一种应用于制定水质基准的毒性预测方法技术

本发明专利技术涉及环境保护技术领域，具体讲，涉及一种应用于制定水质基准的毒性预测方法。具体步骤有：建立系列ICE模型，获得系列替代物种和预测物种间的相关关系模型，筛选出1～5种典型替代物种；基于替代物种污染物的结构性质，建立典型替代物种的QSAR预测模型；将每一种典型替代物种的QSAR预测模型代入到预测物种的ICE模型中，得到针对每一典型替代物种的、用于制定水质基准的毒性预测QSAR‑ICE模型；选择预测物种相应的QSAR‑ICE模型，输入预测污染物的结构性质参数，获得预测物种的毒性数据，用于水质基准的制定。

A toxicity prediction method applied to water quality standards

The invention relates to the technical field of environmental protection, in particular to a toxicity prediction method applied to the establishment of a water quality standard. Specific steps are: to establish a series of ICE models, get the relation model between species and species replacement series prediction, screened 1 ~ 5 kinds of typical alternative species; species replacement based on structural properties of pollutants, the establishment of QSAR typical alternative species prediction model; each kind of typical alternative species QSAR model into ICE model species in the forecast, according to QSAR ICE model is used to predict the formulation of quality criteria for every alternative species typical toxicity, prediction of QSAR; select the corresponding ICE model species, prediction of structural properties of pollutants input parameters, prediction of toxicity data of species, for the development of quality criteria.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于制定水质基准的毒性预测方法
本专利技术涉及环境保护
，具体讲，涉及一种应用于制定水质基准的毒性预测方法。
技术介绍
水质基准是制定水质标准的科学依据，在水环境保护方面发挥着非常重要的作用。而作为环境风险管理的重要组成部分及科学支撑，生态风险评估是当前环境管理领域中的重点和难点，帮助环境管理部门了解和预测外界生态影响因素和生态后果之间的关系，最终为风险管理提供决策支持。然而目前，我国在水质基准的研究方面相对于发达国家起步较晚，最主要的制约因素是化学品对中国本土生物的毒性数据相对匮乏，并且数据质量参差不齐。而随着现代工业的飞速发展，新合成化学品每年以数百中的数量投入市场，如若对每种化合物进行生物实验检测，势必要消耗大量的人力、物力和财力，也是中国目前经济实力难以负荷的巨额实验经费，同时也不符合OECD组织关于减少动物实验的原则。污染物生物毒性数据的缺乏是水质基准研究中的常见问题，尤其对于一些新型污染物，毒性数据的相对缺乏更加制约了水质基准的研究进程。因此，如何在数据缺乏的情况下开展水质基准方面相关研究，是一个极具挑战的问题，此时，模型预测的方法就显得尤为重要。种间关系预测(interspeciescorrelationestimation，ICE)模型是一种基于物种之间毒性的相关关系而构建的一种预测方法，种间关系预测可以用简单低等生物毒性试验来代替高等生物毒性测试，用简单毒性测试体系代替复杂的毒性测试体系。ICE模型最初是由美国环保局(USEPA)开发出来的一种用已知物种的毒性数据来预测未知物种毒性的软件方法。后来，ICE模型经过不断开发和升级，开始推出了一种网络在线预测平台，并且内置了水生生物和野生生物等的预测模块。随着ICE模型的不断扩展，目前在线预测的操作平台(http://www.epa.gov/ceampubl/fchain/webice/)，可以预测水生生物(藻类、鱼类、无脊椎动物)和陆地野生生物(主要是鸟类、哺乳类等)生物的毒性，并且针对稀有生物和濒危物种，也有很好的预测效果。ICE预测方法能够弥补由数据不足造成的物种敏感度分布(speciessensitivitydistribution，SSD)曲线拟合不准确的缺点，能够提供未知物种的预测毒性数据。ICE模型是一种基于物种之间毒性的相关关系而构建的预测方法，种间关系预测可以用简单低等生物毒性实验来代替高等生物毒性测试。美国环保局(USEPA)基于北美物种庞大的毒性数据库，应用ICE模型建立了在线预测平台Web-ICE，可以预测水生生物(藻类、鱼类、无脊椎动物)和陆地野生动物(鸟类、哺乳类等)生物的毒性，并且针对稀有生物和濒危物种也有很好的预测效果。但是ICE预测模型是以生物毒性数据为基础进行预测的模型。QSAR(quantitativestructureactivityrelationship，定量结构活性相关)模型作为化合物风险评价中预测生物毒性基础数据的一种经济、有效的方法，已经得到了广泛应用。但建立的每种QSAR模型都是基于一种物种的毒性数据，因此只能预测某一种物种对不同化合物的毒性数据。目前，在进行毒性预测时，通常仅采用单一的预测模型，例如专利申请201510592015.6公开了一种基于模型预测的生物毒性预测方法，具体步骤为：，其包括如下步骤：步骤一，替代物种的选择：针对某一种物质，收集整理该物质已有的的生物毒性数据，在所有的物种毒性数据中，选择当地代表性的物种作为替代物种，将物种对应的所有毒性数据进行处理，取几何均值，作为模型预测输入数据备用；步骤二，用替代物种进行毒性预测，获得未知物种的毒性数据：根据步骤一筛选出的物种，在模型里输入数据，选择预测物种，获得预测物种的毒性数据；步骤三，预测数据的筛选。该专利申请利用了ICE模型对物种的毒性进行预测，但ICE模型仅能针对生物毒性数据进行预测，生物毒性数据需要进行大量的动物实验，耗费人力和物力。目前，鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提出一种应用于制定水质基准的毒性预测方法。为了完成本专利技术的目的，采用的技术方案为：本专利技术提出一种用于制定水质基准的毒性预测方法，至少包括以下步骤：步骤一，建立系列ICE模型，获得系列替代物种和预测物种间的相关关系模型，并筛选出1～5种典型替代物种；步骤二，基于所述典型替代物种污染物的结构性质，建立所述典型替代物种的QSAR预测模型；步骤三，将每一种所述典型替代物种的QSAR预测模型代入到所述预测物种的ICE模型中，得到针对每一所述典型替代物种的、用于制定水质基准的毒性预测QSAR-ICE模型；步骤四，选择预测物种相应的QSAR-ICE模型，输入预测污染物的结构性质参数，获得预测物种的毒性数据；所述预测物种的毒性数据用于水质基准的制定。优选的，所述典型替代物种需要满足以下两个条件：(1)同一替代物种的污染物数据至少5个；(2)同一替代物种所建立的种间关系模型至少10个。优选的，所述典型替代物种选自稀有鮈鲫、草鱼、泥鳅、罗非鱼、大型溞或虹鳟鱼中的至少一种。优选的，所述ICE模型如式1所示：Log10(Predictedtaxatoxicity)＝a+b*Log10(Surrogatetaxatoxicity)(1)其中，Log10(Predictedtaxatoxicity)表示预测物种的毒性；Log10(Surrogatetaxatoxicity)表示替代物种的毒性；a为ICE模型的截距；b为ICE模型的斜率。优选的，所述QSAR模型如式2所示：Log10(Surrogatetoxicity)＝a0+a1f1+a2f2+…+anfn(2)其中，Log10(Surrogatetoxicity)表示替代物种的毒性；a0表示QSAR模型的截距；a1、a2～an为QSAR模型中各结构性质参数的系数；f1、f2～fn为构建QSAR模型选取的污染物的结构性质参数。优选的，所述QSAR-ICE模型如式3所示：QSAR-ICE:Log10(Predictedtoxicity)＝a+b*(a0+a1f1+a2f2+…+anfn)＝A0+A1f1+A2f2+…+Anfn(3)其中，Log10(Predictedtoxicity)表示预测物种的毒性；A0为QSAR-ICE模型的截距；f1、f2～fn为构建QSAR模型选取的污染物的结构性质参数；A1、A2～An为QSAR-ICE模型中各结构性质参数的系数。本专利技术的技术方案至少具有以下有益的效果：本专利技术通过建立QSAR-ICE模型，不仅可以避免耗时耗力的生物实验，并且应用一种模型同时可以在化学品和物种两个层面上扩充预测范围，可以填充更多化学品对更多物种，尤其是稀有和濒危物种毒性数据的空白，改善中国目前面临的生物数据极度短缺的情况，满足中国水质基准研究对毒性数据生物多样性的需求，加快水质基准的研究发展，并且可以为生态风险评估提供基础数据支持。本专利技术的预测方法不仅可充分利用现有的中国本土生物的毒性数据，还可充分利用发达国家相对完善的毒性数据库，建立适用于中国本土生物的毒性预测模型，扩充中国本土生物毒性数据量，是解决制约中国水质基准和生态风险评估发展的主要途径。附图说明图1为本专利技术用于制定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制定水质基准的毒性预测方法，其特征在于，至少包括以下步骤：步骤一，建立系列ICE模型，获得系列替代物种和预测物种间的相关关系模型，并筛选出1～5种典型替代物种；步骤二，基于所述典型替代物种污染物的结构性质，建立所述典型替代物种的QSAR预测模型；步骤三，将每一种所述典型替代物种的QSAR预测模型代入到所述预测物种的ICE模型中，得到针对每一所述典型替代物种的、用于制定水质基准的毒性预测QSAR‑ICE模型；步骤四，选择预测物种相应的QSAR‑ICE模型，输入预测污染物的结构性质参数，获得预测物种的毒性数据；所述预测物种的毒性数据用于水质基准的制定。

