3种典型污染物对水生生物的急性毒性效应及其水质基准比较

我国本土水生生物急性毒性数据较少,通过研究Cr(Ⅵ)、2,4,6-三氯酚和硝基苯对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、斜生栅藻(Scenedesmus obliqnus)和摇蚊幼虫(Chironomidae larvae)的急性毒性效应,为制定和完善我国水质基准提供本土数据支持.结果表明,Cr(Ⅵ)、2,4,6-三氯酚和硝基苯对蛋白核小球藻的96 h半抑制效应浓度(96 h-EC50)依次为1.34、4.55和86.58 mg·L-1;对斜生栅藻的96 h-EC50依次为19.52、3.71和74.15 mg·L-1;当Cr(Ⅵ)达到1 500 mg·L-1时,摇蚊幼虫48 h死亡率仅为15%,2,4,6-三氯酚和硝基苯对摇蚊幼虫的48 h半致死效应浓度(48 h-LC50)分别为9.29 mg·L-1和98.34 mg·L-1.3种典型污染物的毒性评估结果显示,Cr(Ⅵ)对小球藻为高等毒性、对斜生栅藻为中等毒性,2,4,6-三氯酚对两种微藻均为高等毒性,硝基苯对两种微藻均为中等毒性;3种污染物对摇蚊幼虫的毒性顺序为:2,4,6-三氯酚>硝基苯>Cr(Ⅵ).     

重金属和氯酚对霍甫水丝蚓的急性毒性及水环境安全评价

研究了Hg2+、Cr6+和Pb2+等重金属及2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚等氯酚类物质对霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)的急性毒性效应.结果表明, Hg2+、Cr6+和Pb2+对霍甫水丝蚓的96h-LC50分别为0.16,4.25,76.24mg/L;2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚对霍甫水丝蚓的96h-LC50分别为20.73,7.86,2.42mg/L. 根据6种污染物对霍甫水丝蚓的毒性实验结果,预测水体中Hg2+、Cr6+和Pb2+对霍甫水丝蚓的安全浓度SC分别为16,425,7624μg/L,最大允许浓度分别为1.6,42.5,762.4μg/L;2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚对霍甫水丝蚓的安全浓度SC分别为2073,786,242μg/L,最大允许浓度MPC分别为207.3,78.6,24.2μg/L.6种污染物的毒性评估结果显示,Hg2+对霍甫水丝蚓表现为极高毒性,Cr6+、2,4,6-三氯酚和五氯酚对其表现为高等毒性,Pb2+和2,4-二氯酚表现为中等毒性.3种重金属对其毒性顺序为:Hg2+ > Cr6+ > Pb2+;3种氯酚类物质对其毒性大小依次为:五氯酚 > 2,4,6-三氯酚 > 2,4-二氯酚.     

水体BTEX污染对大型溞和霍普水丝蚓的毒性效应及水环境安全评价

以大型溞(daphnia magna)和霍普水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)为受试生物,研究了甲苯、乙苯和二甲苯等苯系物(BTEX)的水生生态毒性效应.结果表明,3种污染物对大型溞和霍普水丝蚓毒性影响呈明显的剂量-效应关系,且毒性作用随暴露时间延长而增加.水体中甲苯、乙苯和二甲苯污染对大型溞的24h EC50分别是172.1、50.1和63.6 mg·L-1,48h EC50分别是136.9、42.9和50.3 mg·L-1;对霍普水丝蚓的24hLC50分别是194.8、71.9和88.0 mg·L-1;48h LC50分别是185.2、46.8和75.6 mg·L-1;96h LC50分别是170.4、38.8和71.9 mg·L-1.根据3种污染物对2种受试生物的毒性试验结果,预测水体中甲苯、乙苯和二甲苯的安全浓度sc分别为13.7、3.9和5.0 mg·L-1,最大允许浓度MPC分别为1.4、0.4和0.5 mg·L-1.     

