前言:环境化学与生态毒理学国家重点实验室专刊

环境化学与生态毒理学国家重点实验室起源于中国科学院生态环境研究中心的无机分析和有机分析等实验室.早在20世纪70年代,实验室率先在国内开展了持久性有毒污染物（Persistent Toxic Substances, PTS）的相关研究和环境监测标准方法体系的建设,在环境分析方法与仪器设备研制、污染分布与演化趋势、污染物形态与环境化学行为以及生态毒理效应等方面开展了大量基础性的系统研究。

卤代苯醌类消毒副产物的毒理学研究进展

卤代苯醌(halobenzoquinones,HBQs)是近年来在水体中发现的一类具有潜在毒理学效应且未受管控的新型消毒副产物(disinfection by-products,DBPs).本文综述了HBQs的化学特征与生成机制、环境中的分布情况,并对其引起的细胞毒性、氧化应激毒性、遗传毒性、生物毒性进行了概述.这些内容旨在为深入探讨HBQs的毒理学机制和全面评估其暴露所可能导致的健康风险及癌症风险提供科学依据.

多溴联苯醚的环境毒理学研究进展

多溴联苯醚(PBDEs)是一类广泛使用的溴代阻燃剂,其大量生产和使用导致了越来越严重的环境污染.由于PBDEs具有较高的亲脂性,化学性质比较稳定,它们可远距离传输到地球各种环境介质中,并通过食物链累积放大,在生物体内蓄积产生毒性效应.本文针对近年来PBDEs毒性效应和致毒机制的研究进展,从PBDEs的内分泌干扰毒性、发育神经毒性和免疫毒性三个方面进行总结,并分析了当前研究需要解决的问题,展望了PBDEs毒理学的研究方向.

非洲爪蟾在生态毒理学研究中的应用(Ⅲ)——生殖内分泌干扰作用的评价

两栖动物生殖内分泌系统(如性别分化、性腺发育、第二性特征)对性激素的敏感性,使得该类动物可用于研究内分泌干扰物(Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs)对生殖内分泌系统的干扰作用.两栖动物非洲爪蟾是发育生物学研究的经典模型动物,多年来积累的有关其生殖内分泌的资料可以为生殖内分泌干扰的研究提供参考.论文分析了非洲爪蟾作为评价生殖内分泌干扰作用模型动物的理论基础,总结了评价生殖内分泌干扰作用目前使用的几个指标(性别分化、性腺形态、性腺组织学结构、性激素水平、卵黄蛋白原表达等生物标记),综述了非洲爪蟾在评价酚类化合物、阿特拉津、多氯联苯等几种EDCs的生殖内分泌干扰作用中的应用,最后讨论了非洲爪蟾作为一种评价EDCs生殖内分泌干扰作用的模型动物目前存在的问题.毫无疑问,非洲爪蟾是生殖内分泌干扰研究的良好模型动物,为促进该模型动物更好的应用,需要加强非洲爪蟾生殖生物学和内分泌学的研究.

根际化学与生物多样性的表征方法:组学技术的机遇与挑战

根际是联结植物、土壤和微生物的重要界面,是化学与生物过程耦合最活跃的区域.根际环境影响土壤中有机和无机污染物的行为,而研究方法的完善与提升有助于阐释根际中复杂的过程与作用机制.本文从传统的化学和生物学方法到新兴的组学技术对根际科学的方法学研究进展进行了综述,重点讨论了当今组学技术在根际研究中应用机遇与挑战,同时展望了今后需要关注的科学问题.根际化学组分的传统分析方法涵盖了光谱、色谱、质谱和色质联用等技术,主要聚焦于低分子量有机酸等小分子的定性定量测定,导致对根际化学多样性的认知偏差;传统的根际微生物研究依赖于培养技术,对微生物多样性的描述存在很大的局限.揭示根际异质性和复杂性,亟需采用高端的技术,组学方法显示出极大的优势,显著提高了研究者对根际科学的认识.基于靶向和非靶向代谢组学有利于深入研究根际复杂的化学多样性过程;基于宏基因组学、转录组学和蛋白组学等组学工具能够提供微生物组基因和蛋白的表达、功能特性等更详细的信息,可以全面地揭示根际微生物的多样性.应该强调的是,未来多组学整合分析更是表征根际化学与生物多样性的一个强有力工具,但需要更多的模型、框架和计算基础来实现根际基因、蛋白、转录和代谢水平的多层次关联,以助于挖掘根-微生物-土壤界面大量尚未揭示的关键过程、机理及生态环境效应.

