（植物营养学专业论文）镉、锌和有机农药对水溞急、慢性中毒的影响.pdf

两南大学硕士学位论文 摘要 量量_ i l l i i i | 一 镉、锌和有机农药对水潘 急、慢性中毒的影响 专业学科 硕士研究生 指导教师 植物营养学 邵蕾 黄建国教授 摘要 生物监测是水质监测的重要内容之一，有害物质对生物体的影响因浓度等的 差异导致急性或慢性中毒的反应。利用水潘进行水体生物监测是课题组的长期研 究工作，在前期研究的基础之上，本项研究以自主选育的隆线潘和方形网纹涵等 作为生物材料，在相对长期低浓度镉( 重金属) 和五氯酚钠( 有机氯农药) 的水 环境中，研究它们对这三种水淹的繁殖能力( 产泾周期、产涵数和幼潘死亡率等) 的影响，旨在探讨镉和五氯酚钠引起的慢性中毒现象及不同水浯的敏感性；此外， 研究镉、锌( 重金属) 和三唑磷、五氯酚钠( 有机磷、有机氯农药) 对隆线潘体 内乙酰胆碱酯酶( 神经系统的关键酶之一) 和n 矿，c a t p 酶( 能量系统的关键酶 之一) 活性的影响，目的是深入了解重金属或农药对水潘神经和能量系统的作用， 探索水潘急性中毒导致趋光能力变化的原因，为水体生物监测提供科学依据。通 过研究，得出以下主要结论： ( 1 ) 分别在镉和五氯酚钠三种浓度( o 0 3 2 m g l 、0 0 5 6 m g l 和o 1 m g l ) 的水 环境中，对隆线潘、大型潘和方形网纹潘连续进行了8 胎的观察，发现这三种水 涵的幼潘死亡率均随着这些有毒物质浓度的增加而升高；但是，镉和五氯酚钠对 产潘率的影响因潘种而异。大型潘的产涵率是随毒物浓度的增加而下降；隆线潘 和方形网纹涵的产潘数在毒物低浓度下增加，高浓度下降低( 即低浓度刺激排卵， 但幼潘质量下降，其死亡率显著提高) 。表明镉和五氯酚钠对三种水潘繁殖能力的 影响是不一样的。 ( 2 ) 隆线潘、大型潘和方形网纹潘的生殖周期均随镉和五氯酚钠浓度的增加 而滞后。在正常的水环境中，水潘一般在7 天左右时开始产卵，而在最高浓度组 西南大学硕士学位论文摘要 ( 0 1 m g l ) 中，平均产卵期是1 0 4 天，要比对照组晚3 4 天。 ( 3 ) 在单一毒物的水环境中( 镉、锌、三唑磷和五氯酚钠) ，隆线潘乙酰胆碱 酯酶和n 矿，k + 栅酶的活性随溶液中有毒物质浓度的增加而呈现下降的趋势。在 低浓度时，酶活性急剧下降，随着毒物浓度的增加逐渐趋于平缓。 ( 4 ) 在两种毒物共存的水环境中( 重金属镉、锌与有机农药三唑磷、五氯酚 钠两两配合) ，隆线潘的乙酰胆碱酯酶活性与单一毒物的影响比较，呈现三种情况： 一是该酶的活性显著降低，如镉和三唑磷并存时，对隆线潘的生物毒性显著强于 单一毒性，两种毒物之间表现为协同作用；二是酶活性无明显变化，如锌与三唑 磷共存时，对该酶的影响与单一毒物存在时相似；三是该酶的活性显著增加，如 0 6 2 m g l 的五氯酚钠加入到锌溶液后，该酶的活性比单一毒物存在时增强，两种 毒物表现出拮抗作用。 ( 5 ) 在两种毒物共存的水环境中( 重金属镉、锌与有机农药三唑磷、五氯酚 钠两两配合) ，隆线潘的套酽，1 0 a t p 酶活性与单一毒物的影响比较，呈现两种情 况：一是该酶的活性无明显变化，如在三唑磷或五氯酚钠中加入恒定的镉、锌以 后，隆线涵的n 矿，k + a t p 酶活性与单一毒物存在时相比无显著变化；二是该酶的 活性显著增加，如在镉、锌中加入恒定浓度的三唑磷、五氯酚钠后，与单一毒物 的酶活性相比，该酶活性呈现增强，两种毒物表现为拮抗作用。 关键词：水潘重金属有机农药繁殖能力酶活性 西南大学硕十学位论文 a b s t r a c t ，n - -il- - l n ea c u t ea n dc 1 1 r o n l ct o x i c i t y ， z l n ca n o l cadmlumd o r g a m cp e s t i c i d e st o o l d a p h n i a g r a d u a t es t u d e n t ：s h a ol e i s u p e r v i s o r ：p r o f h u a n gj i a ng u o a b s t r a c t b i o l o g i c a lm o n i t o r i n gw a so n ea m o n gi m p o r t a n tp a r t so fw a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n g ， a n db o c a u s eo ft h ed i f f e r e n c e si nc o n c e n t r a t i o ne t c ，t h ei m p a c to fh a z a r d o u sm a t e r i a l st o o r g a n i s ml e a d e dt h ea c u t eo rc h r o n i cr e a c t i o n o nt h e b a s i so ft h ep r e l i m i n a r ys t u d i e s ，t h i ss t u