水污染生态毒理学的研究进展

水污染生态毒理学的研究进展生态学08级朱丹婷2008210717前言•水是环境中最活跃的自然要素之一。水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质。如果地球上没有水，很难设想有整个生物界。人类生活需要水，各种生产活动也需要水，水是万物之本。因此，水是人类不可缺少的非常宝贵的自然资源。•而近年来，水污染却非常严重，据环境部门监测，全国城镇每天至少有1亿吨污水未经处理直接排入水体，全国七大水系中一半以上河段水质受到污染，全国1/3的水体不适于鱼类生存，1/4的水体不适于灌溉，90%的城市水域污染严重，50%的城镇水源不符合饮用水标准，40%的水源已不能饮用，南方城市总缺水量的60%—70%是由于水源污染造成的。1水污染类型•1.1病原体污染•生活污水、医院污水、畜禽饲养场污水等，常含有病原体，如病毒、病菌和寄生虫。这类污水如不经过适当的净化处理，流入水体后，即会通过各种渠道，引起痢疾、伤寒、传染性肝炎及血吸虫病等。•1.2需氧性污染物•生活用水，造纸和食品工业污水中，含有蛋白质、油脂、碳水化合物、木质素等有机物。这类物质随污水进入水体后，在微生物对它们的分解过程中，需要消耗水体中的溶解氧，使水体含氧减少，从而影响鱼类和其它生物的生长繁殖。当水中的溶解氧耗尽后，水中的有机物即产生厌氧消化，生成甲烷、硫化氢等，使水体出现臭味，危害水生生物的生存。•1.3植物营养污染物•造纸、皮革、食品、炼油、合成洗涤剂等工业污水和生活污水以及施用磷肥、氮肥的农田水，含有氮、磷、钾等营养物，如果大量的这类污水排入水体，使营养物质增多，引起藻类及其它浮游生物暴发性繁殖。这些生物的大量繁殖产生赤潮，不仅给海洋环境、海洋渔业和海水养殖业造成严重危害，而且对人类健康甚至生命都有影响。赤潮•1.4石油污染物多发生在海洋中，主要来自油船的事故泄露、海底采油、油船压舱水以及陆上炼油厂和生化工厂的废水。•1.5剧毒污染物主要是重金属、氰化物、氟化物和难分解的有机污染物，它们大都来自矿山、治炼废水，通过食物链的富集作用，危害人类健康。•1.6放射性污染这是由于放射性物质进入水体造成的。•1.7盐类污染各种酸碱盐无机化合物进入水体，使淡水含盐量增加，影响水质。•1.8热污染发电站等的冷却水是热污染的主要来源，大量热水排放水体，使水温增高，水体中溶解氧减少，影响鱼类的生存与繁殖。2水污染的危害•2.1威胁人体健康•病原体污染有可能导致水媒型传染病的爆发。•人类饮用了剧毒污染物严重超标的水后，可引起中毒，严重损害人体健康。如汞中毒损害神经系统；铅中毒可引起胃疼、头痛、颤抖、神经性烦燥，并且致癌、致畸及致突变；镉中毒损伤肾小管；有机磷农药抑制体内胆碱脂酶，造成乙酰胆碱聚积，导致神经功能紊乱；有机氯农药对人体或动物的内分泌系统、免疫功能、生殖机能等造成不良影响。•2.2限制农业发展•一些水污染物蓄积在土壤中，使土壤中的微生物活动受抑制，进而恶化土壤的理化性质，破坏土壤的团粒结构，易使作物苗期枯萎死亡、生长期长势弱、早衰(早熟)或子粒不够饱满，降低产量，影响农作物的生长发育；•同时污水灌溉使得大量有害物质在农产品中积累，造成残留超标，严重影响农产品质量;•各种酸性污水腐蚀农机具，缩短机械使用寿命。