1,2,4-三氯苯对斑马鱼生殖和胚胎发育毒性效应

采用斑马鱼胚胎早期发育技术研究了1,2,4-三氯苯(1,2,4-TCB)对成年斑马鱼(Danio retio)和斑马鱼受精卵染毒后胚胎生命早期阶段生长发育的影响.结果发现,大于5mg/L 剂量的1,2,4-TCB有明显发育毒性,会导致胚胎致畸,引起胚胎凝集或死亡.1,2,4-TCB对成年斑马鱼和斑马鱼受精卵染毒后,胚胎的致死率均与1,2,4-TCB处理之间呈现时间-效应和剂量-效应关系.高浓度的(15 mg/L) 1,2,4-TCB对成年斑马鱼的染毒,其平均产卵量和受精率均降低.成年斑马鱼或者受精卵接触1,2,4-TCB后,胚胎发育中典型的非致死效应—心包囊水肿和脊柱畸形的比例均随着1,2,4-TCB的浓度升高而逐渐升高.同浓度1,2,4-TCB处理后,斑马鱼胚胎直接染毒造成的非致死毒性效应更强.结果表明,水体中残留的1,2,4-TCB对于鱼类的生殖和发育具有潜在的危害.     

不同温度和pH下氨氮对河蚬和霍甫水丝蚓的急性毒性

水环境中氨氮毒性与pH、温度等环境因子密切相关. 采用半静态方法研究不同pH和温度下氨氮对河蚬(Corbicula fluminea)和霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)的急性毒性效应. 结果表明:pH对氨氮毒性影响显著,其中NH₃₊NH₄+对河蚬和霍甫水丝蚓的LC₅₀(半致死浓度)随pH的增加而下降,其变化范围为11.78~83.82 mg/L,并且这2种水生生物对NH₃₊NH₄+毒性的敏感性差异不大;当温度分别为20、25和30 ℃时,NH₃₊NH₄+对河蚬的LC₅₀分别为70.86、37.85和19.14 mg/L,对霍甫水丝蚓的LC₅₀分别为65.88、42.73和21.21 mg/L,20 ℃时NH₃₊NH₄+对河蚬及霍甫水丝蚓的LC₅₀分别是30 ℃时的3.70和3.11倍. 表明水体pH和温度越高,氨氮的毒性作用越强. 通过比较氨氮水生生物基准中的FAV(最终急性值)和试验生物的LC₅₀发现,我国现有的氨氮基准能够很好地保护本土水生物种河蚬和霍甫水丝蚓.      

3种氯酚对噬热四膜虫的毒性效应

以原生动物噬热四膜虫作为受试生物,研究了3种氯酚的急性毒性和遗传毒性及环境因子对污染物的生物效应,探讨了水体硬度对3种氯酚生物毒性的影响.结果表明,3种氯酚毒性大小依次为五氯酚(PCP)>2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)>2,4-二氯酚(2,4-DCP),表明随着氯原子数目的增加,生物毒性增强.硬度实验结果显示随水体硬度升高,3种氯酚对四膜虫的急性毒性先降低后增加,但不同的水体硬度下2,4-DCP对四膜虫的24、48、72和96 h EC50值分别为3.69、3.54、3.02和2.34 mg·L-1;2,4,6-TCP分别为3.23、2.83、2.56和1.97 mg·L-1;PCP分别为0.63、0.45、0.34和0.28 mg·L-1,3种氯酚的EC50值分别在同一数量级上,表明对四膜虫的毒性影响不大.采用单细胞凝胶电泳技术(SCEG)研究了3种氯酚对四膜虫核DNA的损伤作用,结果显示氯酚类化合物具有细胞毒性,彗星实验可以较好地指示氯酚类化合物的遗传毒性.     