d yc h o s es e l f - s e l e c t i o nd a p h n i a c a r i n a t aa n dc e r i o d a p h n i aq u a d r a n g u l a ra st h eb i o l o g i c a lm a t e r i a l s ，i nt h ea q u a t i c e n v i r o n m e n to fr e l a t i v e l yl o n g - t e r ml o wc o n c e n t r a t i o no fc a d m i u m ( h e a v ym e t a l s ) o r p c p - n a ( o r g a n o c h l o r i n ep e s t i c i d e s ) ，r e s e a r c h e dt h ee f f e c t s t or e p r o d u c t i o na b i l i t yo f d a p h n i a ( d a p h n i ar e p r o d u c t i v ec y c l e ，r e p r o d u c t i o nn u m b e r sa n dy o u n gd a p h n i ad e a t h r a t e ) ，a i m e da td i s c u s s e dt h ec h r o n i ct o x i c i t yp h e n o m e n ac a u s i n gb yc a d m i u ma n d p e n t a c h l o r o p h c n o ls o d i u ma n dd i f f e r e n ts e n s i t i v i t yo fd a p h n i a i na d d i t i o n , s t u d i e dt h e i n f l u e n c eo fc a d m i u m ，z i n c ( h e a v ym e t a l ) ，a n dt r i a z o l ep h o s p h a t e ，s o d i u m p e n t a e h l o r o p h e n o l ( o r g a n o p h o s p h a t e ，o r g a n o c h l o r i n ep e s t i c i d e s ) t oa i z 耻a c t i v i t yo f a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ( o n eo ft h ek e ye n z y m e si nt h en c t v o u ss y s t e m ) a n d 也en a 十，k + - a t pe n z y m e ( o n eo ft h ek e ye n z y m e so fe n e r g ys y s t e m s ) i nd a p h n i ac a r i n a t a t h e p u r p o s ew a sd e e p l yu n d e r s t a n d i n gt h ee f f e c t so fh e a v ym e t a l so rp e s t i c i d e st on a v ea n d a i 哪s y s t e mi nd a p h n i a ，e x p l o r i n gt h er e a s o no fa c u t ep o i s o n i n go fd a p h n i ab r o u g h t a b o u tt h ec h a n g e so fp h o t o t a c t i ca b i l i t y , p r o v i d e dt h es c i e n t i f i cb a s i sf o ra q u a t i c e n v i r o n m e n tb i o l o g i c a lm o n i t o r i n g a c c o r d i n gt or e s e a r c h , t h ec o n c l u s i o n sw a s f o l l o w i n g i nt h ew a t e re n v i r o n m e mw i t ht h r e ed i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fc d 2 + o rp c p ( o 0 3 2 r a g l ，0 0 5 6 m g la n d0 1 m e ；，l ) ，o b s e r v e dd a p h n i ac a r i n a t a ，d a p h n i am a g n a a n dc e r i o d a p h n i a q u a d r a n