（环境科学专业论文）不同环境因子条件下对硝基酚对藻类的毒性研究.pdf

文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将 公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检 索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务；( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向 教育部指定单位提交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和 中国学术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文 数据库，通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h t t p ：2 0 2 11 3 2 0 1 6 1 ：8 0 0 1 i n d e x h t m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答 辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图二8 馆留存。 作者暨授权人签字： 强堕凰 2 0 1 0年0 5 月2 6日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目不同环境因子条一降下对硝基酚对藻类的毒性研究 姓名冯呜风学号2 1 2 0 0 7 0 3 9 1答辩日期2 0 1 0 年5 月2 1 日 论文类别博士口 学历硕士硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士口 院系所环境科学与工程学院专业环境科学 联系电话 0 2 2 2 3 5 0 4 2 0 2e m a i l z h u l i n n a n k a i e d u c n 通信地址( 邮编) ：南开大环境科学与工程学院( 3 0 0 0 7 1 ) 备注：是否批准为非公开论文否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签字后交校图书 馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所 取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包 含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 迢堕凰2 0 1 0 年0 5 月2 6 日 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 申请密级 口限制( 2 年)口秘密( 1 0 年)口机密( 2 0 年) 保密期限 2 0 年月日至2 0年月日 审批表编号批准日期 2 0年月日 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密l o 年( 最长5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 摘要 摘要 水生态系统的环境因子，如p h 、光照、温度、盐度、浊度、营养物质 种因素都会影响污染物在水环境中的物理、化学和生物过程，从而导致不 生态效应。环境因子、生物种类等因素的地域特性，使生态学基准也具有 域特性。为研究水体中典型有机污染物的生态基准，考虑环境因子对污染 物效应的影响，本文进行了下列研究工作：利用藻类生长实验，研究p h 度对小球藻、斜生栅藻、四尾栅藻和铜绿微囊藻生长的影响，找出影响藻 长的限制因子。通过藻类生长抑制实验，研究对硝基酚( p n p ) 对藻类 长毒性，找出对p - n p 敏感的指示种。通过藻类生长抑制实验，研究不同p h 、 温度对p - n p 毒性的影响，找出对p - n p 毒性影响的关键环境因子。选取斜生 栅藻、四尾栅藻和铜绿微囊藻进行藻类共培养实验，研究在藻类单种培养和共 培养时，p n p 对藻类生长影响的异同。归纳起来，本论文的结论如下： 从本实验的结果看，四种藻对p 小m 的灵敏性和耐受性不同，四尾栅藻可作 为p n p 的指示种，这主要是由于各种藻的生理差异造成的。 p h 和温度对藻的生长和p - n p 的毒性均有影响。p h 对p n p 毒性的影响可 能主要是由于p h 对p n p 化学形态的作用。温度对p n p 毒性的影响因藻种而不 同，小球藻、斜生栅藻和四尾栅藻均在其最适的生长温度2 5 。