毒死蜱对斜生栅藻急、慢性毒性效应的研究

为了解有机磷农药毒死蜱污染对本土水生敏感性物种斜生栅藻的毒性效应,在实验室条件下采用静态毒性实验,研究了毒死蜱对斜生栅藻96 h急性毒性效应,并在急性试验基础上进行慢性试验,分析了不同浓度毒死蜱存在14 d后斜生栅藻叶绿素含量、可溶性蛋白以及丙二醛含量。结果表明,毒死蜱96 h EC50为8.4 mg/L;毒死蜱对斜生栅藻叶绿素a无明显毒性效应;但在前期短时间,低浓度作用下能促进可溶蛋白、MDA含量的上升,但在后期长时间胁迫作用下,总体可溶蛋白、MDA含量呈下降趋势;这说明,可溶蛋白和MDA这两个指标对毒死蜱敏感,可作为生物标志物来指示有机磷农药污染物对水生生物的影响,研究结果可为本土水生敏感性物种的保护和农药安全使用标准的制定提供理论依据。     

中美水生生物基准受试物种敏感性差异研究

我国已经系统地采用物种敏感度分布(species sensitivity distribution,SSD)法开展水生生物基准研究工作.由于水体污染物种类繁多,因此在建立我国水生生物基准的过程中面临着本土生物毒性数据缺乏的问题.本研究通过物种敏感性比较,以美国为例对采用非本土生物毒性数据来推导我国水生生物基准的可行性进行了分析.首先,以US EPA推荐的58种污染物的水生生物基准为基础,筛选出中美两国共有的且生物毒性数据满足"3门8科"要求的10种污染物:As(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)、Hg、Cu、Pb、Zn、硝基苯、对硫磷、毒死蜱、三丁基锡;然后,采用双样本Kolmogorov-Smirnov(K-S)检验法和重要点位(hazardous concentration for 5%of the species and 50%of the species,HC5和HC50)差异分析法对10种污染物的中美物种敏感性差异进行研究.结果表明:通过双样本K-S检验得出中美物种对Cu、毒死蜱、三丁基锡的敏感性分布存在显著性差异(P0.05);通过重要点位值进行差异比较得出中美两国Cr(Ⅵ)、毒死蜱的HC5值差异超过一个数量级,毒死蜱的HC50值差异超过一个数量级,表明有些污染物[如:Cr(Ⅵ)、毒死蜱等]的中美间物种敏感性差异较大,在这种情况下直接采用美国的生物毒性数据或基准值来保护我国的水生生物,可能会存在"欠保护"或"过保护"的风险.     

1,2,4-三氯苯对大蒜根尖分生细胞有丝分裂的影响

以大蒜根尖分生细胞为材料研究1,2,4-三氯苯(1,2,4-TCB)对有丝分裂的影响.结果表明,1,2,4-TCB使大蒜根尖分生细胞有丝分裂指数下降,且呈现明显的剂量-效应和时间-效应关系;1,2,4-TCB使有丝分裂前期细胞所占比例相对增加,中期、后期、末期细胞相对减少;与后期、末期相比,中期细胞的减幅更大;1,2,4-TCB各处理组的微核细胞发生率与对照组相比均没有统计学差异;双核细胞发生率在高浓度处理组与对照组相比,有极显著性的统计学差异(p＜0.01),并呈现一定的剂量-效应和时间-效应关系.研究表明,1,2,4-TCB对大蒜根尖分生细胞有丝分裂具有阻滞作用,并诱发有丝分裂异常的显著升高.     

五种底栖动物对优控污染物的敏感性评价

参照美国水生生物基准技术指南以及欧盟、美国和中国优控污染物名录,搜集、筛选了伸展摇蚊、日本沼虾、河蚬、霍甫水丝蚓和泥鳅等5种代表性淡水底栖动物的优控污染物生物毒性数据,通过数据分析,筛选出对淡水底栖动物毒性最大的10种优控污染物,主要包括有机氯农药和重金属两大类.对筛选得到的10种优控污染物的物种敏感度分布进行了分析,结果表明伸展摇蚊与泥鳅对有机氯农药较为敏感,具有作为相关农药污染的指示生物以及水质基准研究的受试生物的潜力.     

