溶解性有机碳影响铜对背角无齿蚌稚蚌的急性毒性研究

为了探究溶解性有机碳(DOC)影响铜对背角无齿蚌稚蚌的急性毒性,以0.1‰盐浓度的去离子水为实验用水,设定梯度为0、10、23、45、90和180μg·L-1的Cu浓度,再分别添加0.3、0.8、1.5、3.0和6.0 mg C·L-1DOC形成实验溶液,开展了96 h铜暴露下背角无齿蚌1~2 d稚蚌的急性毒性实验。对应于各DOC浓度组的96 h-Cu-EC50值分别为19(95%置信区间:13~27,下同),23(17~31),17(12~23),13(8~19)和10(5~14)μg·L-1;DOC浓度与稚蚌的96 h-Cu-EC50值的变化呈负相关关系(R=-0.968,P=0.007)。本研究的结果显示,背角无齿蚌稚蚌对环境中Cu浓度的变化十分敏感,96 h-Cu-EC50值与国家渔业水质标准(GB11607—89)Cu的限量值十分接近,适于预警水环境中Cu的污染水平;但仅调整DOC浓度这一个水化学指标对降低铜毒性、减少稚蚌的死亡等方面效果并不明显。     

水环境中重金属铜暴露下青鳉鱼的行为响应

采用生物行为传感器监测青鳉鱼在重金属铜暴露下的行为数据,分析不同暴露浓度(20、10、5、1和0.1 TU)下青鳉鱼的行为响应。20、10、5、1和0.1 TU的暴露浓度下青鳉鱼对重金属污染的行为反应模式符合环境胁迫阈值模型,且不同浓度梯度重金属对青鳉鱼产生不同的行为毒性效应。利用重金属作用下青鳉鱼的行为变化来研究重金属环境胁迫导致的生物行为响应机制,从而得到重金属暴露下生物行为的实时变化过程和趋势,可对水环境生态系统质量进行综合评价。     

铜在日本青鳉体内的累积特征及其对肝脏组织结构的影响

为了解水体铜(Cu(Ⅱ))在日本青鳉(Oryzias latipes)脑、鳃、肝脏、性腺和肌肉组织中的累积特征,以及Cu(Ⅱ)对肝脏组织结构的影响,本文采用生态学单因子梯度实验,进行20 d的日本青鳉毒性暴露试验。结果显示,日本青鳉各个组织对Cu(Ⅱ)的累积量随着浓度的升高而增多,但不同组织对Cu(Ⅱ)的累积量有较大的差异,铜累积量由大到小依次为:肝脏脑鳃性腺肌肉。铜暴露后的日本青鳉肝细胞出现肿大、大小不一、排列混乱,静脉扩张淤血,部分肝细胞固缩和坏疽等现象。肝脏是日本青鳉蓄积铜的主要器官之一,实验发现高浓度的Cu(Ⅱ)对肝脏组织结构造成了明显的损伤,进而严重影响日本青鳉的存活率。     

水环境中重金属铜暴露下青鳉鱼的行为响应

本研究采用生物行为传感器监测青鳉鱼重金属铜暴露下的行为数据,分析不同暴露浓度(20、10、5、1和0.1 TU)下青鳉鱼的行为响应。20、10、5、1和0.1 TU的暴露浓度下青鳉鱼对重金属污染的行为反应模式符合环境胁迫阈值模型,且不同浓度梯度重金属对青鳉鱼产生不同的行为毒性效应。通过本研究,利用重金属作用下青鳉鱼的行为变化来研究重金属环境胁迫导致的生物行为响应机制,从而得到重金属暴露下生物行为的实时变化过程和趋势,可对水环境生态系统质量进行综合评价。     

青鳉鱼的行为特征提取研究

采用生物行为传感器获取青鳉鱼的行为数据时,青鳉鱼个体差异会导致采集到的原始电信号在时空特性下完全不同。重要的行为特征往往被隐藏在原始信号中,传统的信号处理方法无法实时而有效地提取到这些特征。针对这个问题,观察并记录了暴露实验前后青鳉鱼的行为变化,提出了一种可以高效表征行为特征的直方图统计算法。实验结果表明,该方法能够准确对应人眼观测到的暴露实验前后鱼的行为变化趋势,同时也为后续异常行为识别提供一定的支持和参考。     

新兴海洋生态毒理学模式生物——海洋青鳉鱼(Oryzias melastigma)