c 时对p - n p 的耐受 性最小，这可能主要是由于温度升高藻对污染物的吸收作用增强。而铜绿却在 1 5 。c 时对p 加的耐受性最小，这种差异可能是由于p - n p 对真核生物和原核生 物的致毒机理不同所致。不同的环境条件下p - n p 对各种藻的毒性不同，因此， 当p - n p 存在时环境因子也可能会影响水体的群落结构。 共培养实验结果表明，相同条件下，共培养与单种培养实验相比，藻的生 长状况不同，而p - n p 对藻的毒性差异不大。不同生态水平对p n p 的毒性的影 响还需要进一步的研究。 综合以上研究结果，本研究为p n p 水生态基准的制订提供了不同环境条件 下的基础毒性数据，找出了指示种和对其毒性有影响的环境因子及其制约机制。 因此，在制订p 姗的水生态基准时，应该考虑环境因子的影响，并考虑不同生 态水平上污染物生物效应的变化，本研究为水生态基准研究的方法学提供了依 据。 关键词：生态基准；对硝基酚；藻；环境因子 a b s t r a c t a b s t r a c t n l cp h y s i c a l c h e m i c a la n db i o l o g i c a lp r o c e s s e so ft h ep o l l u t a n t si nt h ew a t e r e n v i r o n m e n tm a yb ea f f e c t e db ye n v i r o n m e n t a lf a c t o r so fa q u a t i ce c o s y s t e m s ，s u c ha s p h ，l i g h t , t e m p e r a t u r e ，s a l i n i t y , t u r b i d i t y , n u t r i e n t sa n do t h e rf a c t o r s ，l e a d i n g t o d i f f e r e n te c o l o g i c a le f f e c t s t h ee c o l o g i c a lc r i t e r i ah a sr e g i o n a l c h a r a c t e r i s t i e s b e c a u s eo fr e g i o n a lc h a r a c t e r i s t i c so fe n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ，s p e c i e s ，a n ds oo n i n o r d e rt os t u d yt h ea q u a t i ce c o l o g i c a lc r i e r i ao ft y p i c a lo r g a n i cp o l l u t a n t si nw a t e r s y s t e m ，a n dc o n s i d e r a t et h ee f f e c t so fe n v i r o n m e n t a lf a c t o r so nt h eb i o l o g i c a le f f e c t s o fp o l l u t a n t s t h i ss t u d yc a r r i e do u tt h ef o l l o w i n gw o r k ：s t u d yt h ee f f e c t so fp h ， t e m p e r a t u r eo nt h eg r o w t ho fc h l o r e l l av u l g a r i s ，s c e n e d e s i n u so b l i q u u s ，s c e n e d e s m u s q u a d r i c a u d aa n dm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a ，a n di d e n t i f yt h el i m i t i n gf a c t o r st ot h e g r o w t h o f a l g a eb ya l g a eg r o w t he x p e r i m e n t s s t u d y t h e t o x i c i t y o f p n i t r o p h e n o l ( p - n p l o nt h eg r o w t ho fa l g a eb yt h ea l g a eg r o w t hi n h i b i t i o nt e s t ， i d e n t i f yt h es e n s i t i v ei n d i c a t o rs