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生态毒理学报 2013年第1期8卷 77-84页

作者：王小庆李波韦东普马义兵黄占斌洛阳理工学院环境工程与化学系洛阳471023 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所国家土壤肥力与肥料效益监测站网北京100081 辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所沈阳110161 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

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... 详细信息

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。

关键词：铜镍毒性预测模型种间外推高等植物

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基于细胞膜表面电势的土壤重金属生物有效性/毒性预测模型及其适用性研究

基于细胞膜表面电势的土壤重金属生物有效性/毒性预测模型及其适...

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作者：汪鹏中国科学院大学

学位级别：博士

土壤重金属污染严重影响食品安全和人体健康，而评估重金属污染土壤的环境和健康风险及制定其环境质量标准则是一项十分艰巨的任务。到目前为止，国际上尚未建立一个权威的、被普遍接受的风险评估方法和框架。土壤类型、理化性质以及重... 详细信息

土壤重金属污染严重影响食品安全和人体健康，而评估重金属污染土壤的环境和健康风险及制定其环境质量标准则是一项十分艰巨的任务。到目前为止，国际上尚未建立一个权威的、被普遍接受的风险评估方法和框架。土壤类型、理化性质以及重金属形态等因素对重金属生物/生态效应及其风险均有很大影响，因此，合理的评估体系和质量标准制定都需要纳入这些影响因素。本论文围绕土壤溶液与生物界面上一个重要的界面特征--细胞质膜表面电势(ψ0o)，系统研究了离子之间的交互作用及其与重金属生物效应间的关系，揭示了土壤性质对重金属生物效应的影响机制，解析了重金属污染土壤上生物毒性的影响因素，建立了重金属生物吸收和毒性的静电预测模型，并将静电模型成功地应用于土壤重金属植物和微生物毒性的预测，同时探讨了模型的不确定性。本论文主要研究结果如下：　　 (1)土壤溶液中常见阳离子和质子能通过电荷屏蔽和与质膜表面结合的方式降低质膜ψ0o的负电性，降低能力大小次序为：Al3+>H+>La3+>Cu2+>Mn2+>Ca2+≈Mg2+>Na+≈K+。Gouy-Chapman-Stern(GCS)模型建立了质膜表面的内在电荷密度(σ0)、离子与质膜表面的结合常数以及离子在本体介质中浓度间的定量化关系，因此能用来模拟ψ0o。通过测定小麦(Triticum aestivum L.)和细菌(Escherichia coli)细胞质膜表面的ζ电势评估了GCS模型参数。GCS模型参数不确定性分析表明，通过ζ电势评估的结合常数与离子吸附试验和“硬配体尺度”方法评估的常数值之间非常接近而且呈高度相关(R2>0.989)。不同方法评估的σ0值变异很大，但诸多证据表明(包括电生理膜片钳和扫描原子力显微镜测定的结果)，质膜表面σ0实际值更接近于-30 mC m-2。这些参数能用于计算不同离子环境下植物根细胞和细菌质膜表面ψ0o，计算的ψ0o值与测定的ζ电势间呈高度相关(R2>0.930)。　　 (2)ψ0o在自然条件下通常为负，能在质膜表面富集阳离子和排斥阴离子，因而使质膜表面的金属离子活度({Mn+}0o)与本体介质中的活度({Mn+)b)相差数十倍。与{Mn+)b相比，{Mn+}0o能更好地指示生物对重金属离子的响应(如生长、毒性、缓解毒性、跨膜运输、质膜酶活性等)。土壤溶液中常见阳离子能够缓解重金属阳离子(Cu2+、Ni2+、Cd2+等)的毒性，却加剧了类金属阴离子H2AsO4-的毒性，这种毒性缓解和加剧作用的主要机制是ψ0o的静电效应，而非普遍认为的离子间“专性竞争效应”。　　 (3)土壤溶液中阳离子和质子能降低质膜ψ0o的负电性，ψ0o的负电性降低能够改变{Mn+)0o，同时也会增加质膜内外表面的电势差(Em，surf)，即能影响离子跨膜运输的电势驱动力，因此，ψ0o对离子生物吸收和毒性的影响是双重的。大量数据分析(包括溶液介质和实际土壤介质的试验)都证实了金属离子吸收和毒性与ψ0o双重效应的函数关系，在此基础上建立的静电模型能很好地预测离子的生物吸收和毒性。　　 (4)评估了土壤介质和溶液培养介质中Ni对大麦(Hordeum vulgare L.)根生长的毒性及其影响因素。结果表明，在试验条件下根生长取决于：(ⅰ)质膜表面Ni2+活度({Ni2+}0o);(ⅱ)Ca缺乏(与{Ca2+}0o有关);(ⅲ)渗透胁迫效应;(ⅳ)Mg2+对Ni2+毒性的专性缓解作用。探讨了溶液介质与土壤介质间的差异对Ni毒性的影响，在溶液介质中发展起来的模型参数会高估实际土壤介质中Ni的毒性。静电模型能很好地预测16个性质差异很大的土壤上Ni的毒性阈值。　　 (5)基于静电模型评估了Cu和Ni污染土壤上微生物潜在硝化速率(PNR)和葡萄糖诱导呼吸(GIR)的影响因素及其机制。研究结果表明，Cu和Ni对微生物PNR和GIR的影响至少取决于：(ⅰ)质膜表面重金属离子活度({M2+)0o);(ⅱ)金属离子跨膜运输的驱动力;(ⅲ)金属配合物;(ⅳ)渗透胁迫效应。静电模型建立了土壤微生物过程与以上影响因素之间的定量化关系，对于PNR至少能解释81.6％的变异性;对于GIR至少能解释86.1％的变异性。静电模型也能很好地预测不同类型土壤上Cu和Ni污染对微生物的毒性以及Cu和Ni的效应浓度阈值。　　 (6)Ca是植物生长的必需元素。重金属阳离子能通过改变质膜的ψ0o使质膜表面{Ca2+)0o降低，从而对植物生长产生影响。为了满足根充分生长，不同植物需要的最低{Ca2+)0o不同，例如，对于绿豆(Vigna radiata L.)，至少需要{Ca2+)0o>1.2 mM;豇豆(Vignaunguiculata L.)，需要{Ca2+}0o>2.0 mM;小麦(*** L.)，需要{Ca2+)0o>2.4 mM