海河悬浮颗粒物影响阿特拉津对斑马鱼的急性毒性研究

悬浮颗粒物对有机污染物的吸附降低了其表观生物富集系数,这一过程是否同时能够减弱有机污染物对水生生物的毒性却少有报道.因此,本研究选取海河干流二道闸沉积物为悬浮颗粒物,以阿特拉津为目标污染物,斑马鱼为目标生物,进行急性毒性试验.结果表明,无悬浮颗粒物时,阿特拉津对斑马鱼的96 h半致死浓度(96h-LC50)为29.06 mg·L-1,95%置信区间为24.41~40.70 mg·L-1,悬浮颗粒物浓度为7500mg·L-1和15000 mg·L-1时这一指标分别为30.74 mg·L-1和39.51 mg·L-1,对应的95%置信区间分别为27.17~40.91 mg·L-1和30.43~126.93 mg·L-1.并且无悬浮颗粒物、7500 mg·L-1悬浮颗粒物、15000 mg·L-1悬浮颗粒物3组染毒系列中出现的最大无效应浓度分别为3、9和15 mg·L-1.研究表明,悬浮颗粒物的存在降低了阿特拉津对斑马鱼的急性毒性.     

双氯芬酸和醋氨酚对稀有鮈鲫早期生活阶段的毒性效应

随着非甾体抗炎药（NSAIDs）的持续使用与排放,世界各地的地表水、海水、地下水、污水厂进出水中均已频繁检测到该类药物,这对生态系统中各种非靶标生物造成了一定威胁.本研究评价了两种典型的非甾体抗炎药-双氯芬酸（Diclofenac）和醋氨酚（Acetaminophen）对中国特有物种稀有鮈鲫（Gobiocypris rarus）早期生活阶段的毒性效应.实验结果显示,醋氨酚的毒性较弱,当浓度达到48.4 mg·L^-1（NOEC）时,稀有鮈鲫的孵化率、死亡率、异常率、全长和干重均未表现出明显的中毒症状;而双氯酚酸的毒性则较强,当浓度达17.8 mg·L^-1（LC₁₀）时,即可导致稀有鮈鲫孵化率下降,当浓度达到10.2 mg·L^-1（LOEC）时,即可造成幼鱼外观和行为的显著异常,表明双氯芬酸对稀有鮈鲫的孵化和生长均产生了一定的致毒效应.同时,根据稀有鮈鲫和几种常用模式生物之间的孵化率、孵化后存活率、体长和双氯芬酸敏感性的比较结果,可认为稀有鮈鲫适用于污染物对鱼类早期生活阶段毒性效应的评估.     

通过多阶段暴露试验评价嘧菌酯对斑马鱼的急性毒性与发育毒性

嘧菌酯作为最畅销的甲氧丙烯酸酯类杀菌剂,是防治水稻病害的常用农药,其对水生生态环境的负面效应值得重视.为研究嘧菌酯对水生生物的危害,进行多阶段(成鱼、仔鱼、胚胎)斑马鱼毒性试验,分析了嘧菌酯对鱼类的急性毒性,同时,通过6 d胚胎发育试验,研究了嘧菌酯对鱼类早期发育阶段的影响.结果表明,斑马鱼3个生命阶段对嘧菌酯的敏感性(以96 h-LC50(致死中浓度)表示)顺序为:仔鱼(0.39 mg·L~(-1))胚胎(0.61 mg·L~(-1))成鱼(1.37 mg·L~(-1)).6 d胚胎发育试验结果发现,嘧菌酯可诱导斑马鱼胚胎出现一系列不良症状,包括孵化率下降、心率异常、生长抑制和心包水肿等.0.25 mg·L~(-1)的嘧菌酯可显著促进斑马鱼胚胎自主运动和心率,并能明显抑制孵化仔鱼的体长.0.6 mg·L~(-1)及更高浓度的嘧菌酯可明显抑制斑马鱼胚胎眼睛、体节、尾部和心脏的发育.研究显示,嘧菌酯对斑马鱼多个生命阶段均具有一定毒性,但对早期生命阶段毒性更强,因此,其对鱼类早期生命阶段的影响值得重视.     

