（环境科学与工程专业论文）重金属铬对小球藻和发光细菌的联合毒性效应研究.pdf

r e s e a r c ho nj o i n tt o x i c i t yo fh e a v ym e t a l c h r o m i u mo nc h l o r e l l aa n dp h o t o b a c t e r i u m at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g b y t i a nh u i j i e ( e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rx i o n g d e q i j u n e2 0 1 1 帆9jjjj-95删9 哪8iiiii_m y 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文= = 重金属签盟型! 燮蘧塑筮左绁菌丝珐金壹丝熬廛班童：。 除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体 已经公开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密吲( 请在以上方框内打“ ) 叫毪嚣 之z 日 。q b 弓 羚 中文摘要 摘要 由于矿业开采、废气排放、污水灌溉以及重金属制品的使用等多种人为因素， 导致环境中重金属污染同益严重，形势十分严峻。关于有毒重会属对生态系统的 初级生产者一藻类和对发光细菌的毒性及其生态毒理学研究将为制定预防性的管 理措施提供理论依据，对重金属排放和治理有重要的参考价值。 本文参照标准方法研究了重金属铬对小球藻的急性毒性效应。通过实验得出 两种化合物对小球藻的抑制率，且使用g e n e r a l i z e dl o g i t l l 函数模型对其浓度一毒 性效应的关系进行拟合，计算得到六价铬和三价铬对小球藻的9 6 h 时e c s o 值分别 为2 7 5 4 m g l 和1 5 6 7 m g l 。同时得出低浓度的两种化合物对小球藻均有促进生 长的效应，且e c 5 0 值均符合随时间延长越来越大的规律。 本文同时使用重铬酸钾和氯化铬对发光细菌做了单一毒性和联合毒性的研 究。结果表明，六价铬和三价铬的浓度与毒性效应的关系分别可以用g e n e r a l i z e d l o g i ti i 函数模型和b o x c o x l o g i t 函数模型来描述，运用这两个模型，分别计算出 了六价铬和三价铬对发光细菌的e c h o 值分别为7 9 0 7m g l 和1 2 1 6 2 m g l ，同时 求出了两种化合物的其他典型的抑制效应浓度。联合毒性实验结果表明，不同浓 度配比的混合物浓度与毒性效应关系均可使用两函数进行拟合，且g e n e r a l i z e d l o g i ti i 函数的拟合效果略好于b o x c o x l o g i t 函数模型。本文运用毒性单位法和混 合毒性指数法对联合毒性进行评价，结果显示六价铬和三价铬在1 ：1 和4 ：6 配比下 表现为部分加和作用，在6 ：4 配比下表现为拮抗作用。 综合分析以上实验结果，得出发光细菌指示三价铬较六价铬敏感且六价铬和 三价铬对发光细菌的毒性效应拟合效果较小球藻好的结论。在此基础上，本文尝 试使用藻液试样对发光细菌做了毒性实验，得出其抑制率变化与化学方法测定的 试样中浓度的变化一致，证实了将这种方法应用于物质浓度测定的可行性。 关键词：重铬酸钾；氯化铬；小球藻；发光细菌；非线性拟合；联合毒性 英文摘要 a b s t r a c t h u m a na c t i v i t y , m i n i n g e m i s s i o n s ，；1 ) v a s t ew a t e ri r r i g a t i o na n dh e a v ym e t a l p r o d u c t s ，h a v el e a dt oi n c r e a s i n g l ys e r i o u sh e a v ym e t a l sp o l l u t i o ni nt h ee n v i r o n m e n t i t sp o l l u t i o na n di n f l u e n c ea p p e a rm o r ea n dm o r ep r o m i n e n t , e s p e c i a l l yh e a v ym e t a l