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环境毒理学与化学精选文章放送(2)

已有 975 次阅读 2017-4-11 10:20 |个人分类:Life Science|系统分类:论文交流

Environmental Toxicology and Chemistry是环境毒物学与化学学会(SETAC)的官方期刊,目前由Wiley出版。致力于宣传科学知识和传播环境毒理学与化学方面的信息,包括将这些科学知识应用到风险评估之中。Environmental Toxicology and Chemistry在研究范围上跨越多个学科,并且将多个领域,包括环境毒理学,环境、分析和分子化学,生态学,生理学,生物化学,微生物学,遗传学,基因组学,环境工程学,化学、环境和生物建模,流行病学,以及地球科学等。ETC力图刊载描述原创性实验或理论工作(能显著增强人们对环境毒理学、环境化学和危险/风险评估领域的理解)的文章。


       该刊编辑挑选出了一批近期重要的研究论文,并将摘要翻译成了中文。我们将陆续通过系列博文向感兴趣的读者推送这些文章。


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纳米二氧化钛在老化环境条件下对铜诱导毒性的影响

       纳米二氧化钛颗粒(nTiO2)可以通过吸附表层水中共生重金属来改变它们对淡水无脊椎动物的毒性。然而,影响这种交互过程的几种环境因子的相对重要性仍不清楚。因此,本研究通过连续72h的培养试验,评估了老化对Cu与nTiO2对大型蚤Daphniamagna联合急性毒性的影响。在老化过程中,对老化时间以及离子强度、pH值和不同质量有机物质等因子都进行了考察。研究结果表明,尽管影响效应的大小不同,nTiO2的存在往往减少了老化后Cu对大型蚤的诱发毒性,在没有nTiO2的情况下,Cu对大型蚤急性毒性的EC50值提高了3倍之多。此外,受介质中离子组成、pH值以及有机质添加的影响,伴随老化时间对大型蚤生态毒性响应部分有限的影响,各种形态Cu极大改变了这一过程。尽管如此,该研究的结论对nTiO2在淡水生态系统中不同环境条件下,改变重金属诱发毒性的潜在作用提供了有力的支持。然而,这种模式需要进一步验证,比如结合不同性质的重金属离子与不同的环境因素,如紫外线照射。


环丙沙星(CIP)对鲤鱼早期生长阶段的影响

       我们依据经合组织210,利用鲤鱼受精卵,进行环丙沙星(CIP)的毒性试验。测试浓度设置为1、100、500、1000和3000µgL-1。我们发现在所有测试组中,暴露于CIP会加速孵化,但在暴露于最高浓度CIP(3000µgL- 1)的测试组,出现了显著的生长下降的现象。在实验的第6天(孵化之后),可以观察到大量增加的肉眼可见的形态异常现象。最高数量肉眼可见的形态异常现象是在自由胚胎和幼虫CIP暴露浓度为100、500、1000和3000µgL-1的测试组中产生的(测试样本的20−23%)。在所有CIP暴露试验组中,均检测出GST活性的呈逐步降低趋势,但是在CIP浓度为500和3000µgL-1的测试组中出现了显著差异(p< 0.01)。其中在大多数测试浓度下,谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶的活性增加(p< 0.01,p < 0.05),而在CIP暴露浓度为500和3000 µgL-1的测试组,谷胱甘肽还原酶出现活性降低的现象(p< 0.05)。在所有的CIP暴露组中,硫代巴比妥酸活性物质的浓度明显降低(p< 0.01)。可测的CIP最低有效浓度(LOEC)是1µg L-1。作为结论,这些结果表明,孵化过程,早期的个体发育,形态异常的产生,以及鱼类体内的抗氧化和生物转化酶活性和脂质过氧化反应,都会受到CIP影响。


目前针对水环境化学品风险评估的方法是正确的么?

       我们想要保护水生生态环境,通过测试数以千计的化学物质和成百上千的水生物种之间交互作用,得到成千上万的结果,但仍然不可能考虑到所有物质的混合情况。污染物对野生鱼类的内分泌干扰作用的课题推动了人们对如药物之类的微污染物的研究。尽管我们担心鱼类会因污染而繁殖能力下降,但并没有足够的证据表明鱼类种群处于危险之中。事实上,许多鱼类生物学家认为,在过去的30- 40年里,鲤科的数量已经在逐步恢复中。目前的风险评估的关键在于其核心假设,也就是实验室观测或者模型预测的结果简单的适用于群体水平,显而易见这个假设是值得质疑的。

我们明白了疏于监测野生动物种群的变化成为了我们的环境保护战略的关键弱点。如果我们不知道水生野生动物物种是在减少或增加,那么我们研究的其他生态毒理行为又有多少价值呢?


