第一篇：环境生物学课程综述论文污染物生物效应检测
污染物生物效应检测微核试验研究实例综述
姓名：****班级:****级环境科学**班学号：*****
微核试验
微核(micronucleus，简称MCN)，是真核生物细胞中的一种异常结构，是染色体畸变在间期细胞中的一种表现形式。一般认为，微核是由有丝分裂后期丧失着丝粒的染色体片断产生的。在细胞有丝分裂时，受到有害理化因子的损伤，染色体发生断裂，在下一次分裂后期，丧失着丝粒的染色体片断行动滞后，不能进入子细胞的主核，形成滞留在核外的微小染色质块，即微核。
微核的形成是细胞受遗传毒物作用后的一种遗传学终点，以观察细胞中微核的形成来检测遗传毒物，称为微核试验。微核试验是以动植物为材料，利用细胞生物学方法观察其出现的微核率(micronucleus frequency,MNF)来表示材料受遗传损伤程度的一种检测遗传毒物的方法。
微核试验研究
1、应用微核试验和单细胞凝胶电泳技术来检测农药对青蛙蝌蚪及成体的遗传毒性
微核试验和单细胞凝胶电泳试验技术-彗星试验(Comet assay)在检测化学物质的遗传毒性方面具有诸多优点, 广泛地应用于遗传毒理学研究。陈军建等建立了规范化的青蛙蝌蚪红细胞微核试验,而有关青蛙体细胞彗星试验目前国内尚未见报。本文在研究了它们对蝌蚪红细胞微核率影响的基础上, 并尝试建立青蛙红细胞的彗星试验, 来研究它们对青蛙成体DNA 损伤情况, 为评价这两种新型杀虫剂对农田生态系统的影响及其合理安全使用提供科学的依据。在微核试验中细胞要经过两个细胞周期, 有损伤DNA 等的修复过程, 而且只有在DNA 双链完全断裂的情况下,不能完全修复的染色体断裂片才形成微核。
2、蚕豆根尖微核试验在环境致突变物检测中的应用
蚕豆根尖微核试验在对水体污染物、空气污染物、农药、重金属、化妆品、工业化学品等的致突变性检测方面,得到了较广泛的应用,为环境污染的治理和行政管理部门的决策、立法提供了有益的参考.主要体现在以下几个方面:
（1）检测水体的致突变性蚕豆根尖微核试验主要应用于检测水体的致突变性.陈光荣等在国内首次进行了利用蚕豆根尖微核试验直接检测淡水湖泊水质污染的研究,结果表明:不同采样点水样处理的蚕豆根尖细胞产生的微核率差异显著,这不仅说明了各采样点污染程度不同,也说明了利用蚕豆根尖细胞微核技术监测淡水湖泊的污染,其结果是十分灵敏可靠的.在此研究的基础上引污染指数(PI值)的概念,根据测试水样微核率与阴性对照微核率的比率,确定污染指数,再根据污染指数的大小来划分水质污染的程度,把微核率与污染程度联系起来.王英彦等的研究进一步指出:蚕豆根尖细胞微核指标对河系水体污染的动态变化和污水处理工程技术的效率,具有较好的指示作用,与有机综合指标的关系是各有特定的指示功能,互相参照评估更有环境学意义.在自然水体监测方面开展了较多的研究,李雅轩等的研究结果表明污染指数与相对有丝分裂指数具有明显的负相关性,因此,以微核为指标分析水体的污染状况,应该结合相对有丝分裂指数进行综合分析,以得出准确的结论.蚕豆根尖微核试验还可用于排污口废水的致突变性筛选和指示污水处理效果.另外,该法还可用于饮用水、磁处理水等致突变性的检测。
（2）监测空气污染物的致突变性王光学等利用蚕豆根尖微核技术对木质人造板材释放气体的遗传毒24 mg/m3和3.71 mg/m3两个水平上,蚕豆根尖细胞微核率与甲醛气体的浓度有良好的正相关,甲醛气体可以通过液相的吸收产生高浓度的蓄积,从而导致浸泡其中的根尖
细胞发生DNA损伤.仪慧兰、孟紫强对太原地区SO2污染诱发的蚕豆根尖细胞微核进行检测,并用SO2熏气试验,研究其对蚕豆的遗传毒理效应.结果表明:一定浓度范围内(0.108-14.00 mg/m3),蚕豆根尖微核细胞数与SO2浓度间呈正相关,用蚕豆根尖细胞研究的结果与动物细胞实验结果相似,说明SO2诱发蚕豆根尖细胞遗传损伤能够反映同等条件下动物细胞的损伤情况,SO2诱发遗传物质损伤在动物细胞和植物细胞中具有一致性,应用蚕豆根尖细胞微核试验可对大气SO2污染进行生物监测.（3）检测重金属的致突变性段昌群等研究了重金属Pb2+、Cd2+、Hg2+、Zn2+、Mn2+对蚕豆根尖细胞微核率的影响,发现这几种重金属对蚕豆根尖细胞遗传学毒性顺序为Hg2+>Cd2+>Pb2+>Zn2+>Mn2+.毛学文利用蚕豆根尖细胞微核试验检测汞的诱变效应,结果表明:一定浓度范围内(25~100 mg/L),蚕豆根尖的微核率随着汞浓度的升高而增加,汞溶液浓度与微核率之间呈明显的剂量效应关系。辛晓芸等研究了醋酸铅诱发蚕豆根尖细胞微核的效应,结果表明:醋酸铅溶液可诱发蚕豆根尖细胞微核率显著升高,且高浓度短时间作用和低浓度长时间作用具有等效性,对植物具有遗传损伤效应,说明利用蚕豆根尖细胞微核技术检测环境铅污染是可行的。
（4）检测其它的环境致突变物叶亚新应用蚕豆根尖微核技术对家用化学品(洗洁精、洗发水、洗面奶)进行诱变性试验,发现3种家用化学品均能诱发蚕豆根尖细胞微核率增高,显示3种家用化学品均具有一定程度的诱变活性.唐庆国等应用蚕豆根尖微核技术检测了11种化妆品的致突变性,结果显示其中5种化妆品的蚕豆根尖微核率明显高于对照组。因此蚕豆根尖微核技术作为一种快速、有效地检测化妆品致突变性的方法,值得推广。
3、蚯蚓血细胞微核试验对汞·镉遗传毒性的研究
蚯蚓作为土壤生态系统中许多动物的食物来源，在食物链中起着污染物传递作用。重金属可以在其体内蓄积，从而给环境带来遗传隐患。国际上公认微核法是致癌危险性及其他遗传危害的短期测试的有效方法，主要用于遗传毒理学细胞水平的检测，检测对象也多集中在脊椎动物和植物。有关重金属污染对无脊椎动物细胞微核的影响研究则较为少见。
目前汞、镉污染物对于生物危害的检测主要集中在生物外观的变化或内部酶活性的变化研究，有关蚯蚓在污染土壤中遗传毒理危害的相关研究未见报道。因此，笔者运用滤纸试验法初步探讨了汞、镉单一污染对蚯蝴血细胞微核的影响，以期为土壤或水中重金属污染提供一种新的生物学检测方法。
Hg单一污染对蚯蚓血细胞微核的影响结果表明，在一定的浓度范围内，Hg对蚯蚓微核的产生具有明显的影响，并且随浓度的增加而增加，当用高浓度的处理后微核率开始下降。同时可以发现浓度过高处理后微核率甚至低于对照组，说明太高的Hg处理可能会干扰微核的产生。Cd单一污染对蚯蚓血细胞微核的影响表明Cd单一污染达到一定浓度时亦对蚯蚓血细胞的微核产生明显的影响。
微核率随处理浓度的增加先上升后下降，但上升速率比下降慢。由于单一污染在毒物浓度达到一定程度以后，蚯蚓血细胞中的微核率均随着浓度的增加而呈下降趋势。因此，若利用蚯蚓来检测环境污染物的致突变性．须在一个适当的毒物浓度范围内进行方可有效。
4、鱼血微核试验评价长江江苏段水污染遗传毒性
实验结果表明鱼吸收了水中致突变物质后，其外周血有核红细胞微核率会明显升高，可以用鱼的红细胞微核率指示水污染状况，评价水体致突变性污染。与未受污染的鱼对比，受
污染鱼血红细胞的微核率显著增加，通过计算微核的数量，可快速监测环境污染的严重程度。鱼外周血红细胞微核试验作为一种生物监测手段，在检测污染水体中各种污染物的“三致”作用时，检测其对生物的综合效应，与理化监测相比，能更直接、客观地反映出水体污染对环境安全和人体健康的影响与危害。
5、微核试验在水污染监测中的应用
陈军建等用青蛙蝌蚪监测城镇污水在16 d生活污水暴露实验中,蝌蚪细胞的微核率在第2天就呈现出统计上的显著增加,并随暴露时间延长而升高,第12天达到最大值。在不同浓度混合污水处理实验中,蝌蚪红细胞微核率呈明显的剂量依赖性增加,认为青蛙蝌蚪红细胞微核试验(FTMT)是一种简便、灵敏、可行的污水诱变活性监测系统。
综述
微核技术的应用越来越广泛，重要性也很突出，但也有它的局限性。任何一种遗传毒理学筛检测试系统都有一定的假阴性率和假阳性率，不能准确地鉴别出遗传和非遗传毒物。因为一种诱变试验只能反映1—2种遗传毒性作用终点。这样，在筛检化学物的诱变性时，应当进行一系列的试验，即至少选择分别能检出5类遗传毒性作用终点(DNA损伤与修复、DNA断裂、基因突变、DNA重组和染色体结构异常)的一组试验，即采用组合试验的方法，而不是仅仅用单个试验。
参考文献
1、陈瑞娇,李均祥，蚕豆根尖微核试验在环境致突变物检测中的应用，韶关学院学报·自然科学，2006年9月第27卷，第9期
2、王盛权，周汝敏，张云峰，蚯蚓血细胞微核试验对汞·镉遗传毒性的研究，安徽农业科学，2009，37(6)：2449—2451，26953、李宏，微核试验的研究进展，安徽农业科学，Journal 0f A舢埘．sci．2009，”(7)：2864-28664、孟顺龙,陈家长,冷春梅，微核试验及其在水污染监测中的应用，水利渔业，1003-1278(2006)04-0071-025、孙超锋，陈绍宗，李学拥微核试验评价几种国产聚氨酯海绵的潜在致突变性，西北国防医学杂志(Med J NDFNC)2009 Feb．；30(1)
6、封少龙，孔志明，王五香，王新明，彭平安，应用微核试验和单细胞凝胶电泳技术来检测农药对青蛙蝌蚪及成体的遗传毒性
7、厉以强，沈燕飞，鱼血微核试验评价长江江苏段水污染遗传毒性中国环境监测，Environmental Monitoring in ChinaV01．26 No．1，Feb．201O8、唐维，吕康鸿，蚕豆根尖细胞微核试验监测甲基对硫磷污染研究四川职业技术学院学报第13卷第2期,2003年5月
9、Heddle J A.A rapid in vivo test for chromosomal damage[J].MutatRes , 1973 ,18 :187~190.10、Schmid W.The micronucleus test [J ].Mutat Res ,1975 ,31 : 9~15.11、王蕊芳,贺维顺,吴世芳,等.昆明水源水和自来水水质致突变性及化学背景值Ⅱ:蝌蚪红细胞微核和ClIO细胞染色体畸变及SCE实验[J].动物学研究,1996,17(4):469~475.12、贺维顺.王蕊芳.污水和污水土地处理系统中各种水质对华西蟾蜍蝌蚪红细胞微核率的影响[J].动物学研究,1992,13(3):275~279.13、薛开先,孙玉洁,周平,等.微核形成与细胞周期关系的初步研究Ⅱ.微核形成的放射性自显影和显微形态学研究[J].遗传学报,1986 ,13(6):460~463.