关键词：土壤污染重金属离子硝化速率微生物呼吸质膜表面离子活度毒性预测模型

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我国15种典型土壤中菲对白符跳的毒性阈值及其预测模型

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环境科学研究 2023年第8期36卷 1625-1633页

作者：冯献捷王冕韩东锦侯红赵龙左晓俊南京信息工程大学江苏南京210044 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012

为了确定我国土壤中菲(Phe)对白符跳(Folsomia candida)的毒性阈值并建立其预测模型,以外源添加的方式研究了我国15种典型土壤中Phe对白符跳存活率与繁殖率的影响.结果表明:(1)白符跳繁殖率对Phe毒害的敏感性远高于存活率,基于混合有机... 详细信息

为了确定我国土壤中菲(Phe)对白符跳(Folsomia candida)的毒性阈值并建立其预测模型,以外源添加的方式研究了我国15种典型土壤中Phe对白符跳存活率与繁殖率的影响.结果表明:(1)白符跳繁殖率对Phe毒害的敏感性远高于存活率,基于混合有机溶剂(正己烷与丙酮的体积比为1∶1)提取的Phe实测值推导的繁殖率的EC_(50)(半数效应浓度)范围为21.09~99.50 mg/kg,不同土壤中的EC_(50)最大值是最小值的4.72倍;基于HPCD(羟丙基-β-环糊精)提取的Phe实测值推导的繁殖率的EC_(50)范围为18.31~48.26 mg/kg,不同土壤中的EC_(50)最大值是最小值的2.63倍.(2)对白符跳繁殖的EC_(50)与土壤理化性质进行Pearson相关性分析表明,EC_(50)与土壤有机质含量、黏土颗粒占比均呈显著正相关,相关系数分别为0.923、0.656;与土壤pH呈显著负相关,相关系数为-0.590.(3)利用多元逐步回归分析方法对白符跳繁殖的EC_(50)及土壤理化性质进行分析,发现土壤有机质含量可以很好地解释不同土壤中白符跳繁殖的EC_(50)值之间的差异,故利用土壤有机质含量建立了白符跳繁殖的EC_(50)值预测模型—lg(EC_(50))=1.436+0.012[OM]([OM]表示土壤有机质含量).该毒性预测模型显示,土壤有机质含量是影响不同土壤中Phe对白符跳繁殖的EC_(50)毒性差异的最重要的单一因素,可解释不同土壤中EC_(50)值84.0%的差异.

