生物污染监测

第第页生物污染监测生物污染监测在自然界中，生物和其生存环境之间存在着相互影响、相互制约、相互依存的紧密关系，保持着相对的生态平衡。当环境受自然因素或人为因素的影响发生更改时，生物就会随之发生各种变化，生态平衡也会受到破坏。随着现代工农业的飞速进展，三废大量排放，农药和化肥使用量快速加添，使大气、水体、土壤受到污染，而生物在从这些环境要素中摄取营养物质和水分的同时，也摄入了污染物质，并在体内蓄积，因此受到不同程度的污染和危害。进行生物污染监测的目的是通过对生物体内有害物质的检测，适时把握和判定生物被污染的情况和程度，以实行措施保护和改善生物的生存环境。这对促进和维持生态平衡，保护人体健康具有非常紧要的意义。生物污染的监测方法与水体、土壤污染的监测方法大同小异，本章重点介绍有差异的内容。**节污染物在生物体内的分布污染物质可通过不同的途径进入生物体内，并在体内进行传输、积累和转化，它们在各部位的分布是不均匀的。把握这些情况，对正确采集样品，选择适合的监测方法和获得牢靠的结果是非常紧要的。一、生物污染的途径生物受污染的途径重要有表面附着、生物汲取和生物积累三种形式。（一）表面附着表面附着是指污染物附着在生物体表面的现象。例如，施用农药或大气中的粉尘降落时，部分农药或粉尘以物理的方式粘附在植物表面上，其附着量与作物的表面积大小、表面性质及污染物的性质、状态有关。表面积大、表面粗糙、有绒毛的作物附着量比表面积小、表面光滑的作物大；作物对粘度大的污染物、乳剂比对粘度小的污染物、粉剂附着量大。附着在作物表面上的污染物，可因蒸发、风吹或随雨水流失而脱离作物表面。脂溶性或内吸传导性农药，可渗入作物表面的腊质层或组织内部，被汲取、输导分布到植株汁液中。这些农药在外界条件和体内酶的作用下渐渐降解、消失，但稳定性农药的这种分解、消失速度缓慢，直到作物收获时往往还有肯定的残留量。试验结果表明，作物体上残留农药量的削减通常与施药后的间隔时间呈指数函数关系。（二）生物汲取大气、水体和土壤中的污染物，可经生物体各器官的自动汲取和被动汲取进入生物体。自动汲取即代谢汲取，是指细胞利用生物特有的代谢作用所产生的能量而进行的汲取作用。细胞利用这种汲取能把浓度差逆向的外界物质引入细胞内。如水生植物和水生动物将水体中的污染物质汲取，并成百倍、千倍甚至数万倍地浓缩，就是靠这种代谢汲取。被动汲取即物理汲取，这是一种依靠外液与原生质的浓度差，通过溶质的扩散作用而实现的汲取过程，不需要供应能量。此时，溶质的分子或离子借分子扩散运动由浓度高的外液通过生物膜流向浓度低的原生质，直至浓度达到均一为止。1.植物汲取大气中的气体污染物或粉尘污染物，可以通过植物叶面的气孔汲取，经细胞间隙抵达导管，而后运转至其他部位。例如，气态氟化物，重要通过植物叶面上的气孔进入叶肉组织，首先溶解在细胞壁的水分中，一部分被叶肉细胞汲取，大部分则沿纤维管束组织运输，在叶尖和叶缘中积累，使叶尖和叶缘组织坏死。植物通过根系从土壤或水体中汲取污染物，其汲取量与污染物的含量、土壤类型及作物品种等因素有关。污染物含量高，作物汲取的就多；作物在沙质土壤中的汲取率比在其他土质中的汲取率要高；作物对丙体六六六（林丹）的汲取率比其他农药高；块根类作物比茎叶类作物汲取率高；水生作物的汲取率比陆生作物高。2.动物汲取环境中的污染物质，可以通过呼吸道、消化道和皮肤汲取等途径进入动物肌体。空气中的气态毒物或悬浮颗粒物质，经呼吸道进入人体。从鼻、咽、腔至肺泡整个呼吸道部分，由于结构不同，对污染物的汲取情况也不同，越入深部，面积越大，停留时间越长，吸入量越大。肺部具有丰富的****网，吸入毒物速度极快，仅次于静脉注射。毒物能否随空气进入肺泡，与其颗粒大小及水溶性有关。直径不超过3μm的颗粒物质能到达肺泡，而直径大于10μm的颗粒物质大部分被粘附在呼吸道、气管和支气管粘膜上。