海洋污染日益加剧,适用于海洋生态毒理学研究的鱼类模型的建立意义重大。海洋青鳉鱼(Oryzias melastigma)在培养条件、生理和分子信息等方面的优势使其正成为海洋生态毒理学研究领域的代表性潜在模式生物。阐述了海洋青鳉鱼在海洋生态毒理学研究中的优势,系统介绍了海洋青鳉鱼在毒理学研究中的应用现状,并着重介绍了其在分子毒理学中的应用,最后对海洋青鳉鱼在海洋生态毒理学中的研究方向进行了展望。     

日本青鳉(Oryzias latipes)胚胎和卵黄期仔鱼对镉的 敏感性

物理化学方法对镉的监测忽略了其生物可利用性,生物监测可以有效地弥补这种不足。本研究测试了日本青鳉(Ory-zias latipes)胚胎和卵黄期仔鱼对镉的敏感性。结果表明:日本青鳉胚胎和卵黄期仔鱼的蛋白含量对镉表现出较高的敏感性,卵黄期仔鱼的蛋白含量在4μg·L-1的氯化镉暴露后就出现显著降低;氯化镉对卵黄期仔鱼脊柱畸形的EC50低于国家地表水环境质量标准规定的Ⅱ类水标准;脊柱畸形率与镉浓度之间存在的线性关系,可为定量监测镉污染提供理论依据;脊柱畸形可以在48h之内被4μg·L-1的氯化镉极显著地诱导,因此这种潜在的生物监测模型很有希望应用到水环境污染的快速预警中。通过对国内主要水体中镉污染水平的分析发现,卵黄期仔鱼的蛋白含量变化和脊柱畸形率对部分水体的镉污染可以实现生物监测。因此,利用日本青鳉胚胎和卵黄期仔鱼对低水平镉污染的高度敏感性,能够建立起1种简易廉价并且有效的水环境中低水平镉污染的生物监测模型。     

皮质醇影响青鳉鳃内钠钾ATP酶基因表达的研究

目前河流中存在较高浓度的天然和人造糖皮质激素(如皮质醇等)污染,其可能对鱼类的渗透压调节和海河洄游产生影响.鱼类鳃内钠钾ATP酶对调节渗透压平衡、适应海河洄游等起关键性作用,有研究表明鱼类鳃内钠钾ATP酶基因表达受皮质醇调控.为此,论文克隆了青鳉钠钾ATP酶α和钠钾ATP酶β基因的序列片段,建立了实时定量RT-PCR测定方法,研究了盐度的增加对其基因表达的影响,并重点探讨了皮质醇对鱼类适应盐度时鳃内钠钾ATP酶基因表达变化的影响.结果表明,适应15‰盐水的青鳉鳃内钠钾ATP酶α和钠钾ATP酶β基因表达显著升高;在转入淡水48h后,钠钾ATP酶α和钠钾ATP酶β基因表达基本恢复到正常水平,但是转入含有100ng·L-1皮质醇暴露水平的淡水中,48h后钠钾ATP酶α基因表达仍处于较高水平,表明100ng·L-1浓度的皮质醇能够显著诱导鳃内钠钾ATP酶α的基因表达,可能干扰渗透压调节,对一些洄游鱼类的溯河过程可能构成潜在影响.     

潮白河密云段水体溶解性有机碳和重金属时空变化特征

探明饮用水水源溶解性有机碳(DOC)与重金属动态变化规律可为水源地保护和饮用水处理提供指导意义。选择北京市潮白河密云段水体,探讨春季、夏季和秋季等不同季节以及林地(R1)、林地农田混合(R2)、城镇(R3)和农田(R4)等不同区域水体pH、总溶解固体(TDS)和电导率等基本水质指标以及DOC和Cu、Fe、Mn、Ni、Zn 5种重金属浓度变化,揭示DOC和重金属浓度时空分布特征。结果表明,TDS和电导率空间分布差异显著(P0.05),而季节差异不显著,但各季节最大值均出现在R4区域。ρ(DOC)平均为30.60 mg·L~(-1),空间分布差异显著(P0.05),季节变化差异不显著,各季节最小值均在R1区域。ρ(Cu)、ρ(Fe)、ρ(Mn)、ρ(Ni)和ρ(Zn)平均分别为1.07、9.29、3.30、1.64和2.91μg·L~(-1),季节性差异表现为Cu、Zn浓度在春季较高,Fe、Mn浓度在夏秋季较高,空间变化表现为各重金属浓度在R3和R4区域显著较高。DOC和重金属浓度空间分异特征与水源地周边土地利用类型直接相关,城镇和农业用地河段水体受其影响程度较高。     