关键词：白符跳菲(Phe) 土壤理化性质外源添加毒性预测模型

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我国20种典型土壤中锌对白符跳虫的毒性阈值及其预测模型

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农业环境科学学报 2021年第4期40卷 766-773页

作者：王巍然林祥龙赵龙张家乐樊文华侯红山西农业大学资源与环境学院山西太谷030801 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012 陕西科技大学环境科学与工程学院西安710000

为了确定我国土壤中Zn对白符跳的毒性阈值并建立其预测模型,以外源添加重金属污染物(ZnCl_(2))的方式,研究了我国20种典型土壤中Zn对白符跳(Folsomia candida)繁殖率以及存活率的影响。结果表明:白符跳繁殖率对Zn毒害的敏感性远高于存活... 详细信息

为了确定我国土壤中Zn对白符跳的毒性阈值并建立其预测模型,以外源添加重金属污染物(ZnCl_(2))的方式,研究了我国20种典型土壤中Zn对白符跳(Folsomia candida)繁殖率以及存活率的影响。结果表明:白符跳繁殖率对Zn毒害的敏感性远高于存活率,基于总量实测值推导的繁殖率的EC50(半数效应浓度)范围为56~711 mg·kg^(-1),最大值约为最小值的12.5倍;基于CaCl_(2)提取有效态实测值推导的繁殖率的EC50范围为0.5~5.2 mg·kg^(-1),最大值约为最小值的8.7倍,这表明利用CaCl_(2)提取有效态Zn,并基于此计算不同土壤中Zn对白符跳繁殖的EC50可以更好地预测土壤毒性。同时,对白符跳繁殖的EC50与土壤理化性质进行相关性分析表明:EC50与土壤pH、非晶质铝含量之间呈显著相关关系,相关系数分别为0.819、0.470。利用回归分析对白符跳繁殖的EC50及土壤理化性质进行分析:土壤pH和土壤有机质含量这两种土壤理化性质可以很好地解释白符跳繁殖的EC50值之间的差异,故对其建立毒性预测模型为lg(EC50)=0.255pH+0.013w(有机质)+0.673,此模型表明土壤pH和w(有机质)可以较好地预测不同土壤中Zn对白符跳繁殖的毒性阈值。

关键词：白符跳虫锌土壤性质外源添加毒性预测模型

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典型液晶单体的物种敏感性及在长三角和珠三角地区的沉积物生态风险研究

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环境科学研究 2025年第3期38卷 662-676页

作者：马思颖何珊魏琨宇郭星妤李思怡何佳北京师范大学水科学研究院吉林大学地球探测科学与技术学院中国环境科学研究院环境基准标准与风险管控全国重点实验室

液晶显示屏电子设备日益丰富着现代人生活的同时，也造成越来越多的半挥发性液晶单体（LCMs）进入水环境，目前已在我国长三角和珠三角地区水体沉积物中大量检出，并且已在野生无脊椎动物和鱼类中检出，对水生生物具有潜在的生态风险。... 详细信息