g u l a rn e t t e dr e s p e c t i v e l ya n dc o n s e c u t i v e l yf o re i g h t g e n e r a t i o n f o u n dt h a tt h em o r t a l i t yo ft h r e ej u v e n i l ed a p h n i a w a si n c r e a s i n gw i t ht h e 西南大学硕十学位论文a b s t r a c t i n m a s i n gc o n c e n t r a t i o no ft h e s et o x i cs u b s t a n c e s h o w e v e r , t h er e p r o d u c t i o nr a t eo f d a p h n i aw a sd i s c r e p a n ti nd i f f e r e n td a p h n i as p e c i e s d a p h n i am a g n ar e p r o d u c t i o nr a t e i n c r e a s e dw i t ht h ed e c l i n ei nt o x i cc o n c e n t r a t i o n ；t h er e p r o d u c t i o no fd a p h n i ac a r i n a t a a n dc e r i o d a p h n i a q u a d r a n g u l a rn e t t e di n c r e a s e di nl o wt o x i cc o n c e n t r a t i o n s ，d e c r e a s e d i nh i g hc o n c e n t r a t i o n ( v i zl o wc o n c e n t r a t i o ns t i m u l a t e do v u l a t i o n , b u td e c l i n e di nt h e q u a l i t yo fy o u n gd a p h n i a , t h em o r t a l i t yr a t ew a ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e d ) s h o w e dt h a t t h ei n f l u e n c eo fc a d n l i 嘲a n dp c pt or e p r o d u c t i o nc a p a c i t yi nt h r e ed a p h n i as p e c i e s w a sd i f f e r e n t r e p r o d u c t i v ec y c l eo fd a p h n i ac a r i n a t a , d a p h n i am a g n aa n dc e r i o d a p h n i a q u a d r a n g u l a rw e r el a g g e dw i t ht h ei n c r e a s e dc o n c e n t r a t i o no fc d 2 + a n dp c p - n a i nt h e n o r m a lw a t e re n v i r o n m e n t , d a p h n i ab e g a nt ol a ya r o u n di n7d a y s ；b u ti nt h eh i g h e s t c o n c e n t r a t i o n ( o 1m g l ) ，t h ea v e r a g es p a w n i n gp e r i o dw s s10 4 , l a y s ，3 4d a y sl a t e r t h a nt h ec o n t r o lg r o u p i ns i n g l ep o i s o nw a t e re n v i r o n m e n t ( c d 2 + ，z n 2 + ，t r i a z o p h o sa n dp c p - n a ) ，a c t i v i t y o fd a p h n i ac a r i n a t aa z e t yi c h o l i n e s t c r a s ea n dn a ：k 铂刀e n z y m ew a sd e c l i n e dw i t h i n c r e a s e dc o n c e n t r a t i o n so ft o x i cs u b s t a n c e si nt h es o l u t i o n s a tl o wc o n c e n t r a t i o n s ， e n z y m ea c t i v i t yd e c l i n e ds h a r