（环境科学专业论文）苯系物对我国典型鱼类和水生植物的毒害效应及其水质基准的研究.pdf

中文摘要 定程度的破坏，生理指标的灵敏性已不如初期；也有可能是生物体在逐渐适应 污染物胁迫的环境，因此生物体内机能有一定的恢复。其毒害机制还有待于在 以后的工作中进一步的研究和探讨。另外根据结果可知，沉水植物更适合指示 污染物的毒害效应，挺水植物对污染物的耐性更强。综合比较不同生物标志物 对三种污染物不同的响应程度，得到甲苯对黑藻、苦草、水芹和千屈菜的7 天 l o e c 分别为7 3 0 、5 0 0 、1 0 0 0 和5 0 0m g l ；乙苯对黑藻、苦草、水芹和千屈菜 的7 天l o e c 分别为1 1 5 、5 o o 、5 0 0 和5 0 0 r a g l ：二甲苯对黑藻、苦草、水芹和 千屈菜的7 天l o e c 分别为2 3 6 、5 0 0 、5 o o 和5 0 0m g l 。 为了制定符合我国水生态系统特征的水质基准，本研究还搜集了四种苯系 物相关的毒理数据，采用国际上普遍使用的3 种方法分别推导了我国苯、甲苯、 乙苯和二甲苯的淡水水生生物基准。采用毒性百分数排序法得出四种污染物基 准最大浓度分别为2 3 4 、6 7 3 、2 5 4 和5 3 6m g l ，基准连续浓度( c c c ) 分别为 n a 、o 4 9 、0 2 7 和0 7 2m g l ：采用物种敏感度分布法得出的三种污染物的短期 危险浓度分别为9 7 7 、8 5 5 、5 8 7 和1 0 3 9m g l ，长期危险浓度分别为n a 、0 6 2 、 o 6 3 和1 4 2m g l ；采用评价因子法得出的我国四种污染物的淡水水生生物基准 是单值，分别为o 5 4 、0 4 6 、0 1 l 和0 1 5m g l 。比较3 种方法得出的基准值认 为，毒性百分数排序法较另2 种方法更为恰当，得到的基准值可以保护更大范 围的水生生物。根据以上结果，最终确定苯、甲苯、乙苯和二甲苯的基准最大 浓度( c m c ) 分别为6 7 3 、2 5 4 和5 3 6m g l ：基准连续浓度( c c c ) 分别为n a 、0 4 9 、 o 2 7 和0 7 2m g l 。可以看出，由于苯缺少慢性毒性试验数据，因此无法推导其 慢性基准值，有待于在以后的试验中进一步探讨和完善。该研究将为科学制订 b t e x 地表水环境质量标准以及排放标准提供重要的理论依据，也为我国今后系 统开展水质基准的科学研究提供示范。 关键词：苯系物：毒害效应；水生生物：水质基准 i i a b s t r a c t a b s t r a c t m o n o c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n ss u c ha sb e n z e n e ，t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n d x y l e n e ( b t e x ) a r ec o m m o n l yu s e di nt h eb l e n d i n g o fp e t r o la n da l s ou s e da ss o l v e n t a n dr a wm a t e r i a li nc h e m i c a lp r o d u c t i o ns u c h a s p a i n t s ，p o l y m e r s a n d p h a r m a c e u t i c a l s a sac o n s e q u e n c eo ft h e i rw i d eu s a g e ，t h e ya r ec o r f l i i l o nw a s t e m a t e r i a l s h i g hl e v e l so fb t e xc o m p o u n d si na q u a t i ce n v i r o n m e n th a v eo f t e nb e e n d e t e c t e df r e q u e n t l y , w h i c hl e dt os e r i o u se f f e c t st ot h ea q u a t i cs y s t e m sa n dh u m a n i n t h i sp a p e r , t o x i c o l o g i c a le f f e c t so ft o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e n eo ns o m et y p i c a l a q u a t i co r g a n i s m sw e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dw em a d ea ni n i t i a la t t e m p tt oe n a c tt h e w a t e rq u a l i t yc r i t e r i a f o rb t e x ( b e n