液晶显示屏电子设备日益丰富着现代人生活的同时，也造成越来越多的半挥发性液晶单体（LCMs）进入水环境，目前已在我国长三角和珠三角地区水体沉积物中大量检出，并且已在野生无脊椎动物和鱼类中检出，对水生生物具有潜在的生态风险。但目前由于毒性数据的缺乏，LCMs在沉积物中的生态风险尚未被系统评估。该研究使用QSAR（定量结构效应关系）-ICE（种间关系）结合模型预测了4种典型LCMs对水生生物的急性毒性，分析了LCMs对淡水和海水水生生物的物种敏感度分布并推导出相应的HC5（5%危害浓度）值；采用相平衡分配法，用水中预测无效应浓度（PNECw）估算沉积物中预测无效应浓度（PNECs），应用风险商值法和概率密度重叠面积法评估LCMs在长三角和珠三角地区沉积物中的生态风险。结果表明：4种LCMs（MePVbcH、2CB、tFMeO-3bcHP、Pe3bcH）的淡水水生生物HC5值分别为3.02、128.58、2.46和11.58μg/L，淡水底栖生物HC5值分别为3.86、103.76、6.43和10.57μg/L，海水水生生物HC5值分别9.47、68.66、33.45、22.76μg/L。生态风险评估结果显示，长三角和珠三角地区沉积物中4种LCMs均处于低风险水平，但2CB由于检出浓度较高且易从沉积物释放至水中而更应受到关注。珠三角地区普遍风险商值高于长三角地区，但长三角地区电子垃圾回收站点位风险高于长三角地区其他点位。建议密切关注典型LCMs水环境浓度变化，避免对水生生物造成危害。

关键词：液晶单体(LCMs) 物种敏感性分布生态风险评估 HC5 毒性预测模型

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重金属-纳米颗粒联合毒性评价模型研究进展

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环境化学 2023年第8期42卷 2594-2608页

作者：李雪玲盖鑫磊陈敏东毋赟江苏省大气环境监测与污染控制高技术重点实验室江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京信息工程大学环境科学与工程学院南京210044

基于单一污染物的毒性研究无法准确评估真实环境中多污染物共存的生态与健康风险,因此大量研究开始关注混合物联合毒性这一更具挑战性和现实性的课题.本文围绕当前毒理学领域的主要研究对象——重金属、纳米材料,综述了重金属混合物、... 详细信息

基于单一污染物的毒性研究无法准确评估真实环境中多污染物共存的生态与健康风险,因此大量研究开始关注混合物联合毒性这一更具挑战性和现实性的课题.本文围绕当前毒理学领域的主要研究对象——重金属、纳米材料,综述了重金属混合物、纳米颗粒混合物、以及两者混合物的联合作用评价方法,包括基于重金属间无相互作用或相互作用可忽略的浓度加和(concentration addition,CA)模型、独立作用(independent action,IA)模型及其改进模型,基于生物生理过程的生物配体模型(biotic ligand model,BLM)、毒代-毒效动力学模型(toxicokinetictoxicodynamic,TK-TD)、动态能量平衡(dynamic energy budget,DEB)理论,基于颗粒物结构性质的定量纳米结构-活性关系(quantitative nanostructure-activity relationships,QNAR,或nano-QSAR)模型等,介绍了各类模型的基本原理、适用条件和应用情况.最后对重金属-纳米颗粒联合毒性的未来研究方向进行了展望.

关键词：重金属纳米颗粒联合作用毒性预测模型

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中国环境基准理论与方法学研究进展及主要科学问题

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生态毒理学报 2015年第1期10卷 2-17页

作者：冯承莲赵晓丽侯红黄薇宋静李会仙孟伟吴丰昌中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012 北京大学公共卫生学院北京100083 中国科学院南京土壤研究所南京210008

环境基准是指环境介质中的环境要素对特定保护对象不产生不良或有害效应的最大限值,是环境标准制修订的科学依据。环境基准理论与方法学一直是国际环境科学和环境保护科学研究领域的前沿,也是国家环境管理的重大科技需求。本文在总结国... 详细信息

环境基准是指环境介质中的环境要素对特定保护对象不产生不良或有害效应的最大限值,是环境标准制修订的科学依据。环境基准理论与方法学一直是国际环境科学和环境保护科学研究领域的前沿,也是国家环境管理的重大科技需求。本文在总结国际和我国环境基准研究成果的基础上,较为系统地阐述了环境基准的基本概况、理论方法学及重要进展。同时,结合学科特点和环境基准科技需求,综合分析了与环境基准理论方法学密切相关的系列关键科学问题。

