剂量-效应关系是毒理学研究的基础。近年来研究表明,与毒理学传统阈值模型(Threshold model)及线性非阈值模型(Linear non-threshold)的描述不同,环境污染物诱导的生物学响应往往表现出低浓度促进、高浓度抑制的双相剂量-效应关系。双相剂量-效应关系的存在,对传统剂量-效应模型的正确性提出了质疑,对环境风险评估具有潜在而深远的影响。随着相关报道的逐年增加,双相剂量—效应关系逐步得到科学界认可,但其作用机制并不明确。本论文采用多种生物毒性测试方法对典型污染物诱导的双相剂量-效应关系进行了验证。重金属的发光菌生物毒性检测结果表明,铜、锌、镉、铬(Ⅵ)等4种重金属处理对淡水发光菌——青海弧菌(Vibrio qinghaiensis sp. Q67)和海洋发光菌——明亮发光杆菌(Photobacterium phosphoreum sp. T3)生长的影响均表现出倒“U”形双相剂量-效应关系。总体上讲,处理浓度小于1mg/l时,无毒常量重金属铜、锌对两种发光菌的影响表现为生长促进作用,10mg/l的处理浓度则在各个处理时间点均抑制发光菌生长。非必需有毒重金属镉、铬(Ⅵ)对两种发光菌的毒性抑制作用具有选择性,淡水发光菌Q67对镉处理较为敏感,铬(Ⅵ)对海洋发光菌T3的毒性抑制作用则更为显著。Vero细胞离体毒性测试结果表明,无论重金属锌还是持久性有机污染物多氯联苯(Polychlorinated biphenyls, PCBs)对Vero细胞生长的影响均符合双相剂量-效应曲线的描述。处理浓度低于25mg/l时,重金属锌的3种化合物形式均能促进Vero细胞生长,但随着处理时间的延长,生长刺激效应会逐渐转变为抑制作用。处理浓度高于200mg/l时,锌盐显著抑制细胞生长,其生长率降至对照的50%以下。不同结构PCBs对Vero细胞生长的影响表明,低浓度PCBs(浓度小于0.01μg/ml)能刺激Vero细胞生长,刺激效应达到对照的120%左右。另外,非共面PCB 52、PCB 153对Vero细胞的毒性抑制作用分别大于共平面结构的PCB 77和PCB 126。本论文采用Vero细胞离体毒性测试方法,以共平面PCB 126和非共面PCB153作为目标污染物,分低剂量刺激、高剂量抑制两部分对双相剂量-效应关系的作用机制进行了研究。结果表明,无论是共平面结构的PCB 126还是非共面结构的PCB 153在10μg/ml的处理浓度下均表现出显著的细胞毒性。透射电镜及扫描电镜测试发现,PCBs处理会诱导细胞结构的显著变化,PCB 153处理细胞表现出凋亡的形态特征。激光共聚焦显微镜则从细胞核形态变化角度证实PCB153以凋亡形式诱导Vero细胞死亡。流式细胞术定量分析表明,与PCB 126相比,PCB 153能更显著的诱导Vero细胞凋亡。PCBs对细胞膜完整性的破坏是其诱导Vero细胞死亡的一个可能机制。PCBs处理引发的细胞线粒体功能损伤则可能是非共面PCB 153细胞毒性的一个重要途径。低剂量刺激作用机制研究方面,主要从细胞周期分布变化及细胞信号转导通路激活等方面探讨PCBs诱导Vero细胞生长刺激的可能机制。低浓度PCBs通过诱导S期细胞比例的增加实现对Vero细胞的生长促进作用,高浓度PCBs处理导致的细胞G1期阻滞则是造成PCBs细胞毒性的原因之一。两种不同结构的PCB同系物在低剂量暴露诱导细胞增殖的作用机制上存在差异：共平面结构的PCB 126通过诱导细胞周期正性调控蛋白CDK2、Cyclin D1、Cyclin E表达增加、破坏细胞接触抑制效应实现对细胞增殖的促进。非共面结构的PCB 153则通过上调ERK1/2蛋白表达诱导Vero细胞增殖。