預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法，包括以下步驟：采用偏最小二乘方法構(gòu)建QSAR模型，根據(jù)QSAR模型得到有機(jī)污染物的消除速率。本發(fā)明的模型應(yīng)用域明確，具有良好的擬合效果、穩(wěn)健性和預(yù)測能力。在獲得化合物分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，僅通過計(jì)算表征結(jié)構(gòu)特征的描述符，應(yīng)用所建QSAR模型，即能快速高效預(yù)測POPs在貽貝體內(nèi)的消除速率，其成本低廉，簡便快捷，節(jié)省測試所需的大量人力費(fèi)用和時(shí)間，為持久性有機(jī)污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理提供重要的數(shù)據(jù)支持，具有重要意義。
【專利說明】預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過建立定量構(gòu)效關(guān)系模型(QSAR)預(yù)測持久性有機(jī)污染物在貽貝(Elliptio compIanata)體內(nèi)消除速率的方法,屬于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的定量結(jié)構(gòu)與活性關(guān)系【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]多環(huán)芳烴(PAHs)、多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)和多氯聯(lián)苯(PCBs)是典型的持久性有機(jī)污染物(POPs)，具有持久性、生物積累性和三致效應(yīng)。貽貝作為一類世界性分布的沿岸底棲雙殼類海洋動(dòng)物，已被廣地用于海洋污染的生物監(jiān)測中。貽貝具備了作為指示生物的4個(gè)基本條件:地理分布廣、是沿海和河口海區(qū)的優(yōu)勢種、生物體能累積污染物、能對(duì)多種環(huán)境污染物產(chǎn)生響應(yīng)。此外，對(duì)貽貝的基礎(chǔ)生物學(xué)特點(diǎn)研究已較透徹，因而將貽貝作為海洋污染監(jiān)測的指示生物已普遍被人們接受。貽貝分布廣泛，可生物富集POPs，目前已在大連灣、膠州灣、鴨兒湖及珠三角地區(qū)的貽貝體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了 PAHs、PBDEs和PCBs。消除速率(kd)是一個(gè)重要的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，可用于估計(jì)污染物被貽貝的攝取速率和污染物在貽貝體內(nèi)的生物富集因子。
[0003]實(shí)驗(yàn)測定是目前獲得化合物kd值的主要途徑。但是由于現(xiàn)有化學(xué)品數(shù)量已超過14萬種，據(jù)歐盟于2007年6月開始全面實(shí)施的化學(xué)品管理新法規(guī)《化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、授權(quán)和限制法規(guī)》(Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals,簡稱REACH法規(guī))”估算，每一種化學(xué)物質(zhì)的基本檢測費(fèi)用約需8.5萬歐元(不含長期環(huán)境影響的評(píng)估費(fèi)用)，每一新物質(zhì)全面檢測費(fèi)用約需57萬歐元，這意味著如果對(duì)每種化學(xué)品都開展實(shí)驗(yàn)測定，將會(huì)帶來巨額的財(cái)政開支。進(jìn)行全面的實(shí)驗(yàn)測試，也不符合化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)管理中的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理的“3R原則”，即:減少(Reduce)試驗(yàn)動(dòng)物的個(gè)數(shù)、改進(jìn)(Refine)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的方法、替代Oteplace)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的模型。目前，“3R原則”逐漸被歐美各國的研究機(jī)構(gòu)所采納，并在美國、英國、法國乃至整個(gè)歐洲的一些立法和政府規(guī)章中得以明確。因此，如果全部通過試驗(yàn)測試獲得所有相關(guān)信息，不但存在測試費(fèi)用昂貴和動(dòng)物倫理方面的問題，而且有的化學(xué)品的標(biāo)樣難以獲得，在時(shí)間上是滯后的，難以滿足有機(jī)化學(xué)品生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和監(jiān)管的數(shù)據(jù)需求。因此，通過定量結(jié)構(gòu)活性關(guān)系(QSAR)方法發(fā)展一種能夠快速高效獲取有機(jī)污染物生物消除速率的模型具有重要的應(yīng)用意義。
[0004]QSAR是指關(guān)聯(lián)有機(jī)污染物的分子結(jié)構(gòu)與其理化性質(zhì)、環(huán)境行為和毒理學(xué)參數(shù)(統(tǒng)稱為活性)的定量預(yù)測模型，能夠反映和揭示有機(jī)污染物的分子結(jié)構(gòu)與其環(huán)境行為和毒理效應(yīng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，比試驗(yàn)測試更快、更廉價(jià)，該方法已經(jīng)在有機(jī)污染物的環(huán)境光化學(xué)行為、光致毒性參數(shù)、環(huán)境分配參數(shù)和生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)等方面得以應(yīng)用。因此，化合物的生物消除速率QSAR模型的建立，相對(duì)于基于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法來確定kd數(shù)值，更有利于快捷高效的評(píng)價(jià)化學(xué)品的生物富集能力及進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