第二篇：生物专业英语 课程论文
干细胞的初探与展望
材料与化工学院生物工程系
【摘要】干细胞是一类具有自我更新和多向分化潜能的细胞群体。近年来干细胞的应用几乎涉及到所有生命科学和生物医学领域。本文概述了干细胞的生物学特性，并综述了干细胞的可塑性、分离培养及其在基础研究及临床上的应用的研究进展。最后，展望了今后研究的方向。
【关键词】干细胞；生物学特性；可塑性；分离培养；应用
干细胞（stem cells）是一类具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的细胞群体，即这些细胞可以通过细胞分裂维持自身细胞群的大小，同时又可以进一步分化成为各种不同的组织细胞，从而医学界称之为“万用细胞”。1981年英国的Evans和Kaufman用延缓着床的胚泡首次成功地分离了小鼠胚胎干细胞,从而在全球掀起了有关干细胞的研究热潮。1997年2月英国苏格兰罗斯林研究所威尔穆特博士等成功克隆出“多利”绵羊，1998年11月,美国Thomson和Gearhart分别用不同的方法获得人胚胎干细胞及胚胎生殖细胞,此后,干细胞的研究便进入了一个全新的时代。1999年，有关干细胞的研究被Science评为1999十大科学进展之首。2000年12月干细胞研究再次被《科学》杂志评为该世界十大科学成就之一。下面就近几年来干细胞的研究进展综述如下。
1.干细胞的生物学特性
根据干细胞的发育阶段，可将其分为胚胎干细胞（Embryonic Stem Cell,ES）和成体干细胞（Adult Stem Cell，AS）。胚胎干细胞即具有分化为机体任何一种组织器官潜能的细胞,包括胚胎干细胞、胚胎生殖细胞（Embryonic Germ Cell，EG）。成体干细胞即具有自我更新能力,但通常只能分化为相应组织器官组成的“专业”细胞,它是存在于成熟个体各种组织器官中的干细胞,包括神经干细胞（Neural Stem Ce11，NSC）、血液干细胞（Hematopoietic Stem Cell，HSC）、骨髓间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cell，MSC）、表皮干细胞（EPidexmis Stem Cell）、肝干细胞（Hepatic Stem Cell）等。
1.1胚胎干细胞的生物学特性
胚胎干细胞最早是直接从小鼠早期胚胎分离建系的,它们具有其自身的生物学特性。与其他细胞系相比较, 胚胎干细胞的特点在于:（1）具有不断增殖分化的能力，所以，在体外培养条件下可以建立稳定的干细胞系，并保持高度未分化状态和发育潜能性。1999年Soiter等利用这个特性将ES/EBs及其分化细胞作为有关药物的针对筛选系统,进行药物毒性检测实验。（2）具有高度的发育潜能和分化潜能。体内外可分化出外、中、内三个胚层的分化细胞，可以诱导分化为成体细胞内各种类型的组织细胞。胚胎干细胞含有正常二倍染色体，具有种系传递功能,能广泛参与宿主胚胎各组织器官的生长发育,并形成包括生殖系在内的合体后代生殖细胞。（3）能进行体外培养扩增,还可以对其进行遗传操作选择, 如导入异源基因、报告基因或标志基因，诱导某个基因突变等。扩增、遗传操作及冻存均不丧失其多能性。冻存的细胞可在需要时随时解冻,继续培养不失其原有特性。
1.2成体干细胞的生物学特征
干细胞在分化为特化细胞之前常产生一种或几种祖细胞，然后由祖细胞分化产生特化细胞。与胚胎干细胞相比较，成体干细胞有以下几个特点：(1)成体干细胞体积小，细胞器稀少，RNA含量较低，在增殖过程中处于相对静止状态，在组织结构中位置相对固定。(2)成体干细胞数量很少，其基本功能是参与组织更新，创伤修复及维持机体内环境稳定。研究结果表明，即使在含量丰富的骨髓中，每10，000～15，000个骨髓细胞中只有一个造血干细胞［1］，人和动物皮肤中的干细胞含量仅为7%～8％［2］。(3)成体干细胞常处于一个有干细胞细胞基质，对干细胞的增殖和分化起调控作用的各种信号分子的特定微环境或称生物位（nich）中，干细胞是自我复制还是分化为功能细胞取决于所在的微环境和自身的功能状态。
(4)成体干细胞没有确定的来源。有科学家推测，成体干细胞是胚胎发育过程中保存下来的未分化的细胞［1］，这揭示成体干细胞与胚胎干细胞可能会有更多的相似性与同源性。
2.干细胞的可塑性
干细胞的可塑性主要是指成体干细胞的可塑性。人们把成体干细胞具有分化为其他类型组织细胞的能力的这种现象称为干细胞的可塑性（plasticity），横向分化（transdifferentiation）或转决定（transdetermination）［3］。
1995年，Pereira等证明，小鼠骨髓细胞在体外培养后具有向骨、软骨和肺基质转化的能力。1999年,Bjornson等将胚胎和成年小鼠神经干细胞,以及在体外克隆的神经干细胞移植给亚致死剂量照射的小本论鼠,结果证明神经干细胞可转化为造血细胞。同年Jackson等用 Hoechst333422-lowSP纯化的小鼠造血干细胞进一步证明它可迁移到肌肉损伤部位,在参与肌肉再生的同时也参与血管的再生。2002年Vescovi 等报道神经干细胞除有向神经元、星形细胞与少突胶质细胞分化能力以外,还可分化为造血细胞谱系。
肝干细胞也是干细胞可塑性的主要可靠证据之一。2000年Alison等和Lagasse等分别报道HSC可在体内分化成肝细胞。2001年Shen等在骨髓移植的试验中发现,肝脏干细胞能表达供体造血细胞的遗传标志。
这一系列的证据表明干细胞存在可塑性。然而，近几年来，部分研究学者对干细胞的可塑性提出了不同的看法:(1)细胞自发融合导致“可塑性”。英国科学家2002年,Ying等的研究结果表明, 胚胎干细胞在体外与神经或HSC共同培养时,能自发地发生神经或HSC与胚胎干细胞之间的融合,诱导NSC或HSC“横向分化”为胚胎样干细胞,然后展现出胚胎干细胞的表型特征与相应功能。同年美国科学家Terada等用充分的证据证明,骨髓细胞的多向分化是因为与胚胎干细胞融合所致,而不是骨髓细胞直接横向分化的结果。这两者的研究结果都表明，是由于发生了细胞融合，使所谓的成年组织干细胞具有了“可塑性”潜能。(2)成体干细胞的横向分化是成体组织中余存的胚胎原始干细胞所致。2002年Jiang等的研究结果证实,在成体组织中余存着一种数量稀少的胚胎样原始干细胞,表达胚胎干细胞的标志如Oct-
4、Rex-1及SSEA-1,体外培养条件也类似于胚胎干细胞,所谓的成体组织干细胞的“可塑性”很可能是这些细胞所为。(3)2002年，在Science和Nature上连续刊发的几篇文章指出，成体干细胞可塑性可能是实验设计不严谨，判断错误所致，认为所谓的成体干细胞可塑性缺乏科学依据。
3.干细胞的分离培养
由于干细胞的数目很少，因此需要在体外对干细胞进行非分化性增殖。干细胞的分离培养的理论基础是其生物学特征，包括形态和结构特征及其生物学表型。干细胞的分离培养实验主要是建立在老鼠的实验上，早在二十世纪七八十年代就已从小鼠中分离出胚胎干细胞并在体外进行培养成功。近年来，国内在这方面的研究也取得了一定的进展，主要是在神经干细胞等成体干细胞的研究上。2002年陈雷等［4］应用无血清培养技术从胎鼠脊髓分离到的神经系统的干细胞具有不断分裂增殖的能力, 可被神经干细胞特异性抗体所标记, 并在血清条件下分裂为神经系统多种细胞。2004年冯玉萍等［5］用胰酶消化加机械吹打分离大鼠大脑皮质及皮质下组织,之后用悬浮培养法、有限稀释法获得来源于同一细胞的亚细胞系克隆;2005年肖美玲等［6］用同样的方法分离新生昆明种小鼠(出生24 h 内)的大脑组织，利用无血清培养基悬浮培养细胞,获得具有自我增殖能力的细胞克隆,两者经用免疫细胞化学法鉴定为神经干细胞。
虽然老鼠的干细胞体外培养实验已经取得了可喜的进展，但人的干细胞的体外培养直到1995年,Thomson等从恒河猴的囊胚中分离,建立了第一个灵长类动物的胚胎干细胞株后，才获得成功并得到迅速的发展。1998年,Thomson和Gearhart分别用胚胎干细胞和胚胎生殖细胞建立了人的胚胎干细胞系,在体细胞与生殖细胞间架起了桥梁,为研究胚胎干细胞的发育,在体外培养人体细胞和组织,利用ES细胞治疗疾病提供了广阔的发展前景。在报道分离了人的胚胎干细胞这一重大成果后不久,美国Advance Cell Technology(ACT, Worcester, M)的研究者宣称,他们通过使人的皮肤细胞和牛的卵细胞杂交,培育出了人的胚胎干细胞。所用的方法与克隆实验中采用的方法相似,基本上是对人的细胞重新编程并使其回到它最初的原始状态。该发现可能导致许多新方法的产生,如通过移植和细胞治疗来医治疾病。2002年李巍等［7］采用无血清培养技术, 成功地分离培养了人胚胎大脑皮层神经干细胞，且能被诱导分化成神经元和神经胶质细胞。经传12代后仍具干细胞特性。2004年王共先等［8］以器官捐献者的正常前列腺为研究对象,利用免疫磁珠细胞成功从前列腺基底细胞中分离前列腺干细胞。同年汪泱等［9］和罗树伟等［10］均成功分离培养了人胚脑神经干细胞，并进行进一步的检测和研究。
4.干细胞的应用
胚胎干细胞是细胞的源头,具有多能或全能性,并能够无限分化,能够制造机体需要的全部细胞,因此在医学和生物学上具有巨大潜力,应用前景广阔。但它存在着移植免疫排斥的限制和伦理学方面的困扰, 而成体干细胞只能在体外有限扩增,多系分化效力低,通过体外的扩增培养虽能够提高转化效率, 然而体外转化是否会引起干细胞遗传特性的改变尚不清楚。但这类干细胞存在于宿主体内,可直接从患者自身获得,故无移植免疫排斥的限制也无伦理学方面的困扰,因此胚胎干细胞和成体干细胞的研究对生命科学领域而言,都具有极重要的意义。
4.1为发育生物学研究提供良好的体外模型系统哺乳动物胚胎体积较小，而且在子宫内进行发育，因此很难在动物体内连续动态地研究其早期胚胎发育、细胞组织分化及基因表达调控，而来源于胚胎的胚胎干细胞具有发育全能性、可操作性及无限扩增的特性，因此胚胎干细胞提供了在细胞和分子水平上研究个体发育过程中极早期事件的良好材料和方法。随着分子生物学的发展，通过比较胚胎干细胞不同发育阶段的干细胞和分化细胞的基因转录和表达，可确定胚胎发育及细胞分化的分子机制、发现新基因。结合基因打靶技术，可发现不同基因在生命活动中的功能等。
4.2在医学上的应用理论上讲，干细胞可以用于临床细胞移植治疗各种疾病和构建人工组织或器官，其最适合的疾病主要是组织坏死性疾病如缺血引起的心肌坏死、肿瘤，退行
性病变如帕金森综合征，自体免疫性疾病如胰岛素依赖型糖尿病等。应用干细胞治疗疾病较传统方法具有很多优点：低毒性或无毒性，一次药有效；不需要完全了解疾病发病的确切机理；不存在传播疾病的风险：还可能应用自身干细胞移植，避免产生免疫排斥反应。
1999年Horwitz等［11］用骨髓间充质干细胞（BMSC）治疗遗传性骨缺陷病，并取得了一定效果。2004年9月，意大利一名5岁、患有地中海贫血症的男孩卢卡，科学家通过从其弟弟的胎盘血中提取干细胞移植到卢卡身上，使其战胜病魔，完全治愈。
4.3生产克隆动物的高效材料胚胎干细胞是动物克隆的优良核供体。胚胎干细胞可以无限传代和增殖而不失去其基因型和表现型,以其作为核供体进行核移植后在短期内可获得大量基因型和表现型完全相同的个体。胚胎干细胞与胚胎嵌合生产克隆动物可解决哺乳动物远缘杂交的困难问题。另外,由于体细胞克隆动物存在成功率低、早衰、易缺陷易突变等问题，且多是致命的,使胚胎干细胞的克隆研究仍十分重要。1999年Wakayaama等［12］用长期传代的小鼠胚胎干细胞克隆出31只小鼠，14只存活，存活率比体细胞克隆高。
5.问题与展望
近年来,随着生物细胞实验技术及分子生物学的发展,干细胞研究领域取得了突破性进展,某些方面已有初步的临床应用。但是目前干细胞的研究尚处于初期阶段，许多理论问题亟待解决：（1）干细胞的许多机制还没完全清楚，比如在干细胞可塑性机理的研究上还存在着分歧。如何使干细胞在体外大量扩增,并诱导其分化是干细胞在医学临床上应用的关键。
（2）干细胞如何到达不同的靶目标，并分化为正确的细胞类型及正确的细胞数量、比例以及在正确的位置与正确的靶组织建立正确的联系而无任何错误连接等。（3）干细胞移植的安全性问题:胚胎干细胞移植时会发生不适宜的分化,产生免疫排斥作用，但成体干细胞则没有这个问题，其主要的机理还没完全明白，因此干细胞在临床应用前需要进行全面的评估。
相信随着细胞分子生物学技术的应用,不久的将来干细胞许多相关机制将被逐渐阐明，人类将有可能人为地控制影响干细胞分化的各项因素，但我们也应该清楚的认识到，仍有许多悬而未决的问题，干细胞的临床应用还有很长的路要走。干细胞用于治疗许多疑难症状在动物实验已经取得了可喜的成就，如果经人体临床试验成功，其潜在的效益将溢现出来，造福人类。
目前，我国在干细胞研究上相对落后，国家已经重视干细胞的研究，将干细胞的研究列入973项目，并成立了干细胞研究所，加强干细胞的基础知识与临床应用方面的研究，这将使我国在此领域的理论和实践应用上得到更大的发展，在世界上占有一席之地。
参考文献
