生態(tài)毒理學(xué)8的學(xué)習(xí)課件

生態(tài)毒理學(xué)8的學(xué)習(xí)課件第1頁(yè)/共36頁(yè)群落或更高層次響應(yīng)研究方法的樣例

(1)隔室/圍欄(enclosure)

微宇宙/微觀世界(microcosms)

指合成的或營(yíng)造的生態(tài)系統(tǒng)。 水生生態(tài)模型系統(tǒng)中容積通常小于1m3，處于人工控制或半控制環(huán)境中，是人為制造的研究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。 中宇宙/中觀世界(mesocosms)

指真實(shí)生態(tài)系統(tǒng)中有代表性的片斷隔室。 水生生態(tài)模型系統(tǒng)中容積通常在1~1000m3，處于人工控制和半控制環(huán)境中，研究生態(tài)系統(tǒng)的某種特性。

微宇宙和中宇宙是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用以再現(xiàn)一特定生態(tài)系統(tǒng)的部份或全部。第2頁(yè)/共36頁(yè)室內(nèi)暴露系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和不足暴露系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)不足靜態(tài)測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)單相對(duì)便宜適于急性測(cè)試，尤其是篩選較低的時(shí)間和空間需求因涉及小體積，故廢棄放置問(wèn)題很小難以確定有毒物實(shí)際(有效)濃度，因?yàn)椋簱]發(fā)性，生物或光降解，電鍍(如金屬)，混雜變量影響(如代謝產(chǎn)物和水質(zhì)變化)對(duì)長(zhǎng)期、亞慢性和慢性測(cè)試適宜性較低僅適于來(lái)自靜水環(huán)境的生物更新測(cè)試類(lèi)似靜態(tài)試驗(yàn)?zāi)艽_認(rèn)毒物水平比靜態(tài)實(shí)驗(yàn)更接近標(biāo)稱(chēng)濃度類(lèi)似靜態(tài)試驗(yàn)可引發(fā)不合需要的對(duì)測(cè)試生物的擾動(dòng)工作強(qiáng)度較大再循環(huán)測(cè)試可降低諸如檢測(cè)介質(zhì)中低氧張力的壓迫相對(duì)昂貴需要更復(fù)雜的裝置搬運(yùn)方法所用設(shè)備影響的不確定性徑流(flow-through)測(cè)試更統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)條件穩(wěn)定結(jié)果更可重復(fù)適于急性和慢性適于長(zhǎng)期測(cè)試測(cè)試高耗氧化學(xué)物最佳能利用來(lái)自激流環(huán)境的生物需要復(fù)雜的傳送系統(tǒng)需要高昂費(fèi)用，因昂貴的裝置和維持運(yùn)轉(zhuǎn)，以及使用大量材料使用大體積裝置涉及廢棄物處置問(wèn)題第3頁(yè)/共36頁(yè)中宇宙(隔室)研究的優(yōu)勢(shì)與局限

可以調(diào)查生態(tài)系統(tǒng)水平效應(yīng)和物種間相互作用

可以同時(shí)研究化學(xué)物對(duì)多物種具有不同靈敏度的效應(yīng)

盡管可以監(jiān)測(cè)，但實(shí)驗(yàn)條件難以控制。未預(yù)料的事件，例如異物引入某一重復(fù)實(shí)驗(yàn)將摧毀全部實(shí)驗(yàn)

環(huán)境條件和暴露比室內(nèi)研究更有現(xiàn)實(shí)性

即使在時(shí)間為零時(shí)，系統(tǒng)在重復(fù)實(shí)驗(yàn)中仍可出現(xiàn)變化，而且重復(fù)實(shí)驗(yàn)隨時(shí)間出現(xiàn)分歧

生態(tài)系統(tǒng)成份可以控制(隔離，去除，或增加)，以便檢測(cè)有關(guān)污染物效應(yīng)的假設(shè)

與圍欄效應(yīng)的改變隨時(shí)間出現(xiàn)

在合適的統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)中建立重復(fù)和未處理控制

圍欄體系建立和維護(hù)費(fèi)用昂貴

系統(tǒng)內(nèi)的條件可以在加入目標(biāo)化學(xué)物前后進(jìn)行監(jiān)測(cè)