p l y , l e v e l e do f fg r a d u a u yw i t ht h ei n c r e a s i n go ft o x i c c o n c e n t r a t i o n i i l 也cw a t e re n v i r o n m e n tw h e r et w op o i s o nc o e x i s t e d ( h e a v ym e t a l sc d 2 + ，z n 2 + a n dp e s t i c i d e st r i a z o p h o sa n dp c p - n a ) ，a c h ea c t i v i t yo fd a p h n i ac a r i n a t ac o m p a r e d w i t hs i n g l et o x i ce f f e c t s , s h o w i n gt h r e er e s u l t s ：t h e 矗赋e n z y m ea c t i v i t yw a s s i g n i f i c a n t l yr e d u c e d , s u c ha sd a p h n i ac a r i n a t ab i o l o g i c a lt o x i c i t yw a ss i g n i f i c a n t l y s t r o n g e rt h a nas i n g l et o x i c , b o t hs h o w e ds y n e r g i s mb e t w e e nt o x i cb yc d 2 + a n d t r i a z o p h o sc o e x i s t e n c e s e c o n d , t h ea c 缸v i t yh a d1 1 0s i g n i f i c a n tc h a n g e s ，s u c ha sz n 2 + a n d t r i a z o p h o sc o e x i s t e n c e t h ei n f l u e n c eo ft h ee n z y l n ew a ss i m i l a rt ot h ep r e s e n c eo f as i n g l ep o i s o n t h i r d , t h ea c t i v i t yo ft h ee n z y m ew a ss i g n i f i c a n ti n c r e a s e ，s u c ha s 0 6 2 m g lo fs o d i u mp c n t a c h l o r o p h e n o li nt oz n 2 + s o l u t i o n , t h ee n z y m ea c t i v i t yw a s i n c r e a s e rt h a nt h es i n g l et h ep r e s e n c eo fp o i s o n , s h o w i n ga n t a g o n i s mo ft w op o i s o n s c o m p a r e dw i t hs i n g l et o x i ce f f e c t s , t h ea c t i v i t yo fd a p h n i ac a r i n a t an a ；k + - a t p g q d z y m ei nt h ec o e x i s t e n c eo ft h et w op o i s o ni nt h e 忸l 珂e n v i r o n m e n t ( h e a v ym e t a l s c d 2 + ，z n 2 + a n dp e s t i c i d e st r i a z o p h o sa n dp c p n ai np a i r w i s eg r o u p 0s h o w e dt w o p h e n o m e n a f i r s t , t h ea c t i v i t yo ft h ee n z y m eh a dn os i g n i f i c a n tc h a n g e s ，s u c ha sa c o n s t a n tc d 2 + ，z n 2 + a d d i n gi n t o p e n t a c h l o m p h e n o ls o d i u mo rt r i a z o p h o s ，t h ea c t i v i t y i v 西南大学硕士学位论文 a b s t r a c t o fd a p h n i ac 口r i n a t a 肠；k + - a t pe n z y m eh a dn os i g n i f i c a n tc h a n g ec o m p a r e dw i t h s i n g l et o x i ce f f e c t s s e