关键词：环境基准水质基准土壤基准空气基准毒性效应机理毒性预测模型环境要素生物富集本地化

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大气颗粒物中重金属组分对人肺癌细胞（A549）的毒性作用

大气颗粒物中重金属组分对人肺癌细胞（A549）的毒性作用

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作者：袁月南京信息工程大学

学位级别：硕士

颗粒物污染是我国近阶段面临的主要大气环境问题之一,它所产生的健康效应更是引起了政府与公众的广泛关注。大气颗粒物是一种由多种组分组成的混合物,其中重金属组分含量虽然较低,但因其具有不可降解性、易富集性,被认为是大气颗粒物中... 详细信息

颗粒物污染是我国近阶段面临的主要大气环境问题之一,它所产生的健康效应更是引起了政府与公众的广泛关注。大气颗粒物是一种由多种组分组成的混合物,其中重金属组分含量虽然较低,但因其具有不可降解性、易富集性,被认为是大气颗粒物中重要的致毒组分。由于颗粒物中的重金属并不是单一存在的,各元素之间存在相互作用,人们目前对颗粒物中的主要重金属毒性成分及其毒性贡献还知之甚少。因此,本文通过细胞体外实验研究了颗粒物的重金属组分对人肺癌细胞(A549)的毒性效应、联合作用方式与生物机理。此外,我们还使用污染物混合作用预测模型进行了毒性效应的预测与评估,以期为颗粒物及其组分的空气质量标准制定和人体健康风险评价提供理论依据。主要的实验内容和研究结果如下:(1)颗粒物中主要的重金属毒性组分分析利用大气颗粒物标准样品(SRM 1648a)对A549细胞进行毒性实验,确定以细胞存活率为效应终点的半数有效浓度(EC)为107.90 ppm;在EC浓度暴露时,通过螯合树脂去除重金属离子后,A549的细胞存活率显著增加了12.3%,计算得出重金属组分对大气颗粒物的毒性的贡献约占22.9±11.5%;根据颗粒物中的重金属含量,选取11种含量较高或毒性较强的元素(Zn、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、As、Se、Sr、Cd和Pb)进行单独暴露,发现其中6种重金属(Zn、Cr、Mn、Fe、Cu和Pb)可能是造成大气颗粒物细胞毒性的主要致毒元素,其EC顺序如下:Fe>Cr>Mn>Zn≥Cu>Pb。(2)主要重金属毒性组分的联合作用研究为了简化实验方案,我们选取之前确定的6种主要毒性重金属元素对A549细胞进行多元混合暴露。一般来说,Fe的存在显著减少了其他金属单一/共同暴露导致的细胞毒性,而-Fe组的细胞存活率则低于6种元素混合组,说明Fe可能是颗粒物中重金属混合作用的“拮抗剂”;相反,Mn能够促进其他金属的毒性,-Mn组的细胞存活率也显著高于6种元素混合组,可能作为颗粒物中重金属混合作用的“协同剂”;其他金属(Zn、Cu、Pb和Cr)对不同金属混合物的影响不同,这可能与它们是否存在相同的膜转运体和细胞内作用位点有关。(3)主要重金属毒性组分的联合作用预测通过获得相应的重金属毒性参数,我们使用了浓度加合模型(CA)、独立作用模型(IA)、集成加合模型(IAM)和集成加和相互作用模型(IAI)这四个模型,对多金属混合暴露A549细胞毒性进行了预测,与实验得到的金属联合毒性进行线性拟合分析,发现CA、IA、IAM模型预测结果均与实验值存在一定偏差,而IAI模型的线性相关系数最大(r=0.875),再证实了所研究的6种重金属之间存在相互作用,IAI模型更适合于颗粒物中多元金属的混合作用评估。但是对于IAI模型应用于其他细胞系、毒性终点、混合物的毒性预测还需要进一步研究。