必須考慮尺度因子和邊界效應(yīng)

系統(tǒng)可維持一定時(shí)間

鑒于實(shí)際原因(體形大小)，很少能包括大型生物群落，尤其是捕食者

測(cè)試系統(tǒng)包括一個(gè)能運(yùn)行的生態(tài)系統(tǒng)局限優(yōu)勢(shì)第4頁(yè)/共36頁(yè)利用中宇宙/微宇宙進(jìn)行生態(tài)毒理研究樣例生殖行為2－30天抗膽堿酯酶殺蟲(chóng)劑小型動(dòng)物群落牧場(chǎng)草地圍欄毒性和累積1－2周化學(xué)分散，和非分散石油底棲無(wú)脊椎動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)近岸海水化學(xué)包括殺蟲(chóng)劑，初級(jí)生產(chǎn)量，大型植物，浮游動(dòng)物密度和物種組成，各營(yíng)養(yǎng)層次群落結(jié)構(gòu)通常至少一季度，夏季每?jī)芍芙o劑量各種殺蟲(chóng)劑，單獨(dú)或組合，部份要求用于登記現(xiàn)存的群落加繁殖用魚(yú)類(lèi)人工池塘水化學(xué)包括殺蟲(chóng)劑，浮游動(dòng)物，大型無(wú)脊椎動(dòng)物，水中懸垂生物，大型植物，魚(yú)25周烈性殺蟲(chóng)劑硫丹自然聚集體農(nóng)場(chǎng)池塘水中葉綠素a，磷濃度，溶解性反應(yīng)性磷濃度，沉積物氧化還原電位，藻類(lèi)生物量，浮游動(dòng)物放牧速率3年?duì)I養(yǎng)物天然聚集體圍欄藻類(lèi)種群密度隨時(shí)間變化，多樣性指數(shù)，計(jì)算公平性和豐度2小時(shí)Zn實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的自然浮游植物聚集體靜態(tài)實(shí)驗(yàn)室方法毒性和累積24小時(shí)11種水溶性中性親脂化合物蚊沉積物/水，與僅有水對(duì)比終點(diǎn)檢測(cè)持續(xù)時(shí)間物質(zhì)有機(jī)物/群落系統(tǒng)類(lèi)型第5頁(yè)/共36頁(yè)

微宇宙相對(duì)于中宇宙的優(yōu)勢(shì)

a)

微宇宙環(huán)境比中宇宙能更快地運(yùn)轉(zhuǎn)；

b)

更方便重復(fù)，耗費(fèi)更低；

c)

比室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)苌婕案鼜V泛的生態(tài)問(wèn)題；

d)

為宇宙實(shí)驗(yàn)允許使用放射性示蹤，而在野外圍欄是不現(xiàn)實(shí)的或非法的。

使用微宇宙有關(guān)的局限性

a)

微宇宙不能正常容納大型生物，例如魚(yú)和動(dòng)物，至少是成體形式；

b)

有限的機(jī)體系統(tǒng)容易被化學(xué)暴露扭曲變形；

c)

如果采用破壞性采樣，小型微宇宙意味著在一時(shí)間過(guò)程中只能采集有限數(shù)目樣品；

d)

對(duì)絕大多數(shù)微宇宙設(shè)計(jì)，不會(huì)出現(xiàn)重新集群現(xiàn)象。微宇宙(隔室)研究的優(yōu)勢(shì)與局限第6頁(yè)/共36頁(yè)

e)