z e n e ，t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e n e ) f r e s h w a t e rf i s hm i s g u r n u sa n g u i l l i c a u d a t u sw a sa d o p t e da se x p e r i m e n t a la n i m a l t os t u d yt h ea c u t ea n dc h o m ct o x i ce f f e c t so ft o l u e n e ，e t h y l b e r l z e n ea n dx y l e n e t h e a c u t et o x i c i t yt e s ti n d i c a t e dt h a tt h e9 6 h l c s 0o ft h r e ep o l l u t a n t sw e r e1 4 9 7 ，9 2 7a n d 8 8 9m 儿r e s p e c t i v e l y e x p o s e dt ot o l u e n e ，e t h y l e n ea n dx y l e n ea tl o wl e v e lf o r1 4 d a y s ，a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ( a c h e ) ，l i p i dp e r o x i d a t i o n , a n t i o x i d a n td e f e n s e ss y s t e m i n c l u d i n gs u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) ，p e r o x i d a s e ( p o d ) ，c a t a l a s e ( c a t ) a n d g l u t a t h i o n e - s - t r a n s f e r a s e ( g s t ) w e r es t u d i e d t h cr e s u l ts h o w e dt h a tp h y s i o l o g i c a l i n d i c a t o r st e s t e dd i f f e r e di n 也e i rs e n s i t i 访t i e st od i f f e r e n tp o l l u t a n t s o v e r a l l ，a c h e w a sb e t t e rt ob ea9 0 0 di n d i c a t o ro fe t h y l b e n z e n ea n dx y l e n e ；a n t i o x i d a n te n z y m e s w e r em o r es u i t a b l et oi n d i c a t et h et o x i c i t yo ft o l u e n ea n de t h y l b e n z e n e ，w h i c hg s t a n dp o dw e r en 1 0 r es u i t e dt ob eb i o m a r k e r so fo x i d a t i v es t r e s so ft o l u e n ea n d 削h y l b 既l z e n ef o ras h o r tt i m e ；g s tw a sa l s os e n s i t i v i t yt ot h ex y l e n ef o r1 4d a y s ； m d aw a sm o r es e n s i t i v et ot h et h r e ep o l l u t a n t s a c c o r d i n gt ot h ed a t e ，t h e l o w e s t o b s e r v e d e f f e c tc o n c e n t r a t i o n s ( l o e c s ) o ft o l u e n e , e t h y l b e n z e n ea n d x y l e n eo nm i s g u r n u sa n g u i l l i c a u d a t u sw e r e5 ，10a n d 2 0m g l ，r e s p e c t i v e l y m a c r o p h y t e sa r ep l a y i n gav i t a lr o l ei nm a t e r i a lc i r c u l a t i o na n de n e r g yf l o wi n a q u a t i ce n v i r o n m e n t ，h o w e v e r , t h ed a t aw e r er e l a t i v e l yl i m i t e da n dh a v es e r v