•2.3危害工业生产•食品、餐饮、纺织等工业需要利用水作为原料进行加工生产，水质污染直接影响产品的质量；•水质下降造成水处理费用增大、原材料及能耗增加，增加生产成本；•工业冷却水，如锅炉中的循环水，由于水中的硬度、碱度、硫酸盐过高，造成系统结垢、堵塞、腐蚀，严重影响工业生产的正常运行和仪器的使用寿命。•2.4破坏生态环境•当污染物质排放到水体中后，有害物质对一些水生生物构成直接的毒害，另一方面是有机污染造成水体的富营养化，水中的生化需氧量剧增，溶解氧含量降低，大量生物因缺氧而大量死亡，使水生生态系统平衡遭到破坏。3.水体污染防治对策•治理被污染的水环境和防止水资源进一步被污染，是当前迫切需要解决的问题。我国对水体污染的防治对策主要有：减少耗水量,开发新水源；调整产业结构和布局；加强科研，通过生物技术与物理、化学手段的结合，加速水环境恢复的进程；建立水资源保护区；加强宣传教育，提高人们的水环境保护意识。•环境生态毒理学是20世纪70年代发展起来的一门新兴的边缘学科，主要是研究污染物—环境—机体三者之间的关系及有毒物质对生物在个体、种群、群落和生态系统水平上的毒性效应。水污染生态毒理学是以水生态系统为研究对象。4.水污染生态毒理的研究现状•4.1化学物质对浮游类生物的生态毒理效应研究•李文权等研究了在EDTA、腐殖酸、水合氧化铁等不同介质存在条件下锌对聚生角毛藻的毒性效应。研究结果表明，锌对50%聚生角毛藻的生长抑制浓度为200μg/L，此后随锌浓度增大，锌对聚生角毛藻的毒性效应加大。在环境介质中有EDTA、腐殖酸或水合氧化铁存在时，锌的毒性作用降低。原因是这些有机络合剂可与锌离子形成螯合物而使锌离子自由活度降低，因而削弱了锌的毒性效应。•在有关有机锡对各种生物的生态毒性研究中，TBT（三丁基锡）和TPT（三苯基氯化锡）对海藻毒害作用较大。赵丽美的实验表明，TBT和TPT对三角褐指藻具有相当强的毒性，72h的L50分别为0.83μg/L和0.96μg/L；陈国蔚的研究指出经TPT毒害后，扁藻线粒体出现水肿，叶绿体光合片层结构被破坏。产生这种结果的主要原因是这些有机锡化合物分子具有疏水和高脂溶性，易溶解在脂肪和类脂中，可直接与生物膜牢固结合，改变细胞的通透性，阻碍细胞膜上的正常物质传递过程，这种致毒方式导致生物体细胞表面呼吸作用、光合作用等基本新陈代谢过程发生不可逆转的破坏。•徐汉光等研究了碱渣对中肋骨条藻和中华哲水蚤的影响，研究结果表明，当碱渣浓度达到7900mg/L后，骨条藻的生长开始受到抑制，达到25000mg/L后，骨条藻开始死亡。碱渣对中华哲水蚤的半致死浓度:24hL50为84.2g/L，48hL50为42.5g/L，96hL50为28.9g/L。由于碱渣中含有一定的碱性物质，入海后使海水的pH值上升，而海洋生物对pH值的变化较为敏感，这是碱渣对海洋生物产生有害影响的重要原因之一。4.2化学物质对鱼虾类水生生物的生态毒理效应研究•陈叙龙等研究了杀虫双对鲤鱼的亚急性毒性，试验结果表明，杀虫双浓度达到1.0mg/L后就可引起鲤鱼中毒致伤，在长时间作用下，鲤鱼摄食量减小，游动变得缓慢，眼球向外突出，尾鳍与臀鳍充血。进一步解剖表明，鱼体腔内肝脏、胰脏肿大，其中肾脏受损伤最为严重，部分肾小球、肾小管坏死，表明杀虫双引起鱼类中毒的主要靶器官是肾脏。