通常較短的實(shí)驗(yàn)時(shí)間意味著檢測(cè)不到恢復(fù)。

(2)整體系統(tǒng)的處理情況

某些樣例(參見(jiàn)表格)第7頁(yè)/共36頁(yè)燒杯水生微宇宙試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件1試驗(yàn)生物的類(lèi)型和數(shù)量2種單細(xì)胞綠藻或硅藻1種絲狀綠藻1種固氮型藍(lán)綠藻(細(xì)菌)1種牧食性大型無(wú)脊椎動(dòng)物1種底棲碎食性無(wú)脊椎動(dòng)物一些細(xì)菌和原生動(dòng)物2試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)容器類(lèi)型和大小1L廣口瓶基質(zhì)50mL自然生態(tài)系統(tǒng)浸出液、50mL砂性沉積物的洗出液和900mLTaub82號(hào)基質(zhì)試驗(yàn)濃度組數(shù)4個(gè)試驗(yàn)重復(fù)組數(shù)5個(gè)試驗(yàn)期12~18周(毒物加入前穩(wěn)定6周，試驗(yàn)期6~12周)3物理化學(xué)參數(shù)溫度20oC光照周期12h光照/12h黑暗4測(cè)試終點(diǎn)氧濃度、藻密度、微生物活性、呼吸活力、生物量、原生動(dòng)物種群第8頁(yè)/共36頁(yè)評(píng)價(jià)農(nóng)藥對(duì)非靶生物影響的室外水生微宇宙設(shè)計(jì)條件1試驗(yàn)生物魚(yú)類(lèi)浮游植物浮游動(dòng)物水生昆蟲(chóng)底棲大型無(wú)脊椎動(dòng)物細(xì)菌2試驗(yàn)生物量魚(yú)類(lèi)的生物量<2g/m33試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)容器類(lèi)型和大小面積至少為5m2，深度至少1.25m的槽，材料為玻璃纖維或不銹鋼受試物質(zhì)加入在6~8周后加入受試物質(zhì)儲(chǔ)備液采樣在2周后采樣，在受試物質(zhì)加入后采樣持續(xù)2~3月；采樣頻率根據(jù)受試物質(zhì)性質(zhì)和研究目的而定4物理化學(xué)參數(shù)溫度通過(guò)地底或浸入池塘控制溫度沉積物從未受污染的自然池塘獲取沉積物，每個(gè)槽中加入5cm厚沉積物水從健康和具有生態(tài)功能的池塘中獲?。辉谡麄€(gè)試驗(yàn)期內(nèi)，每個(gè)槽中水體積變化小于10%，加入小于10%，需補(bǔ)充同樣水源的新鮮水；若多于10%，則需排出天氣整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)記錄天氣變化或從氣象站獲得試驗(yàn)場(chǎng)的氣象資料，如氣溫、太陽(yáng)輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、蒸發(fā)量等第9頁(yè)/共36頁(yè)陸地土壤核心微宇宙試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件1試驗(yàn)生物多樣化，根據(jù)土壤核心采集場(chǎng)所不同而不同2試驗(yàn)設(shè)計(jì)微宇宙大小和類(lèi)型60cm深、17cm直徑的高密度塑料管，一端覆蓋玻璃布，內(nèi)部為土壤核心土壤20cm深的表層土壤重復(fù)組數(shù)6~8個(gè)濃度組數(shù)3個(gè)淋洗加入受試物前，每周1次，加入受試物后每2周1~2次試驗(yàn)期12周以上3物理化學(xué)參數(shù)溫度根據(jù)試驗(yàn)季節(jié)進(jìn)行同步溫度控制光照根據(jù)試驗(yàn)區(qū)域的季節(jié)控制光照澆水根據(jù)試驗(yàn)區(qū)域的歷史資料，用試驗(yàn)用水或過(guò)濾收集雨水澆水4測(cè)定地點(diǎn)多種多樣第10頁(yè)/共36頁(yè)涉及整體系統(tǒng)處理的生態(tài)毒理研究樣例在距離來(lái)源不同距離和時(shí)間上監(jiān)測(cè)植物群落多樣性、群落系數(shù)、相似百分?jǐn)?shù)、對(duì)早期連續(xù)群落的效應(yīng)15年慢性輻射橡松樹(shù)森林土壤化學(xué)，真菌，樹(shù)木、地衣?tīng)顟B(tài)的各種生理指示物，地衣形貌，羽狀地衣和地衣群落結(jié)構(gòu)2－5年硫酸和或硝酸沉降處理，有或無(wú)土壤肥料改善楓糖和松樹(shù)森林植被徑流化學(xué)，部份土壤化學(xué)5年酸化逆轉(zhuǎn)性森林集水區(qū)添加的Cd的地球化學(xué)，水化學(xué)，浮游動(dòng)物，大型無(wú)脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)，在平行的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)測(cè)得的Cd的食物鏈效應(yīng)幾年加入放射標(biāo)記Cd，有關(guān)的圍欄和室內(nèi)研究湖泊主要化學(xué)參數(shù)，形態(tài)變化，所有營(yíng)養(yǎng)水平的群落指數(shù)幾年加硫酸至目標(biāo)pH，后停止，觀察恢復(fù)湖泊水化學(xué)，初級(jí)生產(chǎn)，不同營(yíng)養(yǎng)層次的群落結(jié)構(gòu)一年或更少磷和氮，單獨(dú)或組合湖泊無(wú)脊椎動(dòng)物漂移硫酸溪水終點(diǎn)持續(xù)時(shí)間處理，物質(zhì)系統(tǒng)類(lèi)型第11頁(yè)/共36頁(yè)生態(tài)毒理評(píng)價(jià)中生態(tài)適當(dāng)性、實(shí)驗(yàn)控制和可重復(fù)性的關(guān)系低高生態(tài)適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)控制和重復(fù)低高單物種檢測(cè)微觀實(shí)驗(yàn)microcosms中等實(shí)驗(yàn)mesocosms常規(guī)生物監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)處理/操作“天然”實(shí)驗(yàn)第12頁(yè)/共36頁(yè)群落水平評(píng)價(jià)使用的因果關(guān)系基準(zhǔn)相關(guān)性的強(qiáng)度strengthofassociation相關(guān)性的一致性consistencyofassociation特異性specificity暫時(shí)性temporality合理性plausibility一致性coherence類(lèi)推性analogy生態(tài)梯度ecologicalgradient實(shí)驗(yàn)法experimentation第13頁(yè)/共36頁(yè)生物方法中簡(jiǎn)易性與生態(tài)現(xiàn)實(shí)性的關(guān)系生態(tài)現(xiàn)實(shí)性簡(jiǎn)易性穩(wěn)態(tài)單向流單一物種擇生生物自然群落微宇宙圍欄控制系統(tǒng)野外研究理想的生物方法第14頁(yè)/共36頁(yè)方法學(xué)中技術(shù)的進(jìn)步對(duì)生態(tài)毒理學(xué)的影響