［1］ Weissman I L.Stem cells: units of development, units of regeneration, and units in evolution.Cell，2000,100(1):157-168.［2］ Tani H, Morris R J, Kaur P.Enrichment for murine kera tinocyte stem cells on cell surface phenotype.Proc Natl Acad Sci USA，2000, 97(20): 10960-10965.［3］ Krause DS, Theise ND, Collector MI,et al.Multi-organ, multi-lineage engraftment by a single bone marrow-derived stem cell.Cell，2001,105(3):369-377.［4］陈雷,路来金,孟晓婷,等.胎鼠脊髓神经干细胞的分离、培养和鉴定.吉林大学学报(医学版)，2002, 28(6): 580-582.［5］冯玉萍,李倬,刘建雄.大鼠神经干细胞的分离培养和分化.中国兽医科技，2004,34(3):56-59.［6］肖美玲,罗焕敏,王成蹊，等.新生小鼠神经干细胞的分离、培养和鉴定.暨南大学学报(医学
版)，2005,26(2):215-220.［7］李巍,蔡文琴,吴康,等.人胚胎大脑皮层神经干细胞的分离培养.解剖学报，2002,33(3):241-244.［8］王共先,傅斌,汪泱,等.人前列腺干细胞的分离培养.江西医学院学报，2004,44(1):1-4.［9］ 汪泱,邓志锋,赖贤良,等.人脑神经干细胞的分离培养及鉴定的研究.江西医学检验，2004,22(1): 11-12.［10］ 罗树伟,谢常青,卢光.人胚神经干细胞的分离培养和鉴定.中南大学学报(医学版)，2004,29(2):129-131.［11］ Horwitz EM, Prockop DJ, Fitzpatrick LA,et al.Transplantability and therapeutic effects of bone marrow-derived mesenchymal cells in children with osteogenesis imperfecta.Nat Med，1999 Mar 5;(3):309-313.［12］ Wakayama T, Rodriguez I, Perry AC,et al.Mice cloned from embryonic stem cells.Proc Natl Acad Sci USA，1999 Dec 21;96(26):14984-14989.Knowledges and Advances in study of stem cells
Chen Fan
Materials and Chemical Engineering College of Engineering
Abstract ：Stem cells are non-specialized cells which have the ability of self-renewal and multiple differentiation potential.The application of stem cells has nearly involved in all the research field on life sciences and biomedicine in recent years.This article summarizes the biological characteristic of stem cells, and reviews the latest progress in the study on stem cell’s plasticity, isolation, culture in vitro, and its extensive application in basic research and clinical application.The prospects of stem cells are also discussed.Key words：stem
vitro;application cells;biological characteristic;plasticity;isolation;culture in
第三篇：生物安全课程论文
关于生物安全科学性与社会性的讨论
摘要：本文通过对生物行业主要技术（包括转基因技术、克隆技术）、现象（包括外来入侵现象）的阐释和安全性评估，在肯定其科学研究价值的基础上，对其可能给社会生态环境带来的风险作出预测，同时阐明构建生物安全法律体系的重要性。
关键词：生物安全；转基因；克隆；外来入侵种
近年来 ,随着现代生物技术特别是基因工程技术的兴起和迅速发展,生物安全问题逐渐成为全球社会普遍关注的热点。生物安全是指在科学研究、开发、生产和应用中造成对人类健康、生存环境和社会生活有害的影响；在一个特定的时空范围内,由于自然或人类活动引起的外来物种迁入,并由此对当地其他物种和生态系统造成改变和危害；人为造成环境的剧烈变化而对生物的多样性产生有害的影响。凡此种种均属于“生物安全”的范畴[1]。随着生物技术的迅猛发展,在给人类带来利益的同时 ,也存在着误用和滥用的风险,给人类健康、伦理道德等社会领域带来生态风险。本文仅以转基因技术，克隆技术及外来入侵现象三方面所涉及的生物安全问题阐释生物安全的科学性与社会性。
1.转基因生物的应用概况与安全性
1.1转基因生物的发展历程
1983 年,世界第一例转基因作物——烟草问世；1986年，首批转基因作物——抗虫和抗除草剂棉花进入田间试验。1993 年，第一例转基因作物——延熟番茄获得美国农业部批准进入商业化生产种植；1994 年，第一个转基因植物产品——延熟番茄获得美国食品与药物管理局批准进入市场。之后,转基因作物的研究和应用得到了迅猛发展，可以说分子农业的时代已经到来[2]。
1.2关于转基因生物的安全性争论
毫无疑问，生物工程技术将取代传统工艺和技术，为农业、医药、食品、环保、轻工业等部门带来无限商机，成为21 世纪的支柱产业之一。但是重组 DNA 也可能带来一些潜在的、目前还难以预测的危险。
1.2.1转基因生物的环境安全性
由于可以使动物、植物、微生物甚至人的基因进行相互转移, 转基因生物已经突破了传统的界、门概念，实现了在自然状态下无法实现的基因转移和基因突变, 具有普通物种不具备的优势特征, 若释放到环境, 会破坏原有的自然生态平衡, 改变物种间的竞争关系，并可能导致对其他动植物的伤害和长期生态平衡的打破。一些实验和事实已经部分证明了这种担忧,其中加拿大的超级杂草事件、墨西哥玉米基因污染事件、美国斑蝶事件和中国转Bt棉事件是国际上关于转基因作物污染争论中最具影响力的四大事件[3]。另外,在转基因生物的研究和利用中,遗传稳定性是一个非常重要的问题。而转基
因生物当代或后代中常出现一些变异,主要表现为转基因沉默和染色体变异。一旦这种不稳定性大规模出现并传播起来, 也不亚于一场灾难。但由于目前技术上的局限和转基因生物出现的时间不够长等原因,人类确实还无法对转基因技术的安全性作出确实可靠的评价,只能说基因工程在动植物上的应用具有风险性。但基因产业作为朝阳产业，盲目地禁止或阻止转基因生物的研究是不可取的。只有通过对其潜在威胁进行研究,在现有的技术能力和条件下加以控制, 最大化地保证转基因生物的安全性, 使之为人类的生活造福,才是正确的对待方法[3,4]。
1.2.2转基因食品的安全性
转基因食品就是用转基因生物生产和加工的食品,它可以是活体的,也可以是非活体的。转基因植物由于采用遗传工程操作的特殊手段,可能存在无法预测的其他性状的改变,从而带来某些转基因植物食品的安全性问题。在自然条件下存在着许多过敏源 ,在基因工程中如果将控制过敏源产生的基因转入新的植物中,将会对过敏人群造成不利的影响[5],如为了改变大豆的营养,人们曾经将巴西豆的基因转入大豆，而有些人对巴西豆蛋白过敏。1996年,Nordlee等报道,转基因大豆含有巴西豆的过敏源,可以引起部分人群发生过敏反应,该产品投放市场的计划因此终止[6]。
1.2.3转基因食品对一些社会伦理观念及道德规范造成的危害
人们对于转基因食品在伦理方面的主要担忧包括:将人类基因转入食用动物是不合适的；用含人类基因的生物体作为动物饲料是对人类的一种不尊重；将转基因动物器官移植给人体受到了伦理学上的异议,有人认为这对于人类和动物都是不仁道的；将动物基因转入食用植物可能会引起一些素食者的特别关注；将某些宗教团体禁止食用的动物基因转入他们通常食用的动物中可能会触怒这些宗教团体等[7,8]。
总之,对转基因生物的安全性应当科学的认知。科学技术的发展是不可逆转的，以转基因技术为代表的现代生物技术具有不可估量的社会价值，应以辩证的眼光正确对待。
2.克隆技术的应用概况与安全性
2.1克隆技术的发展历程
“克隆”一词,是“clone”的译音，其含义简单地说就是无性繁殖，指的是生物用体细胞进行无性生殖。1996年3月英国科学家维尔穆特和坎贝尔领导的科研小组利用克隆技术“克隆”出了“多莉”羊。克隆羊的诞生,证明了动物细胞和植物细胞一样具有全能性。这一成果被誉为 20世纪最伟大、最有价值的科技突破之一。2001年11月25日位于美国马萨诸塞州伍斯特的先进细胞公司序宣布 ,该公司利用克隆技术获得了含有6个细胞的人类早期胚胎[9]。
2.2关于克隆技术的安全性争论
克隆技术在选种育种、医学、免疫学、人类寿命、挽救濒危珍稀生物等方面有着不菲的价值。然而,克隆技术的负面效应也是非常明显的。首先，通过有性生殖所得到的个体，其生命力强于无性生殖的后代，通过克隆技术产生的个体生存能力必然会下降 ,这对进化是十分不利的。其次，克隆人是对性伦理、家庭伦理、社会伦理的认识 ,对文明社会几千年形成的一套家庭、血缘等伦理道德观造成致命的冲击，同时，在法律上责任的认定也会变得模糊不清[9]。另外，动物克隆技术本身也还存在许多问题。如“多莉”是在克隆出 227 头羊中诞生的唯一健康的动物。可是 ,2002 年1 月6 日苏格兰爱丁堡罗斯林研究所的科学家发现了5岁半的“多莉”患有严重的关节炎,科学家推测这一疾病过早出现在“多莉”身上,很可能是克隆时造成的基因缺失[10]。
3.外来生物入侵及对生态安全的影响
3.1外来生物入侵概况
我国对外来人侵植物种类的调查始于20世纪90年代中期。调查发现，我国外来杂草有108种，隶属23科、76属，其中被认为是全国性或是地区性的有15种。中国科学院植物所、动物所开展了外来植物 的调查、编目，发现我国至少有300种入侵植物。虽然到目前为止，国内尚没有外来入侵动物种类的系统报道，但诸如美国白蛾松突圆蚧、湿地松粉蚧、稻水象甲、班潜蝇、松材线虫、蔗扁蛾、苹果绵蚜、葡萄根瘤蚜、二斑叶螨、马铃薯甲虫、桔小实蝇、白蚁、红脂大小蠹等均属于外来有害生物，给农林业发展带来了数以百亿计的经济损失[11]。
3.2外来入侵种的安全性问题
3.2.1外来入侵种对本地生态系统影响
在自然界长期的进化过程中，生物与生物之间相互制约、相互协调，将各自的种群限制在一定的栖境和数量，形成了稳定的生态平衡系统。当一种生物传入一新的栖境后，如果脱离了人为控制逸为野生，在适宜的气候、土壤、水分及传播条件下，极易大肆扩散蔓延，形成大面积单优群落，破坏本地动植物相，危及本地濒危动植物的生存，造成生物多样性的丧失。外来入侵种影响生态系统的机理及其带来的生态学影响有：竞争、占据本地物种生态位，使本地种失去生存空间[12]；与当地种竞争食物或直接杀死当地物种，影响本地物种生存；分泌释放化学物质，抑制其他物种生长；通过形成大面积单优群落，降低物种多样性，使依赖于当地物种多样物种生存的其他物种没有适宜的栖息环境；大量利用本地土壤水分，不利于水土保持；影响遗传多样性[13]。
值得注意的是，与人类对环境的破坏不同，外来入侵物种对环境的破坏及对生态系统的威胁是长期的、持久的。当人类停止对某一环境的污染后，该环境会很快 开始并逐渐恢复，而当一种外来物种停止传入一个生态系统后，已传入的该物种个体并不会自动消失，而大多会利用其逃脱了原有的天敌控制的优势在新的环境中大肆繁殖和扩散，对其控制或清除往往十分困难。而由于外来物种的排斥、竞争导致灭绝的本地特有物种则是不可恢复的。因而外来物种对生物多样性的威胁应引起足够的重视[14]。
3.2.2外来入侵种的传入途径
外来入侵种传入途径包括有意引入、随人类活动无意传入、自然传入三种，其中无意传入又包括随人类交通工具带人如豚草多发生于铁路公路两侧，最初是随火车从朝鲜传入[15]；压仓水带来了近百种外来海洋生物，尤其是外来赤潮生物种加剧了我国沿海赤潮现象 的发生；随国际农产品和货物中带人假高粱是20 世纪 70—80年代从美洲国家 的进口粮食中传人我国的。我国海关多次查获号称“松树癌症”的松材线虫；动植物引种中带人如毒麦传人我国便是随小麦引种带人，它与小麦的形态极为相似，很易混杂于引种的小麦中；旅游者带人如我国海关多次从入境人员携带的水果中查获地中海实蝇、桔小实蝇等；北美车前可能是由旅游者的行李粘附带人我国[14]。
3.2.3外来入侵种的扩散机制
一般认为外来种的传入扩散过程分为传入、定植(殖)和扩散三个阶段，但有人对此进行了更为细致的划分，如传入期、归化期、促进期、停滞期、扩张期、与本地生物互动期和稳定期等。虽然很多人承认入侵过程中存在有“停滞期”，但有关停滞期出现在那一个阶段，也有不同的认识。有人认为在传入和定植之间有“停滞”现象，而更多的人认为在定植和扩散之间存在停滞期。事实上，每一种入侵种生物都有其自身的入侵特性，扩散过程也不尽一致，不可能有统一的模式准确阐明每一个入侵过程[16]。
