氯苯类化合物和重金属对四膜虫的联合毒性及机理研究

摘要

本文采用微量热法研究了氯苯类化合物和重金属的单一及联合毒性,并用ICP-AES探讨细胞中金属离子的积累情况;用ATR-FTIR研究了细胞膜上官能团的变化;用SEM观察细胞受药物作用下表面的破损情况。并探讨了毒性机理。
　　具体结果如下:(1)采用微量热法研究了五种氯苯类化合物对四膜虫的毒性效应,在五种氯苯类化合物的作用下,生长速率常数K随着化合物浓度的增加而减小,说明化合物对四膜虫的生长代谢产生了抑制作用。这五种化合物的毒性大小顺序为:1,2,4-三氯苯＞邻二氯苯＞对二氯苯＞间二氯苯＞氯苯。其半抑制浓度分别为21、30、37、38、45 mg/L。采用生物显微镜观察发现四膜虫在受到药物作用下,细胞膜慢慢破损,形貌发生明显变化,最终内部物质溢出,改变了细胞膜的渗透性。采用ATR-FTIR研究了四膜虫在氯苯类化合物作用下,细胞膜上的胺基峰和P02ˉ峰变化明显,部分峰消失,说明药物对细胞膜有一定的破坏程度。
　　(2)采用微量热法研究了三种重金属离子对四膜虫的毒性效应,随着Cu2+、Cd2+、Cr3+浓度的增加,K值逐渐减小;金属离子不同抑制程度不同,其半抑制浓度分别为150、0.405、100 mg/L,因而这三种重金属离子对四膜虫的毒性大小顺序为:Cd2+＞Cr3+＞Cu2+。通过ICP-AES研究表明:随着加入金属离子量的增加,四膜虫细胞内金属离子的量也增多,但是达到一个最大值后反而减少,说明足够的药物破坏细胞膜的通透性,细胞内外的金属离子会产生交换。结合四膜虫细胞膜的分子结构,通过ATR-FTIR的研究细胞膜上官能团的变化情况,结果表明:金属离子的加入改变了细胞膜上的官能团,使有些官能团的峰值减少,有些官能团消失,引起了细胞膜的破坏。
　　(3)采用微量热法研究了三种重金属离子和氯苯类化合物对四膜虫的联合毒性研究,联合作用下,K也随着药物浓度的增加而减少,抑制率I逐渐增大。不同的联合物质,抑制程度不同,相同的金属离子,不同的氯苯物质,抑制程度也不相同。采用相加指数法对联合毒性进行了评价,结果表明研究的体系都属于协同作用。通过ATR-FTIR的研究细胞膜上官能团的变化发现联合作用同样造成了细胞膜上最外层的亲水端上的胺基和P02ˉ的破坏,且破坏程度比单一毒性明显要强。采用FE-SEM法观察了四膜虫表面细胞膜的微观情况,发现受到毒物的作用后细胞出现明显空洞,足够时间后细胞会有很大程度的受损。
　　(4)对氯苯类化合物的毒性进行了定量构效关系的研究,构建了QSAR模型:logIC50=-0.3781ogKow+0.476ELOMO-0.618△QnR-1.804(n=5, R=0.706, SE=0.132),对毒性机理探讨的结果是氯苯类化合物的毒性作用主要发生在糖蛋白质分子中的—H,—NH—等亲核基团上,它们破坏细胞膜上的磷脂和糖蛋白,氯苯穿过细胞膜进入细胞,与大分子发生电荷转移,从而影响细胞的正常代谢;过量的铜和铬会使形成的金属蛋白,金属核酸络合物过量而引起毒性效应。联合毒性的作用类型为协同作用,可能是由于两者共同存在于生物体内,金属物质形成的络合物、螯合物,及某种金属蛋白酶,能促进氯苯物质进入靶点,从而快速的破坏细胞膜的通透性,造成毒性加强。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外联合毒性的研究进展

1.2.1 不同化合物间的联合作用

1.2.2 联合毒性作用的机理研究

1.3 化学物质的联合毒性作用

1.3.1 联合毒性作用的分类方法

1.3.2 联合毒性作用的机理

1.4 本论文所用的主要技术方法和仪器介绍

1.4.1 热化学和等温微量热法介绍

1.4.2 等温微量热仪器介绍及测试原理

1.4.3 原子发射光谱仪

1.4.4 傅立叶变换衰减全反射红外光谱法

1.4.5 扫描电子显微镜

1.5 本论文的选题思路

第2章 氯苯类化合物对四膜虫的生长作用研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 受试化学品

2.2.2 受试生物

2.2.3 实验仪器

2.2.4 实验试剂

2.2.5 微量热实验方法

2.2.6 生物显微镜实验方法

2.2.7 ATR-FTIR实验方法

2.3 结果分析及讨论

2.3.1 溶剂效应实验结果及分析

2.3.2 预实验结果及分析

2.3.3 四膜虫的生长速率常数k的计算

2.3.4 氯苯类化合物对四膜虫的生长代谢曲线

2.3.5 四膜虫的抑制率和半抑制浓度的计算

2.3.6 邻二氯苯对四膜虫形貌的影响

2.3.7 ATR-FTIR分析

2.4 本章小结

第3章 重金属类化合物对四膜虫的生长作用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 受试化学品

3.2.2 受试生物

3.2.3 实验仪器

3.2.4 实验试剂

3.2.5 微量热实验方法

3.2.6 ICP-AES实验方法

3.2.7 ATR-FTIR实验方法

3.3 结果分析及讨论

3.3.1 重金属离子对四膜虫的生长代谢曲线

3.3.2 四膜虫生长速率常数、传代时间和半抑制浓度

3.3.3 生长速率常数与金属离子浓度的关系

3.3.4 四膜虫细胞中Cu~(2+)、Cd~(2+)、Cr~(3+)离子浓度分析

3.3.5 ATR-FTIR分析

3.4 本章小结

第4章 氯苯类化合物和重金属对四膜虫的联合作用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 受试化学品

4.2.2 受试生物

4.2.3 实验仪器

4.2.4 实验试剂

4.2.5 微量热实验方法

4.2.6 ATR-FTIR实验方法

4.2.7 SEM实验方法

4.3 结果分析及讨论

4.3.1 氯苯类化合物与重金属对四膜虫的生长代谢曲线影响

4.3.2 四膜虫生长速率常数、传代时间和半抑制浓度

4.3.3 联合毒性评价

4.3.4 ATR-FTIR分析

4.3.5 SEM观察四膜虫细胞膜损伤

4.4 本章小结

第5章 定量构效关系及其毒性机理研究

5.1 引言

5.2 定量构效关系相关研究的发展历程

5.3 定量构效关系相关的研究方法

5.4 定量构效关系研究的基本步骤

5.5 定量构效关系模型探讨

5.5.1 分子结构描述符及毒性参数

5.5.2 氯代苯化合物的一元线性回归分析

5.5.3 氯代苯化合物的多元线性回归分析

5.6 毒性机理探讨

5.6.1 氯苯类化合物的毒性机理

5.6.2 金属离子的毒性机理

5.6.3 金属离子和氯苯类化合物的联合毒性机理

5.7 本章小结

第6章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录:攻读硕士学位期间的主要科研成果