e da r e l a t i v e l ym i n o rr o l ei nr e g u l a t o r yd e c i s i o n t h e r e f o r e ，f i v em a c r o p h y t e st h a tw i d e l y i i l a b s t r a c t d i s t r i b u t e di nc h i n aw e r ec h o s e na se x p e r i m e n tp l a n t st os t u d yt h et o x i ce f f e c t so f t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e r i e c h l o r o p h y l lc o n t e n t s ，m a l o n d i a l d e h y d e ( m d a ) ， s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) ，p e r o x i d a s e ( p o d ) a n dc a t a l a s e ( c a t ) i np l a n t sw e r e i n v e s t i g a t e d t h er e s u l ts h o w e dt h a tt h ed i f f e r e n tp h y s i o l o g yi n d e x e si nd i f f e r e n t p l a n t sh a dv a r i o u ss e n s i t i v i t i e s t ot h et h r e ep o l l u t a n t s c o n c l u s i o ni ng e n e r a l ， b i o m a r k e r sc h o s e ni no u rr e s e a r c hh a v ew o r k e dw e l l 笛i n d i c a t o r so ft o x i ce f f e c t so f t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e n ei nas h o r te x p o s i n gt i m e t h er e a s o nm a y b et h a tt h e p l a n t sh a db e e nd a m a g e d d u et op r o l o n g e de x p o s i n gt i m e ；p h y s i o l o g i c a li n d e x e sw e r e l e s ss e n s i t i v et h a nt h a ta te a r l ye x p o s u r et i m et ot h ep o l l u t a n t s a n o t h e re x p l a n a t i o n w a st h a tt h em a c r o p h y t e sh a v eg r a d u a l l ya d a p t e dt ot h es t r e s s e so fp o l l u t a n t s ，a n d t h e yc o u l dr e s t o r et h em e t a b o l i s mf u n c t i o n st oac e r t a i nd e g r e e t h er e s u l t sa l s oi n d i c a t e dt h a tt h ee m e r g e n ta q u a t i cp l a n t sw a sm o r er e s i s t a n c et o t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e n e ，a n dt h es u b m e r g e dp l a n t sw e r em o r es u i t a b l et o i n d i c a t et h et o x i ce f f e c t s c o m p a r i n ga l lt h ed a t ab a s e do nt o x i c i t yt e s to n m a c r o p h y t e s ，t h el o w e s t o b s e r v e d - e f f e c tc o n c e n t r a t i o n s ( l o e c s ) o ft o l u e n eo n h y d r i l l av e r t i c i l l a t a ，v a l l i s n e r i as p i r a l i s ，o e n a n t h ej a v a n i c a ( b l u m e ) d ca n ds p i k e d l o