p e c i e st op n p s t u d yt h ee f f e c t so fd i f f e r e n tp h ， t e m p e r a t u r eo nt h et o x i c i t yo fp - n pb ya l g a eg r o w t hi n h i b i t i o nt e s t ，i d e n t i f yt h ek e y e n v i r o n m e n t a lf a c t o r st h a th a v ee f f e c t so nt o x i c i t yo f p - n p s c e n e d e s m u so b l i q u u $ ， s c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d aa n dm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s aw e r ec u l t u r e dt o g e t h e r s t u d y t h es i m i l a r i t i e sa n dd i f f e r e n c e so ft h ee f f e c t so f p - n po na l g a eg r o w t hb e t w e e ns i n g l e a n dm i x e dc u l t u r e t os u n lu p ，t h i sp a p e rc o n c l u d e st h a t ： t h et o l e r a n c ea n ds e n s i t i v i t yo ff o u rk i n d so fa l g a eo nt h ep - n pw e r ed i f f e r e n t ， s c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d ac a ns e r v ea sa ni n d i c a t o rs p e c i e s ，i sm a i n l yb e c a u s eo f v a r i o u sp h y s i o l o g i c a ld i f f e r e n c e sc a u s e db ya l g a e b o t hp ha n dt e m p e r a t u r eh a de f f e c t so ng r o w t ho fa l g a ea n dt o x i c i t yo fp - n p t h ee f f e c to fp ho nt h et o x i c i t yo fp - n pm a yb em a i n l yd u et ot h ee f f e c to fp ho n c h e m i c a lf o r m so fp - n et h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r ed i f f e r e dw i t hd i f f e r e n ta l g a e s p e c i e s c h l o r e l l av u l g a r i s ，s c e n e d e s m u so b l i q u u sa n ds c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d a w e r el e a s tt o l e r a n c ea tt h e i r so p t i m a lg r o w t ht e m p e r a t u r e2 5 w h i c hm a ym a i n l y b e c a u s eo ft h ei n c r e a s e da b s o r p t i o no fp o l l u t a n t sw i t hi n c r e a s e dt e m p e r a t u r e h o w e v e r , m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a w a sl e a s tt o l e r a n c ea t 15 ，w h i c hd i f f e r e n c em a y b ed u et ot h em e c h a n i s m so ft o x i c i t yo ne u k a r y o t i ca n dp r o k a r y o t i cw e r ed i f f