(1)分析化學(xué)

檢測(cè)下限(detectionlimitation)； 樣品分析的質(zhì)量保證(QA)和質(zhì)量控制(QC)。

(2)電子顯微鏡

能量發(fā)散X射線(xiàn)技術(shù)(EDS－XRD)。

(3)計(jì)算機(jī)方法的選擇

(1)生物尺度選擇

利用表格和圖示； 方法選擇指南：使用者應(yīng)考慮技術(shù)可行性，針對(duì)特定問(wèn)題各種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。第15頁(yè)/共36頁(yè) (2)方法選擇

(3)受試有機(jī)體或系統(tǒng)的選擇

(4)可用的資源個(gè)案實(shí)例研究(略)第16頁(yè)/共36頁(yè)染色體組工具的集合描述不同類(lèi)型的用于分析的染色體組工具，用于評(píng)價(jià)總基因庫(kù)及其性能方面的擾動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位有機(jī)和無(wú)機(jī)化學(xué)分析用于監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的樣品置備染色體組工具通過(guò)隨機(jī)放大聚合DNA(RAPD標(biāo)記物)分析代表性微生物群落的指示DNA顯著性(IDS)時(shí)間序列分析評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)擾動(dòng)基于化學(xué)分析的壓迫評(píng)價(jià)擾動(dòng)與基線(xiàn)譜帶共享指數(shù)時(shí)間尺度上的ARDRA分析選擇指示形細(xì)菌種基本生化過(guò)程生物地球化學(xué)循環(huán)分析：CO2生成量CO2固定量CH4生成量氮N的水平(NH4+,NO2,NO3)磷酸鹽與基線(xiàn)數(shù)據(jù)或隨時(shí)間的變化相關(guān)聯(lián)的代謝控制因素生理參數(shù)指數(shù)IPP微生物群落微陣列分析或PCR/多元或?qū)崟r(shí)PCR基于推理知識(shí)的追蹤指示性/新的/庇護(hù)/未培育的物種第17頁(yè)/共36頁(yè)染色體組工具輔助監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)基線(xiàn)數(shù)據(jù)大氣土壤水體基線(xiàn)恢復(fù)環(huán)境影響工業(yè)生物修復(fù)生物增加短期效應(yīng)恢復(fù)具有無(wú)或很低生態(tài)懲罰的變化基線(xiàn)減輕作用的測(cè)試長(zhǎng)期效應(yīng)染色體組工具輔助評(píng)價(jià)工業(yè)活動(dòng)的環(huán)境影響，包括污染原因和減輕及凈化過(guò)程第18頁(yè)/共36頁(yè)通用概念網(wǎng)絡(luò)生物地球化學(xué)循環(huán)：C:N:P比率生物降解控制因素微營(yíng)養(yǎng)物缺失代謝潛力基本資源領(lǐng)域(分子水平目標(biāo))有關(guān)受體：細(xì)菌群落真核微生物共生/非共生關(guān)系大氣土壤水體壓迫的定量評(píng)價(jià)：受影響區(qū)域負(fù)荷量負(fù)荷模式無(wú)機(jī)負(fù)荷有機(jī)負(fù)荷基于推理知識(shí)的追蹤：特定位置易變的DNA元素歸結(jié)于恢復(fù)基線(xiàn)的DNA顯著性通用概念網(wǎng)絡(luò)在映射繪圖基礎(chǔ)上，對(duì)選擇坐標(biāo)(變量)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)在DNA水平上評(píng)價(jià)擾動(dòng)第19頁(yè)/共36頁(yè)生物有效性過(guò)程結(jié)合污染物釋放污染物固相結(jié)合污染物A結(jié)合分裂后續(xù)的遷移B結(jié)合污染物遷移C經(jīng)生理膜吸收D進(jìn)入活體系統(tǒng)E吸收污染物進(jìn)入機(jī)體生物響應(yīng)部位A，B和C可發(fā)生在有機(jī)體內(nèi)部，如內(nèi)臟的細(xì)胞腔；