c o n d ，t h ea c t i v i t yo ft h ee n z y m eh a das i g n i f i c a n ti n c r e a s e ，s u c h a sb ya d d i n gac o n s t a n tc o n c e n t r a t i o no ft r i a z o p h o so rp c n t a c h l o r o p h c n o ls o d i u i x li n t o c d 2 + , 砰+ ，t h e 锄z y m ea c t i v i t yi n c r e a s e dc o m p e t e dw i t ht h a to fas i n g l et o x i c ，b o t h t o x i cs h o w e da n t a g o n i s m k e yw o r d s ：d a p h n i a , h e a v ym e t a l s ，o r g a n i cp e s t i c i d e s ，r e p r o d u c t i v ec a p a c i t y , a c t i v i t y v 独创性声明 本人提交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果，文中已加了 特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁 在文中作了明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：吁耪 签字日期：2 。，p 年t 月对日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：留不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：砰篱 签字日期：2 0 和年，月必日 导师签 签字日期：寸口o 年厂月7 日 西南大学硕+ 学位论文第1 章文献综述 第1 章文献综述 据联合国统计数据显示，地球上总水量约为1 4 亿立方千米，其中江河湖泊能 够饮用的淡水量仅占0 0 0 1 4 。目前，全世界的8 0 多个国家中，大约有1 5 亿人口 缺乏饮用水。我国位于世界1 3 个贫水国之列，人均水量只有2 4 0 0 立方米，仅相 当于世界人均的四分之一，排在世界第1 1 0 位。水资源的高度短缺，已经成为制 约我国国民经济发展的一个重要因素。同时，淡水资源污染日益严重，全世界现 在每年至少有1 5 0 0 万人死于由水污染引起的疾病。因此，淡水资源是当今世界亟 待解决的一个重要问题，是关系到子孙后代，人类长期繁衍的一件大事，江泽民 同志曾指出“在考虑八五计划时，得认真研究水的问题，人无远虑必有近忧，应 该未雨绸缪一。现在人类的工农业生产和生活主要是依靠淡水资源【l 】，随着工农 业生产的快速发展，各种污染物向环境中的排放量日益增加，生态破坏愈演愈烈， 土地退化、水土流失、湖泊萎缩、生物多样性锐减，生态环境已经脆弱得不堪一 击。环境污染问题已经成为人类在2 l 世纪必须面对的难题之一。 1 1 重金属对水生生态系统的影响 重金属在自然界中分布十分广泛，它是组成地壳的元素，其含量虽然低于 0 1 ，但是广泛存在于各种矿物和岩石中。经过大气降尘，岩石风化，火山喷发， 水流冲刷和生物摄取等过程，构成重金属元素在自然环境中的迁移转化，使重金 属元素遍布于大气、土壤、水体和生物体中。重金属与人工合成的化合物不同， 它们在环境的各个部分都存在着一定量的本底值。重金属在水环境中可以经过水 解反应生成氢氧化物，也可与一些无机酸( 如h 2 c 0 3 、h 2 s ) 反应，生成碳酸盐、 硫化物等，这些化合物的溶解度都比较小，很易生成难溶的沉淀物。这一特性使 重金属污染物在水体中容易沉积、扩散范围有限，这是其有利的一面；但是大量 沉积于排污口附近底泥中的重金属污染物，将会成为长期的次生污染源，一旦环 境条件发生改变，会重新形成可溶性物质再次释放到水体中，显然这对水体污染 防治来说是一个值得引起关注的问题。 重金属具有潜在危害性。重金属可以通过多种途径( 饮水、食物、呼吸、皮 肤接触等) 进入人体，还可以通过遗传和母乳侵入人体。重金属不仅不能被降解， 反而能通过食物链在生物体或人体内富集。与生物体内的生物大分子如酶、蛋白 质、核糖核酸等发生强烈的相互作用，造成急性或慢性中毒，严重时危害生命。 从中国目前的现状来看，重金属对水生生态系统的污染现象非常严重，江、 河、湖、库的污染率竟高达8 0 1 【2 - 6 l 。黄河、辽河、淮河、松花江等十大流域， 重金属超标断面的污染程度均为劣v 类【7 l ；太湖底泥中的铜、铅、镉含量均处于 西南大学硕士学位论文第1 章文献综述 轻度污染水平【8 ，9 】；苏州河中，铅全部超标、汞为6 2 5 超标；黄浦江干流表层沉 积物中，镉超背景值2 倍、铅超l 倍；大宝山矿区水体中的重金属镉、铬、镍、 铜、锌、汞、铅等都存在严重的超标现象。