e r e n t t o x i c i t yo fp - n po nv a r i o u sa l g a ed i f f e r e du n d e rd i f f e r e n te n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s ， t h e r e f o r e ，t h ec o m m u n i t ys t r u c t u r eo ft h ew a t e rb o d ym a yb ea l s oa f f e c t e db y e n v i r o n m e n t a lf a c t o r sw h e np n pp r e s e n t t h eg o r w t hc o n d i t i o n so fa l g a ew e r ed i f f e m tb e t w e e ns i n g l ec u l t u r ea n dm i x e d c u l t u r et e s t su n d e rt h es a m ee x p e r i m e n tc o n d i t i o n h o w e v e r , t h et o x i c i t yo fp - n p w e r en o ts i g n i f i c a n t t h ee f f e c t so fd i f f e r e n te c o l o g i c a ll e v e l so nt o x i c i t yo fp n p n e e df u r t h e rs t u d y b a s e do nt h ea b o v ef i n d i n g s ，t h i ss t u d yp r o v i d e dt h eb a s i ct o x i c i t yd a t ao f p - n p l l i 目录 目录 第一章前言1 第一节生态基准研究现状1 1 1 1 选题背景。1 1 1 2 环境标准与环境基准概念辨析。2 1 1 3 国内外研究概况。2 第二节酚类的生物毒性及影响因子4 1 2 1 酚类的污染状况4 1 2 2 酚类的生物毒性5 i 2 3 环境因子对有机污染物毒性的影响。7 第三节藻类9 1 3 1 藻类的生态意义9 1 3 2 环境因子对藻类的影响1 3 第四节本文研究目标、内容及意义1 4 1 4 1 课题来源及研究目标1 4 1 4 2 本文研究内容l5 第二章材料与方法1 7 第一节材料和仪器1 7 2 1 1 藻种1 7 2 1 2 试齐u 1 7 2 1 3 培养液的配制l7 2 1 4 仪器1 8 第二节实验方法1 9 2 2 1 藻种的活化与贮备培养19 2 2 2 藻细胞计数1 9 2 2 3 藻类标准曲线的测定1 9 2 2 4 藻类生长曲线的测定2 0 2 2 5 藻类9 6 h 生长抑制试验2 0 2 2 6 环境因子对p - n p 毒性的影响。2 0 2 2 7 藻类共培养生长抑制实验2 1 第三节数据处理与分析。2 1 2 3 1 比生长率及相对抑制率的计算2 1 2 3 29 6 hn o e c 、l o e c 及e c 5 0 的计算。2 2 i v 目录 第三章p h 对四种藻的生长和p n p 毒性的影响2 3 第一节研究结果2 3 3 1 1 藻类生长曲线2 3 3 1 2 藻类标准曲线2 4 3 1 3 不同p h 条件下四种藻的生长状况2 5 3 1 4 不同p h 下p - n p 对小球藻的毒性2 6 3 1 5 不同p h 下矿n p 对斜生栅藻的毒性2 7 3 1 6 不同p h 下p - n p 对四尾栅藻的毒性2 8 3 1 7 不同p h 下p - n p 对铜绿微囊藻的毒性2 9 第二节讨论3 0 3 2 1p h 对藻类生长影响3 0 3 2 2p - n p 对藻类生长的毒性3 2 3 2 3p h 对p - n p 毒性的的影响3 3 第三节小结3 5 第四章温度对四种藻生长和p 姗毒性的影响3 6 第一节研究结果3 6 4 1 1 不同温度条件下四种藻的生长状况3 6 4 1 2 不同温度下p - n p 对小球藻的毒性3 7 4 1 3 不同温度下叫n p 对斜生栅藻的毒性。3 8 4 1 4 不同温度下p - n p 对四尾栅藻的毒性。3 9 4 1 5 不同温度下p n p 对铜绿微囊藻的毒性一4 0 第二节讨论4 1 4 2 1 温度对藻类生长的影响4 l 4 2 2 温度对p - n p 毒性的影响一4 2 第三节小结4 4 第五章四尾、斜生和铜绿共培养实验4 5 第一节研究结果4 5 5 1 1 不同浓度p - n p 下，共培养时各种藻的生长状况4 5 5 1 2 共培养时，p - n p 的毒性4 6 5 1 3 共培养与单种培养比较4 7 第二节讨论。