生物富集相关问题的探讨.doc

生物富集 范丽丽（浙江大学 农业与生物技术学院 农药与环境毒理研究所，浙江 杭州 310058） 摘要：生物富集作用的研究，在环境化学与生态毒理学领域已经占据很重要的地位，它对于预测物质在生物体内的含量、建立环境标准以及评估污染物的生态风险具有重要的意义。本文从生物富集的概念及度量指标、生物富集因子的估算、生物富集的机理与动力学模型以及生物富集的影响因素五个方面对生物富集的相关内容进行了阐述。并对目前研究的不足之处进行说明，提出了今后可能的研究方向。 关键词：生物富集；生物富集因子（BCF）；定量结构-活性关系；动力学模型；影响因素 近年来，随着人们对生活环境要求的不断提高，对环境安全的意识也不断增强。其中有机化合物等在生物体内的累积和富集不仅可能对生物自身带来不利影响，同时也可能通过食物链传递，对生态系统和人类健康造成潜在威胁。有机化学物质在不同生态系统中的含量，随食物链营养级的升高而增加，其富集系数在各营养级中均可达到很高的数值。处于食物链顶端的人类，便成为生物富集的最终受害者。 例如，农田中喷洒的农药通过地表径流或土壤的渗透，使许多水体中农药的浓度显著增加，通过水生生物的富集作用进一步危害人类的健康。有调查研究表明，1960年5月22日~6月2日，美国加利福尼亚东北部的图利湖和下克拉马斯保护区，由于水生生物体内DDT含量的显著增加，导致了食鱼鸟类的大量死亡。 因此，对环境中的有机化合物在生物体内吸收和富集作用的研究已成为环境化学与生态毒理学领域的一项重要内容。有关有机化合物生物富集作用的研究，在阐明物质在生态系统内的迁移和转化规律、评价和预测污染物进入生物体后可能造成的危害，以及利用生物体对环境进行监测和净化等方面，具有重要的意义。污染物是否沿着食物链积累，决定于以下三个条件：即污染物在环境中必须是比较稳定的，污染物必须是生物能够吸收的，污染物是不易被生物代谢过程中所分解的。BCF与正辛醇－ 水分配系数（Kow）、水溶解度（Sw）和吸附系数( Koc) 的各种经验关系式及分子拓扑法等[3]。其中拓扑指数法还具有所需参数是自化学品分子自身结构直接衍生出而不依赖实验测定的优点。 此外定量构效关系(QSAR)[5]也被引入研究有机物的生物富集因子，它是估算与预测BCF一种非常简单的方法。不仅是数据建模，显示变量间的数学关系；更重要的是模型的有效性和实用性。有效的用来估算生物因子所需数据。 2.1 拓扑指数 拓扑指数主要源于分子隐氢图的各种数学矩阵(如距离矩阵、邻接矩阵等)衍生出的揭示分子结构某种特征的描述相符。采用三类拓扑指数表征有机污染物分子结构，即由Randic M[6] 提出、后经Kier L B等[7]进一步发展的分子连接性指数（mXv）、Kier和Hall于1990年提出的基于原子电性特征的二维分子描述相符的电拓扑状态指数(ES)及1995年对ES予以进一步修正为针对分子中非氢原子类型的电拓扑状态指数，即原子类型电拓扑状态指数(electrotopological state index for atom typeof k , EIk,其中k 代表不同的原子类型)[6-8]。该指数已在有机物的定量构效关系研究中得到广泛应用, 但国内对其开发及应用较少。 2.2 定量结构-活性关系 有机化合物的生物富集模型预测常用定量结构-活性关系（Quantitative Structure Activity Relationship， QSAR）。QSAR是分子性质和生物活性即生物可利用率、毒性或生物富集之间一种定量的、通常是统计性的关系。分子性质包括对亲脂性、空间结构、分子体积以及反应活动等的量度。与生物富集关系最密切的分子性质就是正辛醇-水分配系数Kow。简单的Kow方法把生物体看成是一个用生物膜封裹着的乳化脂库，由此建立生物富集因子BCF与Kow之间的一定的定量关系[9]。 但是采用QSAR法预测BCF有一定的不足之处，它更多的基于经验和统计学，并且BCF值只反映生物富集达到稳态时的状态，具体的富集速率等都无法实现。因此需要更深入研究，由静态向动态转变，对其动力学进行研究。 3 生物富集的机理与模型 近年来，随着人们对环境的广泛关注，但有关生物富集的机理的研究仍不够明确，主要有主要有生物膜的透过机理、生物组织中化合物富集机理。而对于生物富集模型的研究较多，其中主要有疏水模型和鱼体富集动力学模型，已有不少相关人士通过实验得到证明，并为大家所接受。 3.1 生物富集的机理 生物富集的作用机理相当复杂，对其研究也尚有不足。其中主要有生物膜的透过机理和生物组织中化合物富集机理。 陈小霞等[10]关于藻类对微量元素的生物富集及其机理探讨中，对藻类对微量元素的生物富集做了详细的探讨，并指出，藻类生物富集微量元素的作