A、B、C、D屬于生物有效性過(guò)程；

E由于土壤和沉積物不再發(fā)揮作用而排除在外。D第20頁(yè)/共36頁(yè)順序選擇生物有效性工具標(biāo)準(zhǔn)固相結(jié)合污染物特定形式的探針(XRD,SEM,XAS,L2MS,SIMS,NMR)固相和基于膜的有機(jī)物提取技術(shù)(Tenax,C-18,SPME,DGT)野外調(diào)查：整體生物富集(植物、無(wú)脊椎動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)、動(dòng)物)應(yīng)用于野外2，有些方法難用于天然顆粒。天然環(huán)境中儀器檢測(cè)限引發(fā)問(wèn)題2－3，野外土壤和沉積物可利用但需搬運(yùn)。野外可能使用SPME、SPMD和DGT。3，原位測(cè)試應(yīng)用于固相3，直接用于固相3，直接用于固相或泥漿2，集成各種介質(zhì)的暴露，包括固相單一與集總過(guò)程3，唯一適于鑒定結(jié)合機(jī)理1，操作測(cè)試需集成多個(gè)過(guò)程2，整體生物富集方法集成幾個(gè)生物過(guò)程影響，對(duì)生物吸收僅有指示性進(jìn)入活體細(xì)胞直接相關(guān)1，需要特定形式與生物吸收關(guān)系的推理2，可生物模擬，仍需要推理生物吸收關(guān)系2，可用于直接測(cè)定生物吸收，僅作為有影響的生物和理化過(guò)程的集成響應(yīng)推廣普及能力2，是生物有效性過(guò)程最終推廣普及的基礎(chǔ)2，生物有效性推廣的可靠性未證實(shí)，工作進(jìn)行中。1，僅當(dāng)點(diǎn)位或情況廣泛集合的數(shù)據(jù)有效時(shí)，推廣普及才有可能管理規(guī)章適應(yīng)性1，復(fù)雜因而限制在管理中應(yīng)用1，管理者很少使用土壤/沉積物的信息，最終會(huì)有用3，濃度可用于控制暴露，但指導(dǎo)有限，尤其是針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)研究手段用途3，了解控制生物有效性的因素3，對(duì)生物吸收重要過(guò)程的檢測(cè)潛力(如獲取釋放速率)2，對(duì)經(jīng)驗(yàn)測(cè)定最常用，但對(duì)研究應(yīng)用屬于常規(guī)三種選定的生物有效性工具根據(jù)7項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)按每類(lèi)的得分(1~3，3為最佳)進(jìn)行排序SIMS:二級(jí)離子質(zhì)譜L2MS:微探針兩步激光質(zhì)譜DGT:薄膜擴(kuò)散梯度第21頁(yè)/共36頁(yè)不同尺度范圍的評(píng)價(jià)方法實(shí)驗(yàn)室研究水平/尺度野外現(xiàn)場(chǎng)研究沒(méi)有適用的生態(tài)系統(tǒng)整體系統(tǒng)處理(1)致死和亞致死效應(yīng)(2)種群和群落改變(3)地球化學(xué)改變(4)所有相互作用微宇宙和中宇宙各種人工生態(tài)系統(tǒng)(1)群落內(nèi)部群落調(diào)查，長(zhǎng)期或短期監(jiān)測(cè)(1)群落內(nèi)部豐度(2)相對(duì)豐度(3)生殖力種群個(gè)體器官細(xì)胞分子調(diào)查，長(zhǎng)期或短期監(jiān)測(cè)(1)補(bǔ)充(2)生存(3)年齡結(jié)構(gòu)(4)密度采樣(1)生物富集(2)行為采樣(1)生理狀況采樣(1)組織學(xué)研究(2)血液學(xué)研究采樣(1)生化指示物金屬硫因，酶等各種控制實(shí)驗(yàn)體系(1)生殖力，生命周期(2)年齡結(jié)構(gòu)(3)密度各種控制室內(nèi)處理(1)急性毒性(2)亞急性效應(yīng)(3)行為，生物富集各種控制室內(nèi)處理(1)生理狀態(tài)(2)功能參數(shù)各種控制室內(nèi)實(shí)驗(yàn)(1)組織學(xué)研究(2)血液學(xué)各種控制室內(nèi)研究(1)生化指示物金屬硫因，酶等第22頁(yè)/共36頁(yè)有毒物的生物和生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方法方法類(lèi)型