3.2.4对策
控制外来人侵种，应在明确入侵种的传人、扩散机理，采取有针对性的措施，才能有效的加以控制。例如在制定外来种管理法规时，应充分考虑到入侵种传入的各个环节，针对每一传入途径制定相应的法制管理对策。尤其是对生物引种(包括动物、植物、微生物和转基因生物)、交通运输、国际贸易货物、旅游等加强立法监管。树立和提高生物安全意识尤为重要。
4.我国生物安全法律体系的构建
生物安全问题表现为一种科学上具有不确定性的环境风险,而这种环境风险的发生将给人类赖以生存和发展的自然生态系统造成重大或者不可逆转的灾难。实施生物安全的法律保护,需要突破行为与后果之间具有确定性因果关系的传统法律观念,确立和运用风险防范法律原则。原国家科学技术委员会1993年12月发布了《基因工程安全管理办法》，农业部1996年7月发布了《农业生物基因工程安全管理实施办法》，这两部生物安全法规对保护我国的生态环境和人体健康发挥了重要作用。但是我国的生物安全管理存在着很多急需解决的问题：缺乏一部国家级的综合性生物安全法规；生物安全的法规体系、风险评估和管生物安全管理机构之间缺乏有效的协调和沟通等。特别是环境风险评估和管理没有得到足够的重视。另外，《议定书》一旦通过 我国必须结合国情将《 议
定书》 的核心内容和基本原则融入我国的生物安全法规才能与国际生物安全发展形势接轨 使我国的生物安全管理有法可依，保障我国生物技术的健康发展[17]。
参考文献
[1] 刘谦,朱鑫泉.生物安全[M].北京,科学出版社,2000.[2]王仁祥，雷秉乾.农业转基因生物的应用概况与安全性争论[J].湖南农业大学学报.社会科学出版,2002,3(003):26-29.[3] 张丽霞,刘慧.转基因生物安全性新探[J].安徽农业科学, 2007,35(003):678-679.[4]李尉民,岳宁,夏红民.转基因生物及其产品的风险与管理[J].生物技术通报,2000(3):41-44,46
[5] 魏伟,钱迎倩,马克平,等.转基因食物安全性评价的研究进展[J].自然资源学报,2001,16(2): 184～188
[6] 贾士荣.转基因植物的环境及食品安全性[J].生物工程进展,1997,17(6):37-42.[7] 朱桢,刘翔.转基因作物—恶魔还是救星[J].农业生物技术学报,2000,1(8):22-23.[8]贾士荣.转基因作物的安全性争论及其对策[J].生物技术通报,1999,15(6):1-7,38.[9] 马丹炜, 邝先慧,王跃华.生物安全问题的社会生态风险分析[J].西南民族大学学报,人文社科版, 2003,24(12).[10] 白玄.基因的革命[M].北京，中央文献出版社,2000
[11] 强胜，曹学章.中国异域杂草的考察与分析[J]．植物资源与环境学报，2000，9(4)：34—38
[12]黄忠良，曹洪麟，等．不同生境和森林内薇甘菊的生存与危害状况[J]．热带亚热带植物学报，2000，8(2)：131—138.[13] 万方浩，关广清．豚草及豚草综合治理．北京，中国科学技术出版社,1993.[14] 丁建清，王韧.外来种对中国生物多样性的影响，中国生物多样性国情研究报告.北京，中国环境科学出版社，1998:58—61
[15] 关广清，韩亚光．豚草替代控制研究．豚草及豚草综合治理.北京，中国科学技术出版社，1993:227—241.[16] 丁建清.外来生物的入侵机制及其对生态安全的影响[J].北京，中国农业科技导报，2002，4(4).[17] 刘标,薛达元.国际生物安全现状与我国的生物安全对策[J].农村生态环境,2000,16(001): 34-37.
第四篇：第4讲典型环境污染物的表观遗传效应学
典型环境污染物的表观遗传效应
浙江大学
金永堂
随着人类社会城镇化和工业化程度的逐步提高，人类环境污染及其健康效应日益引起人们关注。大气、水体、土壤及食物等污染严重威胁着人类健康，导致免疫、神经、呼吸等多个系统的疾病危险性增加，尤其与心脑血管疾病、糖尿病及癌症等复杂疾病的发生密切相关。人们不仅从分子生物学和遗传学的角度研究了环境污染引发疾病的机制，而且近十年来环境因素导致的表观遗传变化，已经成为环境污染与疾病关联研究的重要生物标记。
一、表观遗传及主要机制
表观遗传学研究不发生DNA序列变化的状况下基因表达发生遗传改变的一门新兴学科。表观遗传的主要机制包括DNA甲基化、组蛋白修饰、遗传印记丢失和非编码RNA。在环境因素影响下，表观遗传能够改变基因组功能。表观遗传变化的重要特征是既可在亲子细胞间遗传（有丝分裂遗传）、也可在代间遗传（减数分裂遗传）。表观遗传可以解释具有相同DNA的细胞或有机体可能具有显著不同的表型。环境暴露可能改变表观遗传调节的水平和范围。另外，基因表达的表观遗传调节与许多疾病的病因机制有关，特别是恶性肿瘤。故DNA的表观遗传修饰可为早期癌症检测、预测和治疗提供新的生物标记。而且，表观遗传变化的可逆性也为制订疾病有效的防治策略和用药方案提供了可能性。
在环境表观遗传学研究领域，DNA甲基化及组蛋白修饰已经成为基因表达调控机制的研究热点。DNA甲基化指DNA序列中甲基团共价结合或脱离胞嘧啶核苷酸的过程。甲基化过程受到家族特异酶即DNA甲基化转移酶（DNMTs）的控制。对于脊椎动物而言，甲基团仅结合在鸟嘌呤前的胞嘧啶上（即CpG双核苷酸上）。基因组中富含CpG序列的部位被称为CpG岛。实际上，CpG岛存在于基因组半数基因的启动子部位。就染色质修饰而言，染色质由组蛋白和DNA组成。组蛋白是染色质的蛋白组分，其上缠绕着DNA。组蛋白八聚体（组蛋白与DNA的复合体即核小体）上有许多伸出来尾巴。影响组蛋白尾巴的翻译后修饰有几种类型，包括甲基化、乙酰化、磷酸化和泛素化。这些修饰影响DNA和组蛋白间的交互作用，导致基因转录、DNA修复、DNA复制甚至染色体结构发生变化。DNA甲基化与组蛋白修饰间也可能发生联合作用。
相当长的一段时间内，人们都认为蛋白质是由细胞核内DNA序列编码的。虽然，从本质上讲，生物体内的每个体细胞包含着相同的未经加工过的遗传信息，但是，时间或环境的影响改变了单个细胞或组织的功能，同时伴随或者不伴随辅助因子及其他修饰的作用。现在清楚的是，哺乳动物基因组不仅包含DNA的基本序列信息，同时也受表观遗传学机制控制。表观遗传学机制主要包括组蛋白尾部翻译后修饰以及DNA的化学修饰。因为不同的修饰会对染色质结构产生有利或有害的影响，因此，细胞染色质结构是可以反映许多不同信号通路的净效应，而这些信号通路是由不同刺激激发的。下面详细介绍具体的表观遗传修饰，如：DNA甲基化﹑组蛋白修饰和非编码RNA。表观遗传变化的分子机制见图。
（一）DNA甲基化
CpG岛DNA甲基化是研究最多的表观遗传学修饰。胞嘧啶第5位碳原子位置共价添加一个甲基基团有可能扰乱转录因子的结合，以及通过影响DNA大沟来阻挠基因表达有关的机制。因此，DNA甲基化可能抑制转录因子与它控制的同源反应元件的相互作用，或者促进甲基结合蛋白与随后的空间阻滞因素结合，这些都有可能反过来抑制DNA与转录因子的相互作用。这些相互作用，连同其他招募到胞嘧啶甲基化区域的蛋白质复合体，使得DNA甲基化通常与有着相对复杂基因组的生物体中的转录沉默有关。如前所述，启动子高甲基化与转录沉默有关几乎是一个教条；但是，最近的研究表明，调节蛋白复合物，最终调节基因表达，而与DNA甲基化无关。
图 表观遗传变化的分子机制：（a）表观遗传沉默之前的DNA，组蛋白复合体（H）被乙酰化（连接其上的小球），其上伸出的CpG岛未被甲基化；（b）赖氨酸特异脱甲基酶1（LSD1）和异染色质蛋白质1（HP1）结合到组蛋白复合体上；（c）LSD1和HP1募集DNA甲基化酶（DNMT3a/DNMT3b）且CpG岛被甲基化，减少转录因子的结合和基因表达；（d）甲基化CpG岛组合蛋白（MBP）结合到甲基化的CpG岛上并募集组蛋白去乙酰化酶（HDAC）；（e）乙酰化组氨酸浓缩导致DNA因表观遗传变化而失活。事实上，哺乳动物中基因组CpG岛一般不具有代表性而且是非随机发生的。与非甲基化胞嘧啶相比，甲基化的胞嘧啶自发脱氨基形成胸腺嘧啶的频率更大。因为胸腺嘧啶是DNA中碱基自发形成的，修复胸腺嘧啶对细胞而言是一个两难的境地，如果不解决将导致自发性C:G→T:A型突变。增加脱氨率和有问题的修复方案这两方面原因相结合，使得哺乳动物的基因组偏向逐步废弃一些CpG二核苷酸。想必那些剩下的CpG二核苷酸已被生物选择及传递重要的生物学意义。照此说来，CpG序列与印迹基因﹑转座子及基因转录起始位点有关。
如前所述，基因组DNA甲基化模式的建立发生在生物体发长过程中，是动态的但是也是严格监管的过程。事实上，DNA甲基化对正常生长而言是至关重要的，也是分化的细胞存活所必需的。此外，人们还提出，特定启动子或整个基因组的甲基化状态是甲基化和去甲基化反应之间的平衡，也是环境和生理信号之间的平衡。受精卵是这种动态平衡的一个突出例子。在受精卵中，母亲和父亲的原核融合前，若用5-甲基胞嘧啶免疫组化的方法来测量，两种基因组DNA甲基化水平大致相当。在受孕后的头几个小时，父系基因组正积极地去甲基化，在前几个有丝分裂中也保持着去甲基化状态，而在接下来的分裂中母系基因组却被动地去甲基化。植入后，融合核中的胞嘧啶核苷酸以细胞及组织特异性的方式重新甲基化，该过程由从头甲基化酶催化，有学者提出，该过程的改变可导致成年才发病的疾病以及老化过程。
一些化学性﹑营养性或者生物性诱导效应已被证明可以影响DNA甲基化。例如，己烯雌酚（DES）影响特定基因（c-fos蛋白和乳铁蛋白）甲基化模式，这可以导致新生期处理后的小鼠基因异常表达，增加其子宫癌的发病率。有趣的是，这些效应也可以遗传。此外，对于降压药肼屈嗪和抗心律失常药物普鲁卡因，人们对其靶器官和机制也有了较好的了解，体外实验随即发现，这两种药可以阻止T细胞DNA甲基化。我们将在下面详细介绍关于黄色条纹刺豚鼠模型和大鼠中烯菌酮的跨代效应研究的例子。
（二）组蛋白修饰
如前所述，组蛋白的N-端是翻译后共价修饰的位点。核心组蛋白的乙酰化和甲基化40年前被首次描述，当时这种现象被认为与基因表达及染色质重塑的有利或有害的改变有关。在单个组蛋白内已对位于特定氨基酸修饰的定位进行了广泛的研究，研究还包括其他修饰的表征，其中有组蛋白磷酸化，泛素化，SUMO化，ADP-核糖基化，生物素及脯氨酸异构化。据推测，其他形式的修饰也可能存在，而且这些修饰的组合也能影响基因表达与染色质重塑。组蛋白特定的赖氨酸残基乙酰化一直以来被认为与基因表达增加有关。组蛋白乙酰转移酶（HAT）介导的组蛋白乙酰化，可导致染色质开放，RNA聚合酶及转录因子的聚集。这个过程可由组蛋白尾部去乙酰化而逆转，该过程由组蛋白去乙酰化酶（HDACs）介导，从而导致基因沉默。
这些修饰能影响染色质结构，进而影响基因表达，是通过顺效应的方式。顺效应定义为组蛋白尾巴物理性质的修饰可以改变核小体结构或与染色体的相互作用。例如，静电荷或尾部结构的改变可以影响DNA和组蛋白之间的关联。染色质改变的典型例子是组蛋白乙酰化，已作为这样一种机制，消除带正电，因组蛋白尾巴导致与带负电DNA的松散联系。这种宽松的构象允许特定的转录因子与同源反应元件的相互作用。人们认为，大块加合物，如：泛素和ADP-核糖，以大致相同的方式，当附着在组蛋白尾巴时，能显著抑制核小体复合物的压实。
此外，组蛋白修饰，也能够以反效应的方式改变染色质构象，这可以改变其他蛋白质与DNA修饰酶的相互作用。具体来说，识别一个特定的共价标记可能会促进蛋白复合物的聚集，这可能最终会改变染色质构象。bromodomains，一个保守的具有110个氨基酸的区域，代表着一系列与染色质相互作用的蛋白质，专门识别乙酰化的组蛋白以及促进其与染色质重塑复合物结合。甲基化的组蛋白赖氨酸残基可以被染色体域的DNA结合蛋白识别，可永久保持区域的组蛋白甲基化。在任何情况下，一个最初的表观遗传修饰是很重要的，可以导致染色质构象的区域改变以及随之而来的基因表达的改变。
组蛋白的具体修饰及机制的讨论，包括它们的识别以及表征，已超过了这篇综述的范围。然而，理解组合性的﹑协调的调控机制，可能会提供更多的表观遗传调控的生物学的理解。大量的研究已经表明，已经研究的这些组蛋白尾部的修饰是一个动态过程，通过一系列酶促反应来添加以及移除。目前，“组蛋白编码假说”已被提议作为一种手段来表征基因组区域的功能，作为组蛋白状态的结果。虽然在某些情况下，这种方法能准确预测基因和组蛋白的状态，但是没有一种代码是可以跨门类通用的。事实上，表观基因组动态性本质可能会由于过于复杂而简化成少数起作用的“规律”。进一步的工作将需要更好地界定表观基因组中的模式和类似之处，并与生物功能等同起来。
外源性药物已被证明能影响组蛋白修饰酶。事实上，一个重要的新兴主题可能是环境物质或者是药品，可以改变表观遗传修饰，但以前不知道它们能影响基因表达。例如，丙戊酸是一种抗癫痫处方药物，被认为是γ-氨基丁酸（GABA）受体激动剂，最近被证明能够影响表观基因组，它可以直接导致染色质构象的改变。此外，丙戊酸被重新分类，作为一种抗癌药物并进入临床试验，由于它有组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂的活性，能够重新激活抑癌基因。未来的化学品的测试，可能会涉及在一系列药理和毒理实验中评估组蛋白修饰酶的活性。