二恶英类毒理学研究新进展

二恶英类的毒理学研究已有30多年的历史,在一系列二恶英类污染事件和国际公约的推动下,近年来二恶英类毒理学研究成为备受关注的热点.综述了近年来二恶英类毒理学研究的一些新的观点和发现,涵盖了分子毒性机理、致癌毒性、非致癌毒性和非致癌剂量-效应风险度评价方法等诸多领域,其中TCDD毒性效应的负反馈调节机制研究和对人体健康非致癌效应的影响引起了国内外广大毒理学研究工作者的关注.在总结前人研究的基础上对二恶英类毒理学研究今后的发展进行了展望.

多溴二苯醚毒理学研究进展及展望

多溴二苯醚(PBDEs)虽然已在一些国家禁止生产和使用,商品五溴和八溴二苯醚也在2009年被列入《关于持久性有机污染物(POPs)的斯德哥尔摩公约》受控范围内,但目前学术界对PBDEs的毒理学效应及其机制尤其是环境剂量效应的认识并不十分清楚. 论文从甲状腺干扰、神经毒性、生殖内分泌干扰3个方面介绍了近年来PBDEs毒理学研究的进展,分析了该领域研究中存在的几个问题,提出今后应大力开展环境相关剂量下PBDEs及代谢物的毒性研究,以推进对实际环境中PBDEs真实毒性的认识;同时探索能够反映PBDEs毒性的非创性生物标记物,为开展PBDEs人体健康影响的流行病学调查提供线索.

成组毒理学分析仪在污染物识别与毒性测试中的应用

成组毒理学分析仪(Integrated toxicology analyzer,ITA)是我国自主研制的国际上首套具备化学分析与毒理学评价在线测试功能的新仪器系统。该系统是以高通量多靶点毒性测试及复杂污染物在线分离鉴定为核心,实现复杂介质样品毒性效应综合评估及目标污染物鉴定的通用技术平台。ITA系统通过多种自动化设备的连接与耦合,形成了复杂样品分离与制备、效应物质结构鉴定、多靶点毒性效应评价及数据一体化分析多个功能区,可完成复杂样品的高通量自动化前处理、组分分离、毒性测试与结构解析,显著提高了污染物筛查的可靠性和效率。ITA应用范围广泛,已服务于我国环境保护、食品安全、国家安全等各个领域。该文总结了ITA在环境与健康研究中污染物识别与毒性测试方面的应用进展,并对其未来发展及应用前景进行了展望。

基于图神经网络模型的系统毒理学研究展望

系统毒理学是建立在系统生物学基础上,综合多组学分析和传统毒理学方法,借助生物信息学和计算毒理学等模型化信息整合技术,对生物系统在外源化学物质扰动下保持稳定的能力进行评估,研究外源化学物质与生物系统相互作用机制的一门学科.转录组、蛋白质组、代谢组、暴露组等多组学数据,有多维度、多尺度、多关联的特征,为系统毒理学建模奠定了数据基础.如何利用计算建模,对多组学数据进行有效挖掘成为有待攻克的瓶颈.针对多组学数据的特点,基于网络的模型有着通用性强、灵活性强、包含节点间关系信息等优势,在系统毒理学中起到整合与挖掘多组学数据的关键作用.图神经网络(GNN)作为一种深度学习方法,在系统毒理学建模中展现了良好的应用前景.本文介绍了系统毒理学的研究目的、网络分析方法的研究策略,对GNN在系统毒理学领域的应用进行了展望.

氯化石蜡的环境分析方法研究进展

短链氯化石蜡(SCCPs)具有持久性、生物毒性和生物累积性等,是一种持久性有机污染物,被列入《斯德哥尔摩公约》附件A中,中链氯化石蜡具有SCCPs相似的性质也备受关注。氯化石蜡(chlorinated paraffins,CPs)拥有成千上万种同系物、异构体、对映体,加之环境基质中存在其他有机卤素化合物,CPs分离分析困难,目前我国仍没有环境样品中CPs分析的标准方法。该文对近年来不同环境基质中的CPs分析所采用的样品前处理技术和仪器分析方法两个方面进行综述,提供CPs分析方法最新发展动态,为相关人员对开展此方面的研究提供参考。