優(yōu)勢(shì)

局限性

最佳使用

整體系統(tǒng)處理

定義原因和效應(yīng)包括所有群落水平和系統(tǒng)內(nèi)部生物地球化學(xué)過(guò)程；能跟蹤長(zhǎng)時(shí)間，包括需要的影響和恢復(fù)

實(shí)驗(yàn)大型且昂貴，因費(fèi)用和實(shí)用性，很少能重復(fù)

鑒定直接和間接的群落相互作用和生物地球化學(xué)過(guò)程。對(duì)野外調(diào)查比較有用野外調(diào)查包括使用指示物

真實(shí)世界的信息，潛在地包括所有群落相互作用，生物地球化學(xué)過(guò)程和自然變異

原因和效應(yīng)只能推斷，由于許多因素一同變化，因此結(jié)果解釋混淆。如果調(diào)查包括受影響和未受影響的樣點(diǎn)，將難以發(fā)現(xiàn)參照樣點(diǎn)和控制樣點(diǎn)

鑒定潛在的問(wèn)題和實(shí)際的問(wèn)題，以建立和評(píng)價(jià)有關(guān)污染物在群落或種群水平上效應(yīng)的假設(shè)，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較

長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，化學(xué)和/或生物同與野外調(diào)查有關(guān)的相比，帶有混淆因素的問(wèn)題較少?？梢圆东@環(huán)境中真實(shí)世界的響應(yīng)原因和效應(yīng)只能推斷。需要很長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程從自然變化區(qū)分實(shí)時(shí)趨勢(shì)

為對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和野外調(diào)查，確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性，考察由調(diào)查確定的空間構(gòu)型是否及時(shí)反映預(yù)期趨勢(shì)

中宇宙/微宇宙實(shí)驗(yàn)

原因和效應(yīng)明確定義。某些群落水平相互作用可以包括，取決于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和尺度。管理尺度允許重復(fù)和復(fù)制實(shí)驗(yàn)

重復(fù)實(shí)驗(yàn)間較大變異趨于成為慣例，很可能由于真實(shí)的重復(fù)難以達(dá)到。實(shí)驗(yàn)單位過(guò)小而不能包括較大的生物體，如捕食性魚(yú)類(lèi)和動(dòng)物，因此一些重要的群落過(guò)程通常被排除