（三）RNA干扰与microRNA 非编码RNA作为遗传调控机制的出现，大大改变了基因组中“垃圾”DNA的概念，它代表大于97％的总核DNA。事实上，这导致了一场辩论，针对目前的基因定义是否过时，以及补充的生物学的中心法则（DNA-RNA-蛋白）是否正确。如今，通过非编码RNA的行动，中心法则已被建议改写为DNA-非编码RNA，它能够影响染色质结构，反过来又可以影响基因的功能。RNA干扰（RNAi）的活性是一个过程，是宿主生物借以将双链RNA降解成小片段，导致转录后基因表达的沉默。另外，转录沉默的机制也被归结到RNA干扰，从而导致浓缩型染色质的形成。在几乎所有的有机体从酵母，四膜虫，植物，果蝇到哺乳动物，这些基因的调节作用已被记录在案。非编码RNA作为染色质模板是建立和维持特定的染色质状态的关键，也通过沉默侵入DNA的区域，如转座子和逆转录病毒，来维持基因组的完整性。此外，在染色体的着丝粒异染色质区域稳定的过程，在蛋白质复合体中也是依赖非编码RNA的。
总之，非编码RNA的进一步理解发现，它在细胞﹑遗传和染色体分离与稳定的表观遗传学调控中有着重要作用。但可以肯定的是，未来的研究将继续阐明非编码RNA的生物学作用，一些研究人员已经确定了它们在癌症﹑营养压力以及改变对药物反应中的作用。同样，microRNA可能会改变与外源性暴露有关的基因表达，抑或外源性暴露也可能会影响microRNA的表达，两者可能有助于个体对化学物或药物暴露个体差异的解释。显然，对非编码RNA的日益理解将有助于理解其对正常生物控制以及外源化学物暴露的影响。
二、典型环境污染物与表观遗传
环境中许多理化因素的表观遗传效应已经得到初步阐明，显示了表观遗传学机制在环境相关疾病发生过程中的重要作用。随着多个环境因素表观遗传效应研究的不断深入，环境相关疾病高危人群的确定、早期筛查与诊断、预防与治疗必将成为可能。
（一）有机污染物与表观遗传 1．多环芳烃的表观遗传效应
多环芳烃（PAHs）是一种常见的致癌物，吸烟、生活环境污染或食用污染食物的人群比普通人群接触更多的PAHs，癌症及其他疾病的发病率也相对升高。在实验研究或流行病学调查中，苯并[a]芘（B[a]P）常常作为PAH暴露的指示物，用来揭示PAH对人类健康的影响。Pavanello等以49名非吸烟的焦炉工人（暴露于高浓度的PAHs）为病例组，以43名非吸烟接待员为对照组进行病例对照研究发现，与对照组相比，病例组外周血全基因组高甲基化，p53、HIC1基因启动子低甲基化，提示这可能与PAHs暴露有关。进一步的动物实验发现，小鼠暴露于城市及工业污染源3周后，其精子细胞全基因组有高甲基化的现象，此外小鼠肺中的PAH-DNA加合物水平升高，证实了与小鼠PAHs暴露有关。将小鼠胚胎的成纤维细胞长期慢性暴露于B[a]P后，检测发现其全基因组高甲基化，这与DNMT1的过度表达有关[4]，支持Damiani等人的观点。
人支气管上皮细胞暴露于反式苯并[a]芘二醇环氧化物(anti-BPDE)后，miR-320和miR-494高效表达。进一步研究发现，在B[a]P处理后的小鼠支气管上皮细胞中，miR-320 和 miR-494的表达水平会影响细胞G1期分布。同时，miR-320 和 miR-494的抑制剂能完全阻止B[a]P诱导的细胞周期阻滞，因此miR-320 和 miR-494的表达增加可能是G1期调控异常的信号，但与B[a]P暴露有关的miRNAs功能有待进一步研究。
PAH暴露的早期生物学标志可以作为减少暴露及降低危害的指标。ACSL3 基因5′-CGI甲基化状态可能与PAH暴露引起的哮喘相关，可作为PAH暴露的候选生物标志物。由于PAH可经过胎盘影响后代的健康，因此也可预测有PAH暴露史的母亲所生后代患哮喘的风险。有研究发现，吸烟肺癌患者的PBLs中有p53低甲基化现象，并认为p53低甲基化有预测患肺癌风险的作用。Pavanello等人研究发现，暴露于高浓度B[a]P的职业环境中的健康个体也有p53低甲基化的现象，患肺癌的风险明显升高。目前，BaP暴露相关的DNA甲基化及组蛋白乙酰化的图谱已经出现，ChIP-on-chip技术将有助于描述外界环境的变化如何影响细胞和生物体的表观遗传调控以及细胞对暴露的反应，人群及体外研究将有助于筛选PAHs暴露有关疾病的生物标志并揭示其致病机制。
2．苯的表观遗传效应
苯是一种普遍存在的有机污染物，在交通污染和烟草中大量存在，已有确切证据表明苯暴露会导致人类白血病的发生，此外骨髓增生异常综合征(MDS)和急性髓系白血病(AML)与苯的暴露密切相关，且患AML风险性与苯暴露的水平呈现出相关性。但苯的致病机制尚未完全清楚，可是，表观遗传学变化有助于解释其致病机制。
Bollati等对暴露于低浓度苯的加油站服务员和交通警员的研究发现，其外周血全基因组甲基化水平降低﹑p15基因高甲基化及MAGE-1基因低甲基化。这是首次报道低剂量苯暴露与DNA甲基化存在关系，且在健康的研究对象中发现了肿瘤细胞异常的表观遗传学改变，但该研究并不能排除其他交通污染物暴露对DNA甲基化的影响。最近一项以6个暴露于苯的工人（2男4女）为病例组，4个未有苯暴露的工人（2男2女）为对照组的病例对照研究表明，外周血DNA中800多个基因DNA甲基化图谱中，检测发现很多CpG位点的甲基化改变，如：RUNX3基因（骨髓增生性疾病与其表达的改变相关）甲基化水平降低，MSH3（维持基因组稳定性的关键基因之一）甲基化水平升高。研究还发现苯暴露对基因甲基化的影响似乎有性别差异。进一步的体外试验发现，苯的活性代谢产物对苯二酚（HQ）能引起人类淋巴母细胞株TK6细胞全基因组低甲基化，IL12基因高甲基化﹑ RUNX1T1及MAGEA1基因低甲基化，这些支持了前人的研究结果。此外，苯暴露还与miR-154，miR-487a，miR-493-3p，miR-668表达下降有关。
（二）金属及其化合物与表观遗传
金属在生活中和工业上都有广泛应用，是人类活动中不可或缺的物质，然而金属污染同样令人关注。与有机污染物不同，金属污染物不能被生物体降解并可蓄积达到对人体有害的水平，对机体产生细胞毒性和遗传毒性效应,甚至诱导癌症发生。一直以来科学家认为金属致癌性与遗传机制密切相关，但近年的研究表明表观遗改变也是其致病致癌的重要机制。
1．镍的表观遗传效应
镍是环境中和工业上具有严重危害的金属污染物，长期接触会产生遗传毒性效应和表观遗传损伤。镍的广泛应用是长期接触的基础，生活中使用的硬币、电池及佩戴的首饰均含有大量镍，职业性电镀工人和焊接工人也会长期接触到镍，因此镍的危害不容忽视。
镍与DNA甲基化：在中国仓鼠G12细胞中采用转基因大肠杆菌gpt活性基因做模型，发现在接触镍化合物后，DNA甲基化改变可引起其表达失活；虽然镍诱发DNA高度甲基化的机制还不确定，但一种可能的模式—镍取代镁，增加染色质浓缩，引发从头合成DNA甲基化。
在体内试验中，把硫化镍同时注射入野生型C57BL/6小鼠和肿瘤抑制基因p53杂交小鼠中，所有小鼠体内都产生恶性组织细胞瘤，且所有肿瘤细胞内均发生p16启动子高度甲基化。在体内和体外试验中，脆性组氨酸三联体基因（FHIT）是另一种接触过镍后会沉默的肿瘤抑制基因。在癌症和癌前病变中，常可以见到FHIT表达减少或缺失，且FHIT蛋白短缺与其mRNA转录的缺失是一致的。
广州化学致癌研究所在研究结晶型NiS恶性转化及成瘤16HBE细胞中hMSH2基因启动子甲基化状态及其mRNA表达水平时，发现hMSH2基因的启动子区CpG岛存在高度甲基化，且伴有mRNA表达水平下降。这可能是由于镍引起了有害的基因外修饰，即镍结合异染色质内的DNA磷酸主链中的氧原子，诱发了局部DNA甲基化，并且向外扩散到邻近的常染色质区，从而使异染色质附近的肿瘤抑制基因出现沉默。由此可见，镍的致癌作用可能不是由于镍所引发的基因突变，而是因为镍使重要的癌相关基因高度甲基化造成的。这些研究表明，表观遗传改变是镍致癌作用的主要机制。
镍与组蛋白乙酰化：Costa等人的实验表明镍离子可以抑制组蛋白H4乙酰化，增加H3K
4二、三甲基化和H3K9一、二甲基化，同时他们还研究了镍暴露浓度、暴露时间与甲基化的关系。
镍离子可以降低酵母和哺乳动物细胞组蛋白H4乙酰化水平。将A549细胞暴露于Ni3S2溶液2d后，提取出组蛋白，利用SDS-PAGE、Western Blot和抗体特异性方法检测组蛋白乙酰化水平，结果显示组蛋白乙酰化程度降低[24]。在复杂的细胞过程中，组蛋白乙酰化状态起着重要的调控作用，如组蛋白去乙酰化升高会导致染色体结构改变、转录抑制和基因沉默等，这些与癌症的发生有关。
在研究镍与组蛋白H3K4的实验中，同样以A549为实验细胞系，分成对照组与高、低剂量暴露组并培养24h。经统计分析P<0.05，即暴露组与对照组对组蛋白的影响有明显差异，镍离子会使组蛋白甲基化明显增加。检测发现，镍离子可以增加H3K
4二、三甲基化，而对一甲基化几乎无影响。在镍影响H3K9的实验中，将A549细胞暴露在NiCl2 溶液中24h后，用Western blot、Chip 技术分析，结果表明：镍离子会增加H3K9一、二甲基化。
2．砷的表观遗传效应
砷是一类对人体有害、具有致癌性的类金属，长期接触砷会对人体产生不利影响[22]。接触砷会诱发恶性肿瘤、胃肠道毒性反应、糖尿病、心血管疾病甚至死亡，砷不仅可以导致这些宏观病变，还可以引起染色体结构变化、基因表达异常等微观改变。砷的表观遗传效应主要在影响DNA甲基化与组蛋白乙酰化两方面最为突出。
砷与DNA甲基化：在砷暴露的癌症患者中，能明显观察到全基因组甲基化减少或一些特异性基因启动子甲基化增加。在燃煤污染型砷中毒患者中，病例组患者MGMT基因启动子甲基化率明显高于对照组，且随病情的加重而逐渐增高；同时癌变组MGMT基因启动子甲基化率显著高于非癌变组和对照组；但MGMT基因启动子甲基化增加，mRNA转录水平却会降低；以上结果提示MGMT基因启动子高度甲基化是砷中毒发生、发展乃至诱导肿瘤发生的一个早期事件。
接触砷的人群与对照组相比较，p53基因启动子区有明显的DNA高甲基化，且存在着剂量-反应关系。相对于不接触砷的皮肤癌患者，接触砷的患者p53基因存在着高甲基化，但其甲基化率却不明显。暴露于高浓度砷的患者中可以发现明显的p16基因启动子高甲基化。与镍不同的是，中国仓鼠G12细胞暴露于砷不会引起甲基化和转基因大肠杆菌gpt活性基因失活，这说明砷和镍两种致癌金属是通过不同途径发挥作用的。
砷与组蛋白乙酰化：Hock研究团队在研究无机砷对组蛋白修饰影响的实验中发现，无机砷显著增加HepG2细胞组蛋白H3乙酰化，而对其甲基化没有作用，但砷可以导致A549细胞中组蛋白甲基化改变。
砷影响组蛋白H3K4的试验中，将A549细胞暴露在砷中24h后，利用抗体特异性检测H3K4的一二三甲基化状况，结果为H3K
4二、三甲基化增加，一甲基化降低。同时发现暴露于5μM砷的二三甲基化增加程度比1μM的低，由此推断砷的剂量反应关系是非线性的。
组蛋白H3K9可以发生三种甲基化修饰。将A549细胞暴露在砷中24h，随后将组蛋白提取出来用Western Blot 分析H3K9的甲基化情况。结果为：一、二、三甲基化均增加，免疫荧光染色图也得到同样的结果。砷也能导致正常人支气管上皮细胞（BEAS—2B细胞）的H3K9二甲基化增加，可见这种现象不只出现在一个细胞系中[33]。
H3K27的三甲基化是基因沉默的一个重要标志。以往的研究表明，沉默启动子的H3K27甲基化水平比活化启动子中高，而三甲基化增高预示着基因沉默将会发生。A549细胞暴露在高浓度和低浓度砷中24h后，提取出细胞中的组蛋白用Western Blot 方法分析，结果表明H3K27的甲基化水平均下降。
（三）放射性物质与表观遗传
人类不断暴露在自然界低水平离子辐射中，保护系统则是通过辐射应力激发适应-反应基因的表观遗传重组发挥作用。接触放射性物质后，肺腺癌及其他一些疾病的危险性会增加。肺癌的发病可能是因为肿瘤抑制基因启动子高度甲基化引起了基因失活。氡是最常见的放射性物质，职业性接触氡的工人吸入高浓度的22
2Rn会增加肺癌发生的危险度。Palmisano等在肺腺癌患者的痰细胞中，检测到p16和MGMT高度甲基化，提示p16和MGMT有可能成为氡诱发肺癌的早期分子标记物。在国内某铀矿职业氡暴露人群的痰中检测发现，随着氡子体暴露剂量的增加，p16和MGMT两个基因的甲基化率也呈逐渐上升的趋势，这与Palmisano等的报道结果基本一致。Prueitt等推测，部分吸烟诱导的肺癌是由于患者所吸入香烟中放射性同位素的辐射作用所致。而接触辐射的工人肺癌发生率与p16的失活呈正相关，这暗示香烟中的放射性核素可能与其他化合物反应，从而引发肺癌。以上研究表明，辐射和吸烟都会引起p16失活，而p16失活在癌症发生过程中起着主要作用；香烟中的放射性物质在一定程度上增加了肺癌的危险性，但是相对于化学致癌物等的作用，电离辐射的影响程度还不能确定。
（四）电离辐射与表观遗传
电离辐射是无处不在的，是疾病检测和辅助诊断的重要技术手段，虽然电离辐射对人类有重要的作用但其危害性也值得重视，因此了解电离辐射的损伤机制迫切重要。Mothersill, Bonner 和Kovalchuk实验室已用细胞培养、三维人体组织和动物模型证实了表观遗传学改变在电离辐射效应中的重要作用。Thompson，Scott等人认为实验设计偏倚可掩盖低水平的电离辐射暴露对癌症的抑制现象，并发现患肺癌的风险降低与低剂量α-辐射暴露有关。进而有研究认为，人类持续暴露于自然的低水平电离辐射，可以形成了一套自我保护的适应辐射的机制。可能低水平辐射激活反应基因，高水平的辐射激活沉默反应基因，使得低剂量辐射有关反应机制在表观遗传调控方面（DNA甲基化，组蛋白修饰，miRNAs）上有了新的认识，未来或许可将低水平电离辐射用于癌症的预防。