【技术特征摘要】
1.一种用于制定水质基准的毒性预测方法，其特征在于，至少包括以下步骤：步骤一，建立系列ICE模型，获得系列替代物种和预测物种间的相关关系模型，并筛选出1～5种典型替代物种；步骤二，基于所述典型替代物种污染物的结构性质，建立所述典型替代物种的QSAR预测模型；步骤三，将每一种所述典型替代物种的QSAR预测模型代入到所述预测物种的ICE模型中，得到针对每一所述典型替代物种的、用于制定水质基准的毒性预测QSAR-ICE模型；步骤四，选择预测物种相应的QSAR-ICE模型，输入预测污染物的结构性质参数，获得预测物种的毒性数据；所述预测物种的毒性数据用于水质基准的制定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述典型替代物种需要满足以下两个条件：(1)同一替代物种的污染物数据至少5个；(2)同一替代物种所建立的种间关系模型至少10个。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述典型替代物种选自稀有鮈鲫、草鱼、泥鳅、罗非鱼、大型溞或虹鳟鱼中的至少一种。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述ICE模型如式1所示：Log10(Predictedtaxatoxicity)＝a+b*Log10(Surrogatetaxatoxicity)(1)其...

【专利技术属性】
技术研发人员：何佳，吴丰昌，冯承莲，汤智，赵天慧，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11