碳纳米管影响无机砷(As(III)和As(V))对大型蚤毒性的研究:特定砷形态的作用

       作为一种新兴的纳米材料,羟基多壁碳纳米管(OH-MWCNTs)可能与其他污染物在水环境中共存,并进一步影响它们的毒性、输移和归趋。因此,评价碳纳米管存在下砷的毒性变化需要得到更多的关注。该试验探索了在不同pH值条件下,OH-MWCNTs诱导砷(As(III)和As(V))对水生生物大型蚤的毒性变化的潜在机制。发现了H2AsO3-和H2AsO4-是对大型蚤毒性最大的As(III)和As(V)。比较As(III)和As(V)的结果表明pH值是影响砷毒性最重要的因素。此外,OH-MWCNTs影响砷对大型蚤毒性的结果表明,OH-MWCNTs的存在可以提高砷的毒性。通过吸附实验进一步研究了砷与OH-MWCNTs的相互作用。OH-MWCNTs对As(V)吸附容量高于As(III)。总而言之,OH-MWCNTs对某些形态砷的吸附是解释砷毒性增强的可靠证据。


用于水中多环芳烃被动采样的聚合物厚度和材料的选择:哪个更有力地影响采样器性能?

       本文使用三种单相聚合物制作用于多环芳烃被动采样的装置,这三种聚合物分别为聚甲醛(POM)、硅橡胶(SR)和聚乙烯(PE),通过室内试验测定了它们的分配系数和POM的扩散系数以及验证了动态积累模型。此外,在野外现场对每种装置的性能进行了评估。基于已开发模型的支持,讨论了使用不同材料和聚合物厚度的装置性能。结果表明,采样器性能,比如浓度平均周期的长短和多环芳烃的采集容量,都广受所选材料的影响。采样器的厚度也会对装置的性能造成影响,但程度很小。选择合适的聚合物和/或厚度可以使采样器更有适用于快速平衡或动态积累,以及促进膜或水边界层对动态积累的控制。此外,利用膜技术控制或平衡的化合物能够更精确的被量化,因为它们不需要利用参比法(PRC)来校正。然而,当富集浓度达到平衡后,采样器中的平均浓度就不能准备测量化合物浓度,而由膜控制的采样装置通过动态累积的方式能够提供不需要PRC校正的平均浓度;随着膜传质阻力的提高,采样器的检测限也得到提高。


针对优选药物的水质指南导引

       药物会进入淡水系统并影响水生态系统的健康。即使广泛应用的药物已经过毒性检测,以证据为基础的水质标准依然没有产生。将Burr三型分布应用于慢性毒性数据的物种敏感度分布(SSD),我们得到了卡马西平、双氯芬酸、氟西汀和美托洛尔四种药物在淡水中高度可靠的水质标准指引值(GV)。数据经过质检并且符合慢性无观察效应浓度(NOEC)或是10%有效浓度(即影响到10%的物种)要求,其终点与种群相关,效应指标为发育、生长、生殖与存活状况。由于生物标记物的回应(例如生化、组织及分子回应)与野生种群相关的影响并不存在直接的联系,故得出的相关数据并未考虑在内。在保护95%物种的范围内,得出卡马西平、双氯芬酸、氟西汀和美托洛尔四种药物的GV分别为4.3,770,1.6和14µg/L。广泛应用在欧盟委员会、瑞士与德国的GV则是基于有限数据库中最敏感的实验终点(可能包括生化、组织及分子生物标记物的回应)。本实验得出的GV显著高于这些可靠性未知的GV


全球变暖环境下基于金属媒介的气候敏感性研究:对一种典型两栖动物的早期和潜在影响

       尽管有很多复杂的模型预测了未来温度对变温动物的影响,广泛分布的亚致命性污染物对变温动物的热应激反应产生的影响却少有模型提及。由不断上升的温度所带来更高的代谢率可以让变温动物获利地加快代谢与发育,但在长期亚致命性污染物的存在下,因清除或解毒而导致的对生存资源的额外需求很可能使得生物难以跟上温度上升的步伐,即毒物诱导的气候敏感性假说。在以自然湖水为背景的室外生物鉴定中,我们调查了一种模式变温动物在6个不同浓度的镉、铜和铅混合物以及3个热动态下(环境温度,高于环境温度1.5摄氏度以及高于环境温度2.5摄氏度)的日周期性温度变化。金属浓度在大约10倍生物可利用性慢性标准单位(BCCU,慢性标准浓度的生物可利用性比例总和)之下时,升温对于寇普氏树蛙(Hylachrysoscelis)没有显著作用。在高于10倍BCCU以及高于环境温度1.5摄氏度的处理条件下,生长受到促进。相反地,在28倍BCCU以及升温2.5摄氏度的条件下,不仅生长情况收到抑制,变态后20天未成年树蛙的身体状况指标相比于背景环境(环境温度下的湖水)中的未成年树蛙也要低34%。这些发现认为毒物诱导的气候敏感性是通过对青少年阶段的生物产生长期潜在的影响而实现的。在下个世纪,即使在最保守的全球变暖预测模型下,亚致命性污染物依然会加剧变温动物所遭受的来自升温的影响。