腐殖酸络合态铜对鱼的生物有效性

采虹方头鱼和阳离子树脂半透膜囊在添加和未添加腐殖酸的铜溶液中的暴露实验显示,树脂半透膜囊和鱼对游离铜的吸收与体系游离铜浓度均成线性关系。实测数据表明,腐殖酸能够抑制鱼鳃对铜的吸收;进一步的计算结果显示,腐殖酸络合态铜仍可以被鱼鳃所吸收。在相同的浓度条件下,鱼鳃对络合态铜的吸收率远低于对游离态铜的吸收率。     

我国土壤中重金属铜的生物配体模型的建立与应用

关于重金属污染的风险评价及其预测模型日益成为环境领域的研究热点。近年来,一种用于预测和评价环境中重金属生物毒性的机理性模型一生物配体模型(BLM)被广泛应用于水体及陆地生态系统。本研究以我国土壤的陆地生物配体模型(TBLM)建构为目标,以土壤溶液系统为媒介,通过17种土壤上重金属铜离子与大麦根长的相互作用关系,发现了土壤中Cu-TBLM的主要影响因素为Cu~(2+)、CuOH~+、Mg~(2+)以及铜离子与大麦根系表面的专性结合能力。基于模型大麦根长预测值与实测值之间的相关关系,通过数学拟合功能求得TBLM中各参数值为logK_(CuBL)=4.87、logK_(CuOH)+=7.62、logK_(MgBL)=1.91、f~(50%)=0.103、β=1.09。本研究所得到的TBLM模型能很好地预测我国土壤中铜对大麦根长的毒害程度,预测值与实测值的相关性达到了90%。本研究结果不仅可以为我们降低重金属离子生物有效性提供有力的理论借鉴,更对我国土壤环境质量保护和长期良性可持续发展具有重要意义。文160余篇。     

应用生物配体模型研究铅和镉及其混合物联合毒性

为探讨生物配体模型(BLM)对金属混合物的适用性,以莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)为研究对象,以藻体内短时间(≤60 min)生物积累量为指标,研究了Pb和Cd对莱茵衣藻的联合毒性作用。结果表明:Pb和Cd单独暴露下,藻体内生物积累过程可用米门方程(Michaelis-Menten equation)来描述。计算得到Cd传输位点的最大吸收通量Jmax为(8.312±0.034)×10-12mol·cm-2·s-1,该位点的半饱和系数(米门系数)KM=(1.012±0.032)×10-6mol·L-1,稳定常数KCd=0.988×106(mol·L-1)-1;Pb传输位点的Jmax为(1.28±0.039)×10-11mol·cm-2·s-1,该位点的KM=(3.56±0.34)×10-7mol·L-1,KPb为2.81×106(mol·L-1)-1。Cd和Pb的竞争实验中,当固定Cd的浓度,其吸收通量随Pb的增加而显著降低;固定Pb的浓度,其吸收通量随Cd的增加略有降低。这表明Pb和Cd可能存在相同的传输位点,且Pb对传输位点的结合能力要远大于Cd。在低浓度Pb和Cd的混合暴露溶液中,短时间内绿藻对Pb的生物积累量会远大于Cd。研究结果表明BLM可用于描述低浓度下Cd和Pb的竞争关系。     

陆地生物配体模型（t-BLM）初探：镁离子降低铜离子对小麦根的毒性

生物配体模型(BLM)同时考虑了水中金属离子的化学形态以及阳离子与金属离子在生物配体(BL)上的竞争对其毒性的影响,能成功预测水体金属的生物毒性/有效性.最近,BLM呈现出向土壤环境中拓展的趋势,发展能预测重金属对土壤生物毒性的陆地生物配体模型(t-BLM)正成为最新的国际研究热点.论文模拟土壤溶液,以土壤溶液中的主要阳离子Mg2+为例,通过单因素浓度控制-恒pH营养液培养-陆生植物根伸长抑制试验,定量探讨了不同浓度Mg2+存在下,铜离子(Cu2+)对小麦(Triticum aestivum)根的毒性.结果表明,Mg2+浓度升高显著减弱了Cu2+对小麦根的毒性,即呈现出保护效应.证实陆地生态系统中也存在阳离子对重金属植物毒性的保护效应,支持了BLM中阳离子和重金属离子在生物配体上存在竞争结合的假设,即BLM概念适用于陆生植物.定量分析表明,小麦根生长抑制的毒性效应指标EC50(以自由铜离子活度表示)与自由镁离子活度间存在良好的相关性,线性回归方程为:pEC50(Cu2+)=-0.36(Mg2+)+6.47(r2=0.9976),Mg2+对Cu2+毒性的影响强度可以通过该方程进行预测.论文积累了重金属铜对典型陆生受试植物小麦的毒性数据,探讨了t-BLM的构建方法学,并为其发展提供了思路.联合了土壤理化性质、金属形态及生物积累和毒性效应的t-BLM,将提供一个环境风险评价和制定土壤质量标准的新工具.     

