[发明专利]基于金属定量构效关系的海水急性基准预测方法

说明书

本发明涉及一种基于金属和类金属定量构效关系的海水水质基准预测方法，根据金属离子的结构特征与海洋生物急性毒性效应的定量关系预测未知金属的毒性终点，结合不同物种的敏感度分布分析推导保护不同比例的海洋生物的危险浓度；是综合金属理化结构参数和不同海洋生物的致毒机理建立QSAR金属毒性预测模型，并将其应用于预测未知海水水质基准最大浓度的一种方法。本专利基于生态学原理，系统筛选五门八科海洋物种作为最小生物预测集，分别构建单参数的毒性预测模型，提高模型精度和预测能力。

技术领域

本发明涉及海水水质基准模型领域，尤其涉及基于金属定量构效关系的海水急性基准预测方法。

背景技术

人类的生存与发展都依赖于海洋，但随着沿海区域经济的快速发展，我国近岸海域正遭遇着日益严重的陆源重金属污染，海洋生物多样性和生态系统的平衡也正经受着严重的考验。如浙江温州的乐清湾沿海区域，化工产业以及电子拆解行业的高速发展使得浙江省6500公里长的海岸线上超过80％的海岸带受到污染，表层沉积物铜的超标率达到50％，2011年7月还出现了水生生物大规模死亡，如何建立切实可行的保护海洋生物的金属海水水质基准已成为我国海洋环境管理中亟待解决的关键问题。

自上世纪七十年代初，USEPA就开展了金属污染物的海水水质基准的研究，《清洁水法》颁布了镉，铜，汞，镍，银、锰等6种优控及非优控金属的基准值，以保护鱼和其他海洋生物的繁殖和生存。近四十年来，美国环保局根据最新科学进展对水质基准不断进行更新，相继颁布基准文件共6次。在最新的基准文件中，15种金属或类金属被列入优控污染物和非优控污染物名录，其中10种(砷，镉，铬，铜，铅，汞，镍，硒，银，锌)给出了海水水质基准最大浓度值。另外一些发达国家和地区，如欧盟、加拿大、澳大利亚、新西兰等也根据其海洋水环境污染状况，从保护水生生态系统的角度出发，结合毒理实验数据和现场环境调查资料，相继制订了金属类污染物保护海洋生态系统的水质基准值，并且形成了较为系统的水质基准研究体系。而我国的海洋环境质量基准研究尚处于起步阶段，正在国外水质基准研究方法的基础上摸索前进，目前仅有一些零星的关于金属海水水质基准的研究，究其原因主要是社会对海洋生态系统重视不够，对海洋物种的实验室培养繁殖技术、毒性测试标准方法的研究也相对较少，海洋生物的实验数据，尤其是脊椎动物的毒性数据严重匮乏，相对于淡水生态系统，海洋生态系统拥有更丰富的生物种类，很多种类的生物，如棘皮类，只能在海洋环境中存活，但就目前已有的研究成果，海洋生物的毒性数据要远远少于淡水生物，这些都给我国海水水质基准的制订带来了极大的困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金属定量构效关系的海水急性基准预测方法，用以克服上述的技术问题。

为实现所述的目的，本发明提供一种基于金属定量构效关系的海水急性基准预测方法，根据金属离子的结构特征与海洋生物急性毒性效应的定量关系预测未知金属的毒性终点，结合不同物种的敏感度分布分析推导保护不同比例的海洋生物的危险浓度；

该具体过程为：

步骤a，建模毒性数据采集，筛选，运算和汇总；

步骤b，五门八科海洋模式生物筛选；

步骤c，构建金属离子结构描述符数据集，以各金属对应的结构参数为自变量进行线性相关性分析，通过相关系数排序，获得最佳的结构描述符；

步骤d，构建毒性预测模型及稳健性检验；建立一元回归方程，对参数进行估计，采用F统计量对应的P值进行检验；

步骤e，QSAR模型的内部验证，包括交叉验证和y随机化验证，分别用e1和e2表示；

步骤f，QSAR模型的外部验证；

步骤g，模型适用范围计算；经过校验的模型，以杠杆值hi为横坐标，以各数据点的标准残差为纵坐标，绘制Williams图；