p o l l u t i o ni sv e r ys e r i o u sa n dt h es i t u a t i o ni sv e r ys e v e r et ot h ee n v i r o n m e n t t h et o x i c s t u d yo ft h ea l g a e ( p r i m a r yp r o d u c e r so ft h ee c o s y s t e m ) a n dl n m i n e s c e n tb a c t e r i a c a u s e d b yh e a v y m e t a lw i l l p r o v i d e at h e o r e t i c a lb a s i s f o rt h e d e v e l o p m e n t p r e v e n t i v em e a s u r e so ft h em a n a g e m e n ta n dh a v ei m p o r t a n tr e f e r e n c ev a l u eo fb o t hi n h e a v ym e t a le m i s s i o n sa n dt r e a t m e n t i nt h i sr c s e a r c h ，t h ea c u t et o x i ce f f e c t so fc h r o m i u m ( c r a n dc r 3 + ) o nm a r i n e p l a n k t o nw e r es t u d i e db yu s i n gt h es t a n d a r dm e t h o d t h ei n h i b i t i o nr a t eo nc h l o r e l l a o b t a i n e dt h r o u g he x p e r i m e n t sa n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o na n dt h e t o x i cr e s p o n s ec a nb ed e s c r i b e dw i t hg e n e r a l i z e dl o g i ti if u n c t i o nm o d e l a n dt h e nt h e e c s ov m u e so fc r 6 + o nc h l o r e l l ap9 6ho f2 7 5 4m g la n dc d + o nc h l o r e l l ap9 6ho f l5 6 7m g lw e r eo b t a i n e dt h r o u g ht h i sf u n c t i o n a tt h es a m et i m e ，i tc a nb ec o n c l u d e d t h a tt h el o wc o n c e n t r a t i o no ft w ok i n d so fc o m p o u n d st oc h l o r e l l aw e r ep r o m o t e dt h e g r o w t ha n db o t ho ft h et w oe c s 0v a l u e sw e r ea c c o r d e dt ot h el a wt h a tt h ev a l u ew a s m o r ea n dm o r ep r o l o n g e do v e rt i m e p o t a s s i u md i c h r o m a t ea n dc h r o m i u i nc h l o r i d e h e x a h y d r a t ew e r eu s e d o n i n d e p e n d e n tt o x i c i t ya n dj o i n tt o x i c i t yw i t hp h o t o b a c t e r i u mi nt h i st h e s i s t h er e s e a r c h s h o w e dt h a tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nm ec r 6 + a n dc d + c o n c e n t r a t i o na n dt h et o x i