大量的科学实验证明,混合物的生物毒性可能大于混合物中各单体的生物毒性之和,因此对于混合物的毒性预测及评价是环境毒理学的研究热点之一。目前用于混合物联合毒性的评价模型主要有联合作用指数法、剂量加和模型(DA)和独立作用模型(IA),但各个模型均有独自的特点和适用条件,难以纳入统一的模型体系。联合作用指数法多用于二元混合物联合作用评价,但具体模型的选择往往影响结论的一致性;DA和IA模型多用于混合物联合作用的评价而不是毒性的预测,但由于许多化学物质对生物体的作用机理尚不明确,DA和IA模型的选用还主要基于经验。为此很有必要在深入分析现有模型特点的基础上,通过理论和实验研究探索改进多元混合物毒性作用评价与预测方法的途径。在各种生物毒性测试方法中,发光细菌检测法具有分析周期短、操作简单易行、测试结果与利用鱼、原生动物等高等生物测试相吻合等优点,从而在环境样品的生物毒性检测中得到广泛采用,为此也是本研究拟采用的生物毒性测试方法。但是,发光细菌生物毒性检测的灵敏性和重现性往往受测试环境,尤其是测试菌悬液状态的影响,因此也有必要开展测试方法优化的研究。针对上述问题与需求,本论文在国家自然科学基金重点项目的资助下,首先开展了发光细菌生物毒性检测方法的优化研究,选择淡水发光细菌青海弧菌(Q67)作为测试菌,重点研究了Q67菌培养条件、生长阶段、菌密度对生物毒性测试的灵敏度、重现性的影响,确立了测试条件的控制方法。运用优化的Q67菌生物毒性检测法,针对一组典型的化学物质建立二元混合物体系,分析了毒性单位法(TU)的局限性,基于混合物联合作用定义,提出了改进的非线性TU’模型,并验证了TU’模型的实用性,建立了预测环境样品联合作用方式的计算方法;在分析单一化学物、二元和多元混合物的剂量反应关系特点的基础上,针对剂量加和作用预测的DA模型,提出了可判断DA模型适用性的特征参数,为混合物毒性评价及预测统一模型体系的建立奠定了基础。论文的主要工作和成果如下:(1)以提高发光细菌急性生物毒性测试灵敏度和重现性为目的,选择q67淡水发光细菌,研究了细菌培养时间和菌种储存时间对检测结果的影响。通过ph、相对发光值rlu、菌密度d600的同步检测,发现菌密度是影响生物毒性结果的主要因素。对q67菌的生长过程进行分析,发现对于不同储存时间的菌液,菌密度相同的q67菌悬液均处于对数生长期的同一阶段。对于包含重金属和有机物在内的5种已知化学物和3种工业废水,在控制d600=2.0的条件下毒性反应最灵敏(获得最大毒性检测值),且重现性良好,d600大于或小于2.0的条件下,毒性反应要么不灵敏,要么出现强烈的刺激发光现象。由此确立以d600=2.0作为菌液密度的控制指标,且用于后续的研究工作。(2)以混合物生物毒性的准确评价为目的,研究了混合物联合作用评价的改进方法。结合5种已知化学物q67急性毒性检测与分析,选择联合作用指数法的基础模型—毒性单位法(tu)对剂量效应曲线形状不同的物质构成的二元混合物进行联合作用评价,发现tu模型只适用于剂量效应关系接近于直线的物质的情况。基于混合物联合作用定义,选取毒性效应为基准,对tu模型进行改进,提出了非线性tu’模型),适用于多组分混合物的联合作用评价。结合一元、二元生物毒性结果及tu’模型对二元混合物联合作用的评价,建立了预测多元混合物联合作用方式的计算方法。结果表明:单一物质的剂量效应曲线反映了化学物质与q67之间的毒性作用模式,剂量效应曲线类型不同的物质之间易出现拮抗或协同作用;建立的预测混合物联合作用方式的计算方法可准确预测五元混合物毒性作用方式,是一种实用的混合物联合作用评价方法。(3)以剂量加和模型(da模型)适用范围的正确确定为目的,研究了模型的判别指标。结合5种已知化学物及其二元和多元混合物的q67急性毒性检测结果,分析了da和ia模型的适用范围,判明ia模型可较准确地预测混合物毒性,但da模型的预测结果偏差明显。对已知化学物的剂量效应曲线进行数学分析,发现相同毒性单位的物质的毒性效应的接近程度与计量效应曲线的特征参数k·ecx密切相关,只有当k·ecx值(ecx为抑制率为x%时的物质有效浓度,k为剂量效应方程导函数在浓度为ecx时的值)基本相同时,化学物质对生物体的毒性效应才接近,即化学物质可以在混合物中进行等毒性替代。实验数据和文献数据均证实了k·ecx作为判别指标的适用性。当混合物中含有k·ecx远大于其余组分的物质时,da模型会高估混合物的毒性,反之则会低估混合物的毒性。只有当混和物各组分的k·ECx差异不大时,DA模型才能对混合物的毒性做出准确的预测。本论文的研究成果有助于提高混合毒性评价与预测的准确性,具有重要的理论意义与应用价值。