机器学习辅助光谱分析技术在环境微/纳塑料研究中的应用

微/纳塑料在环境中广泛存在,威胁着全球生态系统的平衡和稳定,因此有必要确定和评估微/纳塑料的环境赋存特征、环境行为和效应以及生态毒性效应。然而微/纳塑料具有的低浓度、小尺寸及容易吸附其他物质等特点,为其在复杂环境基质中的分析带来了巨大挑战。大多数分析方法在提供环境样本中微/纳塑料的定性定量信息方面存在成本高、准确性差、时间效率低等问题,而具有无损、高效、操作方便等优点的光谱分析技术可以弥补这些方法的不足。但采集的微/纳塑料光谱信号可能会受到环境样本中复杂成分的背景噪声干扰,亟需采用智能化手段提高分析的准确性和效率。机器学习具有强大的数据处理和自动化分析能力,准确性高、应用性广,适用于复杂光谱数据的分类和解析,将机器学习与光谱分析技术相结合有望成为微/纳塑料分析的可靠方法。首先对常用的机器学习辅助光谱分析技术进行综述,然后系统性地讨论了机器学习辅助光谱分析技术在微/纳塑料的环境赋存特征、环境行为和效应、生态毒理效应等研究中的应用,最后对该技术的发展前景进行了总结和展望。机器学习辅助光谱分析技术有望为环境中微/纳塑料的生态环境健康风险评估和污染防治提供重要数据支持。

基于MC-ICP-MS的稳定铜同位素分析在环境健康研究中的应用进展

铜(Cu)是人体内重要的微量金属元素之一,在许多生命过程中扮演着重要角色;同时,铜在人体内受到严格调控,其稳态与人体生理状态密切相关,许多疾病的发生往往伴随着铜代谢失衡的现象。通过监测铜稳态的细微变化,可以更精准地发现导致人体生理异常变化的因素,特别是环境因素对疾病发生及发展的影响。因此,稳定铜同位素分析在环境健康研究中具有广泛的应用前景。多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)是一种强大的同位素分析质谱方法,具有适用范围广、分析精度高等优点,有效促进了铜同位素分析的发展。本文综述了非传统稳定同位素分馏机理及基于MC-ICP-MS的铜同位素分析方法,总结了铜同位素分析在环境健康研究中的主要应用,并对其前景进行展望。

多介质环境样品中硅氧烷化合物分析方法研究进展

硅氧烷具有潜在的环境持久性、生物累积性和毒性等典型特征,已成为近年来国际上普遍关注的新污染物。因具有低表面张力、高热稳定性和出色的润滑性等特性,硅氧烷被广泛应用于日常生产生活,且其产量和消费量均呈逐年增长趋势。随着人类活动中该类化合物的大量消耗,目前已在各种环境介质、个人护理品、生物基质、硅胶产品以及食物等中频繁检出硅氧烷。同时硅氧烷在不同介质中还能转化成多种中间产物,因此逐渐引起了人们的重视。目前,针对硅氧烷化合物的分析方法复杂多样,该文对不同环境介质中样品的采集、前处理方法、硅氧烷的仪器分析方法、硅氧烷及其降解产物的非靶标筛查等内容进行了综述,并对采样及后续实验中需要解决的问题进行了阐述,以期对硅氧烷后续研究及前期样品分析方法等的选择提供参考。

环境样品库建设及其在新污染物研究中的作用

环境样品库(Environmental Specimen Banks,ESBs)是长期收集和高质量保存环境样品的基础设施,对于环境监测和新污染物研究具有重要意义。面对日益增长的新污染物,环境样品库建设可以有效地帮助新污染物研究的开展。该文综述了自20世纪60年代以来环境样品库的发展状况及其在新污染物研究中的作用。首先,在介绍全球典型环境样品库的基础上,分析了环境样品库管理系统(Environmental Specimen Bank Management Systems,ESBMSs)的主要功能和特点;其次,总结了环境样品库在新污染物研究中的作用,包括为新污染物研究提供环境样品基础以及对新污染物进行时空序列分析和环境行为研究;最后,结合环境样品库发展现状和新污染物分析技术,展望了环境样品库的发展趋势。

黑碳在环境中的赋存、时空分布及迁移转化特征

黑碳(black carbon,BC)作为典型的颗粒污染物,具有复杂的组成,能够对空气质量、生态环境甚至人体健康产生深远的影响.深入探究BC的赋存、分布特征和迁移转化过程,对深刻理解其对气候变化、大气污染控制、健康效应的影响具有重要意义.BC来源于自然和人为活动,并可在水-气-固三相间跨介质传输,增加了其溯源解析研究的难度.BC的时空分布受诸多种因素影响,包括地理、气象和排放源等,其研究极具挑战性.本综述分析了BC的源与汇,归纳了其在不同环境介质中赋存、时空分布特征及迁移转化,总结了其分布规律与关键影响因素,可为更好的理解“碳循环”及实施“双碳战略”提供基础理论支撑.

