适用于土壤POPs污染风险预测和诊断生物标记物的筛选和评价模型的建立

土壤持久性有机污染物（POPs）对人类生存环境多个层面上产生不良胁迫。为了有效地利用生物标记物作为污染物暴露和毒性效应的早期预警指标，建立一种简单、快速、准确的土壤污染监测预警体系，本项目以土壤动物蚯蚓为研究对象，采用蛋白质组学分析技术双相凝胶电泳结合基质辅助激光解析电离飞行质谱(MALDI-TOF-MS)，通过比较分析不同污染程度土壤中生长的动物其表皮组织细胞内蛋白质的表达差异，对差异表达的蛋白质进行鉴定与定量，筛选与生态毒性有关的生物标记物，然后再通过分析各种污染物在不同暴露条件下表皮组织细胞的蛋白质图谱，运用主成分分析和聚类分析等统计方法，建立分型预测评价模型，并将野外采样分析数据对模型进行分析与校正，以确定该模型对单一和复合污染土壤生态毒性的预测和诊断价值。本研究以杭州湾、钱塘江流域为例，研究结果将为污染土壤生态毒性的早期诊断与污染土壤生态修复效果的评价提供理论依据和技术支持。

本研究采用蛋白质组学分析技术筛选POPs污染土壤生物标记物。项目按计划进行并取得了预期成果。以土壤动物蚯蚓为研究对象，以表皮及肠道粘膜上皮细胞超微结构及溶酶体膜的稳定性作为亚细胞水平的生物标志物，实时荧光定量PCR技术研究环境响应基因mRNA表达丰度，同时采用蛋白质组学技术分析不同污染程度土壤中蛋白质的表达差异，对差异表达的蛋白质进行鉴定与定量，筛选与生物毒性有关的生物标记物，通过建立蛋白质表达图谱，运用主成分分析和聚类分析等统计方法，建立了分型预测评价模型。.① 土壤无脊椎动物的慢性毒性试验及生物标志物的筛选.探讨了不同剂量不同暴露时间菲(Phe)和芘(Pyr)单一及复合污染胁迫对蚯蚓生物转移酶类、抗氧化酶类、某些环境响应基因的表达丰度，表皮及肠道粘膜上皮细胞超微结构等的影响，确定了敏感生物标志物指标及敏感靶组织位点。然后再采用蛋白质组学分析技术双相凝胶电泳结合基质辅助激光解析电离飞行质谱，通过比较分析不同污染程度土壤(菲和芘单一及复合污染)中生长的蚯蚓其表皮组织细胞蛋白质的表达差异，对差异表达的蛋白质进行鉴定与定量，筛选出243个有意义差异蛋白点，结合表达丰度分析和肽质量指纹谱分析质谱鉴定，确定出可表征菲污染生态毒性的蛋白31种，可表征芘污染生态毒性的蛋白21种，可表征菲和芘复合污染生态毒性的蛋白79种。这些蛋白可确定为低浓度菲芘污染的土壤生物标志物，用于生态毒性的早期诊断和生态风险评估。.② 建立土壤生态毒性的分型预测模型.在上述研究结果的基础上，结合分析菲(Phe)和芘(Pyr)在不同暴露条件下土壤无脊椎动物表皮组织细胞的蛋白质图谱，采用典范相关分析等方法，建立了分型预测模型。然后将野外采样分析数据对模型进行分析与校正，确定了该模型对单一及复合污染土壤生态毒性的预测和诊断价值。.③ 生物标志物与土壤生态毒性相关关系现场研究.在筛选获得生物标志物的基础上，以室外采样分析为主，采集不同暴露条件下的土壤无脊椎动物样品，分析其表皮组织细胞的蛋白质图谱，研究蛋白质图谱的特征及其与土壤中污染物的种类与含量的关系，并将野外观察结果对土壤生态毒性的分型预测模型加以验证。在台州路桥、黄岩和椒江选择了3个典型污染区域建立了POPs污染土壤生物毒性野外监测实验站，进行了实验室系统放大研究，在此基础上启动了POPs污染土壤生物毒性诊断和联合生物修复效果评价的工作。