a00043785
第1楼2006/06/23
3.1.2 微型生物监测(PFU法)
以前生物监测的研究重点多放在分类和结构方面。然而,生物系统的结构变化并非总与生物系统的其它变化相关联,仅以某个种类、某个种群构成的生物反应系统的变化来评价一个水生生态系统,其偏差较大。因此,为掌握水生生态系统对环境污染的完整反应,要求我们在生物系统(细胞、组织、个体、种群、群落、生态系统)中选择超出单一种类水平即群落或生态系统来作为生物监测的生物反应系统,并对该系统的结构和功能变化均进行研究。美国Cains创建了用聚氨酯泡沫塑料块(简写为PFU)测定微型生物群落的结构和功能参数,进而进行监测预报的新方法。中科院水生所沈韫芬研究员把PFU应用到生物监测中,并使PFU法成为我国生物监测的一种标准方法[13]。PFU法适用于原生动物、藻类对水质的检测。此方法可以鉴别水体是有机污染还是毒性污染。
尹福祥、杨立辉 [13]应用PFU法对某印染厂印染废水处理设施的净化效能进行了监测。结果表明,微型生物群落的结构参数和功能参数均较好地反映了印染废水的净化效果。与经典的生物监测方法相比,PFU法由单一监测结构(或功能 )参数转变为结构参数(种类组成、优势种)和功能参数(群集参数)同时监测,提高了生物监测的信息捕获能力,并使监测信息能更完整、准确、精密地评价环境状况。PFU法可快速、准确地监测水质的突变,通过1d的试验结果就能预测、预报受纳系统环境质量的状态及其变化过程。某样点的群集曲线突然大幅下降,说明该点的水质发生了突变,应调查有无事故性排放。
由于潮汐流和环流的影响,PFU法用于海水水质监测的有效性不如在淡水中监测。Kuidong Xu等 [14]用一种改良的PFU法—瓶装聚氨酯泡沫塑料块(BPFU)法进行海水的生物监测。BPFU法是将2块聚氨酯泡沫塑料块装入1个圆柱形塑料瓶中,塑料瓶有4道裂缝,用于保护聚氨酯泡沫塑料块不受粗糙条件的干扰,同时便于微生物群落进入聚氨酯泡沫塑料块,达到平衡。BPFU法比传统的PFU法在海水生物监测中的优越性体现在:⑴取样稳定;⑵海水生物评价结构和功能的精确性;⑶定量比较时可以保持水体积的稳定性。实验结果表明,用BPFU法进行海水生物监测比PFU法更加有效。通过BPFU法聚集的物种数量随污染物强度的增大而减少,减少程度大于PFU法。由BPFU法计算出的多样性指数同样也高于PFU法。
3.1.3 应用分子生态毒理学方法监测水体污染
随着社会的进步,生物技术也在不断地发展,在此基础上逐步形成了分子生态毒理学。分子生态毒理学采用现代分子生物学方法与技术,研究污染物及代谢产物与细胞内大分子,包括蛋白质、核酸、酶的相互作用,找出作用的靶位或靶分子,并揭示其作用机理,从而能对在个体、种群、群落或生态系统水平上的影响作出预报,具有很大的预测价值。目前最常用的是把腺三磷酶作为生物学标志,方法是测定体内三磷酸腺苷酶ATPase的活性,并以其活性强弱作为多种污染物胁迫的指标[15]。
Petrovi S等 [16]通过测定贻贝 (Mytilus galloprovincialis Lam.)消化腺上皮细胞中的溶酶体(Lysosome)膜的稳定性和金属硫蛋白(Metallothionein,MT)的含量来监测水体中有毒物质。贻贝消化腺上皮细胞中的溶酶体是有毒物质积累滞留的主要场所,同时它在排泄有毒污染物质的过程中起着关键作用。溶酶体中的有毒物质会削弱膜的稳定性,减少产生水解作用的溶酶体酶向细胞溶质中扩散。MT是动物对周围环境中过量金属的一种防御机制,能够阻止有毒物质及其代谢产物产生的细胞毒素对有机体产生影响。一般来说,监测MT的方法比监测组织中金属总量更可行,因为这种方法可以将胞内具有显著毒理效应的金属结合片段与不可利用的金属络合物区分出来[17]。因此贻贝消化腺上皮细胞中的溶酶体膜的稳定性和金属硫蛋白的含量的测定可以作为水体环境有毒物质变化的早期警报。
近年来,生物体内胆碱脂酶活性的测定已经成为海水和淡水水体污染的一种监测工具。由于环境中的有机磷农药和氨基甲酸盐杀虫剂与底物乙酰胆碱的分子形状类似,能与酶酯基的活性中心发生不可逆的键合从而抑制酶活性,因此它可以用来评价有机体在杀虫剂和毒害神经的污染物质(如重金属)中的暴露程度。Mohamed Dellali等 [18]用蛤和贻贝监测泻湖的水体污染,结果表明,蛤和贻贝体内乙酰胆碱脂酶的活性能很好地反映当地水体的污染状况。
3.1.4水生生物环境诊断技术
