环境水体中化学污染物复杂多样,其长期的低浓度暴露对人类及生态健康构成巨大威胁。识别化学污染物和环境污染水体的生物毒性对正确评估其健康与生态风险具有重大意义,但是传统的毒性测试存在测试通量低、耗时长、成本高以及动物伦理问题,已经不能满足化学物质毒性测试的需求。尽管斑马鱼胚胎测试是可以实现高通量测试的脊椎动物测试模型,在毒性评估中应用广泛,但存在毒性终点单一(个体水平的急性毒性),灵敏度低(高暴露浓度)等缺陷,不能准确识别环境污染物的毒性效应。随着组学技术的发展,毒理基因组学可有效提取毒害化学物质致毒过程中干扰生物学通路的信息。这些机制信息可用于对单物质或复合污染物生物毒性的识别和预测。为准确评估的化学污染物和不同环境水体的生物毒性,本研究将斑马鱼胚胎形态学观察(HCT)、斑马鱼行为分析(PMR)及斑马鱼简化转录组测试(RZT)整合构建了斑马鱼胚胎集成测试,利用该集成测试化学污染物和不同环境水体进行毒性测试。首先,选取水体中普遍检出的环境污染物双酚A、丙环唑、磷酸三苯酯及三氯生为研究对象,进行斑马鱼胚胎集成测试。通过与已有毒性数据的比较,评估该集成测试技术的可靠性、灵敏度及污染物的区分能力。其次,本研究选取长江中下游4种不同环境水体,包括城市河流、水产养殖水域、农耕活动水域及化工园区污水处理厂,利用斑马鱼胚胎毒性测试对这4种环境水体进行评价,并结合水质监测和化学分析等监测结果,对污染物和毒性的相关性进行探讨;最后,将该集成测试技术应用于效应导向分析的生物测试部分,识别环境样品不同组分的主要毒性及其毒性贡献最大的组分,并尝试利用生物毒性信息结合非靶向化学分析给出关键化学品清单。主要的研究结果总结如下:(1)通过与现有文献报道的毒性数据比较,验证了 HCT、PMR与RZT三种测试对环境污染物毒性评估的准确性。HCT能够评价化学品暴露对斑马鱼胚胎在个体水平上的影响,如致死及畸形指标;PMR对有神经活性的化学品有较好的识别能力;但HCT及PMR无法区分不同作用类型的化学品。斑马鱼胚胎集成测试结果表明,RZT能够获得早期的敏感生物学通路信息,通过与HCT、PMR测试得到的表型毒性终点锚定,分析生物学通路变化及相关过程以区分不同化学品作用模式。(2)常规水质监测结果显示长江中下游环境水体中总氮污染均较为严重,其中污水处理厂水体有机污染较其他更严重,城市河流水体的氨氮及总磷含量高且溶氧含量低;农耕活动区域水域的溶解氧含量较低;水产养殖区比其他水体水质较好。斑马鱼形态学观察结果显示来自污水处理厂的水样具有较大的胚胎发育毒性,PMR测试结果表明9#(污水处理厂1)样品有致畸效应与神经毒性,36#(污水处理厂2)样品具有致死、致畸及神经毒性,38#(污水处理厂3)样品具有致死与致畸毒性;RZT测试结果显示36#中的低浓度暴露差异表达基因主要rps11、prpf40a、mad211、snrpd1、rap1aa、rps4x 等,样品中内分泌干扰类及神经毒性类化学污染物可能通过影响生物体内的细胞分裂、神经系统及组织器官发育、细胞代谢、信号传导及卵母细胞分裂等过程导致其发育异常。同时化学分析检测到大量具有神经毒性且浓度较高的化学污染物,如杀虫剂吡虫琳及其代谢产物(吡虫啉-胍与吡虫啉-尿素)、避蚊胺、磷酸三(1,3-二氯异丙基)和磷酸三(2-氯乙基)酯,这些物质可能造成了斑马鱼行为异常。以上结果表明斑马鱼胚胎集成测试能够较好区分不同类型环境水体,识别其生物毒性,为正确评估环境水体提供技术支撑。(3)利用斑马鱼胚胎集成测试对36#样品4个分级样品(F1、F2、F3及F4)及其重新合并的总组分(36#re)样品进行毒性测试。HCT结果表明,仅有F2样品暴露后斑马鱼幼鱼出现心包囊肿的致畸效应(LOEC=10x),其它样品对斑马鱼无致死和致畸效应。PMR结果表明,36#re、F1、及F2样品均可以引起斑马鱼幼鱼在黑暗刺激条件下的过度活跃行为,其LOEC分别为5x、5x和1x。RZT测试结果表明,F2样品得到的转录组信息与36#样品相似性高,而且与其他样品的转录组响应相比,毒性潜力最大,其主要涉及的生物学通路有神经系统及组织器官发育、氧化应激、内分泌系统及细胞代谢等生物学过程相关通路。综合斑马鱼胚胎集成测试结果,F2组分为主要的致毒组分。本研究结果表明,斑马鱼胚胎集成测试准确性好,敏感性高,能够获得全面的毒性信息识别不同作用模式的环境污染物;斑马鱼胚胎集成测试能够较好区分不同类型环境水体,识别其生物毒性;结合分级分离技术,利用斑马鱼胚胎集成测试能够找到毒性贡献最大的组分,为后续化学分析提供数据支撑。斑马鱼胚胎集成测试技术可以为正确评估环境水体提供技术支撑,在环境水体毒性识别与生态风险评价中有较好的应用前景。