有机污染物作为有机化工的基本原料,是环境中的一类重要污染物,广泛应用于工业生产,在自然界中被广泛检出,毒性较大,严重污染了河流、湖泊、海洋以及地下水等生态系统。进入土壤和水环境的污染物质,可通过食物链,在动植物的组织里积累和富集;进入生物生殖细胞的污染物质,会对机体的遗传物质造成改变,甚至破坏生物的遗传功能。因此,研究有机污染物对大鼠的急性毒性作用及微生物对有机污染物的生物降解性,有助于我们对其进行生态风险评价,是目前世界各国非常关注的问题。近年来,有机污染物对水生生物的毒性作用机制已有系统研究,但对哺乳动物毒性作用机制的研究却少有文献报道,多数研究还停留在同系物的层面上,而没有对不同结构的有机污染物进行系统研究,致使有机污染物对哺乳动物的基线毒性、弱惰性毒性及反应性毒性作用机制尚不明确,在有机污染物对水生生物与哺乳动物毒性作用机制的异同方面也没有系统阐述,在有机污染物生物降解性方面,还没有一个较好的模型来预测有机污染物的生物降解性,对生物降解性与结构的关系方面还没有进行系统的研究。本论文在总结大量文献工作的基础上,以大量的工业有机污染物为研究对象,应用结构碎片法建立了有机污染物的结构与毒性及生物降解性间的定量构效关系模型,计算有机污染物官能团的毒性贡献值,探索有机污染物对哺乳动物的毒性作用机制,预测有机污染物的生物降解性及其代谢途径及降解作用机理。本论文的主要研究结果概括如下:(1)以1588种脂肪烃化合物为研究对象,探索有机污染物对大鼠的基线毒性。结果表明,同系物对大鼠的毒性值接近一个常数,在较窄的范围内波动。通过计算化合物官能团的毒性贡献值,发现烷烃化合物的毒性最低,因此判定烷烃类化合物是有机污染物对大鼠的基线毒性化合物。通过研究有机污染物的结构与对大鼠的毒性关系发现,大鼠的毒性效应与有机污染物的结构紧密相关,化学结构上的微小变化可以导致不同的毒性效应,然而,这一情况并没有表现在鱼的毒性中,这是因为在鱼的毒性中,用于区分过剩毒性的参考阈值(例如,log TR=1)设置较高。为了进一步探讨有机污染物对不同生物的毒性机理,通过肠道吸收率和生物富集因子分别计算了化合物在大鼠和鱼体内的临界浓度值(CBR),结果表明,多数脂肪烃化合物在鱼体和大鼠体内的临界浓度值较为接近,说明这些脂肪烃类化合物可能在两物种间具有相同的毒性作用模式。(2)以1255种芳香烃工业化合物为研究对象,探索了大鼠的急性毒性值(log1/LD50)与有机物结构碎片的相关性。通过回归分析计算出芳香烃化合物官能团的毒性贡献值,并与脂肪烃化合物的毒性贡献值进行比较,结果表明,一些官能团取代在芳香烃化合物和脂肪烃化合物中具有相似的毒性贡献值,而另一些官能团的毒性贡献值则不同,多种取代基团在脂肪烃化合物上没有毒性相加作用,但是在芳香烃化合物中则有相加作用。为了探索大鼠的毒性作用机制,研究了基线毒性和弱惰性化合物剩余毒性比率(TR值)的分布,并选用log TR值0.3和0.5为参考阈值,对大鼠的基线毒性化合物、弱惰性毒性化合物和反应性毒性化合物进行划分,结果表明,在鱼的毒性中一些被认定为基线毒性的化合物,对大鼠毒性同样也被预测为基线化合物。另一方面,除了苯酚和苯胺在鱼和大鼠的毒性中都被认定为弱惰性化合物以外,含有醚基,腈基,单硝基(取代在苯酚上),异氰酸基和氯等取代官能团的芳香烃化合物,在大鼠毒性中也被预测为弱惰性化合物。在鱼的毒性中被定义为具有反应性的化合物,对大鼠的毒性作用也较强,这些化合物可以通过亲核取代、酰基化和形成Shiff碱等反应与生物大分子间形成共价键。通过肠道吸收率和生物富集因子计算化合物的体内临界浓度值(CBR)表明,一些化合物在大鼠与鱼的毒性中CBR值很接近,说明这些化合物在两物种间可能具有相似的毒性作用机制。(3)研究了1130种化合物的生物需氧量(%BOD)与分子描述符和结构碎片间的线性和非线性关系。结果表明,一些同系物的生物需氧量%BOD值与分子描述符间具有显著性相关,其中,电性参数,例如:最高电子占据轨道能EHOMO和最低电子占据轨道能ELUMO,是一些同系物生物降解性的主要影响参数,其他参数,例如:分子质量,酸性解离常数和分子极性也对化合物的生物降解性具有显著性影响。而整体化合物分子结构参数与%BOD没有显著的相关性。根据碎片法研究%BOD表明,基于155种链式碎片建立的预测%BOD的模型为最佳的预测模型。同时,基于一级生物降解动力学过程,探索了%BOD值与分子描述符及结构碎片间的理论关系,发现%BOD值与分子描述符及结构碎片间属于非线性关系,而不是线性关系。对一些同系物和所有数据而言,应用非线性模型得出的相关系数要高于线性模型的相关系数。此外,应用23种描述符和碎片法对1130种可降解性和不可降解性的化合物进行分析,发现化合物的生物降解性可以用链式碎片模型及决策树模型很好的预测%BOD,在此基础上分析了活性和非活性结构碎片对生物降解性的影响及其代谢途径和降解机理。