生物配体模型的适用性研究

简要介绍了生物配体模型(Biotic Ligand Model,BLM)的发展以及理论基础,对模型的优势和应用中存在的问题进行了分析,并对模型研究的发展趋势进行了展望。     

应用生物配体模型（BLM）研究辽河与太湖水体中铜对大型溞的急性毒性

应用生物配体模型(BLM)预测我国辽河与太湖的丰水期和枯水期4个点位铜对大型溞的急性毒性(48 h-LC50),与实际水样的毒性试验结果进行比较.结果表明,在辽河红庙子、太湖平台山和拖山这3个点位中的BLM预测48 h-LC50值为232.75~411.49μg·L-1,实测48 h-LC50值为134.55~350.00μg·L-1,两者具有较好的一致性,而辽河通江口点位,丰水期和枯水期BLM预测48 h-LC50值与实测值相差较大.BLM预测结果与实测结果得到的水效应比(WER)范围分别为2.18~5.79与1.88~11.15,均大于1.各点位的枯水期Cu对大型溞的急性毒性均大于丰水期,可能是Cu与溶解性有机质(DOC)络合降低了其毒性.     

应用BLM模型预测我国主要河流中Cu的生物毒性

应用BLM模型对我国5条主要河流15个国控断面中铜的生物毒性进行预测,同时以虹鳟鱼为实验动物进行了实际水样的加标实验,得到实测生物毒性结果.结果表明,珠江、长江、淮河、松花江12个点位BLM模型预测LC50为0.13～0.46mg·L-1,利用虹鳟鱼进行的生物毒性测试结果为0.11～0.47mg·L-1,二者具有较好的一致性.对于黄河流域的3个点位,预测结果为0.42～1.00mg·L-1,实测结果为0.21～0.33mg·L-1,二者差距较大.根据预测结果与测试结果得到的水效应比(WER)范围分别为3.3～11.8与3.3～11.5(黄河流域,WERs值范围分别为10.5～25.0与5.3～8.3),均大于1.该研究提示,中国主要河流水系由于水化学条件不同,即使在相同的总Cu浓度下,所表现的毒性亦有很大差别;利用BLM模型和河流主要水质参数,则可以预测Cu的毒性.根据BLM模型获得的Cu的WERs值,将是制订中国流域水质标准的重要依据.     

应用生物配体模型评价海洋沉积物重金属毒性的研究进展

海洋沉积物中金属毒性的判定一直是较为复杂的科学问题。近年来较多的研究表明,沉积物中金属的毒性和生物可利用性与其总含量无关,而与其存在形态密切相关。沉积物生物配体模型(s-BLM)是建立在较新的科研成果上用以判断沉积物中金属毒性的一个综合模型。s-BLM主要应用于有氧环境下,在测定活性金属、硫化物、有机碳的基础上,结合间隙水中的化学成分来计算多种金属的毒性阈值。s-BLM与以往应用于厌氧环境下的酸可挥发性硫化物/同步萃取金属(AVS/SEM)模型形成互补,从而能够全面系统的判断沉积物中的多种重金属(Cu、Pb、Zn、Ni、Cd、Ag)的生物毒性。本文全面介绍了s-BLM的由来和构建,重点探讨了其应用、研究进展及局限性。目前,该模型在国际上已受到广泛关注和应用,但我国在该方面的研究尚属空白。类似模型的研究和发展对于更科学的制定沉积物环境质量标准有重要意义。     

用发光菌测定水体生物毒性的探讨

利用T_3发光细菌,对不同浓度的CN~-及Hg~(2+)的系列溶液作生物毒性测定,发现污染物浓度与光度下降的百分数成全对数关系。结合有关文献报导,求得不同化合物的EC_(50)值,认为用发光菌测定生物毒性适用于污染严重的废、污水的日常监测、但对轻污染的江、河、湖泊的监测不可行。我们用此法对荆马河排污沟的水体毒性测定作了初步尝试。     

植物毒性评价终点的生物配体模型比较研究

生物配体模型(BLM)是一个理论的、潜在的机理方法,用来评估金属离子在水体及土壤体系的生物有效性。BLM概念中,毒性与生物配体位点被占据的比例有直接关系,而被占据的比例又受溶液组成成分的影响。该研究综述了当前水培体系以及土壤溶液体系中不同植物品种的BLM概况,通过对其特征性常数及毒性阈值的比较发现,重金属离子的毒性与条件结合常数(logK)呈显著正相关,即金属毒性越强,logK值越大。不同重金属元素对植物的毒性强弱总体符合以下规律,即Cu、Ag、Cd、Cr(Ⅲ)CoNiZn。不同植物测试终点对重金属毒性的敏感程度大致为:莴苣根长西红柿茎叶≥大麦根长、小麦根长葡萄根长豌豆根长。水培体系中影响金属毒性的主要竞争离子为H、Mg、Ca、K,且竞争能力呈依次递减的顺序。除自由金属离子形态之外,其他碱性复合形态离子如MCO_3~(x+)、MOH~(x+)、MHCO_3~(x+)同样具有生物有效性/毒性,然而毒性贡献的归属是根据金属元素的不同与体系pH的不同而变化。真实的土壤溶液相对于水培体系的BLM更加复杂,导致陆地系统的生物配体模型(t-BLM)研究存在很多不确定性。总之,BLM的研究和发展为重金属元素在水体及土壤体系的风险评价提供了切实可依的重要手段。     