•赵慰苓等研究了3种原油对白鲢的急性和亚急性毒性，结果表明，北部原油、洋三木原油和混合油对白鲢有明显毒害症状，表现为身体表面及鳃区易为油粘住，妨碍鱼的正常呼吸；3种原油对鱼的急性致死浓度L50(24)为12.7~19.0mg/L；在不同发育阶段，鱼对原油的敏感性不同，其中在鱼苗阶段对毒物的忍耐性最低，而鱼种阶段耐受力则要强得多。4.3逆境物理因素对水生生物的毒理研究•水体酸化对鱼类、浮游生物类及藻类都存在不同程度的毒害作用。急性试验表明，白鲢24h的半致死水体pH值为4.035±0.065；慢性毒性效应研究表明，在长期酸性环境(pH5.0)中，鲢鱼幼苗的成活率下降。污席藻、角菱藻和斜生栅藻在pH4.0~6.0环境下培养时，生长速率随pH下降而逐步降低，死亡率则随pH下降而上升。•对水生生物产生影响的另一逆境物理因素是水温的变化。驯化实验结果表明，鱼对水温的适应能力与水温变化有密切关系，起始致死浓度随驯化温度升高而增大，其中鳙鱼对热冲击反应最敏感，起始致死阈值为35.60℃，鲢、草、鲤鱼的致死值分别为37.1，37.7和37.3℃。•由于工农业生产发展，水体富营养化在我国已非常普遍。研究表明，在多数富营养水体中，蓝藻数量大且为优势种，但也有部分湖泊中绿藻为优势种；一般情况下，水体中浮游动物数量越少，水体富营养化程度越低，并且随富营养化程度加重，原生动物数量增多，而轮虫和棱角类、棱足类动物减少或消失。5.水污染生态毒理学的发展趋势•过去许多工作是用水生态系统食物链中各代表性生物进行急、慢性实验，作为评价环境化学物质的毒性强度以及对生态系统造成影响的一种参数，但是这种实验研究耗时长、花费大，同时由于不了解污染物作用的早期反映及作用的真正靶位，作为参数的试验结果移推到野外时，二者之间存在着很大的距离。•因此生态毒理学迫切需要能反映污染物作用本质及对生物早期影响进行检测的指标。这样有可能对污染物环境影响作出更为准确的预测或早期警报。•近年来，随着生物技术的发展，一个新的学科——分子生态毒理学(MolecularEcotoxicology)正逐渐形成，即采用现代分子生物学方法与技术，研究污染物、代谢产物与细胞内大分子包括蛋白、核酸及酶的相互影响作用。•一般的化学检测方法虽然对环境或生物体内污染物含量进行定量描述，但仅凭含量无法反映这些污染物对生物的效应。•因此，在进行新的研究中，许多研究者首先从生物化学方面探索能反映污染物对生物早期的影响参数，如生化测定和生物标志法。其中生物标志法因为测定指标全面、准确且系统，所以得到了世人的公认。•生物标志法包括酶、蛋白、激素、脂肪酸、酯、传能物质、血液化学、骨畸形、膜稳定及DNA链断裂等测定方法。在水污染生态毒理学中作为污染指标研究的主要有：诱导蛋白，如热休克蛋白（HSP），金属硫蛋白（MT）等；以及酶，如乙酰胆碱酯酶(AchE)，乳酸脱氢酶(LDH)，超氧化物岐化酶(SOD)，水生生物腺三磷酸(ATPase)等。•总之，随着生物技术的发展，采用现代分子生物学方法与技术研究污染物的代谢与细胞内大分子，如蛋白质、核酸、酶已成为可能。找出作用的靶位点或靶分子，并揭示其作用机理，从而对个体到群体系统水平上的影响作用预测。另外，这些方法具有周期短，灵敏度高等特点，也可用于对化学品的筛出，以及对可能造成的环境影响作出更为准确的预测。