用常规的毒性测试可以检测污染严重水体的毒性,但对于低毒性水体,用常规的毒性试验难以检测到其毒性水平。为此,日本NUS株式会社开发出一种低毒性水体的新的生物测试方法——水生生物环境诊断技术(Aquatic Organisms Environment Diagnostics,简称AOD)[19]。该方法采用冷冻浓缩技术 ,将低毒性水体样品中的部分水分脱出,使水样中的毒理成分合理地浓缩,再进行生物毒性试验,进而判定水体的毒性水平。AOD技术所选用的测试鱼要求体积较小,同时要满足测试生物所必备的高敏感性、取材方便、便于饲养或繁殖、品系纯等条件。目前,AOD主要采用红鳍鱼(T.albnubes)和淡水虾(P.compressa)作测试生物。
3.1.5 幼虫变态实验
近年来,对于以海洋无脊椎动物的胚胎和幼虫期毒性实验研究较为广泛。然而研究表明[20],浮游幼虫变态比现有的生物个体水平的毒性实验指标更为敏感。海洋底栖无脊椎动物幼虫的变态期是其生活史的关键阶段,变态期的幼体对污染物的敏感性要高于其它阶段,胚胎发生和幼虫发育不受影响的污染物浓度会阻碍其变态。幼虫的变态过程易于观察(受到外来信息物质的调控),易受环境污染的干扰。与死亡率比较,能否在附着基表面顺利变态是监测污染物毒性的更敏感的指标。
3.1.6 四膜虫 (Tetrahymena pyriformis) 刺泡发射法
四膜虫是一种淡水单细胞生物,生长速度快、繁殖量大,实验室内易无菌培养和控制,适用于水质监测。以前应用四膜虫监测水质都是通过测试四膜虫的生长曲线和繁殖曲线等生物学特征来反映水质变化情况。然而四膜虫个体差异小、对化学毒物敏感,在诱变实验中无须添加活化酶、自发突变率低,也是一种理想的致突变试验材料。四膜虫的刺泡是附着在细胞质表面,由基粒分化而来,垂直胞质排列,当外界环境因子触发可诱导刺泡发射,形成显微镜下可见的分泌泡。吴伟等[21]用阳性致突变物诱发四膜虫刺泡发射,试验结果表明,四膜虫对致突变阳性物质相当敏感,且有剂量效应关系。因此利用四膜虫刺泡发射是评价水体中化学物质致突变的一种快速、简便、良好的方法。
a00043785
第2楼2006/06/23
3.2 水污染生物监测的新材料和新的监测物
近年来,水污染生物监测不仅出现了一些新的方法,同时也出现了一些新材料、新的监测物。席玉英、韩凤英等 [22]对长叶异痣蟌[Ischnura elegans(VanderLinden)]体内汞含量及与水体汞污染的关系进行了研究,结果发现,长叶异痣蟌对水体汞具有富集性,富集倍数高达5448~7600倍,可作为水体汞污染的监测生物。其中雌性长叶异痣蟌体内汞含量样体(同时、同地采集的)间存在很大差异,因此可作为水体汞污染的定性研究,不宜作为水体汞污染的定量监测。而雄性长叶异痣蟌体内汞含量样本间的差异则不显著,并且雄性长叶异痣蟌体内汞含量随水体汞含量的增加及时间的延长而增加,可作为水体汞污染的指示生物。
Flammarion P等 [23]通过测定白鲑(Leuciscus cephalus)体内胆碱脂酶的活性来监测水体污染,发现白鲑可以成为很好的水体污染监测工具。而Khan R A等 [24]用比目鱼(Pleuronectes americanus)体内乙氧基-异吩噁唑酮-脱乙基酶(EthoxyresorufinO-Deethylase,EROD)活性的强弱来判断纽芬兰岛水体的污染状况,发现它也有很好的监测效果。
Kahle J等[25]测定一种桡脚类动物Metridia gerlachei对威德尔海中痕量金属的生物累积率,发现Metridia gerlachei对Co、Cu、Ni、 Pb 、 Zn等金属元素的敏感度较高,可以作为海水中金属元素的监测物。而Rainbow P S 等[26]利用藤壶监测香港海域中痕量金属,同样也得到很好的效果。
刘绮 [27]进行了一种新的生物监测方法研究。他以孵化好的Ⅱ~Ⅲ期卤虫为受试生物,实验研究了K2Cr2O7、HgCl2、As2O3、KCN、六六六、苯酚、苯7种物质对卤虫的中毒阈值和 LC50 -24h(Leathal Concentration 50-24h, 24 h半致死浓度)的测定,阐明了该方法具有操作简便、快速、覆盖面宽、技术易掌握、所需设备不复杂等特点。此生物监测方法在环境科学与工程中的研究和应用可进一步扩展到对入江、河、海的工业排放物的检毒、农药残留量分析、真菌毒素分析等广泛领域。
4 结语
水资源的不断短缺,水体污染的不断恶化,要求水污染监测技术不断完善。而利用水生生物监测水体,能真实地反映水环境质量状况,且具有对毒物灵敏度高、所需仪器简单等优点。目前,水污染生物监测的方法和监测物正不断更新,其灵敏度也越来越高。某些方法能够对特定某种或某几种污染物质的存在作出响应,可以实现传统生物监测方法无法实现的水体中某种物质的定性检测。由于现有的水生生物监测技术仍然难以确定水体中污染物的种类组成和含量,因此,在条件许可的情况下,应采取多种方法进行综合监测,以确保监测结果的准确性和完整性。