c r e s p o n s ec a l lb ed e s c r i b e dw i t hg e n e r a l i z e dl o g i ti ia n db o x c o x l o g l tf u n c t i o nm o d e l b ya p p l y i n gt h e s em o d e l s ，t h ec a l c u l a t e de c 5 0v a l u e so ft h e s et w os u b s t a n c e sw e r e 7 9 0 7m g lf o rc r 6 + a n d12 16 2m g lf o rc r 3 + 1 1 1 ec r 6 + a n dc d + c o n c e n t r a t i o n so ft h e t y p i c a li n h i b i t i o nc a nb ec a l c u l a t e db yt h es a m ew a y g e n e r a l i z e dl o g i ti ia n d b o x c o x l o g l tf u n c t i o nm o d e lc a l ld e s c r i b et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o no f t h em i x t u r ew i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so fm i x t u r er a t i of o rj o i n tt o x i c i t ya n dt h et o x i c r e s p o n s ea n dt h ef i t t i n ge f f e c to fg e n e r a l i z e dl o g i ti if u n c t i o ni ss l i g h t l yb e t t e rt h a nt h a t o fb o x c o x l o g i tf u n c t i o nm o d e l f o rj o i n t t o x i c i t yo ft h et w oc o m p o u n d s ，t w o e v a l u a t i o nm e t h o d sw e r eu s e df o rj o i n tt o x i c i t ya s s e s s m e n t t h er e s u l t ss h o w e dt h a t c r 6 + a n dc ，i nt h e1 ：1a n d4 ：6r a t i oe x p r e s s e dp a r ta d d i t i v i t y ，i nt h e6 ：4r a t i os h o w e d a n t a g o n i s m t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et o x i c i t yo fc r 3 + f o rl u m i n o u sb a c t e r i aw a sm o r e s e n s i t i v et h a nc r，a n dt h ef i t t i n ge f f e c t so fc r 6 + a n dc r + f o rl u m i n o u sb a c t e r i aw e r e b e t t e rt h a nt h a to fc h l o r e l l a o nt h e s eb a s i s ，t h i sr e s e a r c ha l s oa t t e m p t e dt ou s et h e s a m p l eo fa l g a eo nl n m i n e s c e n tb a c t e r i at om a k et h et o x i ce x p e r i m e n ta n dt h er e s u l t s w e r ec o m p a r e dw i t ht h eu vs p e c t r o p h o t o m e t r yr e s u l t s i tw a sc o n c l u d e dt h a tt h e c h a n g e so fi n h i b i t i o nr