對(duì)研究群落水平響應(yīng)和較小體形群落相互關(guān)系有用。對(duì)制定污染物食物鏈傳輸?shù)某醪皆u(píng)價(jià)有用

第23頁(yè)/共36頁(yè)方法類(lèi)型優(yōu)勢(shì)

局限性

最佳使用

野外生物方法，整體生物

檢測(cè)條件模擬現(xiàn)實(shí)世界比室內(nèi)生物方法更有效許多因素同時(shí)變化，因此，特定原因和效應(yīng)關(guān)系只能推斷。從簡(jiǎn)單野外的種群響應(yīng)外推至群落水平存在很大的不確定性用于確認(rèn)野外條件下污染物有毒效應(yīng)的發(fā)生。用于比較室內(nèi)生物方法，檢查所有因素是否解釋(如光照/黑暗，溫度等對(duì)毒性影響)室內(nèi)生物方法，整體生物原因和效應(yīng)容易定義。開(kāi)展實(shí)驗(yàn)相對(duì)便宜和快速，適合質(zhì)量控制和保證檢測(cè)條件無(wú)法代表現(xiàn)實(shí)世界。從室內(nèi)響應(yīng)外推至預(yù)期的種群或群落水平響應(yīng)有不確定性。典型地，室內(nèi)與野外檢測(cè)異質(zhì)性很差，即使是同一物種控制實(shí)驗(yàn)用于檢驗(yàn)有毒物質(zhì)在特定集合條件下的效應(yīng)，用以篩選具有急性或慢性毒性的“新”化學(xué)物野外生物方法，生化指示物開(kāi)展實(shí)驗(yàn)快速，且相對(duì)不貴。適合進(jìn)行室內(nèi)控制條件下有機(jī)體暴露的同一檢測(cè)比較響應(yīng)受其它超出所關(guān)注污染物的影響(即沒(méi)有全部確定)，因此導(dǎo)致潛在地混淆解釋如果參數(shù)也同時(shí)測(cè)定，則可提供一種生化和更高層次響應(yīng)間的聯(lián)結(jié)。如果生化指示物已顯示對(duì)特定物質(zhì)或特定組物質(zhì)可靠，則野外測(cè)定作為污染物暴露的集成表現(xiàn)者有用

室內(nèi)檢測(cè)，生化指示物開(kāi)展實(shí)驗(yàn)快速，且相對(duì)不貴。對(duì)生化響應(yīng)原因和效應(yīng)定義明確，但由于短期響應(yīng)性質(zhì)，很少可能將其與功能效應(yīng)相聯(lián)系

不易確定外推至整體生物或群落功能毒性機(jī)理可通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)確定?？纱_定特定物質(zhì)響應(yīng)

有毒物生物和生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)方法(續(xù))第24頁(yè)/共36頁(yè)種群大小對(duì)污染的可能響應(yīng)iiiiiiivv污染種群大小時(shí)間(年)曲線(xiàn)i：下降，直至零；曲線(xiàn)ii：下降，趨緩至持續(xù)；曲線(xiàn)iii：開(kāi)始增加，抵抗力進(jìn)化；曲線(xiàn)iv：短暫，由抑制水平恢復(fù)；曲線(xiàn)v：恢復(fù)，由遷移或重新殖民。第25頁(yè)/共36頁(yè)K00時(shí)間(年)種群大小由Logistic方程式得到的“S”型生長(zhǎng)曲線(xiàn)環(huán)境承載容量dN/dt=r0N(1－N/K)r0:在低種群密度條件下種群生長(zhǎng)速率種群密度的依存性指數(shù)增長(zhǎng)逐漸降低平衡階段第26頁(yè)/共36頁(yè)種群生長(zhǎng)評(píng)價(jià)方法

種群生長(zhǎng)速率r

定義為單位時(shí)間種群增長(zhǎng)除以種群中的個(gè)體數(shù)。 若種群大小為N(t)，r=1/NdN/dt，單位時(shí)間每(人)口。 如果r為常數(shù)，則有N(t)=N(0)ert