o s e s t r l f ew e r e7 3 0 ，5 0 0 ，1 0 0 0 a n d5 0 0 m g l ，r e s p e c t i v e l y ；l o e c so f e t h y l b e n z e n eo nt h ef o u rp l a n t sw e r e1 15 ，5 0 0 ，5 0 0a n d5 0 0m g l ，r e s p e c t i v e l y ； l o e c so fx y l e n eo nt h ef o u rp l a n t sw e r e2 3 6 ，5 0 0 ，5 0 0a n d5 0 0 m g ，l ， r e s p e c t i v e l y i no r d e rt od e r i v ew a t e rq u a l i t yc r i t e r i at h a tc a l lp r o t e c tt h ef r e s h w a t e r e c o s y s t e ma n d b i o t as y s t e m , a l la v a i l a b l et o x i c i t yd a t ao fb e t xt oc h i n e s e r e p r e s e n t a t i v es p e c i e si nf r e s h w a t e rw e r ec o l l e c t e d t h r e ew i d e l yu s e dc r i t e r i a d e r i v a t i o nm e t h o d si n c l u d i n gt h et o x i c i t yp e r c e n t i l er a n km e t h o d , s p e c i e ss e n s i t i v i t y d i s t r i b u t i o na n da s s e s s m e n tf a c t o rm e t h o dw e r eu s e dt od e r i v ea q u a t i cl i f ec r i t e r i af o r t h et h r e es u b s t a n c e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tf o rt o x i c i t yp e r c e n t i l er a n km e t h o d ，t h e c r i t e r i am a x i m u mc o n c e n t r a t i o n so fb e n z e n e ，t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e n ew e r e 2 3 4 ，6 7 3 ，2 5 4a n d5 3 6m g lr e s p e c t i v e l y ，t h ec r i t e r i ac o n t i n u o u sc o n c e n t r a t i o n s w a t en a , 0 4 9 0 2 7a n dq 7 2m g lr e s p e c t i v e l y ；f o rs p e c i e ss e n s i t i v i t yd i s t r i b u t i o n m e t h o d ，t h ec r i t e r i ao fs h o r tt e r mh a z a r d o u sc o n c e n t r a t i o n so ff o u rs u b s t a n c e sw e r l e i v a b s t r a c t 9 7 7 ，8 5 5 ，5 8 7a n d1 0 3 9 m g l ，t h el o n gt e r mh a z a r d o u sc o n c e n t r a t i o n sw e r en 气 0 6 2 ，0 6 3a n d1 4 2m 叽，r e s p e c t i v e l y ；f o rt h ea s s e s s m e n tf a c t o rm e t h o d ，t h ec r i t e r i a o ff r e s h w a t e rb e n z e n e ，t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e n ew e r ee x p r e s s e db yo n ev a l u e ， w h i c hw e r eo 5 8 ，0 4 6 ，0 1 la n d0 1 5m g lf o rt o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e n e m e a n w h i l e ，t h ec r i t e r i av a l u e sf o rf r e s h w a t