卤代多环芳烃研究进展:来源、毒性、环境概况和分析方法

卤代多环芳烃(HPAHs)是一类新型持久性有机污染物,具有生物蓄积性、持久性、远距离迁移性,主要于工业热过程中生成和释放。近年来,HPAHs在各类环境介质和多种重点工业的排放物中被广泛检出。HPAHs具有类二噁英的毒性、致癌性和DNA破坏作用,在一些环境介质中其对总毒性当量的贡献甚至高于二噁英类物质,对人体健康存在潜在风险,然而目前对HPAHs尚缺乏全面的了解。该文介绍了HPAHs的来源、毒性效应和环境分布,综述了其前处理方法以及气相色谱-质谱联用法、气相色谱-高分辨质谱联用法、气相色谱-三重四极杆质谱联用法等分析方法在HPAHs检测中的最新进展,以期为HPAHs的准确检测、溯源和治理提供参考。

典型炼油工业区及周边环境介质中苯系物健康风险评估

本研究考察了2021—2022年间典型炼油工业及周边区域大气和土壤样品中8种苯系物(BTEXs)(苯、甲苯、乙苯、对+间二甲苯、邻二甲苯、苯乙烯和异丙苯)的污染水平,进一步明确了炼油工业BTEXs污染特性、人体主要暴露途径,并进一步评估其健康风险.结果表明,炼油区大气和土壤样品中8种BTEX的平均浓度分别为49.2μg·m^(−3)和578.3 g·g^(−1),其中冶炼区和产品储存区BTEXs浓度水平明显高于原油储存区、办公区和周边居民区.呼吸吸入BTEXs暴露量比口服摄入高约一个数量级,表明BTEXs主要暴露途径为呼吸暴露.非致癌风险结果表明,炼油工业区BTEXs的非致癌风险值均小于安全水平(HI<1),说明不存在非致癌风险.另外,致癌风险评估结果表明,乙苯无明显致癌风险,可以忽略不计.苯的致癌风险均超过10^(−4),表明具有较高的致癌风险,需要引起一定的关注.

汞的环境光化学

作为一种全球污染物,汞在水体、底泥、土壤、大气等介质中以各种不同形态存在.各种汞形态具有不同的理化特性及毒性.汞形态的转化对于汞的迁移、毒性、食物链富集放大效应等具有重要影响.光照在汞的形态转化中起着重要作用,主要涉及光氧化、光还原、甲基汞的光降解以及无机汞的光化学甲基化等四个方面.本文对不同环境介质中汞的光化学转化过程研究进展进行了总结,并提出了以后研究重点的建议.

长江三角洲地区土壤环境质量与修复研究 Ⅱ.典型污染区农田生态系统中二噁英/呋喃(PCDD/Fs)的生物积累及其健康风险

对长江三角洲地区某典型污染区农田生态系统和部分农产品中多氯代二苯并二嘿英（PCDDs）／呋喃（PCDFs）的污染特征、生物富集及潜在健康风险进行了初步研究。结果表明，该地区局部农田土壤中PCDD／Fs含量及毒性当量平均达556 pg g^-1dw和TEQ 20．2 pg g^-1dw，已在不同农产品中明显积累，其中稻米中PCDD／Fs含量及毒性当量为50．7 pg g^-1dw和TEQ6．4 pg g^-1dw，蔬菜茎叶中为35．2 pg g^-1dw和TEQ6．7 pg g^-1dw；当地家禽鸡肉中PCDD／Fs含量及毒性当量为30．9 pg g^-1ww和TEQ5．7 pg g^-1ww。日允许摄入量（TDI）计算结果表明，经稻米-蔬菜、稻米-蔬菜-鱼腥草、稻米-蔬菜-鱼腥草-鸡肉三种暴露途径至人体的PCDD／Fs日摄入量分别为TEQ67．4、72．1、83．5Pg kg^-1d^-1，均远远超过世界卫生组织（WHO）制定的TDI标准（TEQ 1-4pg ks^-1d^-1）。该地区局部农田生态系统及部分农产品中存在二嘿英类（PCDD／Fs）污染，已构成较大的人体健康风险。