铜对大麦(Hordeum vulgare)的急性毒性预测模型——生物配体模型

采用水堵的方法研究了Ca2 、Mg2 、K2 、Na2 和pH对大麦铜急性毒性的影响程度,并建立了一种用于预测铜对大麦急性毒性的生物配体模型(BLM).结果表明,高活度Mg2 (1.21 mmol·L-1和1.65 mmol·L-1)显著增加了大麦根伸长的半抑制浓度EC50(Cu2 )(以自由Cu2 活度表示),而Ca2 、K2 、Na2 对EC50(Cu2 )的影响没有达到显著水平.培养液中铜的形态分析和相关分析表明,pH值通过改变羟基铜(CuOH )的含量而影响铜的毒性.根据生物配体模型理论,估计了Cu2 、Mg2 、CuOH 和生物配体的络合平衡常数,分别为LogKCuBL=6.57,logKCuOHBL=7.03,logKHgBL=3.00.在此基础上通过计算得出,当50%的大麦根伸长被抑制时需络合66%的生物配体位点,利用上述参数建立的生物配体模型预测的EC50在实测值的2倍范围之内,远远低于仅考虑自由Cu2 毒性的12倍预测范围.结果说明,考虑了Mg2 竞争和CuOH 毒性建立的生物配体模型能够准确地预测铜对大麦的急性毒性.     

利用拓展生物配体模型预测Mg影响下Cu-Ni、Zn-Ni对小麦的联合毒性

通过水培实验,研究了不同Mg2+浓度下Cu、Zn、Ni单独及Cu-Ni、Zn-Ni复合对小麦根的毒性并分别建立了3个元素的BLM.利用Cu、Zn、Ni单一毒性数据,计算了复合金属离子与生物配体结合数量指数(fmix),由此建立了用于预测Cu-Ni、Zn-Ni联合毒性的BLM-fmix模型.结果表明,溶液中Mg2+浓度增加,能够减弱单一Cu、Zn、Ni和Cu-Ni、Zn-Ni复合对小麦根的毒性.在复合体系中,Cu-Ni复合的TU50(对小麦根长产生50%抑制作用时的毒性单位值)分别为1.18、1.33、1.31,略大于1,表现为弱拮抗作用;而Zn-Ni复合的TU50分别为4.22、2.26、2.16,表现为强拮抗作用.BLM-fmix模型能够准确预测Cu-Ni、Zn-Ni联合作用下小麦根长,预测和实测值的相关系数及标准误差分别为0.94、8.87(Cu-Ni复合)和0.92、10.14(Zn-Ni复合),该结果为重金属复合污染土壤的评价和修复提供理论依据.     

鞍山市河流的生物毒性影响研究

依据氯化汞对发光菌的毒性效应呈线性要关的规律，对鞍山市三条河流的水质及底泥进行了毒性分析，用氯化汞作为参比毒物半河水和底泥定量地表出综合毒性，结果符合实际水质状况。     

基于生物有效性的重金属单一及联合毒性研究进展

水环境中的重金属受到水化学性质的影响产生形态变化,导致其对水生生物的生物有效性和毒性的改变。生物配体模型(BLM)考虑了水化学性质对金属的水生生物毒性的影响,可用来预测重金属对水生生物的毒性效应。毒性是金属与生物配体的平衡常数和生物膜上被金属络合的配体位点数量的函数。毒性效应被定义为金属在生物配体上的富集达到或超过一个临界阈值浓度。重点论述了水化学性质对重金属生物有效性的影响、重金属联合毒性评价的研究现状,并对存在的问题进行探讨。     

水环境中重金属的生物毒性预测模型

简要介绍了近年来发展的几种金属生物毒性预测模型，如FIAM、GSIM和BLM等模型。金属与生物有效性和毒性之间的关系，是制定金属的水质标准的依据，随着对金属形态及其生物有效性和毒性关系研究的深入，产生了很多的机理描述模型。描述金属与生物作用的现存模型有多种，分别从多种角度解释了环境因素对金属形态分布及其生物毒性的影响，各模型在一定程度上可给出重金属的生物毒性信息，但都存在缺陷，不能完全替代毒性实验。建立合理的金属毒性预测模型，为建新的水质标准提供依据，正是国际环境界研究的热点。     

