预测海岸带持久性有机污染物消除速率的方法技术

本发明专利技术涉及预测海岸带持久性有机污染物消除速率的方法，包括以下步骤：采用偏最小二乘方法构建QSAR模型，根据QSAR模型得到有机污染物的消除速率。本发明专利技术的模型应用域明确，具有良好的拟合效果、稳健性和预测能力。在获得化合物分子结构的基础上，仅通过计算表征结构特征的描述符，应用所建QSAR模型，即能快速高效预测POPs在贻贝体内的消除速率，其成本低廉，简便快捷，节省测试所需的大量人力费用和时间，为持久性有机污染物的生态风险评价和管理提供重要的数据支持，具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
预测海岸带持久性有机污染物消除速率的方法
本专利技术涉及一种通过建立定量构效关系模型(QSAR)预测持久性有机污染物在贻贝(Elliptiocomplanata)体内消除速率的方法，属于生态风险评价的定量结构与活性关系

技术介绍
多环芳烃(PAHs)、多溴联苯醚(PBDEs)和多氯联苯(PCBs)是典型的持久性有机污染物(POPs)，具有持久性、生物积累性和三致效应。贻贝作为一类世界性分布的沿岸底栖双壳类海洋动物，已被广地用于海洋污染的生物监测中。贻贝具备了作为指示生物的4个基本条件：地理分布广、是沿海和河口海区的优势种、生物体能累积污染物、能对多种环境污染物产生响应。此外，对贻贝的基础生物学特点研究已较透彻，因而将贻贝作为海洋污染监测的指示生物已普遍被人们接受。贻贝分布广泛，可生物富集POPs，目前已在大连湾、胶州湾、鸭儿湖及珠三角地区的贻贝体内发现了PAHs、PBDEs和PCBs。消除速率(kd)是一个重要的动力学参数，可用于估计污染物被贻贝的摄取速率和污染物在贻贝体内的生物富集因子。实验测定是目前获得化合物kd值的主要途径。但是由于现有化学品数量已超过14万种，据欧盟于2007年6月开始全面实施的化学品管理新法规《化学品注册、评估、授权和限制法规》(Registration,Evaluation,AuthorizationandRestrictionofChemicals,简称REACH法规)”估算，每一种化学物质的基本检测费用约需8.5万欧元(不含长期环境影响的评估费用)，每一新物质全面检测费用约需57万欧元，这意味着如果对每种化学品都开展实验测定，将会带来巨额的财政开支。进行全面的实验测试，也不符合化学品风险管理中的动物实验伦理的“3R原则”，即：减少(Reduce)试验动物的个数、改进(Refine)动物实验的方法、替代(Replace)实验动物的模型。目前，“3R原则”逐渐被欧美各国的研究机构所采纳，并在美国、英国、法国乃至整个欧洲的一些立法和政府规章中得以明确。因此，如果全部通过试验测试获得所有相关信息，不但存在测试费用昂贵和动物伦理方面的问题，而且有的化学品的标样难以获得，在时间上是滞后的，难以满足有机化学品生态风险评价和监管的数据需求。因此，通过定量结构活性关系(QSAR)方法发展一种能够快速高效获取有机污染物生物消除速率的模型具有重要的应用意义。QSAR是指关联有机污染物的分子结构与其理化性质、环境行为和毒理学参数(统称为活性)的定量预测模型，能够反映和揭示有机污染物的分子结构与其环境行为和毒理效应之间的内在联系，比试验测试更快、更廉价，该方法已经在有机污染物的环境光化学行为、光致毒性参数、环境分配参数和生态毒理学效应等方面得以应用。因此，化合物的生物消除速率QSAR模型的建立，相对于基于传统的实验方法来确定kd数值，更有利于快捷高效的评价化学品的生物富集能力及进行生态风险评估。经济合作和发展组织(OECD)围绕化学品的安全性问题，开展了QSAR技术的应用研究。2004年，为规范QSAR技术的应用，OECD提出了QSAR模型构建和应用导则。该导则要求建立的QSAR应满足如下标准：①针对明确定义的环境指标；②具有清晰和明确的数学算法；③定义了模型的应用域；④模型具有适当的拟合度、稳定性和预测能力；⑤最好能够进行机理解释。