a t ea c c o r d i n gt o t h ev a r i a t i o no ft h es a m p l ew i t hd i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n sa n dt h ef e a s i b i l i t yo ft h i sm e t h o dw h i c hc a nb eu s e dt od e t e r m i n a t e c o n c e n t r a t i o nw a sc o n f i r m e d k e y w o r d s ：p o t a s s i u md i c h r o m a t e ；c h r o m i u mc h l o r i d eh e x a h y d r a t e ；c h l o r e l l a ； p h o t o b a c t e r i u m ；n o n - l i n e a rr e g r e s s i o n ；j o i n tt o x i c i t y 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 重会属概述l 1 1 2 重金属污染事故的危害1 1 2 研究现状2 1 2 1 生物的毒性研究2 1 2 2 藻类的毒性研究4 1 2 3 发光细菌的毒性研究5 1 3 研究对象l0 1 3 1 六价铬及三价铬的理化性质1 0 1 3 2 六价铬及三价铬的毒性11 1 3 3 六价铬及三价铬的来源1 2 1 3 4 六价铬与三价铬之间的转化1 3 1 3 5 铬元素排放标准。1 3 1 4 研究目的和意义13 1 4 1 研究目的。1 3 1 4 2 研究意义1 4 1 5 技术路线1 4 第2 章实验材料和方法1 7 2 1 受试生物的选择1 7 2 1 1 小球藻的选择依据1 7 2 1 2 发光细菌的选择依据18 2 1 3 受试生物18 2 2 小球藻实验l9 2 2 1 实验仪器与设备1 9 2 2 2 实验条件与小球藻的培养2 0 2 2 3 测试指标。2 4 2 2 4 实验方法与步骤2 4 2 2 5 数据处理方法2 5 2 3 发光细菌实验2 7 2 3 1 实验仪器与设备2 7 2 3 2 发光细菌的培养一2 8 2 3 3 测试指标3 0 2 3 4 受试化学品浓度设置方法3l 2 3 5 实验方法与步骤3 2 2 3 6 数据处理方法3 2 2 4 实验质量控制3 3 第3 章重金属铬对小球藻的急性毒性实验3 4 3 1 六价铬对小球藻的单一毒性实验3 4 3 1 1 实验藻液中六铬浓度的测定方法3 4 3 1 2 预实验结果3 6 3 1 3j 下式实验结果3 7 3 1 4 数据处理3 9 3 2 三价铬对小球藻的单一毒性实验4 l 3 2 1 预实验结果4 l 3 2 2 正式实验结果4 2 3 2 3 数据处理4 4 3 3 六价铬与三价铬对小球藻的急性毒性分析4 5 第4 章重金属铬对发光细菌的单一毒性和联合毒性实验4 7 4 1 氯化汞对发光细菌的毒性实验校准4 7 4 1 1 试剂和仪器4 7 4 1 2 测试结果的表达4 7 4 2 六价铬对发光细菌的单一毒性实验5 0 4 2 1 预实验结果5 0 4 2 2 正式实验结果5 l 4 2 3 数据处理5 2 4 3 三价铬对发光细菌的单一毒性实验5 4 4 3 1 预实验结果5 4 4 3 2 正式实验结果5 5 4 3 3 数据处理5 6 4 4 六价铬与三价铬对发光细菌的急性毒性分析5 8 4 5 重金属铬对发光细菌的联合毒性实验5 8 4 5 1 实验设计5 9 目录 4 5 2 实验结果5 9 4 5 3 六价铬与三价铬的联合毒性评价6 l 第5 章应用发光细菌测定藻液中铬浓度的变化6 3 5 1 实验目的6 3 5 2 实验设计6 3 5 3 实验结果及分析6 4 5 4 实验应用探讨6 4 结论与展望6 6 研究结果6 6 实验展望6 7 参考文献6 9 攻读学位期间发表的论文7 3 致 射。7 4 研究生履历。7 5 重金属铬对小球藻和发光细菌的联合毒性效应研究 1 1研究背景 第1 章绪论 1 1 1 重金属概述 根据美国化学文摘记录显示，目前被登记的化学物质已有2 0 0 0 多万种，进入环境 的数万种，并且随着工农业的迅猛发展，越来越多的化学品转入环境，据推测，全球市 场每年将增加1 5 0 0 - 2 0 0 0 种新的化学物质。这些化学物质都有可能对人类健康以及人 类赖以生存的环境构成危害。