第1章 绪 论

1.1 研究背景及目的意义

1.1.1 研究背景

环境激素是指环境中存在的一些能够像激素一样影响生物体内分泌功能的物质。内分泌系统,也称激素系统,是人和动物体内腺的总称,存在于所有的哺乳动物、鸟类、鱼类以及许多其他类型的生物中。内分泌系统由体内腺体、各腺体产生的激素、器官及组织中用于识别激素并产生反应的受体3部分组成。负责分泌各种激素以调节机体的生理功能,如情绪、生长和发育、组织功能和新陈代谢等。研究发现,一些外源性物质,能通过干扰生物体内激素的合成、分泌、运输、结合、反应或消除,从而影响内分泌系统的正常功能,我们称之为环境激素或者环境内分泌干扰物(endocrine disruptors)。环境激素是继温室效应、臭氧层破坏之后的全球第三大环境问题。其对内分泌系统的干扰有多个途径,一是类似内源激素,导致机体产生对刺激的过度反应(如生长激素导致肌肉物质的过度增加),或是在非正常的时间产生反应(如在不需要的时候产生胰岛素)；二是阻碍激素与受体结合后产生非正常反应；三是可直接刺激或抑制内分泌系统,导致激素的过度产生或产生不足。

目前据国外相关的报道：已被确认的环境激素为60～70种,除重金属镉、铅和汞等外,主要是有机化合物,包括农药、表面活性剂和增塑剂等。1996年美国国家环境保护局(U.S. Environmental Protection Agency,EPA)列出60种,1997年世界自然基金会(World Wide Fund for Nature,WWF)列出68种,1998年日本国立环境研究所(NIES)列出68种,其中农药43种。环境激素大多属脂溶性物质,化学性质稳定,不易降解,易通过食物链在生态系统内富集,环境中微量或痕量的雌激素类物质通过食物链三四个营养级的富集即可达到惊人的浓度而发挥其毒害作用。因此即使在很低浓度下环境激素也能影响动物和人类的正常生理活动。早在1968年和1970年,Bitman等就报道了环境外源性化合物(如DDT、PCBs等)的雌激素活性。进入20世纪80年代,环境激素对健康和生态系统的危害得到了科学家普遍的认同。近年来在实验室研究中已发现许多化合物会干扰动物内分泌系统,有充足的证据证明暴露于环境激素类物质中的鱼类和野生动物的发育和繁殖会受到负面影响。20世纪后期,人们首先发现一些鱼类的生殖器官始终不能发育成熟,雌雄同体率增多,雄性退化,种群退化。1999年4月,日本建设省公布一项调查结果,日本的7条河流中的雄鲤鱼有1/4雌性化。Heinz等证实,在20世纪80年代中期从Apopka湖获取的短嘴鳄的卵中,检测出毒杀芬、狄氏剂等环境激素农药的浓度很高。环境激素对鸟类的影响主要表现在性别比、性行为的改变,生长和代谢异常及卵壳变薄。1968～1978年对加利福尼亚圣巴巴拉西部捕获的856只海鸥进行解剖发现雌雄比例为0.26,而在密歇根湖东部,1978～1981年发现雌雄比例仅为0.006～0.01。

近半个世纪以来,随着人口的激增、工业化进程的加速和集约化农牧业的兴起,排放到环境中的环境激素量显著增多。虽然大多数环境污染物在高浓度时才会对生物构成损害,然而长期暴露于低剂量的环境激素中也会对人或动物产生严重负面影响。我国是农业大国,也是农药生产和使用大国,目前基本确定的环境激素类农药在我国均有生产和使用的历史。我国每年农药生产量约200万t(以有效成分计),从2007年起一直位居世界及时。可以预计,今后很长时期内,我国农药用量仍很大且将持续增加,农药施用后约80%直接进入环境,鉴于此背景情况,我国已面临严峻的环境激素污染危害。由于我国缺乏相应的检测方法及评价体系,没有相应的管理措施,因此一旦环境激素类农药进入环境对人类健康及生态系统将会造成巨大的危害影响。