2007年，OECD发布了关于确认和验证QSAR模型的指导文件。目前，已有许多研究者应用QSAR方法建立了有机污染物生物消除速率kd的预测模型。如文献“QSAR&CombinatorialScience.2011,28:537–541”基于量子化学描述符和偏最小二乘(PLS)方法，建立了PAHs在贻贝(Elliptiocomplanata)体内kd的QSAR模型。模型具有较好的稳健性，但仅适用于单一结构类型化合物(多环芳烃化合物)，即模型应用域小。文献“ArchivesofEnvironmentContaminationandToxicology.2004,47:74–83”基于logKOW值构建了PCBs的kd值模型，但模型过于简单，没有考虑作用机理和性能评价。文献“Chemosphere.2007,69:362–370”建立了8个PBDEs和5个PCBs在贻贝体内kd值与KOW值的QSAR模型，但训练集化合物的数目太少，也没有对模型的机理解释。文献“ScienceinChina,SeriesBChemistry.2009,52:1281–1286”基于PLS和理论分子描述符建立了kd的QSAR模型，但没有对模型的应用域进行表征。因此有必要建立一个涵盖多种类化合物，并且模型结构简单、预测规则透明、易于理解和实际应用的QSAR模型，同时按照OECD导则对模型进行应用域表征和机理解释。
技术实现思路
针对上述技术不足，本专利技术的目的是发展一种简洁、快捷、高效预测持久性有机污染物在贻贝体内消除速率的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：预测海岸带持久性有机污染物消除速率的方法，包括以下步骤：通过采用偏最小二乘方法构建的QSAR模型得到有机污染物的消除速率。所述QSAR模型为其中，kd为有机污染物的消除速率，ω表示分子亲电性指数，polar表示平均分子极化率；表示分子表面上负静电势的平均值；τ表示分子表面静电势的平衡参数。所述分子亲电性指数通过以下公式得到化学势化学硬度EHOMO是有机污染物的最高占据轨道能；ELUMO是有机污染物的最低未占据轨道能。所述分子表面上负静电势的平均值通过以下公式得到其中，β为分子表面负的静电势计算的点数，VS-(rj)为第j个点的分子表面负的静电势。所述分子表面静电势的平衡参数通过以下公式得到其中，和分别为分子Bader面静电势为正值和负值的区域静电势分布的方差；α和β分别为分子表面正的静电势和负的静电势计算的点数；V+(ri)和V-(rj)分别表示分子表面上正的静电势和负的静电势；和分别为分子表面正静电势和负静电势的平均值。所述有机污染物包括多环芳烃、多溴联苯醚、多氯联苯。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术采本文档来自技高网...

【技术保护点】
预测海岸带持久性有机污染物消除速率的方法，其特征在于包括以下步骤：通过采用偏最小二乘方法构建的QSAR模型得到有机污染物的消除速率。

【技术特征摘要】
1.预测海岸带持久性有机污染物消除速率的方法，其特征在于包括以下步骤：通过采用偏最小二乘方法构建的QSAR模型得到有机污染物的消除速率；所述QSAR模型为其中，kd为有机污染物的消除速率，ω表示分子亲电性指数，polar表示平均分子极化率；表示分子表面上负静电势的平均值；τ表示分子表面静电势的平衡参数；所述分子亲电性指数通过以下公式得到化学势化学硬度EHOMO是有机污染物的最高占据轨道能；ELUMO是有机污染物的最低未占据轨道能；所述分子表面上负静电势的平均值通过以下公式得到

【专利技术属性】
技术研发人员：李斐，吴惠丰，曹璐璐，赵建民，
申请(专利权)人：中国科学院烟台海岸带研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37