（环境科学专业论文）卤代芳烃对斜生栅列藻的毒性及其qsar研究.pdf

a b s t r a c t h a l o g e n a t e da r o m a t i ch y d r o c a r b o n sh a v eb e e nw i d e l yu s e di nc h e m i c a li n d u s t r y 嬲d y e s , p e s t i c i d e sa n ds oo n ，a n dc o n s e q u e n t l yh a v eah i g hp o t e n t i a lt ob e c o m e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t s t h e s ec o m p o u n d sh a v ea f f e c t e dt h eg r o w t ho fl i v i n gb e i n g s a n dt h eh e a l t ho f p e o p l e 4 8 ha c u t et o x i c i t ya n d8 dc h r o n i ct o x i c i t yw e l ed e t e r m i n e db yu s i n gs c e n e d e s m u s o b b q u u s a st e s t e d o r g a n i s m b yu s i n gc e l ln u m b e ra n do x y g e np r o d u c e db y p h o t o s y n t h e s i sa st e s te n o i n t ss e p a r a t e l y , l o g a r i t h m so f t h e i n v e r s em e d i a ne f f e c t i v e i n h i b i t i o nc o n c e n t r a t i o na f t e r4 8ha n d8 正e x p r e s s e d 勰一i g e c s o ( 4 8 h ) a n d l g e c s 0 ( s d ) , w e r eo b t a i n e df r o mr e s p o n s i b l ec o n c e n t r a t i o n - e f f e c te b i v e s t h ev a l u e so f l g e c s o o s h ) r a n g e df r o m2 6 1f o ra n i l i n et o4 5 7f o ra - n a p h t h o l ，a n dt h ev a l u e so f - l g e c s 0 ( s a ) f r o m2 7 5a n i l i n et o4 7 6f o ra - n a p h t h 0 1 t h et o x i c i t yo fh a l o g e n a t e da r o m a t i c h y d r o c a r b o n so ns c e n e d e s m u ao b l i q u u sw e l ea f f e c t e db yt h es u b s t i t u e n t s k i n d s ， q u a n t i t ya n dp o s i t i o n t h eo e t a n o f w a t e rp a r t i t i o nc o e f l i c i e n t s ( 1 9 p ) o f 2 1c o m p o u n d sw e r ec o m p u t e db y b i o b y t es o f t w a r e t h ee l e c t r o n i ca n ds p a t i a lp a r a m e t e r sw e r ec a l c u l a t e db yt h ec h e m o f f i c e2 0 0 4p r o g r a m v a r i o u ss t e p sv a l e n c em o l e c u l a re o n n e e t i v i t yi n d e xo f2 1 c o m p o u n d sw e r ec a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h e i rd e f i n i t i o n b a s e do nt h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n dt h es t r u c t u r a lp a r a m e t e r so b t a i n e d ，f o u r m e t h o d sw