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乐安江流域铜污染的生态环境毒性研究

石湖泉  
【摘要】:乐安江是江西省东北部的一条河流,是鄱阳湖五大河流中饶河的支流。由于流域内矿产开采和工业发展等人为活动的影响,河流断面重金属Cu污染较鄱阳湖其他入湖河流严重,水环境高含量的Cu可能导致水生生物的高暴露风险,引发负面的生物学链式效应,从而造成生态风险。为此,本论文选择乐安江流域分布广泛的鲫鱼为水生生物模型。从鲫鱼个体-组织-器官-细胞-分子各层次分析铜的毒性效应。通过本研究,希望有助于推动乐安江流域铜污染对流域内水生生物的生态环境毒性研究,为乐安江流域铜污染的健康风险评价提供科学依据,从而防止和减少乐安江流域铜污染对人类造成的潜在风险。整个研究过程及成果主要有如下:(1)按照《水质-物质对淡水鱼(斑马鱼)急性毒性的测定》(ISO7346 1-3)的试验方法,利用概率单位图解法估算LC50。结果显示:重金属铜对鲫鱼属于高毒物质,急性暴露中48h-LC_(50)、72h-LC_(50)和96h-LC_(50)及对应的95%置信区间分别为0.667 mg/L(0.385~0.968 mg/L)、0.513 mg/L(0.256~0.752 mg/L)和0.412mg/L(0.224~0.657 mg/L)。(2)以亚致死浓度的铜离子为暴露条件,研究铜对鲫鱼产生的生物毒性效应和积累规律,结果表明:鲫鱼不同组织对铜的蓄积存在明显的差异,其蓄积量顺序为:肝脏肠道脑腮皮肌肉。在铜暴露24 h后鲫鱼肝脏、肠道、脑、腮、皮和肌肉中铜含量分别达到67.621 mg/kg、12.723 mg/kg、9.012 mg/kg、7.189mg/kg、1.198 mg/kg和1.500 mg/kg;在24~144 h内各组织铜的积累速度变慢,之后各组织铜的积累基本趋于平稳;暴露168h后鲫鱼肝脏、肠道、脑、腮、皮和肌肉中铜含量分别达到86.383 mg/kg、31.708 mg/kg、15.686 mg/kg、11.284mg/kg、3.794 mg/kg和3.490 mg/kg。其中,肝脏是鲫鱼铜富集的主要器官,在暴露168 h之后肝脏蓄积铜含量分别是肠道、脑、腮、皮和肌肉的2.72、5.51、7.66、22.76和27.75倍。(3)研究铜离子暴露对鲫鱼抗氧化酶系统的影响显示,铜离子暴露对鲫鱼组织的SOD、CAT、GPx、GST、GR和KNA活性均被显著激活,MDA和LPO含量明显上升,其中SOD、CAT、GPx、GST、GR和KNA活性呈现先升后降的变化趋势,而MDA和LPO含量呈现逐渐降低的变化趋势;铜离子暴露对鲫鱼腮和肝脏的SOD、CAT、GPx、GST、GR和KNA活性以及MDA和LPO含量的影响在整体上呈现相似的结果,但从变化趋势上来看,肝脏的抗氧化酶影响比腮部明显,肝脏酶活性的最大值均高于腮部,且随着暴露实验的延长,腮部酶活性呈平缓回降,而肝脏酶活性下降明显;从整个暴露时间上来分析,随着暴露时间的延长,在24 h至96 h期间,SOD、CAT、GPx、GST、GR和KNA活性呈上升趋势,而在196 h至336 h期间,其活性呈下降降趋势;而MDA和LPO含量在暴露24 h达到最大值,而后呈逐渐降低的趋势;从不同暴露浓度上来分析,不同暴露时间铜离子浓度对鲫鱼组织抗氧化系统的各指标影响不同,但是从整体上看,高浓度铜离子暴露影响大于低浓度。(4)通过宏观观察铜离子持续暴露对鲫鱼组织器官损伤,发现48h-LC_(50)的铜离子浓度(0.67 mg/L)持续暴露会造成鲫鱼腮部大量充血,内脏出现不同程度的淤血和腹水。通过组织病理切片分析表明,鲫鱼腮组织损伤主要包括腮小片上皮细胞的水肿、增生和变形,粘液细胞增殖,鳃小片融合,以及腮部整个腮丝的融合、腮小片与腮丝融合;鲫鱼肝脏组织损伤主要包括空泡化,黑色素瘤病灶,血细胞聚集以及具有致密核细胞,以及肝组织细胞坏死和溶解性坏死灶现象。在0.083 mg/L的铜离子浓度暴露组中,鲫鱼腮部和肝脏可以通过调节作用修复组织损伤;而在0.167 mg/L和0.334 mg/L的铜离子浓度暴露组,鲫鱼腮部和肝脏生理代谢严重紊乱,器官组织发生不可逆病变。(5)本研究通过模拟乐安江流域水环境条件,分析水体铜离子对鲫鱼的毒性效应,从而研究乐安江流域铜污染的生态环境毒性。实验表明水体铜离子对鲫鱼在个体-组织-器官-细胞-分子各层次上都具有显著的毒害效应。因此,建议在制定乐安江流域重金属铜的安全环境影响浓度阈值过程中应该以保护生态完整性为目的,制定符合该流域的铜标准;从保护生态安全和人体健康出发,实施科学的铜污染水环境管理体系,从而保障乐安江流域的生态系统。


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