水溶性较大的污染物，如氯气、二氧化硫等，被上呼吸道粘膜所溶解而刺激上呼吸道，极少进入肺泡。水溶性较小的气态物质，如二氧化氮等，则绝大部分能到达肺泡。水和土壤中的污染物质重要通过饮用水和食物摄入，经消化道被汲取。由呼吸道吸入并沉积在呼吸道表面上的有害物质，也可以咽到消化道，再被汲取进入肌体。整个呼吸道都有汲取作用，但以小肠较为紧要。皮肤是保护肌体的有效屏障，但具有脂溶性的物质，如四乙基铅、有机汞化合物、有机锡化合物等，可以通过皮肤汲取后进入动物肌体。二、污染物在生物体内的分布和蓄积污染物质通过各种途径进入生物体后，传输分布到肌体的不同部位，并在体内进行蓄积。（一）污染物在植物体内的分布污染物被植物汲取后，在植物体内各部位的分布规律与汲取污染物的途径、作物品种、污染物的性质等因素有关。从土壤和水体中汲取污染物的植物，一般分布规律和残留含量的次序是：根＞茎＞叶＞穗＞壳＞种子。表6—1列出某讨论单位应用放射性同位素115Cd对水稻进行试验结果。由表可见，若将整个植株分为地上和根系两大部分，则根系部分的含镐量占整个植株含镉量的84.8％，而地上部分（包括茎、叶、穗、米）含镉量的总和只占15.2％。表6—2列出某农业大学应用放射性14C标记的六六六对水稻进行试验，测得的各部位农药残留量，反映了同样的分布规律，并且在抽穗后施药，稻壳中的残留量明显加添，这重要是由于施药时稻壳直接受到六六六污染。表6—1成熟期水稻各部位中的含镉量表6—2水稻各部位14C—六六六残留量及残留比试验表明，作物的种类不同，对污染物质的汲取残留量分布也有不符合上述规律的。例如，在被镉污染的土壤上莳植的萝卜和胡萝卜，其块根部分的含镉量低于顶叶部分。残留分布情况也与污染物质的性质有关。表6—3列举不同农药在水果中残留量分布试验结果。可见，渗透性小的P，P′—DDT、敌菌丹、狄氏剂等，95％以上残留在果皮部分，向果肉内渗透量很少。而西维因、倍硫磷向果肉内的渗透量分别达78％和30％。表6—3水果中残留农药的分布表6—4氟污染区蔬菜不同部位的含氟量（ppm）植物从大气中汲取污染物后，在植物体内的残留量常以叶部分布*多。表6—4列出访用放射性18F对蔬菜进行试验的结果。（二）污染物在动物体内的分布动物汲取污染物质后，重要通过血液和**系统传输到全身各组织发生危害。依照污染物性质和进入动物组织的类型不同，大体有以下五种分布规律：（1）能溶解于体液的物质，如钠、钾、锂、氟、氯、溴等离子，在体内分布比较均匀。（2）镧、锑、钍等三价和四价阳离子，水解后生成胶体，重要蓄积于肝或其他网状内皮系统。（3）与骨骼亲和性较强的物质，如铅、钙、钡、锶、镭、铍等二价阳离子在骨骼中含量较高。（4）对某一种器官具有特别亲和性的物质，则在该种器官中蓄积较多。如碘对甲状腺，汞、铀对肾脏有特别亲和性。（5）脂溶性物质，如有机氯化合物（六六六、DDT等），易蓄积于动物体内的脂肪中。上述五种分布类型之间彼此交叉，比较多而杂。往往一种污染物对某一种器官有特别亲和作用，但同时也分布于其他器官。例如，铅离子除分布在骨骼中外，也分布于肝、肾中；砷除分布于肾、肝、骨骼中外，也分布于皮肤、毛发、指甲中。同一种元素，由于价态和存在形态不同，在体内蓄积的部位也有差异。水溶性汞离子很少进入脑组织，但烷基汞不易分解，呈脂溶性，可通过脑屏障进入脑组织。表6—5列举一些金属与类金属在动物及人体内的重要分布部位。表6—5一些金属、类金属在动物及人体内的重要分布部位试验结果说明，有机氯农药如DDT、六六六，在禽畜体内的分布均以脂肪组织中含量*高；鸡蛋中积累的六六六、蛋黄中的含量远比蛋白中高。表6—6为某讨论单位对同一猪体内各器官中脂肪及农药含量测定结果，数据表明影响各器官对六六六、DDT富集本领的主导因素是各器官中脂肪含量的高处与低处。