e r eu s e dt od e v e l o pq u a n t i t a t i v e s t r u c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p ( q s a r ) m o d e l sf o ra c u t ea n dc h r o n i ct o x i c i t yb yu s i n gs p s s l 0 0f o rw i n d o w ss o f a v a r e , i n c l u d i n gt h eo c t a n o l w a t e rc o e f f i c i e n t sm e t h o d ，t h eq u a n t u mc h e m i s t r ym e t h o d ，t h e m o l e c u l a rc o n n e c t i v i t yi n d e xm e t h o da n dt h eg r o u pc o n t r i b u t i o nm e t h o d as e r i e so f m o d e l sw e r eo b t a i n e d t h e s em o d e l sw e r ef o u n dt of i tw e l l t h ea c u t ea n dc h r o n i ct o x i c i t yo fh a l o g e n a t e da r o m a t i ch y d r o c a r b o n so n s c e n e d e s m u so b l i q u u sw e r ed e s c r i b e db yu s i n gt h ee n e r g yg a po fm o l e c u l a ro r b i t a l s ( da n di g pt w om o d e l sw e r eo b t a i n e d ，f o ra c u t et o x i c i t y ( r z - - 0 8 8 0 ) ，a n df o r c h r o n i ct o x i c i t y ( r 2 = 0 8 9 2 ) t h er e s u l t ss h o w e dt h eh y d r o p h o b i c i t ya n de l e c t r i c a l p a r a m e t e r so f t h ec h e m i c a l ss t u d i e da r ei m p o r t a n tf a c t o r sa f f e c t i n gt o x i c i t y b yu s i n gt h em o l e c u l a rc o n n e c t i v i t yi n d e xm e t h o d ，t w oq s a rm o d e l sw e r e o b t a i n e d ，f o ra c u t et o x i c i t y ( r 2 = 0 9 3 8 1a n df o rc h r o n i ct o x i c i t y ( r 2 = o 9 5 8 ) i ti ss h o w n t h a tt h et o x i c i t yo fc h e m i c a l sw a sm a i n l yr e l a t e dt ot h ev o l u m eo fm o l e c u l a ra n dt h e k i n d s ，l e n g t h s ，s p m i a ls t r u c t u r e so f s u b s t i t u t e dg r o u p sa n d 5 0o n b ya p p l y i n gt h eg r o u pe n n t r i b u t i o nn k = 1 1 媳t w om o d e l sw e r ed e v e l o p e d s u c c e s s f u l l y t h et o x i c i t yc o n t r i b u t i o no r d e ro fs u b s t i t u t e dg r o u p sw a so b t a i n e d ： 【c 6 l 。】 