4 9 第三节小结一5 1 v 个人简历6 2 一个人情况6 2 二参与项目与科研成果6 2 v i 第一章前言 1 1 1 选题背景 第一章前言 第一节生态基准研究现状 我国水环境污染呈现复合性、多元性、结构性的特点，严重威胁人体健康 和生态安全，已成为制约经济和社会发展的瓶颈，因此亟需加强水污染防治工 作，目前我国还没有从流域尺度上全面系统地研究、评估水环境特征，无法准 确判断不同特征流域的水环境承载力，尚未建立流域区域水环境生态安全控制 基准，没有明确流域区域社会经济发展等人类活动对自然水生态环境影响的输 入响应关系。因此，我国现阶段制定的流域区域水环境特征的管理标准体系， 不能较好地实现流域区域污染物总量控制，致使污染源控制与水环境管理存在 较大的“一刀切”式的盲目性，难以对水环境实现有效保护。 “十一五”期间，我国水环境管理将从目标总量控制向容量总量控制转变， 从单纯的化学污染控制向水生态系统保护的方向转变，这就迫切要求进一步完 善和发展现有水环境质量标准体系。环境基准是制定环境标准的理论基础，决 定着环境标准的科学性、准确性和可靠性，而环境标准是环境管理的基础和目 标，也是识别环境问题、判断污染程度、评估环境影响程度和确定技术方法进 行污染治理等的依据。因此，不同的环境基准可能会导致环境保护管理行为和 结果的明显差异，环境基准是否科学、可靠在很大程度上会决定环境管理决策 是否正确。其中由于我国的水环境存在巨大的地理性差异，依次形成各种迥然 不同的水生态环境。如果不考虑其生态异质性，则不可能得出适合流域层面乃 至国家层面的水环境管理模式。迄今为止，我国还未系统地组织开展过环境基 准的理论研究，水环境质量标准的基础研究也还不很完善，这将在较大程度上 影响我国水环境质量标准制定的科学性。因此，国务院关于落实科学发展观 加强环境保护的决定中，明确提出了“科学确定环境基准 的要求，将其作 为建立和完善环境保护长效机制的重要内容之一。研究并建立一套完整科学的 水生态基准和标准方法体系是保护我国水环境安全，实现国家环境管理战略目 第一章前言 标的重大需求。 1 1 2 环境标准与环境基准概念辨析 水环境质量基准( w a t e rq u a l i t yc r i t e r i a ) 是指一定自然特征的水生态环境中 污染物对特定对象( 水生生物或人) 不产生有害影响的最大可接受剂量( 或无 损害效应剂量) 、浓度水平或限度，它是基于科学实验和科学推论而获得的客观 结果，不具有法律效力；而水环境质量标准( w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d ) 是以水环 境质量基准为理论依据，在考虑自然条件和国家或地区的人文社会、经济水平、 技术条件等因素的基础上，经过一定的综合分析所制定的，由国家有关管理部 门颁布的具有法律效力的管理限值或限度，一般具有法律强制性。环境基准与 标准是2 个不同的概念：环境基准是制定环境标准的理论基础；环境标准是进 行环境规划、环境现状评价、环境影响评估、环境突发事件应对以及环境污染 控制等环境管理的重要依据【l 圳。 1 1 3 国内外研究概况 国外将环境基准研究作为反映一个国家环境科学研究水平的标志之一。正 因为如此，一些发达国家投入了极大的人力、物力、财力，取得了大量的成果。 美国、加拿大、澳大利亚、西欧和世界卫生组织等先后颁布了许多污染物的环 境基准资料和文件，以保持他们在环境科学研究中的领先地位例。 美国较早开展了水质基准的研究和制定工作。1 9 6 5 年，美国在“公法6 0 0 ” 中通过了开发水质基准的计划，并随之进行了它的基础和应用研究，相继发表 了绿皮书、蓝皮书、红皮书等一批文献。1 9 8 0 年，美国环保局初步制 定了获取水生态基准的技术指南，并在1 9 8 3 年和1 9 8 5 年进行了修订。经过l o 多年的工作，美国e p a 规定从1 9 8 3 年1 2 月起执行以水质基准为依据的排放限 制，取消了实行1 2 年之久的以废水处理技术为依据的排放限制【4 圳。1 9 9 8 年， 美国又开始制定区域性营养物基准，于2 0 0 0 年发布了河流、湖库的营养物基准 制定导则，至今已逐步颁布了1 4 个生态区的河流、湖库的营养物水质基准1 6 j 。 目前，美国环境保护局共提出了1 6 5 种污染物的基准，包括保护水生生物 的水质基准，保护人体健康的水质基准和防止水体富营养化的营养物基准、生 物基准等，其中涉及了合成有机物( 1 0 6 项) 、农药( 3 0 项) 、金属( 1 7 项) 、无 2 和酚类污染 学基准，该 随着水环境质量基准体系的逐步成熟，大量研究表明，水生态系统的区域特征 不是由单一的地表要素所决定的，而是由多种地表要素共同作用的结果，并且 这些要素在各区域所发挥的作用也不尽相同。 