金属基工程纳米颗粒与水生高等植物的相互作用:研究现状综述

       如今释放到水体环境中的工程纳米颗粒(ENP)数量与日俱增。为确保生态健康,需要进行相关的风险评估。本文综述了金属基ENP与水生高等植物之间的相互作用,找到了信息缺口并提出对未来研究的构想,为在该领域内的进一步探索提供了基础。本文讨论集中在以下三点:1.ENP的生物利用性;2.生物对ENP的摄取、消化、转移以及生物累积;3.ENP对水生高等植物的毒性效果。由于ENP自身特性所带来的影响不明确以及水质状况记载情况不佳,ENP的摄取及相关动力学方面存在着很大的信息差距。分解似乎是驱动ENP生物累积的一种关键机制,然而纳米颗粒却常常被一些有着极少内化作用的植物的表面所吸收。然而,关于ENP在植物内的内化作用鲜有记载,因此纳米颗粒的内化作用对于生物累积及毒性的影响尚不明确。即使金属基ENP的纳米毒性已被报道,分解依然被认为是其毒性的主要机制。为推动该领域内的研究发展,未来的研究需结合ENP自身特性的影响、水体的理化参数以及它们之间的相互作用。相互作用对于ENP的生物利用性和对水生高等植物健康的风险都有重要影响。为了快速追踪类似数据的产生,我们建议测试方案趋向一致化。


化学物质水体归趋与影响数据库(CAFE),一种用于评估水环境中化学物质溢出水平的工具

       化学物质水体归趋与影响(简称CAFE)数据库是一个允许快速并无限制访问数据的集中式数据库。CAFE将现有的32377种化学物质的归趋数据和4498种化学物质的毒性效果数据整合至用户友好的工具中,以物种敏感度分布(SSD)的形式总结毒性数据,并提供了相关的1%和5%危害浓度(HC1和HC5)。为探究CAFE数据与报道的化学事故之间的联系,一项数据可用性评估显示,2000年至2014年间在美国国家应急中心呈报的55种化学物质中,32种物质的归趋和20种物质的毒性在CAFE中存在记录;2003年至2014年间由美国海洋及大气管理局呈报的205种化学物质中,86种物质的归趋和103种物质的毒性在CAFE中存在记录。我们假设两种化学物质在环境中溢出(丙烯腈,溢出量为625;变性酒精,溢出量为857桶),根据模型对其环境浓度进行模拟,进而说明CAFE在实际中的应用。在24小时时程的SSD中,大多数物种很可能分别在溢出后最初的35分钟内和15小时内受到丙烯腈和变性酒精的影响。丙烯腈浓度在溢出后45分钟降为HC5(17 mg/L),变性酒精在溢出后60小时降为HC5(2676mg/L)。将100种化学物质以CAFE数据为基础得出的HC5与发表的HC5进行对比,我们发现超过一半的数值都在两倍差异以内,较少的一部分数值则超过了10倍差异。CAFE的发展提高了获取相关环境信息的能力,并可能应用于水体环境污染物溢出分析之外的更多领域。


基于自然环境中优选药物的毒性和生态毒理风险研究

       在如今超过1500种在用原料药中,环境中发现几率明确和对环境影响明确的原料药所占比例很小。由于很难监管所有在用原料药,众多先前的研究提议将原料药按照受关注程度排序,从而可以将研究资源集中于那些最受瞩目的药物。然而这些研究都存在局限性,本文从之前优先性方法的实践经验出发,提出了一种更为全面的原料药排序方法。该方法基于对水生生物、土壤生物、鸟类、野生哺乳动物和人类的风险,综合考虑了食物链顶端存在的生态毒理学研究终点和由这些治疗性药物作用机制带来的非顶端效果。对于在英国社区以及医院设置中使用的146种活性药物的分析可以更为详细地说明该方法的运用。根据这一方法,我们将16种化合物列为优先考虑的药物。这些药物包括了抗生素、抗抑郁药、抗炎药、抗糖尿病药、抗肥胖药、雌激素类化合物以及相关的代谢产物。我们建议这种优先性方法在将来可以更广泛地应用于世界上不同的地区。


环境毒理学与化学精选文章放送(1)回顾



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