十溴二苯醚及其降解产物对浮游生物的毒性

十溴二苯醚(BDE-209)是我国环境中主要的多溴二苯醚(PBDEs)同系物.为研究BDE-209及其降解产物对水环境的影响,以初级消费者浮游动物大型蚤(Daphnia magna)和初级生产者浮游植物水华微囊藻(Microcystis flos-aquae)为染毒对象,研究BDE-209及其降解不同阶段产物对浮游生物的毒性.结果表明,大型蚤方面,繁殖毒性大于生长毒性,48 h半数致死浓度(48h-LC50)大小为:还原降解中间产物(0.80 mg·L~(-1),高毒)BDE-209(8.74 mg·L~(-1),中毒)还原降解终产物(15.27 mg·L~(-1),低毒),还原-氧化降解终产物的死亡率与溶剂空白一致,表明其基本无毒.水华微囊藻方面,染毒物质的毒性大小顺序与大型蚤一致,1 mg·L~(-1)的BDE-209、还原中间产物、还原终产物及还原-氧化终产物对水华微囊藻的抑制率分别为15.7%、93.7%、6.6%和1.3%.BDE-209降解过程中易生成毒性较大的中间产物,彻底还原脱溴可降低其毒性,后续辅以氧化降解,可消除其环境毒性.     

我国淡水生物菲水质基准研究

菲是一种国内外水体中普遍检出的优控多环芳烃,会对水生生物产生有害影响.然而,由于本土物种生态毒理学数据匮乏等问题,关于菲的基准阈值研究鲜有报道.本研究以9种本土水生生物为研究对象,进行了9种水生生物的急性生态毒理学实验及3种慢性生态毒理学实验并推导了菲的基准阈值.此外,基于物种敏感性分布法(species sensitivity distribution,SSD)对本地和非本地物种之间的差异进行了比较,以期探究美国水生生物毒性数据在我国本土基准阈值推导过程中的可行性.结果显示,采用US EPA"指南"推荐的方法对菲本土水生生物急性基准阈值(CMC)和慢性基准阈值(CCC)进行了推导,分别为0.033 mg·L~(-1)和0.012 mg·L~(-1);另外,本土与美国物种敏感性分布不存在显著性差异,这表明存在使用美国水生生物毒性数据来推导我国菲水生生物基准阈值的可能性.     

氧化石墨烯对邻苯二甲酸二丁酯藻毒性的影响

以海洋微藻青岛大扁藻(Platymonas helgolanidica var.tingtaoensis)为受试对象,研究了氧化石墨烯(graphene oxide,GO)与邻苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate,DBP)单独及共同对青岛大扁藻的急性毒性效应,考察了藻细胞的生长状况,光合色素产量,细胞通透性,氧化应激指标及扫描电镜,以探讨GO的加入对DBP藻毒性的影响.结果表明,低浓度GO(0.1~10 mg·L~(-1))对青岛大扁藻的藻密度和叶绿素产量无明显影响,但藻细胞通透性随GO浓度升高显著增加(P0.05),10mg·L~(-1)时达到空白组的2.2倍.DBP对青岛大扁藻的EC50,96 h为(11.14±0.80)mg·L~(-1),其毒性远大于GO(EC50,96 h大于100mg·L~(-1)).1 mg·L~(-1)GO的加入使DBP的EC50,96 h降低到(4.93±2.14)mg·L~(-1),低浓度GO对DBP藻毒性表现出一定的增强作用.1 mg·L~(-1)的GO加入时,对低浓度DBP组(0.1~2 mg·L~(-1))的藻密度、叶绿素产量、细胞通透性水平没有显著性影响,但加剧了高浓度DBP组(4 mg·L~(-1))对藻密度、叶绿素产量的抑制,使单个藻细胞内ROS和SOD平均增加了21%和7%.扫描电镜结果发现GO对藻细胞具有覆盖,包裹及聚集作用,这些可能是DBP藻毒性增强的主要原因.该结果为揭示新型污染物碳纳米材料对海洋生物的风险提供了数据支持.     