表6—6猪体内各器官中脂肪及农药的含量三、污染物在动物体内的转化与排泄有机污染物质进入动物体后，除很少一部分水溶性强、分子量小的毒物可以原形排出外，绝大部分都要经过某种酶的代谢（或转化），从而更改其毒性，加强其水溶性而易于排泄。肝脏、肾脏、胃、肠等器官对各种毒物都有生物转化功能，其中以肝脏*为紧要。对污染物的代谢过程可分为两步：**步进行氧化、还原和水解。这一代谢过程重要与混合功能氧化酶系有关，它具有对多种外源性物质（包括化学致癌物质、**、杀虫剂等）和内源物质（**、脂肪酸等）的催化作用，使这些物质羟基化、去甲基化、脱氨基化、氧化等；**步发生结合反应，一般通过一步或两步反应，就可能使原属活性物质转化为惰性物质或解除其毒性，但也有转化为比原物质活性更强而加添其毒性的情况。例如，1605（农药）在体内被氧化成1600，其毒性增大。无机污染物质，包括金属和非金属污染物，进入动物体后，一部分参加生化代谢过程，转化为化学形态和结构不同的化合物，如金属的甲基化和脱甲基化反应，发生络合反应等；也有一部分直接蓄积于细胞各部分。各种污染物质经转化后，有的将排出体外。其排泄途径重要通过肾脏、消化道和呼吸道，也有少量随汗液、乳汁、唾液等分泌液排出，还有的在皮肤的新陈代谢过程中到达毛发而离开肌体。有毒物质在排泄过程中，可在排出的器官造成继发性损害，成为中毒表现的一部分。**节生物样品的采集和制备进行生物污染监测和对其他环境样品监测大同小异，首先也要依据监测目的和监测对象的特点，在调查讨论的基础上，订立监测方案，确定布点和采样方法、采样时间和频率，采集具有代表性的样品，选择适合的样品制备、处理和分析测定方法。生物样品种类繁多，下面介绍动、植物样品的采集和制备方法。一、植物样品的采集和制备（一）植物样品的采集1.样品的代表性、典型性和适时性采集的植物样品要具有代表性、典型性和适时性。代表性系指采集代表肯定范围污染情况的植株为样品。这就要求对污染源的分布、污染类型、植物的特征、地形地貌、浇灌出入口等因素进行综合考虑，选择合适的地段作为采样区，再在采样区内划分若干小区，采纳适合的方法布点，确定代表性的植株。不要采集田埂、地边及距田埂地边2米以内的植株。典型性系指所采集的植株部位要能充分反映通过监测所要了解的情况。依据要求分别采集植株的不同部位，如根、茎、叶、果实，不能将各部位样品任意混合。适时性系指在植物不同生长发育阶段，施药、施肥前后，适时采样监测，以把握不同时期的污染情形和对植物生长的影响。2.布点方法在划分好的采样小区内，常采纳梅花形布点法或交叉间隔布点法确定代表性的植株。3.采样方法采集样品的工具有小铲、枝剪、剪刀、布袋或聚乙烯袋、标签、细绳、登记表、记录簿等。在每个采样小区内的采样点上，采集5—10处的植株混合构成一个代表样品。依据要求，依照植株的根、茎、叶、果、种子等不同部位分别采集，或整株采集后带回试验室再按部位分开处理。应依据分析项目数量、样品制备处理要求，重复测定次数等需要，采集充足数量的样品。一般样品经制备后，至少有20—50g干重样品。新鲜样品可按含80—90％的水分计算所需样品量。表6－7植物样品采集登记表若采集根系部位样品，应尽量保持根部的完整。对一般旱作物，在抖掉附在根上的泥土时，注意不要损失根毛；如采集水稻根系，在抖掉附着泥土后，应立刻用清水洗净。根系样品带回试验后，适时用清水洗（不能浸泡），再用纱布拭干。假如采集果树样品，要注意树龄、株型、生长势、载果数量和果实着生的部位及方向。如要进行新鲜样品分析，则在采集后用清洁、潮湿的纱布包住或装入塑料袋，以免水分蒸发而萎缩。对水生植物，如浮萍、藻类等，应采集全株。从污染严重的河、塘中捞取的样品，需用清水洗净，挑去其他水草、小螺等杂物。采好的样品装入布袋或聚乙烯塑料袋，贴好标签，注明编号、采样地点、植物种类、分析项目，并填写采样登记表。样品带回试验室后，如测定新鲜样品，应立刻处理和分析。