城市河流有3 5 1 1 的河段出现总汞量 超地表水类水体标准，1 8 4 6 的河段总镉超过类水体标准，2 5 的河段有总 铅超标的样本出现。由长江、黄河、珠江等河流携带入海的重金属污染物总量约 为3 4 万吨，对海洋水体的污染危害巨大。在全国近海岸海水采样的样品中，铅 的超标率达6 2 9 7 4 ，最大值超一类海水标准4 9 o 倍；铜的超标率为2 5 9 ，汞和 镉的含量也有超标现象【l o h 。锦州湾部分测站排污口邻近海域沉积物中锌、镉、 铅的含量超过第三类海洋沉积物质量标准，大连湾6 0 的测站沉积物中的镉含量 超标。国外同样存在重金属污染水体的问题，如波兰由于采矿和冶炼废物导致约 5 0 7 4 的地表水达不到水质三级标准。可见，重金属对水体的污染已经成为全球性的 环境污染问题i l 副。 从2 0 世纪初发现重金属镉以来，镉的产量逐年增加。相当数量的镉通过废气、 废水、废渣排入环境，造成污染。污染源主要是铅锌矿，以及有色金属冶炼、电 镀和用镉化合物做原料的工厂。镉对土壤的污染主要有气型和水型两种类型：气 型污染主要来自工业废气，镉随废气扩散到工厂周围并自然沉降，蓄积于工厂周 围的土壤中，可使土壤中的镉浓度达到4 0 p p m 。污染范围有的可达数千米；水型 污染主要是铅锌矿的选矿废水和有关工业( 电镀、碱性电池等) 废水排入地面水或渗 入地下水引起。镉对人体是一种有害的元素，它可在生物体内富集，通过食物链 进入人体，引起慢性中毒。1 9 5 卜1 9 7 2 年，在日本富山县神通川流域，由于锌铅 冶炼厂排放的含镉废水污染了神通川水体，两岸农民利用该河水灌溉农田，收获 的稻米含镉，人们食用含镉的稻米和饮用含镉的水而中毒，许多人得了一种骨痛 病，严重的还因此而死亡。这种骨痛病是慢性镉中毒引起的，镉进入人体后，可 取代骨骼中部分钙，引起骨质疏松、骨质软化等病症而使人体感到骨痛，镉中毒 的其它症状有高血压、肾脏病，而且严重时镉还可能引起癌变。镉已经成为危害 人民健康的最严重的重金属污染物之一。 锌是自然界中分布较广的金属元素，主要以硫化锌、氧化锌状态存在。它是 动、植物所必需的营养元素，蔬菜含l - l o p p m ，茶叶含2 0 , - , l o o p p m ，谷类含1 4 0 p p m ， 并且还是大多数酶的必要成分。其实金属锌本身并没有毒，它与很多元素如铅、 铜、镉的矿物共生以后就会产生毒性，引起污染。主要污染源有锌矿开采、冶炼 加工、机械制造以及镀锌、仪器仪表、有机合成和造纸等工业的排放。汽车轮胎 磨损以及煤燃烧产生的粉尘、烟尘中均含有锌及化合物，工业废水中锌常以锌的 羟基络合物存在。锌对鱼类和水生动物的毒性比对人和温血动物大很多倍。锌在 土壤中富集，会使植物体中也富集而导致食用这种植物的人和动物受害。用含锌 2 西南大学硕士学位论文第1 章文献综述 污水灌溉农田对农作物特别是小麦影响较大，会造成小麦出苗不齐，分蘖少，植 株矮小、叶片萎黄。过量的锌还会使土壤失去活性，细菌数目减少，土壤中的微 生物作用减弱。我国规定生活饮水的锌含量不得超过1 0m g l ，工业废水中锌及其 化合物的最高排放浓度为5 0m g l ，车间空气中氧化锌的最高容许浓度为5 0 m g l 。锌对鱼类和水生生物的毒性比对人的毒性大，故渔业水质要求为0 1m g l 。 水中锌质量浓度为1 0m g l 时可使水浑浊，4m g l 时产生异味，并明显抑制水体 生物氧化作用。 1 2 农药对水生生态系统的影响 人类从4 0 年代起开始使用农药除虫除草，每年挽回农业总产量1 5 左右的损 失。我国是世界上使用化肥和农药数量最大的国家之一。有关调查表明，化肥、 农药的利用率低、流失率高，不仅导致农田土壤的污染，还通过农田径流造成了 对水体的有机污染、富营养化污染，甚至地下水的污染和空气的污染。农药施用 以后，一部分附着在植物体上，或渗入株体内残留下来，使粮、菜、水果等受到 污染；另一部分散落在土壤上( 有时则是直接施于土壤中) 或蒸发、散逸到空气 中，或随雨水及农田排水流入河湖，污染水体和水生生物。农产品的残留农药通 过饲料，污染禽畜产品。农药残留通过大气、水体、土壤、食品，最终进入到人 体中，会引起各种慢性或急性疾病。 农药分有机农药和无机农药。污染主要是由有机磷农药、有机氯农药和有机 氮农药等造成。造成农药污染的原因有很多，如长期使用一些禁用的高毒、高残 留农药，或者是在作物上滥施乱用等。由于长期滥用农药，使环境中的有害物质 大大增加，危害到生态和人类，形成农药污染。 在水生生态系统中受农药的污染最为严重，最直接的受害者就是水生生物。 水生生物在分子、器官、组织、个体以及种群、群落等不同水平上表现出受农药 的影响。在一般情况下，只要水生生物暴露在较低浓度的农药中，不论短期或长 期都会产生一定的影响。m f 等人将石蛾幼虫分别暴露在o 0 0 1 、0 0 l 、o 1pg l 氰戊菊酯l h 后进行2 4 0 d 的观察研究，每个浓度产生不同程度的影响：有短暂异 常现象，成虫干重下降，繁殖率降低等【l 引。长期暴露在农药中，水生生物将会发 生生理和生化方面的变化，例如酶活性降低、蛋白质和糖原合成降低、呼吸率增 加等。农药还可以通过食物链富集和生物放大作用对高级营养层生物产生一些不 良的影响，如浮游植物在个体或种群组成发生变化时都会对食草浮游动物的生长 产生影响f 1 4 1 。