水生态区是指具有相似生态系统或期待发挥相似生态功能的水域，根据水 生态区划，人们可以对具有同样属性的水体进行统一管理，并制定相应的管理 标准，确定监测的参考条件及恢复目标，采取切实可行的管理对策【l 引。u s e p a 在1 9 8 7 年提出了美国水生态区划方案，以4 个区域性特征指标为基础进行3 级 生态区划，主要包括土地利用、土壤、自然植被和地形；在3 级区划的基础上， 各州开始利用更大精度的数据来划分4 级区，以反映水体的环境特性。美国于 2 0 0 0 年发布了河流、湖库的营养物基准制定导则，至今已逐步颁布了主要基于 生态学原理并结合实际水环境功能特征的河流、湖库、河口、湿地等4 种自然 生态类型的水环境( 营养物) 基准。欧盟水框架指令按照生态分区( e c o r e g i o n s ) 进行综合流域管理( i r b m ) ，i r b m 的基础工作是对流域水体的水文地理特征及 生态和化学质量状况进行表征，评估和分析水体面临的压力及其造成的影响， 设定合适的环境目标，并制定对应的措施方案等【l 6 。 我国关于环境基准的研究，早在上世纪8 0 年代末和9 0 年代初，吴燕玉【l 卜1 8 j 等就提出了采用作物生态效应方法、土壤环境背景值方法和食品卫生基准反推 法开展土壤环境基准的研究。为了使获得的环境基准更为反映环境污染实际， 周启星【1 9 】还开展了农业环境c r - 酚复合污染条件下相关的土壤质量基准研究。 但我国的水生态基准研究零星、分散，目前只有张彤 2 0 - 2 1 等人参照美国环 保局制定的“推导保护水生生物及其用途的国家水质基准的技术指南”，结合我 国水生生物区系的特点，研究和推导优先污染物丙烯腈、乙腈和硫氰酸钠的水 生态基准，环保部门未曾开展水环境质量基准的系统研究。 3 第一章前言 目前我国的水环境质量标准主要是参考国外的相关标准，或者只是根据 水体的主要使用功能为依据制定f 2 2 】。例如，当前我国地表水环境质量标 的标准值主要是参考美国各州、日本、前苏联、欧洲等国家及地区的水质 值和标准值来确定，基本上没有我国的水生态毒理学数据，也没有考虑我 生态系统的区域特征。 由于水生生物区系具有地域性，代表性物种不同，其他国家的水质基 能够完全反映中国水生生物保护的要求，所以如果参考其他国家的水质基 定我国的水质标准，将会降低我国水质标准的科学性，导致保护不够或过 护的可能性1 2 引。 第二节酚类的生物毒性及影响因子 1 2 1 酚类的污染状况 根据课题确定的主要研究示范区域，收集了大量关于辽河和太湖流域水生 态分区、水文特征、水体污染( 有机) 现状的相关文献资料，表明辽河和太湖 流域中c o d 、b o d 、高锰酸盐指数、总氮、总磷等指标超标，有机污染严重， 且均主要来自于工业污染【2 4 现】。有机有毒物的种类很多，主要包括酚类化合物、 有机农药、聚氯联苯、多环芳烃等，其中很多是持久性有机污染物( p e r s i s t e n t o r g a n i cp o l l u t a n t s ，简称p o p s ) 在环境中具有长期残留性、生物积蓄性、半挥 发性和高毒性。有机污染物对环境的巨大危害以及带来的环境问题越来越被人 们所认识，目前已成为一个倍受关注的新的全球性环境问题。 酚类化合物在自然界分布极广，它大量存在于煤焦油及各种煤的液化和气 化产物中，是煤加工过程中的主要副产物之一，并广泛地应用于化学工业、炼 焦、制药、造纸、颜料合成、木材防腐、石油加工、塑料制造、皮革等工业部 门，是有机工业中的重要有机化合物。 酚类化合物是芳烃的含羟基衍生物，根据其挥发性分挥发性酚和不挥发性 酚。多数酚为无色晶体，少数烷基酚( 如间甲酚) 为高沸点液体。酚大多无色， 但在空气中易被氧化而呈粉红色或红色。酚类化合物都具有特殊的芳香气味， 均呈弱酸性，微溶或不溶于水，多元酚在水中的溶解度随羟基数目的增多而增 大，酚能溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，在环境中易被氧化。自然界中存在的酚 4 第一章前言 类化合物大部分是植物生命活动的结果，植物体内所含的酚称内源性酚，其余 称外源性酚。酚类化合物的毒性以苯酚为最大，通常含酚废水中又以苯酚和甲 酚的含量最高。目前环境监测常以苯酚和甲酚等挥发性酚作为污染指标1 3 引。 酚类化合物虽然是化工生产中的重要原料，但又是一类具有环境持久性、 生物累积性和在全球范围长距离迁移的环境污染物，严重威胁着人体的健康， 对这类污染物在环境中的毒性研究成为前沿的课题 3 4 】。大量文献表明，这类污 染物在辽河和太湖流域水体中都己检出，且有些已超出我国地表水环境质量 标准的标准值。 吉林省第二松花江污染江段的污水中已检测出1 6 5 种有机污染物，其中6 5 种为优先污染物，包括氯酚类化合物、烷基酚等酚类衍生物1 0 余种p5 。