当天不能分析完的样品，短时间放于冰箱中保存，其保存时间的长短，视污染物的性质及在生物体内的转化特点和分析测定要求而定。假如测定干样品，则将鲜样放在干燥通风处晾干或于鼓风干燥箱中烘干。（二）植物样品的制备从现场带回来的植物样品称为原始样品。要依据分析项目的要求，按植物特性用不同方法进行选取。例如，果实、块根、块茎、瓜类样品，洗净后切成四块或八块，据需要量各取每块的1/8或1/16混合成平均样。粮食、种子等经充分混匀后，平摊于清洁的玻璃板或木板上，用多点取样或四分法多次选取，得到缩分后的平均样。*后，对各个平均样品加工处理，制成分析样品。1.鲜样的制备测定植物内简单挥发、转化或降解的污染物质，如酚、氰、亚硝酸盐等；测定营养成分如维生素、氨基酸、糖、植物碱等，以及多汁的瓜、果、蔬菜样品，应使用新鲜样品。鲜样的制备方法如下：（1）将样品用清水、去离子水洗净，晾干或拭干。（2）将晾干的鲜样切碎、混匀，称取100g于电动高速组织捣碎机的捣碎杯中，加适量蒸馏水或去离子水，开动捣碎机捣碎1—2min，制成匀浆。对含水量大的样品，如熟透的西红柿等，捣碎时可以不加水；对含水量少的样品，可以多加水。（3）对于含纤维多或较硬的样品，如禾木科植物的根、茎杆、叶子等，可用不锈钢刀或剪刀切（剪）成小片或小块，混匀后在研钵中加石英砂研磨。2.干样的制备分析植物中稳定的污染物，如某些金属元素和非金属元素、有机农药等，一般用风干样品，这种样品的制备方法如下：（1）将洗净的植物鲜样尽快放在干燥通风处风干（茎杆样品可以劈开）。假如碰到阴雨天或潮湿气候，可放在40—60℃鼓风干燥箱中烘干，以免发霉腐烂，并削减化学和生物变化。（2）将风干或烘干的样品去除灰尘、杂物、用剪刀剪碎（或先剪碎再烘干），再用磨碎机磨碎。谷类作物的种子样品如稻谷等，应先脱壳再粉碎。（3）将粉碎好的样品过筛。一般要求通过1mm筛孔即可，有的分析项目要求通过0.25mm的筛孔。制备好的样品贮存于磨口玻璃广口瓶或聚乙烯广口瓶中备用。（4）对于测定某些金属含量的样品，应注意避开受金属器械和筛子等污染。因此，*好用玛瑙研钵磨碎，尼龙筛过筛，聚乙烯瓶保存。（三）分析结果的表示植物样品中污染物质的分析结果常以干重为基础表示（mg/kg·干重），以便比较各样品某一成分含量的高处与低处。因此，还需要测定样品的含水量，对分析结果进行换算。含水量常用重量法测定，即称取肯定量新鲜样品或风干样品，于100—105℃烘干至恒重，由其失重计算含水量。对含水量高的蔬菜、水果等，以鲜重表示计算结果为好。二、动物样品的采集和制备动物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、粪便、毛发、指甲、骨骼和脏器等均可作为检验环境污染物的样品。（一）尿液绝大多数毒物及其代谢产物重要由肾脏经膀胱、尿道随尿液排出。尿液收集便利，因此，尿检在医学临床检验中应用较广泛。尿液中的排泄物一般清晨浓度较高，可一次收集，也可以收集8h或24h的尿样，测定结果为收集时间内尿液中污染物的平均含量。采集尿液的器具要先用稀硝酸浸泡洗净，再依次用自来水、蒸馏水清洗，烘干备用。（二）血液检验血液中的金属毒物及非金属毒物，如微量铅、汞、氟化物、酚等，对判定动物受危害情况具有紧要意义。一般用注射器抽取10mL血样于洗净的玻璃试管中，盖好、冷藏备用。有时需加入抗凝剂，如二溴酸盐等。（三）毛发和指甲蓄积在毛发和指甲中的污染物质残留时间较长，即使已脱离与污染物接触或停止摄入污染食物，血液和尿液中污染物含量已下降，而在毛发和指甲中仍简单检出。头发中的汞、砷等含量较高，样品简单采集和保存，故在医学和环境分析中应用较广泛。人发样品一般采集2—5g，男性采集枕部发，女性原则上采集短发。采样后，用中性洗涤剂洗涤，去离子水冲洗，*后用乙醚或丙酮洗净，室温下充分晾干后保存备用。（四）组织和脏器采纳动物的组