农药对水生生态系统的影响主要与农药自身的理化性质和水生生物 的种类、生命周期、基因型和出生时的个体大小等因素有关，其次还会受到自然 3 两南大学硕十学位论文 第1 章文献综述 iii i_iiii i 鼍量置皇奠皇量皇量_ 界如食物的贮存、氧气的消耗和捕食者的气味等因子的影响l l 副。 人类合成最早而且仍在国内外农业生产中广泛使用的高效杀虫剂和植物生长 调节剂是有机磷农药。有机磷农药一般是磷酸、磷酸酐或含硫类似物的中性酯或 酰胺，大多数不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，是典型的酶毒剂。 大量成分复杂的有机磷农药进入水环境，对水生生物造成危害，严重破坏了水域 的生态环境，有机废水已经成为人类十分关注的污染物之一。三唑磷( t r i a z o p h o s ) 是一种具有中等毒性、使用广谱的有机磷杀虫剂，具有强烈的触杀和胃毒作用， 杀虫效果好，杀卵作用明显，渗透性较强，无内吸作用。2 0 0 3 年，全国销售量超 过了l 万多吨，广泛用于水稻等多种作物防治多种害虫。三唑磷成为国家确定的 替代甲胺磷等五种高毒农药的1 0 个转产品种之一。水生动物处在高浓度的有机磷 农药中会发生急性中毒现象。周常义等人1 1 6 j 研究了三唑磷对小球藻、卤虫、南美 白对虾、泥蚶四种水生生物的急性毒性作用，结果表明，三唑磷对小球藻、卤虫、 南美白对虾是高毒农药，泥蚶对三唑磷具有较强的耐受能力。 有机氯农药具有水溶性差，残效期长等特点，主要通过大气沉降、土壤侵蚀 和沉积物转移等途径进入水体，对水体中的底栖生物影响非常大。非洲淡水鱼中 有机氯农药的含量很高，即使食用少量的鱼，也有可能超出没有允许的摄食量。 有机氯农药通过作用水生生物的冬甜，k + - a t p 酶活性，从而改变其细胞膜的通透 性，最终出现了抑制水生生物生长和繁殖，降低存活率的现象。 具有典型代表意义的有机氯农药是五氯酚( p c p ) 。自上世纪3 0 年代以来五氯 酚及其钠盐就作为杀虫剂和防腐剂等曾被广泛使用。五氯酚较稳定，易富集在沉 积物中，尤其在动、植物体内的富集率非常高，对水生生物特别是鱼、虾等毒性 较大。美国环境保护署( e p a ) 已经将五氯酚列为可疑致癌物质，并限制其使用l l 。 五氯酚钠是很好的灭螺药，但是如果洒布均匀使局部剂量特大，雨后就会造成鱼 塘污染和塘鱼中毒。 农药污染已在许多国家造成公害。许多国家已禁止使用d d t 、狄氏剂、氯制 剂等农药，并积极研制和生产低毒高效农药，同时讲究农药使用的科学性，大力 提倡生物防治，保护益鸟、益虫，做到“以鸟治虫”、“以虫治虫”。 未来安全、高效、经济和使用方便的农药产品将成为市场的主流产品，绿色 环保是农药行业发展的要求。未来几年中国农业生产每年需要农药均在3 0 - 3 5 万 吨。随着人们生活水平及环境意识的提高，高毒有机磷杀虫剂将逐步淡出市场，绿 色农药将成为农民朋友的新宠，绿色经营将成为企业经营的新观念和新潮流。高效、 低毒、低残留是农药产业的发展方向，主要包括两大类：高效、低毒的化学农药 和生物农药。 4 西南大学硕+ 学位论文第1 章文献综述 1 3 重金属和农药的联合作用 农业生产中，为了防病、治虫、除草，往往需要同时或先后使用多种农药； 为了延缓抗性的产生、提高农药使用效果，大量的混配农药也被投入使用【1 8 1 9 】。 重金属和农药的联合作用分为拮抗( a n t a g o n i s m ) 、相加( a d d i t i o n ) 和增效 ( p o t e n t i a t i o n ) 三类。 在自然环境里，污染常常是多组分发生的。由于污染物之间存在着各种相互 作用，所以当他们作用于生物体事往往会产生一些意想不到的结果。目前为止， 重金属和农药之间的复合污染研究在国内外报道较少，大部分集中在农药和农药、 重金属和重金属之间的联合毒性效应研究。本试验将对重金属和有机农药的联合 毒性对水生生物产生的影响进行探讨。 1 4 生物监测技术的研究进展 随着工农业的迅猛发展，人类不断合成多种化学品，污染现象越来越严重。 水环境作为工农业废物的最终排放点，超过了水体本身的自净能力，从而影响了 水体的正常功能，造成水体污染现象。这些污染物质绝大多数来自城市生活污水 和造纸、印染、采矿等工业废水，其主要成份包括大量的氮、磷化合物，重金属 和多氯联苯0 c b ) 等有机污染物。在这些污染物中，一部分属于难降解污染物，其 本身及其在环境中的转化产物在水体中长期积累，达到很高浓度，不仅引起水生 生物种群和群落结构的发生变化，而且严重时将会导致水生生态系统的破坏和崩 溃。当水生生态系统的污染达到一定程度后，除了直接影响水生生物的正常生活 外，还将直接或间接地威胁人类的生活和健康。为了保护水源和水生生态系统， 常常采用多种方法对水质进行检测和评价，并因此建立了基于化学和生物的水质 评判标准( 或基准) 。 对水质监测和评价的方法大致可以分为两大类：理化监测和生物监测。理化 监测很难进行连续动态监测，容易漏测突发性的污染事件，而且测定的项目有限， 很难做到全面检测水中的各种有毒物质，这种方法的成本较高，操作复杂，容易 造成二次污染。