（五）其
他 石棉与DNA甲基化：石棉是职业环境中常见的且具有致癌性的物质，其诱导肺癌的发生已经得到确切的证实。肺癌发生的危险性主要取决于石棉的纤维类型和含量。肺癌中很多肿瘤抑制基因的改变都与吸烟相关，但是关于其与石棉相关性的研究却很少。p16/CDKN2A 是一个重要的肿瘤抑制基因，其发生改变的形式主要是5’-CpG岛高度甲基化，而很少发生点突变。p16/CDKN2A甲基化和石棉暴露之间存在着联系，Andujar等研究了接触石棉的肺癌患者中p16/CDKN2A基因的改变情况，其中，石棉暴露资料的详细估测是根据职业问卷调查和肺组织石棉体检测得到的；研究结果还证实了吸烟对p16/CDKN2A基因改变有影响，即吸烟较多的肺癌患者（每年≥40包）的p16/CDKN2A 启动子高度甲基化率明显高于吸烟较少的肺癌患者（每年吸烟<40包的患者）；在校正年龄和吸烟状态后，石棉暴露患者中p16/CDKN2A高甲基化率是24.2%。
参考文献：
[1] LEWTAS J.Air pollution combustion emissions, characterization of causative agents and mechanisms associated with cancer, reproductive, and cardiovascular effects[ J ].Mutat Res,2007,636(1-3):95–133.[2]PAVANELLO S,BOLLATI V,PESATORI A C, et al.Global and gene-specific promoter methylation changes are related to anti-B[a]PDE-DNA adduct levels and influence micronuclei levels in polycyclic aromatic hydrocarbon-exposed individuals[ J ].Int J Cancer, 2009,125(7): 1692–1697.[3]YAUK C, POLYZOS A, ROWAN-CARROLL A, et al.Germ-line mutations, DNA damage, and global hypermethylation in mice exposed to particulate air pollution in an urban/industrial location[ J ].Proc Natl Acad Sci U S A, 2008, 105(2):605–610.[4]YAUK C L, POLYZOS A, ROWAN-CARROLL A, et al.Tandem repeat mutation, global DNA methylation, and regulation of DNA methyltransferases in cultured mouse embryonic fibroblast cells chronically exposed to chemicals with different modes of action[ J ].Environ Mol Mutagen ,2008,49(1):26–35.[5] SHEN Y L, JIANG Y G, GREENLEE A R, et al.MicroRNA expression profiles and miR-10a target in anti-benzo[a]pyrene-7,8-diol-9,10-epoxide-transformed human 16HBE cells[ J ].Biomed Environ Sci, 2009,22(1), 14–21.[6] DUAN H, JIANG Y, ZHANG H, et al.MiR-320 and miR-494 affect cell cycles of primary murine bronchial epithelial cells exposed to benzo[a]pyrene[ J ].Toxicol In Vitro,2010,24(3):928–935.[7] PERERA F, TANG W Y, HERBSTMAN J, et al.Relation of DNA Methylation of 5′-CpG Island of ACSL3 to Transplacental Exposure to Airborne Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and Childhood Asthma[ J ].PLoS ONE, 2009,4(2):e4488.[8] WOODSON K, MASON J, CHOI S W, et al.Hypomethylation of p53 in peripheral blood DNA is associated with the development of lung cancer.Cancer Epidemiol Biomarkers Prev , 2001,10(1):69–74.[9] SADIKOVIC B, RODENHISER D I.Benzopyrene exposure disrupts DNA methylation and growth dynamics in breast cancer cells[J].Toxicol Appl Pharmacol,2006,216(3):458–468.[10] SADIKOVIC B, HAINES T R, BUTCHER D T, Chemically induced DNA hypomethylation in breast carcinoma cells detected by the amplification of intermethylated sites[ J ].Breast Cancer Res,2004, 6(4):R329–R337.[11] SADIKOVIC B, ANDREWS J, CARTER D, et al.Genome-wide H3K9 histone acetylation profiles are altered in benzopyrene-treated MCF7 breast cancer cells[ J ].J Biol Chem,2008,283(7):4051–4060.[12] Proceedings of the International Symposium on Recent Advances in Benzene Toxicity, Munich, Germany, 9–12 October 2004[ J ].Chem Biol Interact ,2005,153–154.[13] BOLLATI V, BACCARELLI A, HOU L, et al.Changes in DNA methylation patterns in subjects exposed to low-dose benzene[ J ].Cancer Res,2007,67(3):876–880.[14] JI Z, ZHANG L, PENG V, et al.A comparison of the cytogenetic alterations and global DNA hypomethylation induced by the benzene metabolite, hydroquinone, with those induced by melphalan and etoposide[ J ].Leukemia,2010, 24(5), 986–991.[15] ZHANG L, MCHALE C M, ROTHMAN N, et al.Systems biology of human benzene exposure[ J ].Chemico Biol Interact,2010, 184(1-2):86–93.[16]Beyersmann D, Hartwig A.Carcinogenic metal compounds: recent insight into molecular and cellular mechanisms[J].Arch Toxicol.2008 ,82（8）:493-512.[17] Bigorgne E, Cossu-Leguille C, Bonnard M,et al.Genotoxic effects of nickel, trivalent and hexavalent chromium on the Eisenia fetida earthworm[J].Chemosphere.2010 ,80（9）:1109-1112.[18]Arita A, Costa M.Epigenetics in met al carcinogenesis: nickel, arsenic, chromium and cadmium[J].Met allomics, 2009, 1（3）： 222-228.[19]Govindarajan B，Klafter R，Miller MS，et al.Reactive oxygen-induced carcinogenesis causes hypermethylation of p16(Ink4a)and activation of MAP kinase[J].Mol Med，2002，8（1）：1-8.[20]Kowara R，Salnikow K，Diwan BA，et al.Reduced Fhit protein expression in nickel transformed mouse cells and in nickel-induced murine sarcomas[J].Mol Cell Biochem，2004，255（1-2）：195-202.[21]陈家堑，纪卫东，吴中亮.化学致癌的表遗传机制[J].毒理学杂志，2005，19（A03）：176-177.[22]Ji W，Yang L，Yu L，et al.Epigenetic silencing of O6-methylguanine DNA methyltransferase gene in NiS-transformed cells[J].Carcinogenesis，2008，29（6）：1267-1275.[23] Chen H, Ke Q, Kluz T,et al.Nickel Ions Increase Histone H3 Lysine 9 Dimethylation and Induce Transgene Silencing[J].Mol Cell Biol.2006 ,26（10）:3728-3737.[24] Broday L, Peng W, Kuo MH，et al.Nickel Compounds Are Novel Inhibitors of Histone H4 Acetylation[J].Cancer Res.2000, 60（2）:238.[25]Wu R, Wang S, Zhou N,et al.A proton-shuttle reaction mechanism for histone deacetylase 8 and the catalytic role of met al ions[J].J Am Chem Soc.2010,132（27）:9471-9479.[26] Zhou X, Li Q, Arita A, et al.Effects of nickel, chromate, and arsenite on histone 3 lysine methylation[J].Toxicol Appl Pharmacol.2009 ,236（1）:78-84.[27]Stevens JJ, Graham B, Walker AM, et al.The Effects of Arsenic Trioxide on DNA Synthesis and Genotoxicity in Human Colon Cancer Cells[J].Int J Environ Res Public Health.2010,7(5):2018-2032.[28]Baylin SB，Herman JG.DNA hypermethylation in tumorigenesis：epigenetics joins genetics[J].Trends Genet，2000，16(4)：168-174.[29]张爱华，陈强，李健，等.燃煤污染型砷中毒患者MGMT基因启动子甲基化及MGMT mRNA的表达[J].环境与职业医学，2008，25（5）：425-428.[30]Chanda S，Dasgupta UB，GuhaMazumder D，et al.DNA hypermethylation of promoter of gene p53 and p16 in arsenic-exposed people with and without malignancy[J].Toxicol Sci，2006，89(2)：431-437.[31]Salnikow K，Zhitkovich A.Genetic and epigenetic mechanisms in metal carcinogenesis and cocarcinogenesis：nickel，arsenic，and chromium[J].Chem Res Toxicol，2008，21(1)：28-44.[32] Ramirez T, Brocher J, Stopper H,et al.Sodium arsenite modulates histone acetylation, histone deacetylase activity