基于植物重金属毒性的陆地生物配体模型(t-BLM)研究进展

陆地生物配体模型(t-BLM)是生物配体模型(BLM)理论在陆地生态系统中的应用,目的是通过量化土壤重金属形态、土壤基本性质以及生态毒理剂量-效应三者之间的关系,评价重金属对陆生生物的毒性。BLM已经成功地预测重金属对水生生物的毒性,但t-BLM的发展相对较为缓慢。基于植物重金属毒性综述了t-BLM近年来国内外的研究进展,介绍了t-BLM的原理、基于t-BLM的重金属(Cu、Ni、Zn、Cd等)的植物毒性及其影响因素,并且提出基于植物重金属毒性的t-BLM研究面临的主要挑战。     

应用生物配体模型研究湘江水体中铜的生物有效性

为评估湘江水体中铜的生物有效性,通过铜对青鳉的急性毒性实验确定铜对青鳉的半致死浓度(LC₅₀),然后利用生物配体模型(Biotic Ligand Model, BLM)确定青鳉的累积半致死浓度(LA₅₀)。同时对湘江水样的预测结果表明,铜对青鳉的LA₅₀为12.43 nmol?gw^-1;BLM预测的与实验观测的LC₅₀差异倍数小于2,表明BLM预测结果非常准确。在此基础上预测铜对青鳉LC₅₀预测范围为344.70～761.96 μg?L^-1。湘江各点水质最终急性值(FAV)相差不大(11.04～14.25 μg?L^-1),但水中溶解态铜含量相差较大(0.29～10.48 μg?L^-1),同时毒性单位值(TU)相差较大(0.06～1.48 μg?L^-1),其中最小值在舂陵水入湘江下游采样断面,最大值在株洲断面。在全部调查断面中,只有株洲断面TU大于1(1.48),说明株洲断面水中铜含量超过了该断面水中BLM确定的标准最大浓度1.48倍。     

土壤水溶态铜对小白菜的毒害效应及其预测模型

土壤中铜(Cu)重金属的生物毒性/有效性主要取决于它们在土壤液相中含量和土壤溶液的性质。探寻土壤有效态Cu的生物毒害效应,表征量化其与土壤溶液性质关系,可为土壤Cu的环境风险评价提供参考。选取17种典型农田土壤,探讨了有效态Cu(土壤孔隙水以及CaCl_2浸提态)对小白菜生长的毒性效应及其预测模型。结果表明:土壤孔隙水中Cu对小白菜生长10%抑制的毒性阈值值(EC_(10))和50%抑制的毒性阈值(EC_(50)),最大值与最小值相差为14.7和14.6倍;同样,对于CaCl_2提取态Cu的EC_(10)和EC_(50),最大值与最小值相差12.7和7.7倍,表明土壤溶液性质对水溶性Cu对小白菜的毒性阈值影响很大。建立了土壤溶液的重要因子(溶解性有机碳、土壤溶液pH值、电导率、全硫含量、Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+)和水溶性Cu阈值之间的多元回归关系,结果显示,土壤溶液性质可以较好地预测水溶性Cu对小白菜的毒性阈值。同时,土壤溶液中Mg~(2+)、K~+和S的含量是控制孔隙水中Cu对小白菜生长毒性的最重要因子,单一的S能分别解释34%的EC_(10)变异,K~+解释26%的EC_(50)变化。本研究结果可为陆地环境中水溶性Cu的风险评价提供基础。     

Influence of Dissolved Organic Matter On the Bio-Availability and Toxicity of Metals in Soils and Aquatic Systems

Cations in soil are essential for the growth of plants and micro-organisms. Their availability is dependent on soil organic matter. Soil organic matter (SOM) is heterogeneous comprising amino, aliphatic and phenolic acids, but particularly humic substances. All these substances can complex cations selectively. Mechanisms of complexation with dissolved organic matter are discussed. Such complexation can lead to the apparently contradictory observations that dissolved organic matter (DOM) can either increase the concentration of some less soluble nutrients, making them more available for plant uptake, or make them less available and hence less toxic. the importance of DOM is discussed in relation to soil solution, particularly the rhizosphere, and also in relation to aquatic systems. the latter systems contain mainly dissolved humic substances whereas in the soil, non-humic substances assume a greater importance.