两岸的 土壤、粮食、地下水中也都检出有毒有害污染物，环境质量日趋恶化。沿江居 民的心血管病和肿瘤发病率明显高于相对清洁区。沈阳市环境监测中心于2 0 0 0 年 - 2 0 0 1 年，利用气相质谱等现代化的分析手段，对辽河流域浑河沈阳段地表 水和底质中的有机污染物进行了探查，共检出1 4 类4 0 3 种有机污染物。包括多 环芳烃类、有机氯农药类、酚类、酞酸酯类等1 3 类，1 0 1 种有机污染物，其中 浓度较高的1 ，2 ，4 三氯苯在水体中的浓度达到了1 4 3 i ，t g l ，底泥中达到了 2 2 6 5 3 6 1 x g k g ，4 硝基酚的水体浓度为8 9 2 9 1 x g l ，底泥中的浓度为7 3 3 1 3 3 p , g k g ， 这两种污染物在太湖流域水体中也已检出。 美国环保局在1 9 9 7 年列出1 2 9 种优先控制的有机污染物中就有邻氯酚等4 种酚类化合物，其中7 种酚类化合物被确定为中国优先控制的有机污染物，包 括氯酚类化合物、烷基酚等酚类衍生物。世界各国对于酚类化合物的环境污染 和生态效应都给予了普遍的关注和高度的重视【3 6 】。因此选择酚类研究其生态基 准具有重大的现实意义。 1 2 2 酚类的生物毒性 酚类化合物种类繁多，有苯酚、甲酚、氨基酚、硝基酚、禁酚、氯酚等， 以苯酚、甲酚污染最突出。酚类化合物属极性、可离子化、弱酸性有机化合， 具有毒性大、难降解性等特点。酚类化合物为细胞原浆毒物，低浓度酚可以使 蛋白质变性，高浓度能使蛋白质沉淀，是环境中主要的有机污染物之，属高 毒物质 3 7 1 。 5 第一章前言 人体摄入酚少量时可引起呕吐、腹泻、头疼头晕、精神不安等慢性中毒症 状。常温条件下u a s b 反应器对苯酚的降解研究多时会因急性中毒而死亡倒j 。 人长期饮用被酚污染的水能引起慢性中毒，出现贫血、头昏、记忆力衰退以及 各种神经系统的疾病，严重的会引起死亡。酚口服致死量为5 3 0m g k g ( 体重) 左右，而且甲基酚和硝基酚对人体的毒性更大。据有关报道，酚和其它有害物 质相互作用产生协同效应，变得更加有害，促进致癌化j 。 含酚废水排入地面水体后，通过挥发、分解、氧化等作用，可逐渐消耗掉， 但如废水中含酚量过大，则能破坏水体天然自净作用，影响水生物生存。有资 料报导，水体中酚浓度大于lm e , 1 时，严重影响鱼的洄游繁殖等活动；而当水 中酚类含量大于1 0m e v l 时，危害鱼虾及它们的饵料生物，使鱼类大量死亡，甚 至在水产品中积累而发出异臭，危害人体健康。含酚废水污染饮用水，即使很 微小的浓度( 0 1 0 2m 胡) ，其味道也能察觉，当水加氯消毒时形成的氯酚在低 到0 0 0 5m g l 的浓度下就可察觉到。这种特殊的臭气，使人嫌恶。据报导，1 9 6 2 年5 月，日本崎玉县某工厂地区，发生酚对井水污染引起中毒事件。因此对含 酚工业废水的排放必须有严格规定。一般条件下，规定饮用水的挥发酚浓度最 高为o 0 0 1 m g 1 ；水源水体中含酚最高容许浓度为o 0 0 2 m g 1t 拶j 。由于酚易于氧 化，被含酚废水污染的农田，常因土壤缺氧，影响作物正常生长发育。若用含 酚浓度高于1 0 0m # 1 的废水直接浇灌农田会导致农作物减产，甚至枯死。此外， 酚被作物吸收后，被人体食用也会引起慢性中毒。 酚类物质除了会直接对有机体的产生毒性作用外，其在生物体内的次生代 谢物质也会生物体产生毒性，有些代谢产物的毒性甚至更大。酚酸类物质的化 感作用已有一些报道m 】。b l u m 【4 1 】等曾报道了一些酚酸类物质能够阻碍水的传导 和植物根对营养的吸收从而导致抑制生长。e i n h e 时副认为酚酸可以整体进入 细胞膜，它们可能产生细胞膜的去极化和改变离子的流入量导致抑制生长。 b a z i r a m a k e n g a 【4 3 】等在研究酚酸对作物生长发育影响时发现，用酚酸处理后能增 加大豆根系对电解质离子的渗透量，降低根系胞外硫氢基的含量，诱导类脂的 过氧化作用，抑制过氧化物酶与过氧化氢酶的活性，从而破坏细胞膜的完整性 而影响大豆对营养物质的吸收进而导致抑制生长。张庭廷等m j 认为酚酸的抑藻 机理可能与酚酸胁迫下藻细胞自由基的产生增加以及膜脂质过氧化有关。 硝基酚等多种含氮芳香化合物，是重要的环境优先控制污染物，主要通过 与工业生产有关的人类活动，如染料、炸药、杀虫剂和医药生产等进入环境中。 6 第一章前言 环境中这类物质可引起严重的公众健康和环境问题，其中一些物质具有致畸或 致癌作用，并可在食物链中生物聚积，如硝基类芳香烃在被人体皮肤吸收或从 呼吸道吸入后，会引起中毒或致死，因而如何减少这类化合物对环境的污染， 引起人们广泛的关注【4 5 1 。由于一些硝基芳香化合物是氧化和光合磷酸化作用的 有效解偶联剂，从而使得多种硝基芳香化合物对微生物具有毒性作用【4 6 】。这类 化合物对微生物的毒性及自身的难降解性，对生物处理系统来说是很不利的。 