水体硬度对铜和镉生物毒性的影响

研究水体不同硬度条件下铜(以Cu²⁺为主)和镉(以Cd²⁺为主)对金鲫鱼、麦穗鱼及大型溞的生物毒性效应。结果表明,当水体硬度(以CaCO₃计,下同)为80 mg/L时,Cu²⁺对麦穗鱼和大型溞的半数致死浓度（LC₅₀）分别为100和79 μg/L;当水体硬度为250 mg/L时,Cu²⁺对麦穗鱼和大型溞的LC₅₀分别为160和159 μg/L;当水体硬度为50和250 mg/L时,Cd²⁺对金鲫鱼的LC₅₀分别为3.69和16.3 mg/L。随着水硬度的增加,Cu²⁺和Cd²⁺的急性毒性均降低。计算得到Cu²⁺和Cd²⁺的生物毒性硬度斜率分别为0.513和0.923,表明硬度对Cd²⁺的毒性影响大于对Cu²⁺。Cd²⁺对金鲫鱼的亚急性毒性试验结果表明,随着水体硬度的升高,Cd²⁺对金鲫鱼的慢性毒性及进入鱼体内的Cd²⁺浓度均显著降低,说明高水体硬度能显著降低重金属的生物有效性。     

Ca~(2+)与Pb~(2+)相互作用对斑马鱼胚胎毒性效应的影响

为探明Ca2+浓度增加是否会使鱼类早期发育阶段对铅毒性的敏感性升高,以及Ca2+单独减弱铅毒性的浓度范围,选用斑马鱼胚胎作为实验材料,记录在不同的水化学参数条件下,胚胎发育过程中一些具有代表性的毒理学终点,采用相对易于观察且敏感的指标--72 h孵化率进行分析.用Visual MINTEQ2.5.2软件进行溶液中离子的化学形态分析.结果表明,当Ca2+浓度从0.25 mmol/L增加到2.00 mmol/L时,导致了以自由铅离子活度({Pb2+})和溶解态铅总浓度([Pb] T)表示的72 h EC 50的增加(表现为发育延迟),两者之间存在良好的线性关系.通过这一线性关系,可以对Ca2+浓度对铅毒性的影响进行预测.这一结果支持了生物配体模型(BLM)概念的假设,说明在胚胎的表面,铅离子与钙离子可能在传输和毒性作用位点上存在竞争作用.而当Ca2+浓度从2.00 mmol/L增加到4.00 mmol/L时,72 h EC 50 {Pb2+}和72 h EC 50 [Pb] T并没有显著的增加.     

铜对草鱼及花鲢的毒性预测：基于生物配体模型

试验配置不同胡敏酸浓度(DOC浓度为0.05、0.5、1、2、4 mg·L-1)下,分别对草鱼及花鲢进行铜的一系列96 h生物急性毒性试验,结果表明DOC浓度与LC50呈正相关关系,此与生物配体模型描述一致.利用两鱼种(Fathead minnow、Rainbow trout)的生物配体模型预测草鱼及花鲢的LC50,得出平均绝对偏差分别为591.2、157.14μg·L-1及728.18、91.24μg·L-1.在生物配体模型(biotic ligand model,BLM)铜形态分布平台下,得到草鱼及花鲢的LA50(以湿重计)依次为10.960nmol·g-1和3.978 nmol·g-1.通过校正草鱼及花鲢的LA50,得出平均绝对偏差依次为280.52μg·L-1和92.25μg·L-1,预测性能显著提高.基于所确立的LA50,通过搜集草鱼及花鲢的毒性数据,预测其LC50,得到平均绝对偏差分别为252.37μg·L-1和50.26μg·L-1,此证实基于生物配体模型的毒性预测具有一定的实用性.     

赤潮的生物毒性评价初步研究——生物毒性测试方法在一次胶州湾赤潮中的应用

在2000－07－25－30发生于青岛胶州湾，面积约10km^2的赤潮过程中，于2000－07－26和27日分别采集赤潮现场海水，以三咱标准毒性实验生物黑褐新糠虾（Neomysis awatschensis），卤虫（Artemia salina）和ICR品系小白鼠为实验动物，对胶州湾这次赤潮进行了的毒性研究。结果表明：现场采集的赤潮海水和实验室经f／2培养后藻液对卤虫有急性毒性作用，24h卤虫幼体的存活率分别为83％和73％，对小白鼠的毒性均在相当于STX0．87－1．8μg／L的范围内，而对糠虾没有明显影响。本文同时了赤潮现场海水中的藻类组成与数量，探讨了此次赤潮的毒性来源和致毒机制，提出了对赤潮进行生物毒性评价的观点，并建议有关部门将赤潮毒性测试结果作为一个重要的部分应用于现场赤潮事件报道中。     