and
HMGN
protein
dynamics
in
human
cells[J].Chromosoma.2008 ,117(2):147-157.[33]Zhou T, Sun H,Ellen T,et al.Arsenite alters global histone H3 methylation[J].Carcinogenesis.2008,29(9):1831–1836.[34] Barski A,Cuddapah S,Cui K,et al.High-Resolution Profiling of Histone Methylations in the Human Genome[J].Cell.2007, 129(4): 823-837.[35]Scott BR, Belinsky SA, Leng S，et al.Radiation-Stimulated Epigenetic Reprogramming of Adaptive-Response Genes in the Lung: An Evolutionary Gift for Mounting Adaptive Protection Against Lung Cancer[J].Dose Response,2009,7(2):104–131.[36]El-Gamal A，Hosny G.Assessment of lung cancer risk due to exposure to radon from coastal sediments[J].East Mediterr Health J，2008，14(6)：1257-1269.[37] 苏世标，杨鲁静，张卫，等.某铀矿工人痰细胞中p16和MGMT基因的甲基化状态[J].中华劳动卫生职业病杂志，2006，24（2）：92-95.[38]Prueitt RL，Goodman JE，Valberg PA.Radionuclides in cigarettes may lead to carcinogenesis via p16(INK4a)inactivation[J].J Environ Radioact，2009，100(2)：157-161.[39] SEDELNIKOVA O A, NAKAMURA A, KOVALCHUK O, et al.DNA Double-Strand breaks form in bystander cells after microbeam irradiation of three-dimensional human tissue models[ J ].Cancer Res,2007, 67(9):4295-302.[40] KAUP S, GRANDJEAN V, MUKHERJEE R, et al.Radiation-induced genomic instability is associated with DNA methylation changes in cultured human keratinocytes[ J ].Mutat Res, 2006, 597(1-2):87-97.[41] KOTURBASH I, RUGO R E, HENDRICKS C A, et al.Irradiation induces DNA damage and modulates epigenetic effectors in distant bystander tissue in vivo[ J ].Oncogene,2006, 25(31):4267-75.[42] KOTURBASH I, LOREE J, KUTANZI K, et al.In vivo bystander effect: cranial X-irradiation leads to elevated DNA damage and altered cellular proliferation and apoptosis in shielded spleen.International Journal of Radiation[ J ].Int J Radiat Oncol Biol Phys,2008, 70(2):554-562.[43] THOMPSON R E, NELSON D F, POPKIN J H, et al.Case-control study of lung cancer risk from residential radon exposure in Worchester County, Massachusetts[J].Health Phys,2008 ,94(3):228-41.[44]
SCOTT B R.Low-dose-radiation-stimulated natural chemical and biological protection against lung cancer[ J ].Dose Response,2008 , 6(3):299-318.[45] SCOTT B R, SANDERS C L, MITCHEL R E J , et al.CT scans may reduce rather than increase the risk of cancer[ J ].J Am Physicians and Surg ,2008 ,13(1):8-11 [46] SCOTT B R, BELINSKY S A, LENG S G, et al.Radiation-Stimulated Epigenetic Reprogramming of Adaptive-Response Genes in the Lung: An Evolutionary Gift for Mounting Adaptive Protection Against Lung Cancer[ J ].Dose Response,2009,7(2):104-131.[47] MA S, LIU X, JIAO B, et al.Low-dose radiation-induced responses: focusing on epigenetic regulation[ J ].Int J Radiat Biol, 2010,86(7):517-528.[48]Moiseeva EP，Manson MM.Dietary chemopreventive phytochemicals：too little or too much[J].Cancer Prev Res，2009，2(7)：611-616.[49] Klimczak A，Malinowska K，Kubiak K.Tumour illnesses and nutrition[J].Pol Merkur Lekarski，2009，27(159)：242-244.[50] Satia JA，Littman A，Slatore CG，et al.Long-term use of beta-carotene，retinol，lycopene，and lutein supplements and lung cancer risk: results from the VITamins and Lifestyle(VITAL)study[J].Am J Epidemiol，2009，169(7)：815-828.[51]Stidley CA，Picchi MA，Leng S，et al.Multi-vitamins，folate，and green vegetables protect against gene promoter methylation in the aerodigestive tract of smokers[J].Cancer Res，2010，70(2)：568-574.[52]Vaissiere T，Hung RJ，Zaridze D，et al.Quantitative analysis of DNA methylation profiles in lung cancer identifies aberrant DNA methylation of specific genes and its association with gender and cancer risk factors[J].Cancer Res，2009，69(1)：243-252.[53] Vanselow J, Yang W, Herrmann J, Zerbe1 H, Schuberth HJ, Petzl W, Tomek W, Seyfert HM.DNA-remethylation around a STAT5-binding enhancer in the aS1-casein promoter is associated with abrupt shutdown of aS1-casein synthesis during acute mastitis[J].J Mol Endocrinol, 2006,37(3): 463–477.[54] Tycko B.Epigenetic gene silencing in cancer[J].J Clin Invest,2000, 105(4): 40l–407.[55] Lo PK, Sukumar S.Epigenomics and breast cancer[J].Pharmacogenomics, 2008, 9(12): 1879–1902.[56]Black Y D，Maclaren F k Naydenov A、‘et a1．A1tered attention and prefrontal cortex gene expression in rats after binge-like exposure to cocaine during adolescence[J]．Journal of Neuroscience，2006，26(38)：9656～9665 [57]Tsankova N，Renthal W,Kumar A, et a1．Epigenetic regulation in psychiatric disorders[J]．Nature Neuroscience，2007．8(5)：355～367 [58]Carbone M，Kratzke RA，Testa JR.The pathogenesis of mesothelioma[J].Semin Oncol，2002，29(1)：2-17.[59]Han W，Wang T，Reilly AA，et al.Gene promoter methylation assayed in exhaled breath，with differences in smokers and lung cancer patients [J].Respir Res，2009，10：86.[60]Liu Y，Gao W，Siegfried JM，et al.Promoter methylation of RASSF1A and DAPK and mutations of K-ras，p53，and EGFR in lung tumors from smokers and never-smokers[J].BMC Cancer，2007，7：74.[61]Andujar P，Wang J，Descatha A，et al.p16(INK4A)inactivation mechanisms in non-small-cell lung cancer patients occupationally exposed to asbestos[J].Lung Cancer，2010，67(1)：23-30.[62] Hou L, Zhang X, Wang D, Baccarelli A.Environmental chemical exposures and human epigenetics.Int J Epidemiol.2011 Dec 13.[Epub ahead of print] [63] LeBaron MJ, Rasoulpour RJ, Klapacz J, Ellis-Hutchings RG, Hollnagel HM, Gollapudi BB.Epigenetics and chemical safety assessment.Mutat Res.2010 Oct;705(2):83-95.