与理化监测相比，生物监测能够更加全面、准确、有效的了解水 体的污染情况。生物监测以生物传感器为核心，可在线在位迅速提供环境质量参 数，能够全面反应水中各种有毒物质的单一或联合毒性，这种监测方法效率高成 本低。生物监测通过观察生物的分布情况、生长、发育、繁殖以及生态系统的变 化规律来研究环境污染的程度、污染物的毒性，并与物理和化学的调查相结合， 从而对环境污染做出正确的评价1 2 0 - 2 3 1 。 在传统的生物监测中，主要以水生生物为主，但是，水体中的生物有上万种， 5 两南大学硕士学位论文第1 章文献综述 他们并非都在生态系统中起关键作用，因此，指示生物的选择就非常重要。目前 选择指示生物的标准是分布广泛，是重要的生态类群的代表，而且对毒物反应敏 感，试验终点容易鉴别。美国环保局推荐至少使用3 种生物( 如鱼、无脊椎动物水 搔和一种植物) 。也有报道认为应选用至少4 种不同营养级有代表性的生物，包括 微生物、植物、无脊椎动物和鱼类。其指标生物包括细菌刚、藻类【2 5 l 、底栖软体 动物【凋和水潘【2 刀及鱼 2 8 1 等。自1 9 9 3 年d em e e s t e r 建立了水汪趋光行为的测试方 法，经过广泛的研究和应用，该法与鱼类毒性试验结果相关性较好，能够反映水 质的毒性，并且测定速度快。 1 5 水潘在生物监测中的应用 水潘( d a p h n i a ) 是国际公认的标准试验生物，它已经被广泛用于指示生物研究 评价环境中各种有毒有害化学物质的生物毒性。国际标准组织( i s o ) 已经建立了 以大型涵运动抑制为指标的水质评价技术方法网，在1 9 9 2 年我国国家环保局等正 式颁布了“水质物质对潘类( 大型潘) 和淡水鱼( 斑马鱼) 急性毒性测试方法 ( g b t 1 3 2 6 6 - 1 3 2 6 7 9 2 ) 3 0 1 。水潘作为生物监测的指示生物的研究开始于1 9 2 0 年， 在2 0 世纪4 0 年代后快速发展起来。英国学者a n d e r s o nb g 首次将水涵类毒性试 验应用到研究工业废水污染防治工作中，研究表明水涵类比鱼类更为敏感【3 i j 。6 0 年代有许多学者相继发表了大量有关大型涵的毒性研究论文。1 9 7 6 年美国环保局 ( e p a ) p 引对水潘的毒性试验作了具体规定，并将其定为必测项目。8 0 年代后大型 水潘生物监测技术得到快速发展，用水泾对毒物进行慢性毒性效应的研究受到了 广泛的重视，许多学者都报道了有关大型潘的生存、生长、繁殖、运动及污染物 的富集以及代谢试验的研究结果，例如，铬【3 3 】对大型潘生长繁殖的影响，硒刚对 大型潘运动、生存、生长和繁殖的影响等。 水潘有一个重要的行为特征是向光性，即对光刺激的定向反应，可以利用水 涵的这一特性来指示水质的状况。在受污染的水体中，水潘的趋光指数会下降。 利用水潘趋光行为监测水质耗时短，结果重现性好，而且灵敏度高，在较低的亚 致死浓度下就可以检测出来。水潘趋光行为的重要特点是可以在较低水平被环境 中的毒物影响，并且这种影响与毒物浓度有相关性，因此成为了一种重要的生态 毒理学指标。水潘中毒的机理可能是毒物抑制其各组织中的酶活性，特别是在致 死浓度下乙酰胆碱酯酶和其它酯酶( 如n a + ，k + a t p 酶) 的活性下降的更为明显。 1 6 酶在生物监测中的应用 酶( e n z y m e ) 指由生物体内活细胞产生的一种生物催化剂。大多数由蛋白质 6 两南大学硕士学位论文第1 章文献综述 l i i i p l _ i _ i lp i 组成( 少数为对蛆) 。能在机体中十分温和的条件下，高效率地催化各种生物的化 学反应，促进生物体的新陈代谢。生命活动中的消化、吸收、呼吸、运动和生殖 都是酶促反应过程。酶是细胞赖以生存的基础。细胞新陈代谢包括的所有化学反 应几乎都是在酶的催化下进行的。 酶在环境检测中发挥了日益突出的作用，上世纪5 0 年代末，w e i s s 等人就用 鱼脑的乙酰胆碱酯酶活力受抑制程度来监测水体中极低浓度的有机磷农药。在7 0 年代，又出现了通过分析生物体内的多种生理指标和生化指标的变化来评估污染 物对环境影响的方法，这种方法称为生物标记法，该法非常灵敏、经济、快速。 乙酰胆碱酯酶( a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ，a c h e ) 是生物神经传导中的一种关键性的 酶，能够维持体内胆碱能的神经冲动。它的活性受有机磷农药的特异性抑制，故 而成为监控有机磷农药的重要的靶标物质 3 5 , 3 6 1 。鱼类是水生生态系统中对有机磷 农药较敏感的一类动物p 7 1 。目前，已有报道以鱼脑乙酰胆碱酯酶作为指示酶或敏 感材料 3 8 - 4 0 ，或制成试剂盒和相应的酶传感器监测陆域、水体有机磷农药污染1 3 8 】。 正常生理条件下，当生物体神经冲动时，释放出乙酰胆碱，完成传导以后被组织 中的乙酰胆碱酯酶水解为乙酰和胆碱。 n 矿，c - a t p 酶存在于所有动物的细胞中，是组成n k + 泵活性的主要部分。 n a + ，k + - a t p 酶参与能量代谢、氧化磷酸化和物质运输等生化过程，而且它与膜上 磷脂的结合形式