关键词：大气颗粒物重金属 A549细胞联合毒性毒性预测模型

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稀土元素镧和铈对小麦的毒性效应及分子机制研究

稀土元素镧和铈对小麦的毒性效应及分子机制研究

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作者：李建秋上海交通大学

学位级别：硕士

随着国内外对稀土元素需求的增大,在生产和消费过程中,稀土元素不可避免地进入水体和土壤环境中,对生态环境安全乃至人体健康造成潜在危害。但目前尚不清楚不同环境介质下稀土元素是否会对生物产生毒性,也没有与之相关的环境标准。因此... 详细信息

随着国内外对稀土元素需求的增大,在生产和消费过程中,稀土元素不可避免地进入水体和土壤环境中,对生态环境安全乃至人体健康造成潜在危害。但目前尚不清楚不同环境介质下稀土元素是否会对生物产生毒性,也没有与之相关的环境标准。因此,迫切需要研究稀土元素的生物有效性和毒性,并探讨其毒性作用机理,为环境标准制定和生态风险评估提供理论依据。本研究以小麦为模式生物,模拟土壤孔隙水体系为毒性测试介质,结合室内化学分析、模型手段及高通量代谢组学技术,探讨了稀土元素镧（La）和铈（Ce）对小麦的毒性效应及分子机制。主要研究内容和结论如下:（1）探讨了主要环境因子p H、Ca和次氮基三乙酸（nitrilotriacetic acid,NTA）对La、Ce单一和混合毒性效应的影响,并在此基础上构建了能定量化预测稀土毒性的模型。实验结果表明以总溶解浓度为计量表达时,p H对稀土元素毒性的影响较小,而Ca和NTA则显著缓解了稀土的毒性;若以自由离子活度为计量表达,p H和NTA对La和Ce的EC50值并没有显著影响,而Ca的增加仍会使EC50增大,说明NTA主要通过改变离子形态来缓解稀土毒性而Ca则通过其他途径影响稀土毒性。将不同环境因素的影响纳入考虑后,成功构建了两种基于生物有效性的模型（生物配体模型BLM和静电作用模型ETM）,能准确预测不同暴露条件下La和Ce的毒性效应,可以解释76%以上的毒性变化。在BLM中,Ca、La和Ce与生物配体的结合常数分别为:log KCaBL=4.14,log KLaBL=6.67,log KCeBL=6.59。（2）本实验进一步尝试从生理生化指标角度揭示La和Ce对小麦的毒性作用机制,探究了单一和混合稀土元素对小麦生物量、光合作用以及抗氧化系统的影响。实验发现,由于稀土元素主要积累在小麦根部,很少向叶部转运,所以小麦根部生长受抑制程度大于叶部。少量稀土作用下,小麦叶部的叶绿素含量随暴露浓度增加而增加,说明光合作用能力提高。对小麦的抗氧化系统进行研究后发现,小麦的根和叶都受到了一定的氧化损伤,但是主要负责清除过氧化氢的过氧化物酶、过氧化氢酶及抗氧化物质谷胱甘肽,和负责清除超氧自由基的超氧化物歧化酶在根部和叶部发生了不同的变化。在根部,多数处理下三种酶和谷胱甘肽均受到了不同程度的抑制。而在叶部,三种酶的活性及谷胱甘肽含量在La和La-Ce混合处理下基本不受影响,但Ce浓度为1μM到2μM时三种酶的活性明显提高。分析混合污染对小麦生理生化指标的影响效果可以发现,低浓度（≤1μM）下La和Ce的交互作用类型主要是加和或协同作用,而高浓度（>1μM）下则以拮抗作用为主。（3）为了更深入阐明La和Ce对小麦毒性效应的分子机制,本研究采用高通量代谢组学手段分析了La和Ce对小麦代谢变化的影响。研究发现,在根部,La、Ce单一和混合处理均会影响小麦的碳水化合物代谢和核苷酸代谢,干扰植物对糖类物质的正常利用,造成糖类物质积累,同时还会影响嘌呤和嘧啶代谢,进而可能干扰DNA和RNA的合成。在叶部,La、Ce单一和混合处理干扰了小麦碳水化合物代谢和氨基酸代谢,随浓度增加,出现了糖类物质积累,小分子酸含量减少,氨基酸代谢上调的种类增加等现象,一定程度上可以缓解稀土元素造成的氧化胁迫。分析La、Ce在代谢中的交互作用可以发现,在整体代谢水平上,二者表现出了加和作用;在根部,碳水化合物代谢和核苷酸代谢中表现为协同、加和作用,但在氨基酸代谢中表现为拮抗作用;在叶部,碳水化合物代谢和氨基酸代谢中La、Ce的交互作用类型分为协同作用,但在核苷酸代谢中则表现为拮抗作用。本研究的结果将为阐释稀土元素间交互作用机制、生物有效性及毒性提供新思路,为建立针对稀土元素的生态风险评估框架和环境质量标准体系提供基础数据和理论基础。