第五篇：环境生态学期末课程论文
xxxxxx大学
环境生态学期末论文
题目：关于家乡生态农业的一些看法
学生姓名：xxx
指导老师：xxx
学院：地球与环境学院
专业班级：环境工程xxx
完成时间：20xx年x月
I
论文题目 ：关于家乡生态农业的一些看法
题目类型 ：理论研究题目来源 ：生产实际问题论文写作时间：2011年3月至2011年4月
摘要：随着农业的发展，如何提高农业的生产效率和经济效益，成为农业生产者越来越关心的问题。近年来生态农业的可行性和认可度进一步提高，人们对生态农业的重视程度也越来越高，然而人们对生态农业的理念还存在一定的误解。生态农业中也还存在相关的问题，下面是我结合自己的观察就家乡生态农业的一些看法。其中存在问题的主要是当地环境资源的利用效率太低，农业子系统设计不合理，层次结构有待调整，模式类型应用不当，生产产品的质量不达标，以及经济效益难以提高等。针对这些方面，通过完善生态农业系统结构，增强生态系统协调性，优化产业模式，这些问题也是可以解决的。
关键词：生态农业误解存在问题农业子系统改进意见
一、生态农业的概念：
生态农业：是指在保护、改善生态农业环境的前提下，遵循生态学
生态经济学规律，运用系统工程方法和现代科学技术，集约化经营的农业发展模式，是按照生态学原理和经济学原理,运用现代科学技术成果和现代管理手段,以及传统农业的有效经验建立起来的，能获得较高的经济效益、生态效益和社会效益的现代化农业。
对这一概念，很多人还存在误解，当然仅仅通过字面的了解，很容易想到绿色食品和自然条件下的生产模式，那么在这就有一个中国对生态农业的定义：按照生态学原理和生态经济规律，因地制宜地设计、组装、调整和管理农业生产和农村经济的系统工程体系。它要求把发展粮食与多种经济作物生产，发展大田种植与林、牧、副、渔业，发展大农业与第二、三产业结合起来，利用传统农业精华和现代科技成果，通过人工设计生态工程、协调发展与环境之间、资源利用与保护之间的矛盾，形成生态上与经济上两个良性循环，经济、生态、社会三大效益的统一。
我国的生态农业遵循发达国家在提出生态农业时所坚持的发展农
村经济必须与环境保护相协调的原则和生态原理，摒弃了西方生态农业主张不用农药、化肥、机械等外部投入的非集约化农业技术路线的那种回归自然的倒退做法；坚持增加科技含量，合理投入，实施集约农业产业工程化的技术路线。
所以我们应排除对生态农业的误解，生态农业并不是纯自然条件下
没有现代化干预的农业生产模式，而是充分发挥自然区位优势，充分利用自然生态条件、利用科学技术手段提高生产效率的一种新型农业
生产模式，而且生产的产品也未必是绿色食品。生态农业是以生态学理论为主导，运用系统工程方法，以合理利用农业自然资源和保护良好的生态环境为前提，因地制宜地规划、组织和进行农业生产的一种农业。
二、家乡农业存在的问题：
我们先来看一下我家乡的地理区位，宣城地处皖南，位于长江的下游地
区，属泛长三角，气候属于典型的温带季风气候，全年降水丰富，植被繁茂。而且是典型的丘陵地形，地形不单一，适合不同形式的作物，日照充分，非常适合综合型农业的发展，尤其是生态农业的发展。
然而现在的当地农业发展却在承接长三角产业转移的浪潮下渐渐被忽
视，一是原本单薄的农业发展基础不能很好的带来经济效益，相反工业生产利润丰厚；二是不合理的生产模式给当地居民带来了很多的困扰。
现就家乡的某一处农业结构作一下概述，虽然也算是一种生态农业，但
还存在着一些问题。当地地形是东北面是山，西南面是农田，而且大小不一的池塘很多，有着良好的农业生产条件。然而当地现实的情况是山上全部种的是一种名叫外国松的引进的树种，农田里只是在夏天种一季水稻，山脚下建设一些养殖厂，饲养的主要是鸡和猪。我们可以看到农业生产要素之间都是孤立的，并没有建立起能量和物质的联系，仅仅靠的是人工的肥料投入，养殖业的饲料也主要靠的是购买，过分依赖人工投入，其农业的生态系统物质和能量循环并没有形成。其种植的树木需要将近十年才能产生经济效益，而且每年还要在护林防火方面投入很多。再看其养殖方面的产出，其产生的肉制品并未经过深加工，只是投放当地的肉制品市场，其价格方面并没有多大的竞争优势，所以其经济效益也是可想而知，而且养殖风险也不能有效地规避。养殖方面的产生的家禽粪便只是托运到山里面倾倒，然而每年的雨水冲刷使得家禽粪便的肥力作用根本没有发挥，相反被雨水冲刷后流淌到山下的排水网络里，导致环境的污染，蚊虫滋生，气味难闻。山下居民的生活用水受到污染，居民的生活受到一定影响。
三、理论意见：
①、生态农业是20世纪60年代末期作为“石油农业”的对立面而出现的概念，其区别在于资源尽量的取自自然环境，发挥当地的资源优势，而非大量的人工投入。
②、为提高生产的效率，要尽量建立农业子系统之间的联系，食物链网络化、农
业废弃物资源化，充分发挥资源潜力和物种多样性优势，建立良性物质循环体系,农业子系统设计涉及到种植业种群结构,但要注意各作物组分之间、农林牧产业间的协同适应性,在此基础上提出相应的用地比例、劳动力配置结构、投资结构等,并建立起实现农业生态系统良性循环的复合结构。农林牧产业在生态农业系统中不是大拼盘，而是在资源条件下市场下的合理量比关系，才能达到物质循环能量的畅通流动。具体的生态农业结构类型有：空间结构型、食物链型、时空食物链综合型三种类型。
③、生态农业强调发挥生态农业系统的整体功能，以大农业伟出发点，按“整体、协调、循环、再生”的原则，全面规划，调整和优化农业结构，使农林牧副渔各业和农村一、二、三产业综合发展，并使各业之间互相支持，相得益彰，提高综合生产能力。
④、生态农业仍然施用化肥和低毒高效农药等，突破传统农业的局限性，但又保
持其精耕细作、施用有机肥、间作套种等优良传统，摒弃了西方生态农业主张不用农药、化肥、机械等外部投入的非集约化农业技术路线的那种回归自然的倒退做法；坚持增加科技含量，合理投入，实施集约农业产业工程化的技术路线。
四、具体改进意见：
①、明确当地的资源条件：
较多的水域和较为宽裕的农业用地有利于建立农业子系统，在进一步完
善水生态系统的基础上，可以具体的增加养殖业的项目，比如水体养殖，可以适当的在当地的池塘里放养鱼类，而不是仅仅限制在家禽家畜的养殖，这样就充分利用了闲置的池塘，池塘介入人为管理后能更好得发挥其在生态系统中的作用。在种植方面也要摆脱单一的种植模式，山上可以引种一定的果树，与现有的植物（松树）进行套种，而农田中也可以采用农作物套种的方式，南方的水田有较好的气候条件，可以套种多年生的经济作物，这样就可以充分利用生态空间。即形成时空结构型的生态农业子系统。例如，可以种植葡萄，吊瓜等易于管理的作物，其中套种蔬菜，能降低在种植方面的劳动力力资源的投入。
②、建立起农业子系统之间的联系（即建立养殖与种植方面的联系）：
在整个当地的农业生态系统中，其生产者主要分布在林地和农田，产出
主要有粮食、水果及其他作物产品，还有一个重要产出就是农业废弃物。例如，果树产生的有水果，此等产品可直接输入市场，但是其产生的农业废物有：挑选剩下的水果，果树的枯枝败叶。农田中会产生粮食等可以直接输入市场的作物，同时也会产生作物秸秆、蔬菜枯叶和其他经济作物的藤蔓等农业废物。还有即养殖方面的养殖废物。
农业子系统之间的联系并不是很紧密，农田归农田，林地归林地。我可
以调整一下，主要是生产者产生的农业废物和养殖业产生的养殖废物的处理途径。最基本的就是建立起循环关系，农业废物是良好的养殖资源，而养殖废物又是良好的种植业资源，这样基本的联系即可建立。根据食物链的方向，合理安排能量和物质的流动，即形成食物链型生态农业系统。
③、优化农业子系统的结构：
优化的具体实施可以体现在将农业子系统交叉在一起，比如养殖业的场
地选择，可以直接定位在林区，实行散养与圏舍养殖相结合的模式，这样就就解决了养殖废弃物的转运问题，直接将其作为作物的肥料，节省了人力物力。还可以将禽类的养殖空间与畜类的养殖空重叠。例如鸡鸭的粪便并不是消化的很彻底，鸡粪甚至还可以直接作为猪的饲料；鸭是喜好湿地的，在种植水稻的区域是可以将鸭在其中放养的，而且鸭在田间觅食可以大大降低虫
害。种植区域产生的作物中不合格的产品可以直接用来做饲料，比如藤本植物的秸秆只要处理得当，就可以作为羊越冬的良好的饲料。这些是通过建立农业子系统之间的联系来优化生态农业结构的，可形成时空食物链综合型的生态系统类型。
此外，优化生态农业结构还可以通过增加人工投入，例如，为了提高
养殖的数量，林区面积又能满足场地需要，但是在饲料难以自给自足的情况下，我们就可以通过人工向系统中投放能量的方式来弥补生态系统中的“木桶效应”。
④、产品升级：
生态农业尽管不是指绿色农业，但是生态农业可以作为绿色农业的基
础。我们之前提到的中国的生态农业理念是摒弃西方不使用农药、化肥的做法，然而，现在我们的看到绿色农业在社会中的认可度，生态农业是可以向绿色农业转型的。当我们的农业子系统的协调机制建立完善，物质和能量循环能够有效地进行时，我们就可以减少人工投入，甚至可以在不添加人工因素的前提下保证相应的农业产值，而且绿色食品的市场竞争优势是显而易见的，所以在生态农业向绿色农业转型时我们的经济效益是可以保证的。
另外，在承接长三角产业转移的的同时，我们更应看到农业发展的契机，我们可以建立农业与加工业之间的联系，进行农产品深加工，减少靠出售初级农产品的农业收入比例，而且农产品的深加工是可以大幅度提高农产品的附加值的，从而提高农业收入。
⑤、管理方面的改善：
鉴于生态农业系统的统一协调性的需要，管理人员要有较高的专业知识
和技术，而不是再过分的依赖旧有的肤浅的经验进行管理。所以环境工程方面的人才是可以涉足这一方面的。从现在的情况看，中国农业的生产模式任然缺乏科学理论知识在基层的指导，知识分子在农业基层方面的研究也不是很多。所以生态农业的进一步发展要进一步依靠知识分子，要注重吸收环境工程等专业的知识分子作为提高管理和推动生态农业继续进步的力量。
[参考文献]
[1] 黄斌.对我国生态农业发展的思考[J].安徽农业科学.2007
[2] 何传启.要现代化 也要生态现代化[J].北京：科学与现代化.2007
[3] 蔡拓.可持续发展——新的文明观[M].太原：山西教育出版社，1999.
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