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利用水溞趋光行为监测水体及土壤中氮磷与重金属的生物毒性

吴永贵  
【摘要】: 环境污染严重影响经济的可持续发展和人类的健康与生存。环境监测是环境保护的基础性工作。环境监测通常分为理化监测和生物监测两种,前者能准确测定污染物的绝对浓度,专一好。但是,理化监测的项目有限,难于检测未知有害物质的生物毒性,尤其是多种有害物质的联合毒性,生物有效性较差。与之相反,生物监测可从总体上反应已知和未知有害物质的单一或联合毒性,生物有效性较好,预见性强,准确反映污染危害的现状。但生物监测难于精确测定有害物质的绝对浓度,专一性差。所以,在环境监测工作中,理化监测和生物监测需要互相配合,互相补充,才能及时准确地提供污染信息。 相对而言,理化监测的方法比较成熟;生物监测的方法不多,精确度较差,操作复杂,应用困难。在目前的环境保护工作中,迫切需要研究成功一些准确、灵敏、可靠的生物监测方法,用于环境监测。 水溞(Daphnia)属于甲壳纲、淡水枝角类的浮游水生动物,广泛分布于世界各地,是水生食物链中的关键生物。利用水溞趋光性(phototaxis)作为生物标志物(biomarker)检测样品中的有害物质是国外正在研究的一种新技术,有关研究为生物监测提供了一种很有应用前景的方法。但是,该方法尚处于研究初期,在理论与应用方面所积累的资料很少,国内尚无有关的研究。因此,利用溞科浮游生物的趋光行为(phototactic behaviour)监测环境中的污染物质,还需要进行大量的基础性研究,包括从自然水体中筛选出对毒物敏感,但对环境其它因素变化不敏感的溞科浮游生物作为生物监测器(biomonitor),以便减少背景干扰,获得更加准确的测定结果;选用典型、具有代表性的污染物,如氮、磷、重金属、激素和农药等,尤其是它们的混合物,研究它们与溞科浮游生物趋光行为的关系;以及环境条件(如温度、pH和鱼类荷尔蒙等)对水溞趋光性的影响规律等。这些研究对于建立标准的检测方法是非常重要的。 目前,土壤和水体重金属污染及水体富营养化是陆生和淡水生态系统存在的主要环境问题。值得注意的是,在土壤和富营养化的水体中,氮、磷和重金属污染往往同时存在。 摘要 旦!口旦旦国目国口旦巨旦.旦里里口旦里里二.口皿国巨旦里.口旦...口里口.....口.巨.口口国口口目.口....口...口纽口.....口里.皿口里坦口甲阅.皿甲口.口口.口...口国.国里华典翩胭角嗓国 但由于缺乏有效的研究方法,致使有关研究难于开展,人们不得不忽略有害物质之间的互 相作用(协同或拮抗),把有害物质共同存在情况视为单一存在。因此,研究氮、磷和重金 属对水搔趋光行为的影响规律,有益于认识富营养化水体和重金属污染的土壤中污染物之 间的相互作用,弄清这些污染元素共存时产生的生物和环境效应,这些研究是治理土壤和 水体污染之前必须解决的重大科学问题。 本项研究从长江上游自然水体中,筛选培育出隆线搔纯生物株De42,研究了它们的趋 光特性及标准污染物对水搔趋光行为的影响规律,初步建立了污染物快速监测的生物方法, 并运用该方法研究了水体和土壤中的氮、磷和重金属(cu、Zn、cd、 Cr、Pb)的相互关系和 生物毒性,为建立一种快速、准确、灵敏的生物监侧方法,为淡水资源和土壤质量的保护 提供理论依据和手段。主要结论如下: ①不同搔科浮游生物对毒物的敏感性差异显著。水搔的趋光性表现为正、负及无3 种类型。趋光指数大小顺序是隆线搔(力咖加ia~ta)蚤状搔(肠帅”ia pu介沈)方形网 纹搔(CeriO咖Phniaq如沙“壁,扮卜象鼻搔(刀山脚动以洲g加韶肠)低额搔伽初况邵功口加 vetul毋卜大型搔(刀哪劝niam只罗,a)。值得注意的是,隆线搔对毒物极其敏感,不仅趋光性最 强,各世代之间的趋光指数重现性好,而且趋光指数与c产浓度之间存在着显著的线性负 相关.因此,戮们筛选培育的隆线搔纯生物株是一种非常理想的生物监测器,优于国外培 育使用的大型搔,可以根据隆线搔的趋光行为的变化来监测样品中的有害物质。 ②在水搔趋光指数测定过程中,测定装置的工作条件和参数显著影响结果。选择适宜 的容器、温度、光强和光质等对于降低背景干扰、提高测定结果的稳定性及可靠性有重要 作用。在20、25、1 20咖测试容器中,水搔趋光性最好;光强与水搔趋光指数之间的响应曲线 符合Lorentzian方程(Rz=0.9964);在光强为5000~l000oLx时,水搔的趋光行为最强; 水搔对590nm波长的光源反应最敏感,趋光指数最高,但在395nm波长的光照时趋光性最 差。所以,在测定水搔趋光性时,选择适宜搔龄的水搔,优化容器、光强和光质的组合有 利于提高检测的灵敏度和和稳定性. ③以筛选培育出的隆线搔纯生物株氏42作为生物检侧器,参照15063引。1989及 1 506241·1 982生物试验法,用标准毒物(重铬酸钾)进行实际测试,水搔的趋光指数与标 准毒物的浓度之间存在显著的线性负相关(R甸.807)。在标准毒物溶液中,水搔趋光指数 开始发生显著变化的溶液浓度(监测下限)远低于LC,和Ec,。,3h一监测下限(0 .056 mg·L”)比24h一Lc,。(0.2373 mg,L.,)及4sh·Le”(0.1436


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