Colborn等编写的Our Stolen Future一书揭露了环境中化学污染物的内分泌干扰效应,引起了广大公众及科学界对内分泌干扰物的广泛关注。1997年5月,来自8个国家的环境部长在美国的迈阿密市举行有关"儿童环境健康"的会谈。他们特别讨论了婴儿和儿童暴露于内分泌干扰物的健康问题,并建议各国对环境中存在的内分泌干扰物制定风险管理和污染预防策略。1998年,EPA启动"内分泌干扰物筛选项目",即EDSP项目,此项目利用有效的化合物筛选和测试方法来鉴定潜在的内分泌干扰物,确定副作用、剂量-反应、风险评估以及在现有法律内进行最终的风险管理,为内分泌干扰物提供筛测方法和管理决策。同年,经济合作与发展组织(OECD)也成立了专门的工作组以制定用于环境内分泌干扰物筛选测试的国际准则。1998年,日本环境省制定了"环境内分泌干扰物战略方案",并自1999年起,每年组织召开"内分泌干扰物国际研讨会",以引起全球科学家对内分泌干扰物研究的重视。与发达国家和国际组织相比,我国在此方面的研究相对落后,但目前也有一批学者正致力于内分泌干扰物的筛选、识别、鉴定、分析和风险评价等方面的研究。2007年,中国科学院申请并主持了我国环境内分泌干扰物研究方面首个863课题"环境内分泌干扰物的筛选与监控技术",标志着对内分泌干扰物的研究已经受到我国政府的高度重视。随后,国家环境保护部明确要求把研究环境内分泌干扰物安全性控制方法作为"十一五"(2006～2010年)期间环境科技工作的重点。《国家环境科技发展"十一五"计划纲要》里写道："开展已知POPS以及环境内分泌干扰物类环境污染物对不同类群、不同种群、不同生活史阶段的生物以及不同个体/组织/细胞/分子等水平的影响研究,建立相应的监测方法及实验方法"。

目前我国对环境激素效应快速筛选方法的研究还处于摸索阶段,方法标准化程度不够,与国际水平存在很大差距,同时也缺乏系统的评价体系。对我国现有环境激素污染状况缺乏基础数据,流行病学调查资料匮乏。我国对环境激素的识别、检测、毒性和危害等方面的研究均较为薄弱,风险评估及管理尚未系统的开展,相关控制政策也有待出台。

1.1.2 目的意义

由于农药的大量生产和使用,环境激素类农药广泛地存在于自然环境中,其内分泌干扰活力强,对生物体的危害大。因此,环境激素类农药的识别检测与风险评价已经成为学术界和社会关注的热点。本研究依托2009年度公益性科研专项经费环保项目"环境激素类农药识别方法与风险评价技术研究",以水生生物鱼类作为检测生物,以环境中主要的环境激素类农药为主要研究对象,结合发育学、病理学、分子生物学等研究手段建立水生生物鱼类内分泌干扰物筛选识别方法,并开展内分泌干扰物酵母双杂交法研究。以期为环境激素类农药的检测探索一种灵敏、便捷的筛检生物分析技术,此外,开展环境激素类农药生态风险评价研究、建立环境激素类农药生态风险评价技术；开展环境激素类农药优先可筛选研究,初步建立优先控制,为我国今后深入开展雌激素环境管理工作提供可行的技术手段。

1.2 研 究 内 容

1.2.1 发达国家及国际组织环境激素研究现状分析

研究美国、OECD、日本、欧盟等发达国家及国际组织在环境激素领域的近期研究成果及研究动态。具体研究内容为各个国家正在进行的试验方法、制定的各类标准和导则、近期研究报告等。分析比较各国所采用试验方法的优缺点及可行性；研究各国标准、导则的制定依据；为我国环境激素试验方法的建立以及相关管理政策的出台提供借鉴和参考依据。

1.2.2 环境激素类农药快速筛选方法研究

研究建立环境激素类农药快速筛选方法,明确各方法的测试指标及环境激素效应反应终点,从中选取1或2种作为推荐的快速筛选方法。进行研究的方法包括鱼类21天短期繁殖测试方法、酵母双杂交法等。

1.2.3 鱼类两代生命周期试验测试方法研究

选择具有环境激素效应的受试物作为研究对象,通过P代至F2代染毒处理,明确各生命周期及世代的反应终点变化指标,明确剂量-效应关系,建立鱼类两代生命周期繁殖试验方法。