自从同本的水俣镇和富山神通川发现了“水俣病”和“骨痛 病”之后，人们确认水中的重金属污染物可通过食物链传递进入人体并对人类造成严重 的危害【l 】。因此重金属污染成为近年来环境污染的公害之一，形势十分严峻。 从物质的理化性质方面来说，跟据金属的密度通常把金属划分为重金属和轻金属， 把密度大于4 5 9 c m 3 的金属称为重金属。如：金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、 镉等大约4 5 种。从物质对环境污染方面来说，重金属是指汞、镉、铅、铬以及类金属 砷等生物毒性显著的重金属。对人体毒害最大的有铅、汞、铬、砷、镉五种。这些重金 属在水中不能被分解，饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物 或无机物。 根据重金属防治“十二五”规划的要求，“十二五”期间，规划的第一类规划对象 是以铅( p b ) 、汞( h 曲、镉( c d ) 、铬( c o 和类金属砷( a s ) 等生物毒性强且污染严重的重金属 元素为主。当前和今后一个时期，要将上述5 大重金属污染物作为重金属污染防治的重 点对象。第二类规划对象包括t i 、m n 、s b 、m o 、n i 、c u 、c o 、s n 、z n 、v 等具有一 定毒性的重金属。 1 1 2 重金属污染事故的危害 据环境保护部统计，环保部于2 0 0 9 年接报的1 2 起重金属、类金属污染事件中，共 致使4 0 3 5 人血铅超标，1 8 2 人镉超标，引发3 2 起群体事件。 第1 章绪论 湖南娄底双峰县因湖南铁合金集团有限公司因违法转移含铬废渣引起铬污染，湖南 武冈则有千余儿童血铅超标，浏阳的湘和化工厂造成镉污染事件。2 0 1 0 年，湖南省再次 发生重金属污染事件，炼铅企业腾达公司引发中毒事件，嘉禾县2 0 0 多名儿童出现血铅 超标。 陕西省风翔县长青镇马道口村和孙家南头村里，数百名婴幼儿及绝大多数儿童被检 测出体内铅超标，其中部分超标严重，已达到中毒标准。受其影响，两村的水和空气都 有一些变味，孩子的血铅含量异常，被疑与一家年产铅锌2 0 万吨的冶炼企业有关系。 在陕西凤翔、河南济源千名儿章血铅超标事件中，东岭冶炼公司和豫光金铅、万洋、金 利公司被认为是造成儿童血铅超标的主要原因。 2 0 0 9 年7 月，山东省南涑河出现突发性砷化物超标现象。临沂亿鑫化工有限公司私 自使用马阿散酸生产设备进行生产，将大量含砷有毒废水排放到南涑河中，致使整个南 涑河流域及下游的江苏邳州水体砷超标，造成重大环境污染。 2 0 1 0 年4 月，四川省内江市隆昌县渔箭镇等地受铅污染村民经血液化验，发现血铅 含量异常4 9 人。湖南郴州市因铅中毒住院儿章人数为2 9 人，湖南嘉禾县2 5 0 名儿章血 铅超标。陕西省凤翔县东岭集团冶炼公司环评范围内两个村庄7 3 1 名接受检测儿童中， 血铅含量在1 0 0 p g l 以下属于相对安全的血液标本，而安全的血液标本只有11 6 份，余 下6 1 5 人为高铅血症或铅中毒。 还有江苏盐城、河南济源、广东清远、福建上杭等地爆发的一系列重金属污染事件 令全国震惊。这些事件之所以引起媒体高度关注，是因为它们的发生都是以人体健康受 害为显著标志的，这些事件使人们看到了污染终将影响人体健康的残酷现实。 1 2 研究现状 1 2 1 生物的毒性研究 参照标准方法研究单一急性毒性效应，各化学品对生物的急性毒性效应，得出2 4 、 4 8 、7 2 、9 6 h 等时刻的e c 5 0 或l c 5 0 值，建立时问一效应方程、剂量一效应方程。 研究浮游动物受化学品的短时间的急性毒性，观察5 、1 0 、2 0 、3 0 、6 0 、1 2 0 m i n 时 刻生物的死亡情况，建立剂量一时间一死亡率的关系。联合急性毒性效应研究是建立在 重金属铬对小球藻和发光细菌的联合毒性效应研究 单一毒性的基础上，按等毒性比进行化学物的混合，分别研究多种药品之间的联合作用。 用毒性单元法或者相加指数法评价化合物联合毒性的作用类型。 在过去对化学物质的毒性试验测试方法的研究中，o e c d 2 1 、 a p h a 3 1 、i s o 4 1 、 a s t m 5 】和u s e p a 6 】等标准方法已被广泛应用，毒性试验的内容方法和操作步骤，在国 家环保局的化学品测试准则和水生生物急性毒性评价方法中均作出规定。近几年来， 对于重金属的急性毒性研究越来越多，但是大部分都是对淡水生物的研究，对海洋生物 研究较少，而将两种生物同时实验进行比对的研究更少。