n 0 2 】 b r 】 c l 】 【c h 3 0 h 】 n h 丑】 k e y w o r d s ：h a l o g e n a t e da r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ；s c e n e d e s m u so b l i q u u s ；a c u t et o x i c i t y ；, c h r o n i ct o x i c i t y ；q s a r n 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：噶翌小硷2 0 0 7 年6 月1 8 日 学位论文使用授权说明 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术 期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或 电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子 文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权 河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ：童! ! ：丝2 0 0 7 年6 月 第一章绪论 近年来，随着工农业发展，合成有机物的品种、数量日益增多。目前，已进 入流通领域的有l o 余万种，每年又有上千种新化学品问世【1 1 这些化学品在生 产、使用过程中不可避免地会残留于水体及其它环境中。当前，我国大部分水体 均不同程度地受到有机污染物的污染。残留的有机物对生物生存，生态系统平衡 及人类健康等都构成了损害。为了揭示这些毒物对生态系统的潜在影响，并进行 有效的风险控制，需要进行有毒有害化学品生态风险评价。 一般，完整的评价过程分三步实施1 2 】： 通过短期急性毒性试验进行初级评价 通过慢性或亚慢性试验进行中级评价 通过( 半) 野外试验进行综合评价 水生生物毒性试验由于可以测定单一毒性、工业废水的毒性等，已经成为评 价化学物质对水生生物影响和水体污染的重要手段。 1 1 水生生物毒性试验 由于工农业发展迅速，人口增长过快，近年来我国的用水量、废水排放量都 大大增加，造成了严重的水体污染。水生生物毒性实验对于制定污染物的排放标 准、进行水质评价等都具有重要的意义，被广泛应用于环境监测中。水生生物急 性毒性试验常用的指示生物有微生物、鱼类等。 1 1 1 藻类毒性试验 作为水生态系统的主要初级生产者，藻类对于维持生态系统的平衡起着重要 作用。藻类容易获得、个体小、繁殖快3 1 ，对毒物敏感，并能从水相中吸收有毒 物质通过食物链将其转移到上一级生物体中【4 】，成为研究水生生态毒理学很好的 材料。按时间不同，藻类毒性实验可分为藻类急性毒性试验和藻类慢性毒性试验。 1 1 1 1 藻类急性毒性试验 藻类急性毒性试验由于可以在短期内获得毒性数据，受到研究者的广泛关 注。藻类急性毒性试验常用的测定指标有：细胞密度、叶绿素a 含量、干重等。 细胞密度可通过显微镜直接计数或用分光光度计来测定。细胞密度法简便， 重现性好，应用最为普遍。如杨英利 5 1 等通过细胞计数测定了苯胺对四种淡水藻 类的毒性，观察了藻类的中毒症状，认为苯胺不仅抑制藻类生长，对其形态等也 有影响。韦丽萍【6 】、马建义等。7 1 通过测定藻液光密度，分别研究了甲磺隆、除草 剂等对蛋白核小球藻的生长影响情况。 干重测定有两种方法。一种是将藻液离心，淋洗沉淀细胞再用烘箱烘干，冷 却后称重。另外还可用滤膜抽滤藻液，待藻细胞全部转移后，烘干、冷却滤膜再 称重 8 】。当细胞密度较低时，使用于重法误差较大；对于多细胞藻类或藻液浓度 较高计数困难时，用干重法较好。在建立干重与藻液吸光度线性关系( r = o 9 9 5 ) 的基础上，秦文弟等【9 】通过测定吸光度研究了6 种农药对水华鱼腥藻的毒性作用。 叶绿素含量的测定有荧光法和比色法两种，其中比色法应用较普遍。比色法 是在不同波长处分别测定酸化前后的光密度。荧光法是用荧光光度计测荧光值， 并在不同波长处测定光密度做回归曲线，利用测得的光密度及回归曲线求叶绿素 a 含量。叶绿素a 含量测定简单、快捷，但测定值溶易受营养物、环境等影响， 精度较差。吴以平【lo 】等用荧光法测定湛江叉鞭金藻叶绿素a 含量，发现o 0 2 p g l 的孔雀绿对金藻有轻微影响，浓度大于o 0 4 p e l 的孔雀绿使金藻生长速率、叶 绿素a 含量等明显减少。 由于毒物会影响藻细胞的形态、结构等变化，干重法、叶绿素含量测定与计 数法所得毒性值常存在差异。p h i l i p s 1 1 泼现分别用叶绿素含量和细胞计数法测定 的e c 卯值不同，最大的可相差4 倍以上。 n y s t r o m t l 2 j 用“c 标记的方法获得2 0 种海洋种类和2 0 种淡水种类生长受 氯磺隆和甲磺隆的抑制数据，结果表明这两种农药不仅抑制微生藻类的生长，并 在短时间内抑制固着水生物群落腺嘌呤和胸苷的结合。 此外，还有学者用卡马斯亮蓝g - 2 5 0 染色法测定蛋白质含量【1 3 1 、n b t 光还 原反应法测定超氧化物歧化酶( s o d ) 活性 1 4 1 、光合速率测定 1 5 - 1 6 等方法研究 污染物对藻类的急性毒性。 1 1 1 2 藻类慢性毒性试验 由于在河流、湖泊等自然环境中有机物的浓度通常很低，因此低浓度长期暴 2 露毒性实验通常比急性毒性实验更接近于自然情况。藻类慢性毒性实验常用的测 试指标主要包括：光合放氧量、叶绿素含量、细胞密度等。 