1.2.4 环境激素类农药生态风险评价研究

借鉴美国、OECD、欧盟、日本等国或组织的生态风险评价程序,运用各国在环境激素类农药风险评价研究领域的近期研究成果,包括风险评估成果、效应评估成果及风险管理措施等,并结合我国环境激素类农药污染现状及环境管理需求,建立我国环境激素类农药生态风险评价程序,建立符合环境激素类农药风险评价的具体方法。初步建立优先控制环境激素类农药名单。

1.3 技 术 路 线

本书研究内容的技术路线图如图1-1所示。

图1-1 技术路线图

第2章 国内外环境激素研究现状分析

环境激素(environmental endocrine disrupting chemicals,EDCs、EEDCs或EDs,又称环境内分泌干扰物)以其高脂溶性、持久性、富集性和对内分泌系统显著的干扰性成为国内外环境管理和相关研究关注的焦点。

欧盟、美国、日本等发达国家和地区早在20世纪90年代均已启动环境激素的系统研究,目前已建立相对完善的环境激素管理体系。这些管理体系一般由政策法规、环境激素优先名录和环境激素筛选与测试技术构成,有效地将环境激素的源头控制方针和方法渗透到已有的环境保护法规中。目前各个国家或地区已识别的环境激素有67～194种,其中相当一部分属于农药活性成分、惰性成分及代谢产物。在这些发达国家或地区,农药注册者、生产者及惰性化学品(农药组分)进口者根据相应的环境激素类物质筛选方法进行环境激素效应测试并提交测试结果,主管部门根据测试结果对该农药的销售或流通予以准许、禁止或惩罚。在对环境激素的风险评估研究方面,发达国家或地区的框架一般包括剂量-效应模型研究、暴露评价和风险评估三个方面,同时在界定高关注化学物质作为筛选范围的前提下根据物质信息的完善程度进行环境激素分级、分阶段评价。在这一评估过程中,这些国家和地区的环境激素检测技术不断进步、环境激素名录日臻完善。

而我国作为农药生产和使用大国,针对环境激素类农药的监管体系尚未确立,致使许多列入发达国家EDCs黑名单的农药品种仍毫无防范地在我国生产使用,国内环境中EDCs总量仍在持续增加,居民健康及生态环境安全受到潜在威胁。此外,相对于国外比较先进、成熟的EDCs筛选体系和检测技术,我国目前对EDCs的识别、检测、毒性、暴露评估和风险评价尚处于起步阶段,缺少系统性的研究框架、技术基础薄弱。因此,借鉴国外EDCs管理及研究策略,在制定我国EDCs环境管理法规的基础上,开展EDCs污染现状调查,系统设计并开展EDCs风险评估办法研究,建立我国EDCs优先监管名录,促进EDCs风险管理及早纳入常规环境监管范围之内。

2.1 美国的环境内分泌干扰物筛选计划(EDSP)研究

美国对环境激素类物质管理的法规主要是《联邦食品、药品和化妆品法案》(Federal Food,Drug and Cosmetic Act,FFDCA,408(p))和《安全饮水法》(Safety Drinking Water act,SDWA,1457)。FFDCA管理对象为所有农药活性成分及惰性组分；《安全饮水法》的管理对象包括工业化学品、农药、药物及个人护理产品、去污剂的组分等可能影响饮用水安全的物质。在这两部法规的授权下,EPA制定了一套环境激素类物质筛选方法,并要求农药注册者、生产者及惰性化学品(农药组分)进口者根据该方法进行环境激素效应测试,并将测试结果在限定日期内递交EPA。若农药注册者、生产者及惰性化学品(农药组分)进口者违反该规定,EPA将通知其停止售卖或流通。在收到信息通知后30天内,当事人可要求进行听证裁决,EPA根据听证会结果做出最终判定。在收到信息通知后30天若未及时补交相关物质信息,EPA将终止该物质的售卖和流通并处以每天2.5万美元的罚款。此外,《有毒物质法(TSCA)》和FIFRA(联邦杀虫剂、杀菌剂和杀鼠剂法)也规定当EPA发现某物质具有一定风险或暴露可能时,有权要求对该物质危害性进行测试,包括环境雌激素效应的相关风险。

根据《联邦食品、药品和化妆品法案》(FFDCA)408(p)(5),EPA于2009年4月15日指令,要求农药注册者、生产者及惰性化学品(农药组分

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