度和最高容许浓度(MAC，Maximum allowable concentration)提供毒理学依据。提供毒理学依据。 有哺乳动物、水生生物慢性毒性试验。有哺乳动物、水生生物慢性毒性试验。 471、试验动物和分组、试验动物和分组 1）试验动物的年龄应低于亚慢性试验。）试验动物的年龄应低于亚慢性试验。 一般选用断奶动物，如出生后一般选用断奶动物，如出生后3周的小鼠，体重约周的小鼠，体重约10 12g，出生后，出生后34周的大鼠，体重周的大鼠，体重5070g。 2）试验动物雌雄各半。）试验动物雌雄各半。 其它与亚慢性试

39、验相同。其它与亚慢性试验相同。48 2、染毒剂量和实验期限、染毒剂量和实验期限 根据亚慢性试验，取其最低中毒剂量的根据亚慢性试验，取其最低中毒剂量的1/10、1/20和和1/50或或LD50的的1/1001/20中取中取34个剂量作为慢性试验剂量。个剂量作为慢性试验剂量。 （1）高剂量组：能引起明显的中毒反应为高剂量组。）高剂量组：能引起明显的中毒反应为高剂量组。 （2）低剂量组：不引起中毒反应为低剂量组。）低剂量组：不引起中毒反应为低剂量组。 （3）中间剂量组：介于二者之间。）中间剂量组：介于二者之间。 试验期限：一般试验期限：一般112月，若是致癌实验则需月，若是致癌实验则需18 24月。

40、月。493、染毒途径、染毒途径 经胃肠道、呼吸道和皮肤接触同亚慢性试验经胃肠道、呼吸道和皮肤接触同亚慢性试验4、观察指标、观察指标 基本同亚慢性试验，此外：基本同亚慢性试验，此外： （1）在试验的第）在试验的第1个月，每周称体重一次，在个月，每周称体重一次，在46个月期间个月期间，每，每2周称体重一次，以后每周称体重一次，以后每4周称体重一次。周称体重一次。 （2）每）每2月进行一次血液及其它生长指标月进行一次血液及其它生长指标(生长率、脏器系生长率、脏器系数数)测定。测定。 （3）对病理检查作半定量评定，即随染毒时间的延长，器）对病理检查作半定量评定，即随染毒时间的延长，器官形态结构会发生变

41、化，需根据病变程度加以分级评分。官形态结构会发生变化，需根据病变程度加以分级评分。 50515、试验评价、试验评价:评价受试物在低剂量长时间接触有机体时所评价受试物在低剂量长时间接触有机体时所引起的毒性作用。有引起的毒性作用。有2个方面：个方面： 1）依据敏感观察指标，出现异常的最小阈剂量，找出该）依据敏感观察指标，出现异常的最小阈剂量，找出该受试物的慢性毒作用的最大无作用剂量，为受试物能否可受试物的慢性毒作用的最大无作用剂量，为受试物能否可被应用或为制订其在环境中的卫生标准，提供依据。被应用或为制订其在环境中的卫生标准，提供依据。 2）通过对动物的一般观察及其对各脏器的病理学检查，）通过对动

42、物的一般观察及其对各脏器的病理学检查，对受试物的致癌性评定提供依据。对受试物的致癌性评定提供依据。52（四）蓄积毒性试验（四）蓄积毒性试验 1、 低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次地与机体持低于中毒阈剂量的外来化合物，反复多次地与机体持续接触，经一定时间后使机体出现明显的中毒表现，即为蓄续接触，经一定时间后使机体出现明显的中毒表现，即为蓄积毒性作用积毒性作用(Cumulative toxicity action)。 （1）物质蓄积：环境污染物不断进入有机体，若吸收量）物质蓄积：环境污染物不断进入有机体，若吸收量大于排出量，使其在体内的量逐渐积累增多。大于排出量，使其在体内的量逐渐积累增多。

43、（2）功能蓄积：不断进入有机体的污染物反复作用于机）功能蓄积：不断进入有机体的污染物反复作用于机体，引起机体一定结构或功能的变化，并逐渐累积加重，最体，引起机体一定结构或功能的变化，并逐渐累积加重，最后导致出现损害作用。后导致出现损害作用。532、试验方法、试验方法（1）蓄积系数法（）蓄积系数法（Cumulative Coefficient method） 蓄积系数（蓄积系数（Cumulative Coefficient）：指多次给受试物）：指多次给受试物后，引起后，引起50%受试动物出现某种毒效应的总剂量受试动物出现某种毒效应的总剂量 ( ) ，与一次给受试物后引起与一次给受试物后引起50%

44、受试动物出现同一毒效应的剂受试动物出现同一毒效应的剂量（量（ ）的比值。）的比值。 比值愈大，说明引起比值愈大，说明引起50%动物出现某种毒效应的使用剂动物出现某种毒效应的使用剂量较大，药物代谢作用强，而蓄积作用较小，反之，表示量较大，药物代谢作用强，而蓄积作用较小，反之，表示蓄积作用愈强。蓄积作用愈强。 nLD50 150LD54 15050LDnLDK蓄积系数55有两种实验方法测定有两种实验方法测定K1）固定剂量每天连续染毒法）固定剂量每天连续染毒法 对受试动物以对受试动物以1/101/20 LD50的固定剂量，每天进行染的固定剂量，每天进行染毒一次，观察记录动物死亡情况。毒一次，观察记录