光合作用特性是藻类最基本、最重要的生理生态特征，藻类受到污染物毒害 作用后，通常表现为光合作用速率降低，因此光合作用速率的大小可作为评价污 染物对藻类毒性效应的指标，测定方法有碘量法、氧电极法、叠氮化钠改良法等。 当前国内外对藻类慢性毒性的研究受试物多集中于重金属，有机毒物的研究 较少，且多集中于对藻类生长和光合作用的影响。金伟f 1 刀等用细胞计数法、氧电 极法、二甲基亚砜提取法，研究了几种外界因子、盐度、铬对2 种单细胞藻类生 理生化的影响，发现外界因子超过一定浓度时对藻类生长、光合作用、叶绿素合 成均有抑制作用。高尚德【”】等用黑白瓶定氧法研究了有机锡对扁藻和金藻光合作 用的影响，发现藻体光合作用的减少不是完全由细胞数量引起的。o k a y 等【19 】用 荧光法测定叶绿素含量研究芘对海洋微藻的急、慢性毒性，发现芘会抑制微藻的 光合作用。p a n d a r d 等 2 0 1 发现以碳的固定或氧的释放作为毒性指标，其结果比基 于生长水平所得毒性实验结果更为敏感。 慢性毒性实验一般耗时较长，步骤较复杂，为此一些学者尝试用新方法实现 对藻类毒性快速、高效测定。于志刚【2 1 1 等提出可以通过测定黑白瓶反应前后的 p h 值来评价重金属对大型海藻的毒性效应，并验证了该方法的可靠性。h i r o 等 田j 用磷酸盐吸收作指标，3 h 就完成重金属对藻类毒性的测定，所得结果与用生 长指标测得毒性值相近。 1 1 。2 鱼类毒性实验 由于鱼类与人们的关系远比其它水生生物密切，对化学物质比较敏感，因此 鱼类毒性试验的应用比其它水生生物更为普遍。鱼类毒性试验不仅可以测定、评 价化学物质和工业废水的毒性，也可为制定渔业水质标准和工业废水排放标准提 供重要依据。 1 1 2 1 鱼类急性毒性试验 鱼类急性毒性试验基本原理是利用鱼类在不同浓度的毒物或废水中短期暴 露( 一般为2 4 9 6 h ) 时产生的中毒反应。鱼类中毒症状是多方面的，如行为异常， 失去平衡等。由于死亡是最严重而又最容易观察的指标，因此鱼类急性毒性试验 普遍以死亡作为观察的主要指标。试验鱼的死亡，常依据腮盖是否停止活动和对 轻微刺激有无反应来判蝌研。 袁星等1 测定了1 6 种取代苯胺、苯酚化合物对鲤鱼9 6h 急性毒性，观察了中 毒症状，并根据受体学说进行了定量构效关系研究，发现分配过程及有机物分子 与细胞内分子间的电子相互作用是影响化合物毒性的主要因素。h 艳珍等伫4 1 在常 温静水条件下，通过测定4 种重金属对金鱼的急性毒性，得出毒性强弱顺序为h g c d z n c r 。h a v a 2 5 1 综合一些拟除虫菊酯对鱼类的毒性，认为含洳氰基比不含 a 氰基的拟除虫菊酯毒性大，有卤原子取代则毒性增加，且毒性随卤原子相对 分子质量的加大而增加。m n o n t o i r o 等嘲通过测定普通虾虎鱼在3 ，4 二氯苯胺作用 下乙酰胆碱脂酶、乳酸脱氢酶等的改变情况，发现3 ，4 二氯苯胺是一种异生物质， 会诱导鱼体内脾组织改变，包括：红髓的扩散和铁血黄素颗粒沉积。郑敏等蜘 采用斑马鱼胚胎发育技术测定五氯酚毒性，结果表明，五氯酚对胚胎发育有明显 的抑制作用，特定作用时间段是卵产出至发育6 h 之内，斑马鱼胚胎最敏感的指 标为4 8h 血液循环障碍和4 8h 半致死效应。 1 1 2 2 鱼类慢性毒性试验 当前鱼类慢性毒性试验观察的主要指标有：生理、生化指标，组织病变，繁 殖( 包括产卵数、孵化率、存活率等) 等。毒物的性质不同，鱼类损伤的部位和 程度也往往不同。 吴伟等【2 卅采用大银鱼受精卵，反应终点用存活率、致畸率、孵化率等表示， 发现三氯甲烷可引起鱼类胚胎产生畸形，从而导致幼体存活率下降。周新文等【2 9 】 研究了铜、锌、镉、铅四种混合重金属对鲫鱼活性及d n a 合成的影响。结果表 明，鱼腮、鱼脑和肝脏的n a ka t p a s e 活性与混合重金属的浓度呈显著的负线 性相关关系；3 种组织的n a k a t p a s e 活性的敏感顺序为鱼脑 鱼腮 肝脏。 其原因是鱼脑的代偿能力低；鱼腮与重金属离子直接接触，对重金属离子的吸收 快；而肝脏一方面既吸收重金属离子且速度较慢，另一方面又是解毒器官，自然 影响相对小些。此外，还有学者采用肝细胞f 3 0 1 、卵黄蛋白原 3 q 等作鱼类毒性测 试指标，也取得了良好的效果。 1 1 3 细菌毒性试验 4 细菌因具有生长周期短，对环境变化敏感，同高等生物有相似的物理化学特 性和酶作用过程等特点【3 2 1 ，受到人们的重视，细菌类毒性实验在国内外得到了广 泛应用。常用的细菌毒性监测方法有：细菌发光监测及细菌生长抑制监测【3 3 1 细菌发光监测主要有m i c r o t o x 法及其改进法【蚓等。m i c r o t o x 法硐以发光菌作 为测试生物，根据测定发光强度的减弱来判断污染物毒性的强弱，该方法因具有 快速经济等优点应用较多。细菌生长抑制实验费用低廉，反应灵敏，是毒理学生 物测定常用方法。细菌毒性测定的指标主要有生长、运动性、呼吸速率和生物发 光、酶活性、a t p 水平、微热量变化等。 