SOM in the rhizosphere is derived from plant, microbial and animal remains but much, especially the water-soluble compounds, are acquired through root exudation. Exudation has important consequences for enhanced nutrient availability as a result of the production of non-humic substances such as amino, aliphatic and phenolic acids. in future, the role of root exudation in relation to DOM and nutrient availability should be investigated more fully, particularly as predicted elevated CO₂ levels are likely to have a major impact on root exudation, nutrient availability, and possibly ecosystem community structure and functioning. It is likely that more information will become available on aquatic systems as more highly sensitive techniques and equipment capable of dealing with low concentrations of DOM in these systems become available.     

Influence of Dissolved Organic Matter On the Bio-Availability and Toxicity of Metals in Soils and Aquatic Systems

Cations in soil are essential for the growth of plants and micro-organisms. Their availability is dependent on soil organic matter. Soil organic matter (SOM) is heterogeneous comprising amino, aliphatic and phenolic acids, but particularly humic substances. All these substances can complex cations selectively. Mechanisms of complexation with dissolved organic matter are discussed. Such complexation can lead to the apparently contradictory observations that dissolved organic matter (DOM) can either increase the concentration of some less soluble nutrients, making them more available for plant uptake, or make them less available and hence less toxic. the importance of DOM is discussed in relation to soil solution, particularly the rhizosphere, and also in relation to aquatic systems. the latter systems contain mainly dissolved humic substances whereas in the soil, non-humic substances assume a greater importance.

SOM in the rhizosphere is derived from plant, microbial and animal remains but much, especially the water-soluble compounds, are acquired through root exudation. Exudation has important consequences for enhanced nutrient availability as a result of the production of non-humic substances such as amino, aliphatic and phenolic acids. in future, the role of root exudation in relation to DOM and nutrient availability should be investigated more fully, particularly as predicted elevated CO₂ levels are likely to have a major impact on root exudation, nutrient availability, and possibly ecosystem community structure and functioning. It is likely that more information will become available on aquatic systems as more highly sensitive techniques and equipment capable of dealing with low concentrations of DOM in these systems become available.     

土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推验证

在基于物种敏感性分布法推导土壤金属生态阈值过程中,利用毒性预测模型对来源于不同土壤的毒理学数据进行归一化处理可消除土壤性质差异的影响,但目前建立的毒性预测模型仅限于少数物种。本研究通过比较土壤中小白菜、西红柿和大麦的铜和镍的毒性预测模型应用于其他高等植物的预测效果,以及归一化前后各物种毒性阈值的种内变异程度,考察了土壤中铜和镍的植物毒性预测模型种间外推的可行性和适用范围,解决了铜和镍土壤生态阈值导出过程中的方法学问题。土壤中镍对小白菜的毒性预测模型能较好地预测芥菜和青椒的镍毒性阈值,利用该模型对芥菜和青椒在不同土壤中的镍毒性阈值进行归一化后亦能显著降低其种内变异,其种内变异系数分别从1.18和1.25降至0.31和0.06;但将镍对小白菜、西红柿和大麦的毒性预测模型应用于莴笋和莴苣的毒性阈值预测时,在pH<6.0的酸性土壤中其预测值均小于实测值,其实测值与预测值的比值在3.2到6.8之间。对小麦、黄瓜和青椒的铜毒性阈值而言,小白菜模型预测效果优于西红柿和大麦模型。利用西红柿模型归一化黄瓜铜毒性阈值,其毒性阈值的种内变异系数从0.83降至0.14。大麦的铜毒性预测模型能较准确地预测水稻、洋葱、芥菜、包菜和萝卜的毒性阈值,且这5个物种的铜毒性阈值经大麦模型归一化后其种内变异均显著降低。本研究结果可为土壤中铜和镍的植物毒性预测模型的种间外推提供科学依据。