e rw e r es t u d i e da n dc o m p a r e da m o n gt h e t h r e em e t h o d s i ts h o w e dt h a tt h et o x i c i t yp e r c e n t i l er a n km e t h o dw a sm o r es u i t a b l e t h a nt h eo t h e rt w om e t h o d st od e r i v ew a t e rq u a l i t yc r i t e r i ai no u rs t u d y t h ec r i t e r i a v a l u e sd e r i v e df r o mt h et o x i c i t yp e r c e n t i l er a n km e t h o dc a np r o t e c taw i d e rr a n g eo f a q u a t i co r g a n i s m s b a s e do na l lt h ea n a l y s i s ，t h ef i n a lr e c o m m e n d e dw a t e rq u a l i t yc r i t e r i af o r b t e x ( b e n z e n e , t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e n e ) i nf r e s h w a t e r w e r et h a tt h e c r i t e r i am a x i m u mc o n c e n t r a t i o n so fb e n z e n e ，t o l u e n e ，e t h y l b e n z e n ea n dx y l e n ew e r e 2 3 4 ，6 7 3 ，2 5 4a n d5 3 6m g lr e s p e c t i v e l y ，t h ec r i t e r i ac o n t i n u o u sc o n c e n t r a t i o n w e r en o 4 9 ，o 2 7a n do 7 2m g j l w ec o u l d n td e r i v et h ec r i t e r i ao fc h r o n i c t o x i c i t yf o rb e n z e n ef o rl a c ko ft h ec h r o n i ct o x i c i t yv a l u e s ，s oi t r e m a i n st ob e i m p r o v e di nf u t u r er e s e a r c h k e yw o r d s ：b t e x ；t o x i ce f f e c t s ；a q u a t i co r g a n i s m s ；w a t e rq u a l i t yc r i t e r i a v 第一章绪论 第一章绪论 第一节苯系物的生态毒理效应及污染现状 1 1 1 苯系物的理化性质 苯( b e n z e n e ) ，甲苯( t o l u e n e ) ，乙苯( e t h y l b e n z e n e ) 和二甲苯( x y l e n e ) 统称为苯 系物( 简称为b t e x ) ，都属于单环芳香类烃，容易挥发并且可溶于水，它们是 石油类物质中常见的烷基苯类化合物，其在石油中的含量高达1 8 甚至更高， 广泛存在于化工行业或石油相关行业中【l 】，也作为工业原料广泛应用于农药，塑 料和纤维合成。表1 1 列出了苯，甲苯，乙苯和二甲苯的主要理化性质。 表1 1b t e x 化合物的物理化学性质f 2 3 】 注：k 为有机碳一水分配系数；为辛醇一水分配系数；b c f 为生物富集系数 1 1 2 苯系物的生态毒理效应 随着全球各国对石油产品需求量的剧增，石油工业迅速发展。然而，在采油， 炼油，石油运输及石油产品利用过程中，会造成许多环境污染问题【4 1 。甲苯，乙 苯和二甲苯容易污染饮用水源，进而危害水生生物和人类健康f 5 1 。苯系物主要的 污染来源及健康危害列于表1 2 中。 第一章绪论 苯系物对人体和水生生物可产生不同程度的急性或者慢性毒性效应，例如 苯，还可产生致癌效应。因此，苯系物己列入我国水环境优先控制污染物“黑名 单”中( 6 j 。我国地表水环境质量标准( g b3 8 3 8 2 0 0 2 ) ，污水综合排放标准 ( g b8 9 7 8 1 9 9 6 ) 和室内空气质量标准( g b t1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 ) 也都把b t e x 列为污 染参数和环境监测项卧7 1 。 表1 2b t e x 的来源，健康危害嗍 目前已有的关于苯系物的生态毒理效应的研究主要是通过对苯系物暴露人 群的调查研究和对哺乳动物小鼠的毒理学实验。