江敏等【3 6 】研究了6 种典型含氮杂环化合物对发光细菌等水生生物的急性毒 性，发现6 种物质对发光细菌、大型蚤、斑马鱼的毒性与其价分子连接性指数、 辛醇水分配系数显著相关。吴伟等【3 刀研究壬基酚聚氧乙烯醚及其降解产物毒性 时，发现其对微生物要比对其它水生生物的毒性低的多，认为是由于与细胞表面 接触面积小及化合物分子链长难以透过细胞膜，而延缓了毒性发作。b o y d 等【3 8 】 测定了氯苯的毒性作用，发现物质被卤代越多，对细菌的毒性也就越大。g e l l c r t 等p 9 】研究表明，对于细菌类毒性实验发光测定比其生长抑制测定更敏感。 1 2 定量结构一活性关系( q s a r ) 研究进展 定量结构一活性关系( q s a r ，即q u a n t i t a t i v es t r u c t u r e a c t i v i t y r e l a t i o n s h i p s ) 是根据统计学性质，建立一系列化学物质的生物活性与它们的理 化性质、结构参数的相关性，以达到预测和研究化合物的生物活性等目的。研 究定量结构一活性关系，不仅可以快速、准确预测化合物对生物的毒性，而且能 够合理解释毒性机理，近年来在环境化学等领域得到了广泛应用 4 1 蚓。 1 2 1 藻类毒性的q s a r 研究进展 张育红等测定了氯代苯和烷基苯对绿藻的毒性， 分配系数l g p 作线性回归，建立了预测模型： 一l g l c 5 0 - - 0 8 4 1 9 尸帅8 7 n = 1 7 ，r 2 - - 0 8 4 ，s = o 2 2 并将毒性数据与辛醇水 ( 1 1 ) 作者认为：氯代苯和烷基苯类与绿藻受体主要发生脂溶作用，这种作用可以 用辛醇水分配系数来表示 g r a t h 等嗍以麻醉致毒机理为依据，假设毒物和生物体在特定脂质部位发生 反应，辛醇与特定脂质部位的物理化学特性相同，是良好的脂质替代品，在此基 础上建立了化合物对藻类的麻醉靶位脂质模型( t h en 蝴s i st a r g c tl i p i d m o d e l ) ，发现l g p 与e c 知间有良好的线性关系，所得目标脂质机体负荷c t l b b 值与以前研究报道相符，表明藻类与其它水生生物的敏感性相似。 d j o m o 等【4 5 1 通过研究多环芳香烃对藻类的毒性，发现化合物毒性值与其物 理化学性质( 溶解性，挥发系数等) 及藻类的情况相关，l g p 、挥发系数较小时 化合物的毒性较小。m a t t h i a s 等m 1 的研究表明：e h o m o ( 分子最高占有轨道能) 与e l o m o ( 分子最低空轨道能) 的差值大小是影响多环芳香烃毒性的主要因素。 n e n d z a m 4 7 1 测定了芳香胺对小球藻的毒性，并结合辛醇水分配系数与量予 化学参数，建立了q s a r 模型： 电配j o = o 7 4 0 ( 0 0 7 0 ) l g p - o 4 0 6 ( 0 0 7 2 ) e l o m o - 1 8 5 2 ( 0 1 7 6 )( 1 2 ) n = 1 4 ，r 2 = 0 9 3 9 ，s = o 2 3 3 ，f = 8 4 9 0 所得模型相关性良好，说明芳香胺对小球藻的毒性与其在两相间的分配及其 与生物体分子发生反应有关。陆光华等【艚1 用量子化学法研究取代芳烃对藻类的毒 性，发现所研究化合物对绿藻的毒性主要与化合物分子轨道能和空间参数有关。 分子连接性指数是以分子中各个原子的连接方式来反映分子的立体结构特 征和部分键合力效应 4 9 s o l 。张育红等【4 3 1 研究发现用特殊分子连接性指数能较好地 表示- n 0 2 、一c h o 、- n h 2 等基团形成氢键的能力，用特殊连接性指数o z 、辛 醇水分配系数与毒性数据进行逐步回归，得到如下方程： 电蹈卢1 0 0 z + o 8 2 1 9 p _ 旧9 4( 1 3 ) n = 2 7 ，r 2 = 0 8 7 ，s = 0 1 9 o z = z ：一z ( 1 4 ) 其中：z ：一构造分子( 与原分子结构相似，用电负性适中的碳原子代替原 分子中强极性的氮、氧原子) 的连接性指数； z 一原分子的连接性指数 6 塑童丕芏堡主堂堡丝塞 堕垡蒸丝塑签生塑型苎塑童丝墨基g ! 缝堑塞 考虑成键原子结构特征，冯长君f 5 1 1 等根据基团贡献法的基本思想，定义了生 物活性点价，建构了新的连接性指数，并将1 8 种苯酚、苯胺类化合物对绿藻的 急性毒性值与其相关联，所得结果优于相应的文献结果。 1 2 2 鱼类毒性的q s a r 研究进展 戴朝霞等5 2 】用量子化学法结合辛醇水分配系数，建立了取代芳香族化合物 对斑马鱼等的毒性模型( 1 5 ) ，发现所研究化合物对斑马鱼的毒性主要取决于疏水 性，由于斑马鱼的脂肪含量高于发光菌、大型蚤和四膜虫，相应的毒性较三种水 生生物高。 - i g l c 5 0 - - - o 6 0 s l g e - o 2 0 4 e l u m o + 2 3 4 3 ( 1 5 ) n = 7 3 ，r 2 - - 0 8 2 9 ，s - - 0 3 1 4 ，f = 1 7 2 5 7 5 袁星等1 测定y 1 6 种取代苯胺、苯酚化合物对鲤鱼的9 6 h 急性毒性，采用量 子化学半经验m o p a c - a m l 法，建立t q s a r 方程( 1 6 ) 。结果表明：分配过程及有 机物分子与细胞分子间的电子相互作用是影响这两类化合物毒性的主要因素。 - l g 艮旷= o 3 5 7i g p - 0 8 4 0e l t j m o + 3 3 7 0( 1 6 ) n = 1 6 ，吃：0 9 2 0 ，s = o 2 4 4 v e i t h 等f 5 3 】采用平均超域离能、最低分子空轨道能和l g px t 琳、苯酚等 化合物对鱼的毒性进行q s a r 研究。认为所研究化合物的毒性作用方式可分为 两类：一类为麻醉型，其毒性仅与疏水性有关；一类为软亲电试剂，与细胞内亲 核试剂发生电子交换作用。 李鸣建等【铷利用i g 硒w 及新拓扑指数吧建立了取代芳烃对剑尾鱼的急性毒 性模型，如方程( 1 7 ) 及方程( 1 8 ) 所示。发现取代芳烃的生物活性不仅取决于疏水 性还有电性效应、立体效应等，用吧描述这类化合物的毒性更全面。 l 班c 5 萨一1 1 3 1 3 + 0 7 0 5 7 1 9 k o w( 1 7 ) n = 1 2 ，r 2 - = 0 7 5 4 ，s = 0 5 5 2 ，f - - 1 3 2 1 - l g , l c s o = _ o 9 4 99 + 0 0 3 0 6 0 l ( 1 8 ) n = 1 2 ，r = 0 9 7 7 ，s = o 1 7 8 ，f = 2 2 1 3 7 8 1 2 3 细菌毒性的q s a r 研究进展 7 r 【明等测定了苯酚类化合物对发光细菌的毒性，并用辛醇水分配系数建立 了q s a r 模型，相关系数r 达到了0 7 5 5 。说明苯酚类化合物对细菌的毒性与其 在两相中的分配有关。 王丽莉等5 6 】以p m 3 算法计算了苯酚类化合物的量子化学参数，应用偏最小 二乘法建立了其对发光细菌的模型( 1 9 ) ： - l g 配铲2 0 2 0 0 9 8 7 e o m o + l + 8 8 8 8 x l o + 1 6 9 5 x 1 0 五o ( 1 9 ) n = 2 2 ，r 2 = 0 8 7 9 ，p 乙萘酚“2 ，4 ，6 一 三氯苯胺 - - 苯胺 甲萘胺 2 ，4 二氯苯胺 2 ，4 二氯酚 硝基酚 对溴苯胺 邻、间氯 苯胺 间氯苯酚 邻氯苯酚 对、间苯二酚 苯胺m 苯酚。其中萘酚类的毒性高于 相应的苯酚、苯胺类；溴代苯胺类的毒性高于相应的氯代苯胺类，不同取代基毒 性贡献顺序为：【n 0 2 】 b r 】 c l 】 【c h 3 n i - i 。】。 o h ( m 、n 代表氢原子个数； m 取值为3 ，4 ，5 ；n 取值为l 或2 ) 。 2 取代基种类相同，则基团数目越多，化合物的毒性越大。如：2 ，4 ，6 三氯 1 9 n辨眇坦h驺卯弱仉跖虬舢舛钙孔 2 2 2 3 3 2 2 3 3 4 4 2 2 2 2 3 3 4 2 4 4 苯胺 2 ，4 二氯苯胺 单氯苯胺。 3 取代基种类、数目相同，取代位置不同，化合物毒性稍有差异。对位化 合物毒性最大，间位毒性次之，邻位化合物毒性最小。如：对氯苯胺 间氯苯胺 邻氯苯胺，对硝基苯酚 间硝基苯酚。 4 空白中斜生栅藻生长正常，色素体为鲜绿色；暴露毒物浓度较高时叶绿 体分散、色素模糊；浓度很高时藻细胞数量明显减少，原生质体分解，有的仅余 细胞壁。说明有机污染物不仅抑制藻细胞数量增长，还破坏其形状、成份等。 3 2 慢性毒性实验结果及讨论 3 2 1 慢性毒性实验的剂量一效应曲线 以受试化合物浓度( m o l l ) 的负对数为横坐标，相应的藻胞光合作用抑制 率为纵坐标作图，得到了各受试化合物的浓度一效应曲线( 见图3 2 2 3 4 2 ) 。 k f ( m o v i o 图3 2 2 苯酚的跗浓度一效应曲线 1 0 0 藿s 。 豢6 0 萎。4。0 0 2 52 93 3 - i g c ( f n o n 一) 图3 2 4 间氯苯酚的跗浓度一效应曲线 - i g c ( m o v l ) 图3 2 3 邻氧苯酚的舳浓度一效应曲线 图3 2 5 对氯苯酚的跚浓度一效应曲线 1 0 0 萋s 。 鉴6 0 蓁。4。0 o 3 13 53 9 一l g c ( m o v l ) 图3 2 62 , 4 - - - - - 氯苯酚的材浓度一效应曲线 1 0 0 垂s 。 蓉6 0 o 4 2 4 65 0 一k ；c ( i 儿) 图3 2 8 乙萘酚的8 d 浓度一效应曲线 1 0 0 拿 疆8 0 纂6 0 o 3 03 43 8 一地| c ( m o l l ) 图3 3 0 对硝基苯酚的蹦浓度一效应曲线 1 0 0 8 0 喜e 。 薹4 0 2 ： 2 4 2 83 2 一l 目c ( m o l l ) 图3 3 2 对苯二酚的耐浓度一效应曲线 2 l 1 0 0 羹s 。 