关键词：稀土元素毒性预测模型抗氧化酶高通量代谢组学

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镧铈镝混合物对大型溞的联合毒性效应

镧铈镝混合物对大型溞的联合毒性效应

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作者：邵帅内蒙古大学

学位级别：硕士

随着稀土元素（Rare earth elements,REEs）在农牧业以及高科技行业的应用越来越广泛,释放进入环境的REEs可能会对生态环境存在直接或间接的毒害效应。REEs通常以混合物的形式存在于环境中,但对REEs的混合物毒性和相互作用形式仍缺乏定... 详细信息

随着稀土元素（Rare earth elements,REEs）在农牧业以及高科技行业的应用越来越广泛,释放进入环境的REEs可能会对生态环境存在直接或间接的毒害效应。REEs通常以混合物的形式存在于环境中,但对REEs的混合物毒性和相互作用形式仍缺乏定量了解。本论文基于两种剂量指标（溶解态浓度与自由离子态浓度）研究了典型REEs（La、Ce、Dy）单一、二元和三元混合物对大型溞的毒性效应。采用了浓度加和（Concentration Addition,CA）模型和独立作用（Independent Action,IA）模型进行混合物联合毒性分析,拟阐明REEs混合物的联合毒性效应及作用模式。本研究主要成果如下:（1）单一REEs对大型溞的毒性效应研究显示,以溶解态浓度表示的La、Ce和Dy对大型溞急性毒性的半数效应浓度(50%Effective concentration,EC50)分别为0.32μM、0.40μM和0.26μM;以自由离子态浓度表示的EC50分别为0.12μM、0.14μM和0.06μM。三种REEs基于EC50的毒性大小顺序为Dy>La>Ce。（2）在REEs二元混合物联合毒性预测中,IA模型对毒性的预测能力不及CA模型。在两个剂量指标下,CA模型对La-Ce混合物呈现加和效应,La-Dy与Ce-Dy混合物则呈现拮抗效应;在IA模型中La-Ce、La-Dy混合物在两个剂量指标下出现协同作用,Ce-Dy混合物在溶解态浓度指标下出现拮抗作用,自由离子态浓度指标下出现协同作用。基于Mix Tox模型与溶解态浓度和自由离子态浓度数据的非加和相互作用以及偏差参数,CA模型可以解释80%以上的毒性变化,IA模型可以解释70%以上的毒性。基于溶解态浓度和自由离子态浓度的预测没有太大差异,可能是因为暴露溶液组分相对简单,REEs与暴露溶液组分未发生竞争、解毒等交互作用,从而导致地球化学相互作用不显著。（3）基于CA模型与IA模型使用UD-Ray实验设计方法,按照不同的浓度比设计5条射线进行实验并评估La-Ce-Dy三元混合物对大型溞的毒性效应,La-Ce-Dy三元混合物对大型溞的联合毒性作用类型均为拮抗作用,IA模型的预测能力稍好于CA模型。随着混合物组分的增加,IA模型的预测能力会优于CA模型,对混合物毒性的预测越来越精准,而CA模型相对保守,不受混合物组分多少的影响,预测能力相对稳定。研究结果阐明了La-Ce-Dy混合物对大型溞的联合毒性特征和作用模式,为REEs毒性预测、水质基准的制定、风险评估以及污染控制提供了科学依据。

关键词：联合毒性稀土元素毒性预测模型 MixTox模型生态毒性

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