研究表明【4 7 书】，由于硝基固有的吸电子特性，使得苯环上的电子云密度下降， 从而使氧化酶的亲电子性受阻，导致其好氧降解速度较慢，使好氧条件下的降 解很困难。然而，厌氧条件下，这有毒难降解有机物硝基酚的厌氧生物降解性 和毒性研究些化合物可被还原降解为芳香胺，其平均毒性要比相应的硝基芳香 化合物低5 0 0 倍。 对硝基酚( p n p ) 水溶性高，易进入水体，其主要通过染料生产、皮革加 工、农药生产，空气中硝基苯的光化学氧化，汽车尾气排放和有机磷酸酯类农 药的降解等途径进入环境中，美国部分水体中已达到了p p m 级，其在水体中的 大量存在对水生生物造成了影响【5 0 1 。p n p 是许多国家环境优先监测的污染物之 一，也是我国提出的环境优先监测的六种酚类之一【5 。 鉴于以上所述酚类对生物的毒性，以及其在水环境中的污染状况，开展对 酚类的水生态基准研究十分必要，可以为我国制定酚类的相关水质标准提供依 据。 1 2 3 环境因子对有机污染物毒性的影响 水生态体系的环境因子，如p h 、光照、温度、盐度、浊度、营养物质等多 种因素都会影响污染物在水环境中的物理、化学和生物过程，从而导致不同的 生态效应。 p h 对有机污染物毒性的影响主要通过影响污染物本身和水生生物两方面造 成的。水体的p h 会改变污染物的存在形态，尤其是酚酸类和苯胺，铵盐类等弱 酸和弱碱类有机物，这些物质在水体中的存在形态直接与其对水生生物的毒性 效应有关。已有学者对p h 与有机酸碱毒性之间的关系进行了研究，于瑞莲等和 唐伟等的研究表明【5 2 4 4 1 ，胺类化合物对发光菌的毒性随p h 的升高而增大；酚类 和苯甲酸类的毒性随p h 的升高而减小，这与不同p h 下有机酸碱的电离程度有 7 第一章前言 关。师尚丽等【5 5 】研究了不同p h 和盐度下氨氮对方斑东风螺的毒性，结果表明 p h 值越高氨氮毒性越强。 p h 除了影响有机污染物本身的理化性质外，还会影响其与其他物质的相互 作用，例如董军等人的研究表明【5 6 】，珠江口地区水体中双酚a ( b p a ) 的残留量 与p h 有显著的相关性，并且已有研究表明，自然水体的p h 值和总铁、锰含量 影响b p a 的吸附、降解等环境行为，从而影响其残留水平。s a n d e r s 等的研究表 明【5 7 】，p h 会影响腐殖有机物对铜的络合作用，从而间接影响有机物的生物毒性。 另外，水体中的生物本身都有其适合存活的p h 范围，p h 过高或者过低都 不利于水生生物的生存，从而影响生物体对有机毒性的灵敏性和耐受性，或者 影响其对污染物的吸收和代谢。因此p h 成为影响其水生生物毒性的重要因素之 o 环境温度因季节不同而有很大的差异，相同季节因地区不同也会有很大的 差异。同一浓度的污染物在不同的季节、不同的地域，是否会对不同的生物表 现出不同的生物效应，这对于我们研究污染物的生物毒性有着直接的影响。温 度会影响水体中有机物的水溶性、形态等理化性质，水生生物也都有各自适合 生存的温度范围，超出这一范围便不利于其存活。这些因素都会导致温度对有 机污染物的毒性产生影响。 已有研究表吲5 8 】，苯、甲苯、三氯代乙烯等有机溶剂对小鼠的毒性以低温 最强，其次是高温，而常温下最弱。农药的毒性也受环境温度的影响，被用作 杀鼠剂的有机氟剂富拉托( 商品名) ，杀虫剂甲基拍拉息昂，以及有机氯剂弟尔 度里( 商品名) ，都是在低温环境下毒性最强，其次就是高温。温度对有机物毒 性影响的机理比较复杂，与污染物本身的理化性质和受试生物都有关系。 除了p h 、温度，盐度、光照、硬度、营养盐等也是是影响有机污染物生物 毒性的环境因素。有学者认为【5 9 1 ，沿岸海域盐度变化较大，这可能改变有机磷 农药降解条件，进而影响其对海洋微藻的致毒机制，并对海洋初级生产力产生 影响。全燮等【6 0 】考察了盐度和压力对沉积物中有机组分和无机组分吸附几种毒 性有机物的影响，结果表明，有机组分对几种毒性有机物的吸附能力随盐度的 升高线性递增，而无机组分的吸附能力随盐度的升高线性递减，水体中沉积物 对有毒有机物的吸附增强会间接影响其对水生生物的毒性。齐安翔等研究表明 【6 1 1 ，盐度作为环境因子可较显著影响敌敌畏对微藻的毒性效应。 目前研究环境因子对有机污染物毒性的影响大多集中在单一环境因子对有 8 第一章前言 机污染物毒性的影响，和环境因子对不同藻类的单一效应，而在自然状态下， 多种环境因子都会变化，并且多种藻类可同时存在于水生生态系统，这些与有 机污染物对单一藻类的毒性作用结果有很大的差异，而且环境因子对有机污染 物在不同生态水平的毒性影响也有差异。因此，今后的研究应考虑有机污染物 和环境因子对不同藻类种群的生长、竞争以及调控的作用机理，和环境因子在 不同生态水平上对有机物毒性的影响，这可为污染物的水生态基准研究提供基 础数据和方法学研究依据。 第三节藻类的生态意义及环境因子的影响 1