擎6 0 o 4 34 75 1 一够( m o v l ) 图3 2 7 甲萘酚的8 d 浓度一效应曲线 1 0 0 喜s 。 篆6 0 o 2 83 23 6 一j 窖c ( m o l l ) 图3 2 9 问硝基苯酚的8 d 浓度一效应曲线 1 0 0 垂s 。 纂6 0 0 2 42 8 3 2 一k f ( m o v l ) 图3 3 l 间苯二酚的8 d 浓度一效应曲线 1 0 0 羹s 。 錾6 0 0 2 32 7 3 i k f ( m o v l ) 图3 3 3 苯胺的蹦浓度一效应曲线 塑堂盔堂堡主堂垡丝塞查垡菱丝塑塑圭堡型蔓丝耋丝壁基g ! 丛受塞 1 0 0 垂s 。 篆6 0 o 2 63 o3 4 一够( m o v l ) 1 0 0 羹s 。 嚣 o 2 52 93 3 一够( m o v l ) 图3 3 4 邻氯苯胺的8 d 浓度一效应曲线 图3 3 5 间氯苯胺的8 d 浓度一效应曲线 1 0 0 羹s 。 耄6 0 蓁。4。0 o 2 63 03 4 - l g c ( t r i o 儿1 1 0 0 黎 o 3 13 53 9 - l g c ( m o f l ) 图3 3 6 对氯苯胺的乩浓度一效应曲线图3 3 72 = 氯苯胺的蹦浓度一效应曲线 1 0 0 羹s 。 攀6 0 蓁。4。0 0 4 14 54 9 - l g c ( i t l o 儿) 3 84 24 6 一培c ( m o 儿) 图3 3 8 二苯胺的8 d 浓度一效应曲线 圈3 3 9 2 , 4 ，6 - - - - 氯苯胺的材浓度一效应曲线 1 0 0 藿s 。 篆 0 4 34 75 1 - l g c ( m o t l ) 1 0 0 藿s 。 戆6 2 83 23 6 - 够( m o t l ) 图3 4 0 甲萘胺的8 d 浓度一效应曲线 图3 4 1 对溴苯胺的托浓度一效应曲线 - l g c ( m o v l ) 图3 4 2n 甲基苯胺的8 d 浓度一效应曲线 3 2 2 慢性毒性实验结果 根据慢性毒性实验的浓度一效应曲线，计算得到2 1 个卤代芳烃对斜生栅列 藻的8 d 半数抑制浓度，表示为一l g e c s o ( 8 0 ) ( m o l l ) ，见表3 2 。 表3 22 1 个卤代芳烃对斜生栅列藻的慢性毒性值 化合物 一l 班c 氟( m o l l ) 苯酚2 7 6 邻氯苯酚3 0 4 间氯苯酚2 9 0 对氯苯酚 3 1 6 2 4 - 二氯苯酚3 6 0 间苯二酚 2 7 9 对苯二酚2 8 1 问硝基苯酚3 3 6 对硝基苯酚 3 4 3 甲萘酚476 乙萘酚467 苯胺 2 7 5 邻氯苯胺3 0 3 间氯苯胺2 8 9 对氯苯胺3 0 6 对溴苯胺3 2 6 2 ， 二氯苯胺 3 5 4 2 ，4 ，6 - 三氯苯胺4 2 4 n 一甲基苯胺2 8 l 二苯胺453 甲萘胺474 1 本文研究的2 1 个化合物，慢性毒性值在2 7 5 ( 苯胺) , - 4 7 6 ( 甲萘酚) 之 间，其毒性大小顺序为：甲萘酚 乙萘酚 二苯胺 多氯代苯胺、苯酚类 硝基酚 ()壁豢匠壑n 塑堡盔竺堡主堂焦迨塞宣垡董丝塑生塑型蔓丝墨丝垦基她受塞 类 对溴苯胺 氯代苯酚类 氯代苯胺类 苯酚m 苯胺。萘酚类的毒性高于相应的 苯酚、苯胺类；溴代苯胺类的毒性高于相应的氯代苯胺类。可以看出取代基对慢 性毒性贡献顺序为： n 0 2 】 b r 】 c l 】 【c i 1 3 n l n 】一 o 】，与急性毒性实验得 到的结论基本一致。 2 含相同类型取代基的化合物，取代基数量越多，毒性越大，规律与急性实 验相同。如2 , 4 ，6 三氯苯胺 2 ，4 二氯苯胺 单氯苯胺。 3 取代基类型、数量都相同，位置不同，毒性值相差较小，毒性顺序为对位 化合物 邻位化合物z 间位化合物。如：对氯苯胺掷氯苯胺m 间氯苯胺。 4 斜生栅列藻受毒物长期作用时，发现：毒物为较低浓度时藻细胞无明显变 化；中等浓度时，藻细胞体积变小，部分藻细胞呈均匀透明的淡绿色；较高浓度 时藻细胞体积明显变小，出现球状等不规则巨型细胞。说明污染物会破坏藻胞的 细胞壁、叶绿素等。 3 3 急性毒性与慢性毒性之间关系 急性毒性试验可以作为评价化学品或水体环境安全性的初级筛选手段，由于 其简便快捷，消耗人力少，+ 所需费用小等优点，近年来研究较多。急性毒性试验 设置毒物浓度通常较高，而在自然环境中污染物浓度往往会因稀释、扩散、生物 降解等因素下降，浓度较低，因此较低浓度污染物慢性毒性试验的开展更符合实 际情况。急性毒性试验是慢性毒性试验的基础，研究两者关系将有助于对化合物 毒性机理全面了解。 本文测定了2 1 个卤代芳烃对斜生栅列藻的4 8 h 急性毒性及8 d 慢性毒性，并 将由实验得到的急性毒性值一l g e c 5 0 ( 4 s h ) 与其慢性毒性值1 9 e c s a 蹦进行回归分析， 得到方程( 3 1 ) ，二者相关散点图见图3 4 3 。 - l g e c s o ( s a ) = 1 0 0 2 x - l g e c 5 0 ( 4 s h ) + 9 8 9 8 x 1 0 - 2( 3 1 ) n = 2 1 r 2 = o 9 6 ，s = 0 1 4 ，f = 5 0 8 5 4 童 量 型 豢 慧 叩 3 2 6 2 52 93 33 74 14 5 - i g e c 5 0 ( 4 s h ) 实测值( m o v l ) 图3 4 3 斜生栅列藻急、慢性毒性值相关敖点图 结果表明：2 1 种卤代芳烃对斜生栅列藻的慢性毒性值与急性毒性值间有明 显的线性相关关系，慢性毒性值随急性毒性值的增大而增大。由于毒物作用时间 较长，慢性毒性值比急性毒性值略有升高，说明化合物的毒性强弱与其作用时间 有关。 3 4 小结 本章通过绘制浓度一效应曲线，求得了2 1 个卤代芳烃对斜生栅列藻的 - l g 鹏o ( 4 8 h ) 值( 见表3 1 ) 和1 9 双5 0 ( 8 d ) 值( 见表3 2 ) ，揭示了两者间的相关关系。 2 1 个化合物对斜生栅列藻的急性毒性值( - l g e c 5 0 ( 4 $ h ) ) 在2 6 1 ( 苯酚) - 4 5 7 ( 甲萘酚) 之间，对斜生栅列藻的慢性毒性值( - l g e c 5 0 ( s , t ) ) 在2 。7 5 ( 苯胺) 一4 7 6 ( 甲萘酚) 之间。 不同取代基对毒性的贡献顺序不同。取代基对急性毒性的贡献顺序为： 【n 0 2 】 【b r 】 c l 】 【c h 3 】 n h n 一- - 【o h 】；取代基对慢性毒性与对急性毒性的贡献顺 序基本一致。 同种取代基其数量、位置对化合物毒性也有影响。取代基团数量越多，化合 物毒性越强：取代基在不同位置的化合物毒性略有差别，顺序是对位化合物 邻 位化合物z 间位化合物。 急、慢性毒性值之间呈良好正相关关系，说明影响所研究化合物急、慢性毒 性的因素基本相同。所得慢性毒性值比急性毒性值略有升高，说明卤代芳烃的毒 性强弱与其作用时问有关。 第四章q s a r 模型研究及预测 4 1 化合物结构参数的计算 在定量结构一活性关系研究中，选择合适的分子结构描述符是影响建模能否 成功的关键步骤之一。本文选取了具有代表意义的参数计算了辛醇水分配系数、 量子化学参数、分子连接性指数。 4 1 1 化合物结构参数计算 1 辛醇，水分配系数 从b i o b y t e 软件查得2 1 个化合物的辛醇水分配系数l g p ( 见表4 1 ) 。该参数 是疏水性参数，反映化合物分子的脂溶性。 表4 12 1 个卤代芳烃的辛醇，水分配系数( 1 9 p ) 2 分子连接性指数的计算 分子连接性指数是根据分子中各个骨架原子排列或连接的方式来描述分子 的结构性质。分子连接性指数简单方便，能较强地反映化合物分子的立体结构， 近年来应用较多。 分子连接性指数用点价乘积平方根倒数来表示。含有m 个价键的分子片段计 算得出的分子连接性指数称为m 级连接指数，用”z 来表示。只考虑原子连接顺 序和分子空间结构的分子连接指数为简单连接指数。计算步骤为：( 1 ) 写出化合 1 物结构式；( 2 ) 写出隐氢图；( 3 ) 标出原子点价；( 4 ) 按照4 z = z ( 4 万，最) 2 计 算叫。 其中，4 表示构成键的原子的点价，碳原子；4 确i ，j i i 表示与该原子成键的氢 原子数。i 、n 等表示分子中依次排列的各碳原子。 由于三个以上原子连接成分子时，能组合成多种结构( 链状、星状、星链 组合状j 环状等) 如下图所示1 5 8 】： y 凡 ( a )( b )( c ) 根据上图计算的指数，可分别在z 的右下角加p 、c 、p c 、c h 以区别。简 单分子连接指数，以饱和键为基础，能较好地反映分子的大小、支链程度等物理 特征。 分子结构中价键的种类对分子性质有影响，因此在简单连接指数基础上需考 虑价键特征。考虑价键特征的分子连接性指数称为价连接指数。当分子中含有不 饱和键或杂原子时，这种点价用艿来表示。不饱和键按实际的价键数目计算。 艿= z 一h ，z 7 是原子或杂原子的价电子数目，h 是隐氢图中氢原子数目。 本文中出现的杂原子点价值如下【7 0 】： c i ( o 6 9 ) 、b r ( 0 2 5 4 ) 、n h 2 ( 3 ) 、o h ( 5 ) 、c h 3 ( 1 ) 、n 0 2 ( 5 ) 。 价连接指数可以反映杂原子的电子信息和分子的不饱和程度，能较好地代表 分子的化学和生物性质。 本文计算了2 1 个化合物的价分子连接性指数o z 7 、1 2 7 、2 2 7 、3 z ；、1 2 7 、 4 z ；、4 z ：、5 z ；、5 z 二、6 z ：、6 z ：及7 如，数据列于表4 2 。采用分子连接 性指数法对其毒性进行q s a r 研究。 k 小 誊萎莩嚣遏娶量s 虽萎蓦蓍景裘簧誊銎 o o o o o o o o o o o o o o o oo oo o寸nn 、。一一一一寸n 一寸nn寸卜卜一n甘 oo o o oo o o o o o o o o o o o o o o o 导誊罨畏墨莩莩吞孽墨毒孽基墨誊墨运最誉晷基 o o o o o o o o oooo o o oooo o