[0005]經(jīng)濟(jì)合作和發(fā)展組織(0E⑶)圍繞化學(xué)品的安全性問題，開展了 QSAR技術(shù)的應(yīng)用研究。2004年，為規(guī)范QSAR技術(shù)的應(yīng)用，OE⑶提出了 QSAR模型構(gòu)建和應(yīng)用導(dǎo)則。該導(dǎo)則要求建立的QSAR應(yīng)滿足如下標(biāo)準(zhǔn):①針對(duì)明確定義的環(huán)境指標(biāo)；②具有清晰和明確的數(shù)學(xué)算法定義了模型的應(yīng)用域；④模型具有適當(dāng)?shù)臄M合度、穩(wěn)定性和預(yù)測能力；⑤最好能夠進(jìn)行機(jī)理解釋。2007年，OE⑶發(fā)布了關(guān)于確認(rèn)和驗(yàn)證QSAR模型的指導(dǎo)文件。
[0006]目前，已有許多研究者應(yīng)用QSAR方法建立了有機(jī)污染物生物消除速率kd的預(yù)測模型。如文獻(xiàn)“QSAR&Combinatorial Science.2011, 28:537 - 541”基于量子化學(xué)描述符和偏最小二乘(PLS)方法，建立了 PAHs在貽貝(Elliptio complanata)體內(nèi)kJAQSAR模型。模型具有較好的穩(wěn)健性，但僅適用于單一結(jié)構(gòu)類型化合物(多環(huán)芳烴化合物)，即模型應(yīng)用域小。文獻(xiàn)“Archives of Environment Contamination and Toxicology.2004，47:74 - 83，，基于1gKw值構(gòu)建了 PCBs的kd值模型，但模型過于簡單，沒有考慮作用機(jī)理和性能評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)“Chemosphere.2007，69:362 - 370”建立了 8 個(gè) PBDEs 和 5 個(gè) PCBs 在貽貝體內(nèi) kd 值與K0ff值的QSAR模型，但訓(xùn)練集化合物的數(shù)目太少，也沒有對(duì)模型的機(jī)理解釋。文獻(xiàn)“Sciencein China, Series B Chemistry.2009，52:1281 - 1286”基于 PLS 和理論分子描述符建立了kd的QSAR模型，但沒有對(duì)模型的應(yīng)用域進(jìn)行表征。因此有必要建立一個(gè)涵蓋多種類化合物，并且模型結(jié)構(gòu)簡單、預(yù)測規(guī)則透明、易于理解和實(shí)際應(yīng)用的QSAR模型，同時(shí)按照OECD導(dǎo)則對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)用域表征和機(jī)理解釋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)上述技術(shù)不足，本發(fā)明的目的是發(fā)展一種簡潔、快捷、高效預(yù)測持久性有機(jī)污染物在貽貝體內(nèi)消除速率的方法。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法，包括以下步驟:通過采用偏最小二乘方法構(gòu)建的QSAR模型得到有機(jī)污染物的消除速率。
[0009]所述QSAR模型為
[0010]
1gAtl= 1.34x10'' —1.07 x 103ω - 4.86χ I Q^polar - 7.65 χ IO K —4.31><10.\
[0011]其中，kd為有機(jī)污染物的消除速率，ω表示分子親電性指數(shù)，polar表示平均分子極化率；表示分子表面上負(fù)靜電勢的平均值；τ表示分子表面靜電勢的平衡參數(shù)。
[0012]所述分子親電性指數(shù)通過以下公式得到
[0013]
【權(quán)利要求】
1.預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法，其特征在于包括以下步驟:通過采用偏最小二乘方法構(gòu)建的QSAR模型得到有機(jī)污染物的消除速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法，其特征在于:所述QSAR模型為

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法，其特征在于:所述分子親電性指數(shù)通過以下公式得到
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法，其特征在于:所述分子表面上負(fù)靜電勢的平均值通過以下公式得到
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法，其特征在于:所述分子表面靜電勢的平衡參數(shù)通過以下公式得到
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測海岸帶持久性有機(jī)污染物消除速率的方法，其特征在于:所述有機(jī)污染物包括多環(huán)芳烴、多溴聯(lián)苯醚、多氯聯(lián)苯。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103714220SQ201410006551
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】李斐, 吳惠豐, 曹璐璐, 趙建民 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所