顯示指數(shù)形式的種群增長(zhǎng)。=er 為凈生產(chǎn)率，是每年種群倍乘的一個(gè)因子。r=loge第27頁(yè)/共36頁(yè)

(1)

假設(shè)有機(jī)體在年齡t1時(shí)第一次繁殖，在年齡t2時(shí)第二次繁殖，在年齡t3時(shí)的三次繁殖；

(2)

假設(shè)每一雌體在第一次繁殖產(chǎn)生的后代數(shù)目為n1，第二次為n2，第三次為n3；

(3)

假設(shè)雌體從出生至年齡ti時(shí)的存活率為li； 則種群生長(zhǎng)率r可由下式計(jì)算(Euler－Lotka方程式)第28頁(yè)/共36頁(yè)通常的生命史年齡t1t2t3n1n2n3出生繁殖年齡繁殖年齡繁殖年齡后代數(shù)目后代數(shù)目后代數(shù)目k1k2k3k4k51393275691821SR1R2R3R448年齡(月)種群密度時(shí)期(月)產(chǎn)卵成體剛孵化幼魚(yú)以鮭魚(yú)為例第29頁(yè)/共36頁(yè)抵抗污染的進(jìn)化過(guò)程的簡(jiǎn)單樣例CAADABAAAAAAAAEACCCCCDDDDDCECEABDEAAEEEEr=0r=－1r=+1特性2EACBDFCCCDDDDEEEABAA特性1特性1由圖A至B，遠(yuǎn)離初始的等位基因(C至E)數(shù)目增加；而靠近初始的等位基因(A)的數(shù)目則下降。圖C顯示用于“復(fù)制”增加的速率r，即適應(yīng)性。圖D顯示遺傳選項(xiàng)的集合，它帶有由基因重組所獲得的遺傳類(lèi)型(用圓圈代表)。選項(xiàng)集合的邊界是平衡曲線(xiàn)(用粗線(xiàn)條表示)。圖E顯示最佳的策略(即進(jìn)化的結(jié)果)。圖F顯示遺傳選項(xiàng)，它們?cè)诜N群中可保持直至進(jìn)化過(guò)程的結(jié)尾。特性2特性2第30頁(yè)/共36頁(yè)死亡－生產(chǎn)的平衡關(guān)系形式防衛(wèi)A－3－20+1C機(jī)體生長(zhǎng)速率增長(zhǎng)速率/適應(yīng)性=－1－3－20+1B機(jī)體生長(zhǎng)速率防衛(wèi)死亡率機(jī)體生長(zhǎng)速率遺傳選項(xiàng)集合平衡曲線(xiàn)適應(yīng)性輪廓線(xiàn)0適應(yīng)性通過(guò)原點(diǎn)(代表穩(wěn)定種群)圖形疊加：當(dāng)?shù)任换蜻_(dá)到最高適應(yīng)性時(shí)，用來(lái)鑒定進(jìn)化結(jié)果外在死亡率最大生產(chǎn)速率注意：(1)平衡關(guān)系會(huì)抑制解毒機(jī)制的作用；(2)用于防衛(wèi)的資源配置可同時(shí)降低生產(chǎn)率和死亡率。死亡率死亡率增長(zhǎng)速率/適應(yīng)性=－1顯示最佳策略的位置(代表所研究環(huán)境的最終進(jìn)化結(jié)果)能量攝入量的分配基本代謝速率解毒能量消耗合成代謝消耗生產(chǎn)＝生長(zhǎng)范圍排泄第31頁(yè)/共36頁(yè)長(zhǎng)期死亡與生產(chǎn)受迫的進(jìn)化結(jié)果生產(chǎn)力降低死亡率上升機(jī)體生長(zhǎng)速率死亡率圖中的直線(xiàn)代表零適應(yīng)性輪廓線(xiàn)機(jī)體生長(zhǎng)速率死亡率機(jī)體生長(zhǎng)速率死亡率AB(1) 最佳防衛(wèi)基因選擇在污染環(huán)境中；而無(wú)防衛(wèi) 基因選擇在無(wú)污染環(huán)境中。(2) 一般地，污染不會(huì)改變遺傳選項(xiàng)集合的形狀。平衡曲線(xiàn)在污染環(huán)境