Ca2+与Pb2+相互作用对斑马鱼胚胎毒性效应的影响

为探明Ca²⁺浓度增加是否会使鱼类早期发育阶段对铅毒性的敏感性升高,以及Ca²⁺单独减弱铅毒性的浓度范围,选用斑马鱼胚胎作为实验材料,记录在不同的水化学参数条件下,胚胎发育过程中一些具有代表性的毒理学终点,采用相对易于观察且敏感的指标——72 h孵化率进行分析.用Visual MINTEQ2.5.2软件进行溶液中离子的化学形态分析.结果表明,当Ca²⁺浓度从0.25 mmol/Ｌ增加到2.00 mmol/Ｌ时,导致了以自由铅离子活度（{Pb²⁺}）和溶解态铅总浓度（［Pb］_T）表示的72　h EC₅₀的增加（表现为发育延迟）,两者之间存在良好的线性关系.通过这一线性关系,可以对Ca²⁺浓度对铅毒性的影响进行预测.这一结果支持了生物配体模型（BLM）概念的假设,说明在胚胎的表面,铅离子与钙离子可能在传输和毒性作用位点上存在竞争作用.而当Ca²⁺浓度从2.00 mmol/Ｌ增加到4.00 mmol/Ｌ时,72 h EC₅₀ {Pb²⁺}和72 h EC₅₀ ［Pb］_T并没有显著的增加.     

基于生物配位体模型的汾河铜水质基准研究

铜是山西汾河流域主要污染物之一,为准确评估流域铜暴露的生态风险,调查了汾河流域本土水生生物的毒性数据,运用生物配位体模型方法获得汾河铜的保护水生生物短期和长期水质基准值,分别为98.62和29.71 μg/L。依据铜的水质基准进行风险评价,结果显示,汾河水体中铜对水生生物属于无风险水平。

     

滇池水体中叶绿素A含量的遥感定量模型

本研究利用滇池1999年4月14日陆地卫星TM数据与准稿步全湖面监测资料，对滇池全湖水体叶绿素A含量与不同波段遥感值的关系进行了关联度分析，并据此建立了TM图像感叶绿素A水质模型，该模型被成功地应用于滇池水体叶绿素A的遥感动态监测。     

铜、锌对小麦的联合毒性及其预测模型研究

利用溶液培养实验,研究了不同Ca浓度和Cu/Zn配比下,Cu、Zn对小麦的联合毒性;基于毒性单位模型(TU)和生物配体模型(BLM),建立了Cu-Zn对小麦的联合毒性预测模型TUfmix-BLM.结果表明,随着溶液中Ca浓度增加,单一Cu和Zn的毒性均明显减弱.不同Ca浓度、不同Cu/Zn浓度配比下(1∶50、1∶200、1∶800),Cu-Zn联合毒性均表现为加和作用.基于Cu、Zn单一毒性的BLM络合常数,结合TU模型,预测了CuZn对小麦的联合毒性.与单独利用TU模型相比,TUfmix-BLM预测的RMSE从13.06减小到10.01,R2从0.89增加到0.94,表明TUfmix-BLM模型可以很好地预测Cu-Zn的联合毒性.     

珠江口桂山岛沉积物中重金属生物毒性评价和同步萃取金属形态特征

采用冷扩散法和连续萃取方法对珠江口桂山岛附近7个位点表层沉积物中酸可挥发性硫化物(AVS)、同步萃取重金属(SEM)和沉积物中重金属形态进行了研究.研究结果表明,表层沉积物中AVS含量较低,沉积物中重金属主要以残留态和硫化物结合态存在,其次为还原态、有机质结合态和少量弱酸提取态.Pearson相关分析表明,沉积物中SEM与Ca(r=0.677)、Al(r=0.668)和Fe(r=0.787)有显著正相关关系,而与有机碳(r=-0.908)有显著负相关关系,沉积物组分影响着重金属的生物毒性,SEM/AVS预测可能会过高估计重金属生态毒性.由150μmol.g-1(∑SEM-AVS)/fOC340μmo.lg-1,表层沉积物中重金属对底栖生物有潜在或慢性毒性作用.对沉积物样品中SEM结合特征研究表明,SEM-Cu主要为Cu弱酸提取态、还原态和硫化物结合态,另有部分有机质结合态和少量残留态;SEM-Pb和SEM-Ni主要为Pb和Ni残留态,同时还包括Pb和Ni全部弱酸提取态、还原态、有机质结合态和硫化物结合态;SEM-Zn主要为Zn弱酸提取态、还原态和硫化物结合态,另有少量的有机质结合态.