溴酸盐对水生生物的急性毒性效应

采用标准毒性测试方法,分析了溴酸钾、溴酸钠、溴化钾对水生生态系统中不同营养级生物包括发光菌、绿藻、水蚤、斑马鱼的急性毒性效应.结果表明,3种污染物对发光菌发光强度几乎没有影响,溴酸钾对斜生栅藻的96 h EC50为738.18mg·L-1;对大型蚤和裸腹蚤的48 h EC50分别为154.01 mg·L-1和161.80 mg·L-1,48 h LC50分别为198.52 mg·L-1和175.68mg·L-1;对斑马鱼的96 h LC50为931.4 mg·L-1.溴酸钠对斜生栅藻的96 h EC50为540.26 mg·L-1;对大型蚤和裸腹蚤的48 h EC50分别为127.90 mg·L-1和111.07 mg·L-1,48 h LC50分别为161.80 mg·L-1和123.47 mg·L-1;对斑马鱼的96 h LC50为1 065.6 mg·L-1.而溴化钾对以上几种受试生物的影响远小于溴酸钾和溴酸钠的影响,对比可知引起受试生物产生毒性效应的原因是由溴酸盐引起的.毒性作用规律显示,随着暴露时间的增加,溴酸盐的毒性效应越明显,受试生物对溴酸盐的毒性效应的敏感顺序为:大型蚤、裸腹蚤斜生栅藻斑马鱼普通小球藻、发光菌.     

镉与S-异丙甲草胺对斜生栅藻的联合毒性作用

采用毒性标准实验方法研究了Cd2+与S-异丙甲草胺单独及联合作用对斜生栅藻急性毒性、总可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和细胞膜通透性的影响.结果表明Cd2+与S-异丙甲草胺单独作用时EC50均随时间的延长而减小,且S-异丙甲草胺的急性毒性大于Cd2+;Cd2+、S-异丙甲草胺的EC50-24h分别为0.27 mg·L-1、0.24 mg·L-1,EC50-96h分别为0.16mg·L-1、0.13 mg·L-1.Cd2+与S-异丙甲草胺联合作用时低浓度表现为协同作用,高浓度表现为拮抗作用.暴露96 h后,Cd2+与S-异丙甲草胺单独及联合作用下,随有毒物质浓度升高,斜生栅藻总可溶性蛋白含量降低,SOD酶活性先激活后抑制,细胞膜通透性逐渐增大.     

高浓度氨氮胁迫对纤细裸藻的毒性效应

采用室内培养方法,通过检测纤细裸藻生长、光合色素含量、抗氧化酶活性及DNA损伤(彗星实验)研究了高浓度氨氮胁迫对纤细裸藻(Euglena gracilis)的毒性效应,以期为氨氮的水生态风险评价以及藻类污水净化提供科学依据.结果表明,氨氮在所设定的浓度范围内抑制藻类的生长,浓度越高,抑制越明显,2 000 mg·L-1时相比对照抑制率达55.7%;叶绿素含量随氨氮浓度增加先升高后下降,蛋白质含量与叶绿素变化趋势基本吻合;抗氧化酶系统中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性随氨氮浓度增加而上升,2 000 mg·L-1时比对照分别增加了30.7%和49.4%,提示氨氮胁迫可诱导抗氧化酶活性增加;彗星实验中,纤细裸藻细胞DNA损伤程度随氨氮浓度增加而加重,表明高浓度氨氮具有潜在的致突变性.