45、动物死亡情况。 当染毒累计达当染毒累计达5个个LD50以上时，若受试动物死亡数未超以上时，若受试动物死亡数未超过半数，此时的蓄积系数已大于过半数，此时的蓄积系数已大于5，表明该受试动物的蓄，表明该受试动物的蓄积作用不明显。积作用不明显。 562）剂量定期递增染毒法）剂量定期递增染毒法 取一组受试动物，每天染毒一次，以取一组受试动物，每天染毒一次，以4天为一期，开始天为一期，开始的第一期每天染毒剂量为的第一期每天染毒剂量为1/10 LD50,随后染毒剂量每隔随后染毒剂量每隔4天天按按1.5倍递增一次。倍递增一次。 57 每天记录动物的死亡情况，若连续染毒已达每天记录动物的死亡情况，若连续染毒已达

46、20天，此时天，此时,每天的染毒剂量每天的染毒剂量0.5 LD50(=1.54LD50/10)，累计总剂量达，累计总剂量达(1+1.5+1.52+1.53+1.54) 4 LD50/10 = 5.30LD50。 如果受试动物死亡未达到如果受试动物死亡未达到50%,则表示该受试物的蓄积作则表示该受试物的蓄积作用不明显，试验可停止。如果受试动物出现死亡达用不明显，试验可停止。如果受试动物出现死亡达50%，就可算出染毒系数就可算出染毒系数K。58 （2）20天蓄积试验法天蓄积试验法 按的按的LD50 的的1/20、1/10、1/5、1/2和和0随机分成随机分成5组，每天组，每天对动物进行染毒，连续对

47、动物进行染毒，连续20天，各组总剂量分别为天，各组总剂量分别为0、1、2、4、10 LD50。观察停药。观察停药7天内的死亡情况。天内的死亡情况。 1）如）如1/2 LD50组有死亡，且各剂量组呈剂量组有死亡，且各剂量组呈剂量-反应关系，反应关系，则受试动物有较强的蓄积作用。则受试动物有较强的蓄积作用。 2）若）若1/20 LD50组有死亡，且各剂量组呈剂量组有死亡，且各剂量组呈剂量-反应关系反应关系，则为中等蓄积作用。，则为中等蓄积作用。 3）若）若1/20 LD50组无死亡，且各剂量组无剂量组无死亡，且各剂量组无剂量-反应关系反应关系，则为无明显蓄积作用。，则为无明显蓄积作用。 59（3）

48、受试物生物半减期测定法）受试物生物半减期测定法 生物半减期（生物半减期（T 1/2）：指一种外来化合物在体内的量或）：指一种外来化合物在体内的量或浓度下降到原来浓度或量的一半所需的时间。浓度下降到原来浓度或量的一半所需的时间。T 1/2越大，越大，表明在体内存留时间越长，蓄积作用越大。表明在体内存留时间越长，蓄积作用越大。 测定方法：机体接触污染物后，在间隔一定时间内分别测定方法：机体接触污染物后，在间隔一定时间内分别测定血液、尿液、器官组织中该物质的浓度，然后求出测定血液、尿液、器官组织中该物质的浓度，然后求出T 。 （y1和和y2分别是分别是t1和和t2时间测得该物质的浓度）时间测得该物质

49、的浓度）21122/1lglg2lgyyttT60 第三节第三节 生物致突变、致畸和致癌效应检测生物致突变、致畸和致癌效应检测一、生物致突变一、生物致突变 1、突变：生物体的遗传物质发生了基因结构的改变称为、突变：生物体的遗传物质发生了基因结构的改变称为突变（突变（mutation）。）。 可分为基因突变和染色体突变两大类，此两类突变本质可分为基因突变和染色体突变两大类，此两类突变本质上无差异，只是染色体突变可凭光学显微镜观察。上无差异，只是染色体突变可凭光学显微镜观察。 612、突变意义、突变意义 （1）农业作物育种：在农业生产中，农作物就是通过定向）农业作物育种：在农业生产中，农作物就是通

50、过定向突变筛选获得优良品种。突变筛选获得优良品种。 （2）从理论上讲，突变可能会出现有益的后果，但由于）从理论上讲，突变可能会出现有益的后果，但由于概率极小，且无法鉴别和控制，所以，外来化学物对人类概率极小，且无法鉴别和控制，所以，外来化学物对人类引起的致突变可能有很大的潜在危险。引起的致突变可能有很大的潜在危险。 所以，从毒理学所以，从毒理学角度，突变一般认为是外来化合物毒性作用的表现。角度，突变一般认为是外来化合物毒性作用的表现。62 3、致突变试验试验方法、致突变试验试验方法 致突变试验：可分基因点突变试验、染色体畸变试验致突变试验：可分基因点突变试验、染色体畸变试验和和DNA损伤试验等