b t e x 进入人体的主要途径是呼 吸系统【9 】也有部分是通过与皮肤接触或通过饮食进入人体。根据研究发现，当 居住区或城市周边地区中土壤存在b t e x 的污染，其挥发性会使污染物进入大气 中，使人体暴露于b t e x 污染物中；当地下水遭遇到b t e x 的污染，人体经过饮 用也会受到一定的毒害或者是由于采用b t e x 污染水体农业灌溉而经食物链到 达人体【1 0 1 。苯具有“三致”作用，急性苯暴露能够通过呼吸道吸入和皮肤吸收 导致中毒，累积中枢神经系统，产生麻醉作用，慢性则可导致造血机能及神经 系统的损伤，对皮肤有强烈的刺激作用：甲苯和乙苯具有致突变和致畸作用， 对泌尿系统骨骼发育也有损害：同时对皮肤黏膜有较大刺激性，可经呼吸道及 皮肤侵入机体；二甲苯则有致畸作用，影响肌肉和骨骼的发育，主要是对中枢 神经和植物神经系统产生麻醉和刺激作用，其毒性作主要表现为血小板和白细 胞减少l 。进入人体的b t e ) ( i 迅速在体内扩散并在人体各组织器官分布，主要蓄 积在脂肪组织部位，且在肝脏组织通过细胞色素p - 4 5 0i ie 1 进行迅速代谢 1 2 , 1 3 。 b t e x 化合物对水生生物生态毒性的报道并不是很多。j o h n s o n 和f i n l e y l l 4 】研 究得到甲苯对大型蚤的半数致死浓度为6 0m g l ；v e 撇h u u 甜”j 研究得到二甲苯 2 第一章绪论 对大型蚤的半数致死浓度为1 0 0m g l ；m f e r r a n d o 和a n d r e u m o l i n e r 1 6 】研究了集中 烃类化合物对两种轮虫b r a c l u b n u s ca l y c i f l o r u s a 和b r a c l u b n u sp l i c a t i l i s 的急性毒性 效应，得到甲苯对两种轮虫的2 4 h l c 5 0 为1 1 3 3m g l 和s 5 2 6m g l ：二甲苯对两种 轮虫的2 4 h - l c 5 0 为2 5 2 7m s l 和4 9 5 9m g l 。范亚维和周启星【l7 】研究了水体中甲 苯，乙苯和二甲苯对斑马鱼( b r a c h y d a n i or e r i o ) 的毒性效应，得至l j 9 6 h 半致死浓 度l c 5 0 分别为7 7 5 ，3 1 0 和3 4 8m g l 。范亚维等人【4 】又研究了甲苯，乙苯和二甲 苯对大型溢( d a p h n i am a g n a ) 和霍普水丝蚓9 nn o d r i l u sh o f f m e i s t e r i ) 为受试生物 的水生生态毒性效应，分别得到了水体中甲苯，乙苯和二甲苯污染对大型泾和 霍普水丝蚓的半数致死浓度。根据受试生物的毒性试验结果，预测水体中甲苯， 乙苯和二甲苯的安全浓度分别为1 3 7 ，3 9 和5 0m g l ，最大允许浓度分别为1 4 ， 0 4 和0 5m e a t , 。通常情况下，当污染物的浓度在水体中超过lm g l 的，就会对水 生生物产生急性毒性效应，如藻类，水蚤和鱼。由于这类污染物在水体中的背 景值比较值，迅速挥发，降解过程及其中度毒性，因此认为在对水体环境的总 体风险较低。但是，由于事故的频频发生，这类污染物在污染场地的含量很高【1 8 】。 1 1 3 苯系物的相关标准 由于苯系物对水生生物和人体健康都有毒害效应，很多国家和国际组织都对 其在水体中的含量限值有所规定。表1 3 总结了目前澳大利亚和其它国际组织对 饮用水和环境水体中b t e x 的相关限值规定。我国最新修订的地表水环境质量 标准( g b 3 8 3 8 2 2 0 0 2 ) 中对集中式生活饮用水地表水源中甲苯，乙苯和二甲苯规 定了限值，分别为0 7 ，0 3 和0 5m g & ，同时对饮用水和农田灌溉水也有相关的标 准。可以看出，我国地表水中b t e x 的限值和世界卫生组织的限值是一致的( 表 1 4 ) 。虽然w h o 的标准在一些发展中国家是普遍适用的，这种借鉴对我国环境保 护起到了一定的作用，但可能缺乏对我国国情的具体认识，也容易在环境管理 中造成“欠保护 和“过保护”的状况。 第一章绪论 表l - 3 各个国家和国际组织关于b t e x 在饮用水和环境水体的指导值( r a g l ) a ：q u e e n s l a n dp u b h ch e a l t hr e g u l a t i o n t l 9 】： b ：a u s t r a l i a nd r i n k i n gw a t e rg u i d e l i n e s 2 0 l ； c - w o r l dh e a l t ho r g a n i s a t i o nd r i n k i n gw a t e rg u i d e l i n e s l 2 1 1 ： d ：u n i t e ds t a t e sn a t i o n a lp r i m a r yd r i n k i n gw a t e rs t a n d a r d s 【捌： e ：a u s t r a l i a na n dn e wz e a l a n de n v i r o n m e n tc o n s e r v a t i o nc o u n c i le n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n g u i d e l i n e s f 2 3 1 木甲苯。