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随着全球工农业的高速发展,杀虫剂、杀菌剂、除草剂、硝基苯类、酚类、苯胺类等不同类型有机污染物的使用越来越广泛。这些有机物非常容易造成湖水、河水和近海水域的污染,进而使水生态环境恶化,对整个生态系统甚至人类健康造成严重的危害。农药等有机污染物的生态风险评价是近年来学术界关注的焦点之一。毒性是评价有机污染物生态风险的一个重要指标,其大小在一定程度上反映了有机物的环境安全性。目前,农药等有机物污染物对非靶标水生生物的毒性研究尚不完善,比如:农药等有机物对不同物种的种间毒性相关性、对不同非靶标生物毒性作用机理模式的差异性及其水质基准等方面研究尚存不足。针对以上存在的问题,本论文分别选取两栖生物、游泳生物和底栖生物、细胞和线粒体为研究目标,测定不同类型有机污染物对它们的急性毒性,从TOX21、ECOTOX、PAN等数据库和公开发表的文献中收集、筛选并整合了千余种化合物对蝌蚪、鱼类、霍甫水丝蚓、细胞和线粒体毒性的数据集(表示为log 1/LC50、log 1/IC50和log 1/AC50,mol/L)。探讨了蝌蚪-鱼、蝌蚪-霍甫水丝蚓、鱼-细胞毒性以及细胞-线粒体毒性的毒性相关性。应用毒性比率法（toxicity ratio,TR）,探讨农药等有机污染物对不同生物的毒性作用模式（modes of action,MOAs）。使用MOPAC、Algorithm Builder等计算软件计算化合物的分子描述符,通过定量结构-活性相关（quantitative structure-activity relationship,QSAR）模型,探讨了毒性与分子结构的相关性。通过建立化合物的急、慢性物种敏感度分布曲线,计算保护95%水生生物浓度（即,危害5%水生生物浓度,HC5）值,推导出部分农药的水质基准值。与此同时,研究新烟碱类杀虫剂对霍甫水丝蚓氧化应激效应的影响。通过量化毒理学终点,研究典型除草剂二甲戊灵对斑马鱼胚胎/幼鱼的亚致死效应机理。应用化学分析和生物分析相结合的方法,从急性毒性、生物富集和氧化应激效应三个层次上探讨农药等有机污染物的致毒机理。本研究中的毒性试验数据在一定程度上填补了化合物毒性数据的空白,为生态风险评估提供了数据和理论依据。本研究取得的主要研究结果如下:（1）研究23种化合物对中国林蛙蝌蚪和鱼之间的毒性发现,两物种毒性呈显著相关,毒性平均残差为0.29。17种化合物对林蛙蝌蚪和霍甫水丝蚓的毒性值具有显著相关性,但林蛙蝌蚪比霍甫水丝蚓更敏感。QSAR分析表明,蝌蚪的毒性与化合物的辛醇/水分配系数(log KOW)、最低空轨道能(ELUMO)和代表生物吸收潜力的氢键供体受体数量（NHDA）密切相关。根据Verhaar的分类方案,基线、弱惰性、一些反应性或特殊反应性化合物在林蛙蝌蚪和鱼类之间具有相同的作用模式。基线类化合物对林蛙蝌蚪和霍甫水丝蚓的毒性与化学疏水性呈线性相关,两个基线模型几乎是平行的,表明两物种之间具有相同的毒性作用模式。剩余毒性分析表明,对林蛙蝌蚪和霍甫水丝蚓来说,酚类和苯胺类表现为弱惰性化合物,氨基酚和间苯二酚可归类为反应性化合物,杀虫剂和杀菌剂可归类为特殊反应性化合物。（2）106种化合物对鱼类和细胞毒性的研究表明,鱼类和细胞毒性密切相关,鱼类毒性值略大于细胞毒性值。剩余毒性分析表明,杀虫剂、杀菌剂、除草剂、染料和用于治疗癌症、抑郁症、心力衰竭和血压的药物等化合物对细胞和鱼为特殊反应性化合物,在线粒体毒性中表现出较高的活性。但是对鱼类和细胞毒性中表现为弱惰性的化合物,却对线粒体表现出极大的毒性。QSAR分析表明,鱼或细胞毒性与化学疏水性、电离和最低空轨道能、氢键电势和稳定性密切相关。二项式模型表明,线粒体毒性与化学疏水性和极化率/偶极性密切相关,这说明生物吸收和范德华相互作用在线粒体毒性中起关键作用。不同类型化合物对鱼和细胞毒性具有相同的毒性作用模式,可以用细胞毒性替代鱼毒性评价不同类型有机污染的环境风险性。虽然大多数化合物对线粒体的毒性模式与对细胞和鱼相同,还不能用线粒体毒性数据来评价化合物对水生生物的毒性作用模式。（3）建立了甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂的急、慢性物种敏感度分布（SSD）曲线,并计算出急、慢性HC5值。吡唑醚菌酯、肟菌酯、醚菌酯和嘧菌酯的急性HC5值分别为0.96、14.14、44.93和96.21μg/L,慢性HC5值分别为0.29和2.78、12.81和3.52μg/L,该结果可淡水水质基准值的参考值。SSD分析表明,相比于水生植物,水生动物是相对敏感的物种。两种鱼类存在密切的种间毒性相关性,因为它们具有相似的生理结构和相同的作用模式。主成分分析表明,水溞和藻类与鱼类和两栖动物距离较远,醚菌酯与肟菌酯的毒性相近。QSAR分析表明,甲氧基丙烯酸酯类杀菌剂的毒性主要取决于疏水性和氢键碱度。（4）将受精后约6小时的斑马鱼胚胎暴露于对照溶液和1、2.5、5、和25μM二甲戊灵中,探究除草剂二甲戊灵对斑马鱼早期发育阶段的亚致死效应。量化了斑马鱼胚胎/幼鱼的死亡率、发育畸形、线粒体呼吸、活性氧、基因表达水平和运动活性等毒理学终点。暴露于25μM二甲戊灵4天,可导致斑马鱼脊柱弯曲、尾部畸形、心包水肿和卵黄囊水肿。暴露于5μM二甲戊灵7天,可导致心包水肿和脊柱前凸。在实验暴露中,尽管未观察到二甲戊灵对氧化呼吸和活性氧产生影响,但观察到与氧化呼吸和损伤相关的转录基因发生了改变,cox1的表达增加而cox5a1和sod2的表达减少。并且在较低浓度暴露时,幼鱼在黑暗中的运动活性降低。