乙苯和二甲苯的感官准则比健康准则要低，因为这些化合物在成为健康风险之前会 有明显的气味或者味道。 表1 4 我国对于水体中b t e x 所制定的限值( m g l ) 1 1 4 我国水环境苯系物的污染现状 b t e x 在生产，储存和运输过程中，很容易释放到环境内，造成环境污染，并 对生态系统和人体健康构成危害。另外由于石油事故性泄露，老填埋场的渗透， 储油罐的泄漏和石油工业废物的排放，使地下水遭受b n x 污染【2 4 】。由于苯系物 4 第一章绪论 是油脂，橡胶，树脂，油漆等的溶剂和基本化工原料，因此目前，在很多石油 化工，农药，有机化工，炼焦化工等行业的排放废水中含有较多的苯系物，这 也是河流，空气和地下饮用水中有机污染物的重要来源一。b t e x 具有较高的 水溶性，因此，一旦石油产品与水体接触，该污染物会迅速与其他燃料分离而进 入水体。由于苯系物具有较低的辛醇一水分配系数，又会从水体中迅速迁移而不 会吸附在沉积物或其他有机物上。在所有的有机污染物中，苯系物因为在环境 中分布广，对人类健康威胁大而受到人们越来越多的关注。目前，水环境中存 在的甲苯，乙苯和二甲苯日益增多。例如，f a t t a 等【2 8 】调查了塞浦路斯1 9 个地表 水体受污染状况，发现甲苯是水体污染中最为常见的污染物质。国外报导的 b t e x 在水体中的污染情况如表1 5 所示。 在我国水体中，苯系物的污染情况也是越来越严重。已有研究结果表明， 黄河等部分河流等地表水体已经受到b t e x 的严重影响，同时还发现在长江三角 洲等地区的浅层地下水中有b t e x 存在【2 9 , 3 0 l 。2 0 0 5 年吉化双苯厂爆炸事件，造 成在地下水环境中有b t e x 超标的现象，同时以其代表的一些化工厂区的地下 水环境也已经受到污染。我国石油资源集中分布在渤东海，准格尔，松辽，海 湾，珠江口，陆架塔里木，鄂尔多斯和柴达木八大盆地，由于西气东输工程， 导致我国石油管线遍布全国各地，石油及其加工品的传输，存储设备布及东西 南北。石油和原油产品在生产，储存，运输过程中，容易释放到环境中，造成 环境危害。近些年，人们对苯乙烯和苯酚下游产品酚醛树脂等的需求不断增加， 导致对石油产品中纯苯的需求与日俱增，造成了b t e x 对环境的污染越发突出 的问题。2 0 0 5 年地质调查项目“全国首轮地下水污染调查评价”重点启动珠江 三角洲地区，结果显示该区地下水中单环芳烃，多环芳烃和综合类指标均有检 出，检出率达1 0 0 。 表1 5 国外报导的b t e x 在水体中的污染情况【1 8 1 第一章绪论 第二节水生生物生态毒理学试验方法 1 2 1 水生生物毒性试验方法 毒性试验方法在是探讨污染物对水生生物毒害效应的最要手段，同时也在 水质基准制定和验证中具有重要的作用。目前，世界经济合作组织( o r g a n i s a t i o n o f e c o n o m i cc o o p e r a t i o na n dd e v e l o p m e n t ，o e c d ) ，欧p 猾( e u r o p e a nc o m m i s s i o n ， e c ) ，美国测试和材料委员会( a m e r i c a ns o c i e t yf o rt e s t i n ga n dm a t e r i a l s ，a s t m ) ， 美国环保部( u s e p a ) 和加拿大已经发展了适合于鱼类，无脊椎动物和植物的标 准毒理试验方法。总体来说，所有的毒性方法都是期望得到在特定条件下对污 染物的浓度和受试生物之间的剂量一效应关系，以此反应污染物对生物体的毒害 效应。毒性试验方法总体上可以分为急性和慢性毒性试验。 急性毒性试验是指在水中毒物的浓度较高时，短期暴露( 一般是9 6 h ) 所引 起的毒害效应，致死率是常用的受试终点。例如，o e c d 的急性毒性试验方案包 括9 6 h 鱼类急性毒性试验【3 1 】，4 8 h 大型蚤急性毒性试验 3 2 1 和7 2 h 藻类抑制试验【3 3 】。 一般用半数致死浓度l c 5 0 或者半数抑制浓度i c 5 0 表示。通常采用p r o b i t 分析或 者s p e a r m a n k a r b e r 法计算得到。 慢性毒性试验是指受试生物在污染物中暴露更长的时间( 通常 1 7 天) 而得到 的污染物浓度和受试生物之间的剂量一效应关系。例如，1 4 天鱼类长期毒性试验， 2 1 天大型蚤繁殖抑制试验，1 4 天水生维管束植物生长试验。慢性毒性试验结果 通常使用无明显影响效应浓度( n oo b s e r v e de f f e c tc o n c e n t r a t i o n , n o e c ) 和最低 可观察影响效应浓度( l o w e s to b s e r v e de f f e c tc o n c e n t r a t i o n ，l o e c ) 表示。n o e c 表示的是污染物对受试生物无毒害应的最高浓度，l o e c 则是污染物对受试生物 表现出有毒害效应的最低浓度【3 4 1 。通常根据慢性毒性试验非致死浓度效应而得 到，计算方法包括a n o v a ，t u k e y s ，s t e e l sm a n y o n er a n k , w i l c o x o nr a n ks u m , t - t e s t 等等。同时针对某些生物终点，还可以采用回归模型分析污染物浓度和受 试生物生长抑制效应之间的关系，得到x 抑制生长浓度i c 。( e g i c l 0 , i c 2 0o r i c 3 0 ) 。c c m e t ”】偏向于使用l c s o 定义淡水生态系统的短期暴露，长期暴露的可 接受的生物终点排序为：低浓度效应e c 。胛x e c l s - 2 5 i c i s - 2 s l o e c e c 2 6 - 4 9 i c 2 6 - 4 9 非致死e c s o i c 5 0 l c s o 。 目前，科研工作者普遍认为由于致死率变异性和不稳定性较大，并且生物 6 第一章绪论 体暴露于低于致死浓度的污染物下就已经产生了毒害效应，因此致死终点并不 适合用于环境保护工作中【3 6 1 。因此，他们更期望得到能够保护生物免受污染物 的毒害的效应浓度，而不是致死浓度。敏感的非致死效应也随之得到了更多的 关注p 。例如，研究者们利用鱼类脑部a c h e 所受到的抑制，可以从分子水平上 了解污染物对生物体的毒性影响，再例如一些抗氧化剂酶也是很有效的监测生 物体在低浓度长期暴露下所受到的毒害效应。 1 2 2 生物标志物的概念 传统的生态毒理学诊断方法虽然能对生态系统的损害进行一定程度的评估， 但却缺乏早期预警功能。在水生态毒理研究中，为了评估化学物质的亚致死效 应，就需要发展用于生物亚致死效应的指示参数来更为准确地评估和预测外来 化合物对环境生物的毒害情况。在此背景下，生物标志物在生态毒理研究中的应 用得到了广泛的应用并正逐渐受到重视。 所谓生物标志物，一个比较完整的定义为异型生物质( 药物，杀虫剂，致癌 物等) 引起的，可以测量到的细胞，生物化学结构或在生物系统或样品的过程， 结构和功能的变化 3 8 】。生物标志物是一种敏感的监测工具，它可以用来测定污染 物对生物的亚致死效应，而不是最终的毒理效应。近年来，细胞或分子水平上 的生物标志物具有三个特点，包括其广泛性，特异性及预警性，有关生物标志 物作为污染物暴露和毒性效应的早期预警指标已成为国内外生态毒理学研究的 热点之一，并且逐渐广泛应用于水环境生态风险评价【3 9 】。 1 2 3 水生态毒理试验中常用的生物标志物 1 2 3 1 常规生理标志物 生理标志物包括一些特异的生理反应终点。鱼类毒性试验中常用的生理指 标包括呼吸速率，活动能力，对氧的消耗能力等，另外生长速度也可以作为化 学污染物对水生毒性的一个重要指标。乙酰胆碱酯酶( a c h e ) 是监测有机磷和氨 基甲酸盐杀虫剂的特异性指标，也是用于评价水生生物对于神经毒剂化合物暴 露效应中一种重要生物标志物，它是对有机磷和氨基甲酸酯类农药污染的有效 诊断工具。越来越多的研究发现，重金属，醚类，酯类等污染物，都对其活性 有重要影响 4 0 , 4 1 】。在这些污染物的胁迫下，a c h e 对乙酰胆碱的降解过程受到干 第一章绪论 扰，致使乙酰胆碱与神经后膜的乙酰胆碱受体的作用无法正常终止，造成生物 长期处于神经兴奋状态，生理生化过程失调，最终导致死亡【4 z , 4 3 1 。 对于水生植物的毒性，常规的生理指标通常包括两类：一类是形态指标， 常用的指标有生长抑制情况，叶片颜色变化，叶状体的面积还包括发芽率，植 株数，根长和根数量：二类是光合作用指标，通过测定叶绿素a ，b 和类胡萝卜 素来测定污染物对植物光合作用的影响情况除此之外，有时候还会采用总凯氏 氮，a t e 含量，培养基电极电位，1 4 c 摄入速度和摄取总量等参数【删。浮萍科植 物( l e m n am i n o rl ) 被认为是一种现实，有效的环境检测类型植物【4 5 】，在国外已 经有较多研究，并且已经建立了以浮萍植物体数，鲜重和叶绿素为反应终点的 7 d 生长抑制试验对有毒化学品进行毒性评价的标准化测试方法 4 6 , 4 7 1 ；张莉等人 利用浮萍检测c u , a s 及其复合污染的植物学毒性，并建议使用植物体数和重复 间的偏差作为衡量浮萍试验质量的指标【4 8 】：钱湛等人还研究了铜，镉和砷对浮 萍的毒性效应并表明，叶绿素是较好的毒理指标，能较灵敏，准确地指示植物 的受毒害程度【4 引。 1 2 3 2 抗氧化防御酶标志物 已有研究表明，抗氧化防御系统的成分可由于氧污染物的胁迫而发生改变 5 0 , 5 t 】。许多学者已提出将机体抗氧化系统酶活力作为一类敏感的生态污染监测指 标，尝试以这些抗氧化防御系统成分的变化作为氧化胁迫的生物指标的研究正 在成为毒理学研究的新的热点。 当生物体受到外来污染物的胁迫时，体内会产生对细胞有毒害效应的活性 氧( r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ，r o