并且大多数的工作仅局限于单 一污染物的毒性研究，对多种化合物同时引起的联合毒性造成的污染研究较少。 但事实上，生物体在环境中很少甚至不可能暴露于单一污染物，而是同时或顺序暴 露于多种污染物【| 7 1 ，并且在同一污染环境中，也不可能仅仅存在一种被污染生物，而共 同存在的生物体之间也可能存在对其生长的影响。多种物质的联合作用与一种物质的单 独作用可能完全不同，化合物之间的相互作用是十分复杂的，因此联合效应的结果不能 简单地根据其单一毒性来推测。单纯地研究单一物质对生物体的毒性也不能真实地评价 环境对生物体的毒性，因此，对多种化学品和多种生物同时进行实验研究是十分有必要 的。 目前较为公认和普遍采用的划分联合作用的方法是b l i s s 8 】在1 9 3 9 年首次提出的， 两种毒物联合作用时可分为加和作用、协同作用和拮抗作用。但是对于两种或多种化学 品的联合毒性作用的作用机理【9 】，目前仍没有充分的解释。大多研究推测，多种物质对 生物体的联合作用主要因为一种新的化合物的加入，造成原有化合物对生物体的络合作 用、与蛋白质结合、电离作用、化合物在体内的新陈代谢和转化以及对酶的诱导和抑制 作用等发生变化。 加和作用也叫相加作用，指总效应等于各有害因素单独作用时的总和。各化学物质 对机体的同一组织或同一部位的作用机理类似，若用一种化学物质代替另一种化学物 质，按一定比例配制混合物，其毒性不改变【l0 1 。产生加和作用的物质通常为同系物质， 或者结构相似。 协同作用【“一1 3 】通常被认为是一种化合物阻止了另一化合物的代谢解毒、排泄或者 促进了另一化合物的吸收，使代谢转化趋向于单一物质原有毒性较高的一种。 第1 章绪论 拮抗作用【1 4 】通常被划分为五种：第一，功能拮抗。即两种化学物质在同一生理功能 中，形成相反的作用，以致彼此抵消了原来各自的生物学作用。第二，化学拮抗。即两 种化学物质发生化学反应，形成相对无毒或毒性较低的反应产物。第三，受体拮抗。即 两种同时接触机体的化合物与同一受体结合，其中一种可将与另一种生物学效应有关的 受体加以封阻，以致不能呈现后者单独与机体接触时的生物学效应。第四，干扰拮抗。 即一种化合物可干扰另一种化合物对机体的生物学效应，使其减弱或消失。第五，位点 竞争。即污染物由于作用方式和途径相似，在生态介质、代谢系统及细胞表面结合位点 产生竞争，从而影响这些污染物共存时的相互作用。 1 2 2 藻类的毒性研究 藻类作为水生态系统的初级生产者，对生态系统处于平衡和稳定状态起着极其重要 的作用。环境中的污染物能显著影响藻类的分布，通过对大量的生物测试，发现藻类对 于许多毒物比鱼类、甲壳类更为敏感，而且具有周期短、易于培养、可以直接观察细胞 水平上的毒性症状等特点【l5 1 ，是理想的环境污染物毒性测试材料，藻类测试也是水生态 毒理学研究中不可缺少的方法。藻类是对虾和一些贝类等经济动物天然的优质饵料，在 育苗的生产实践中，水体消毒或防治病害等都会用到农药和其它添加剂，甚至饲养用水 受到污染，都可能会影响水中饵料生物的生长。 参照标准方法研究各化学品对生物的急性毒性效应，得出2 4 、4 8 、7 2 、9 6 h 等时刻 的e c 5 0 或l c 5 0 值，建立时间一效应方程、剂量一效应方程。吴海锁，张洪玲等【1 6 】分析 了影响小球藻吸附c u 2 + 、c p 、和z n 2 + 三种重金属离子的主要因素，结果显示，小球藻 吸附重金属离子的速度快，吸附容量大，适宜的p h 值在3 旺5 0 之间，三种金属离子 在小球藻上的吸附选择顺序为：c u 2 + c d 2 + z n 2 + 。陈海柳，潘纲等【1 7 1 采用化学品对藻类 毒性测试的标准方法得到，六种蓝绿藻对c r 6 + 的耐受性大小顺序为：四尾栅藻 羊角月 牙藻 钝顶螺旋藻 极大螺旋藻 聚球藻 蛋白核小球藻。金伟【1 8 】研究了盐度、铬等对 单细胞藻生长、光合作用、呼吸作用、叶绿素合成及s o d 酶谱的影响，结果表明，在 一定的浓度范围内，铬能够明显的抑制藻类叶绿素的合成，降低酶活性，对藻类有很大 、的毒害作用。王翠红，徐建红等【l9 】研究了六种有机磷农药及三种重金属离子对小球藻的 4 重金属铬对小球藻和发光细菌的联合毒性效应研究 毒性研究，并证实了重金属的毒性大小依次为h 孑+ ，c u 2 + ，z n 2 + ，以及f e 2 + 对c u 2 + 的毒 性的拮抗作用。 张洪勋【2 0 】在七种苯的一取代物在小球藻中的积累及其对藻的生长影响一文中得出 结论，在研究水质富营养化时，有人发现了某些物质能促进藻类生长，而另一些物质可 以抑制藻类生长。唐学玺，于娟等【2 l 】运用生态毒理学和生物化学实验方法对有机磷农药 一久效磷对海洋微藻的毒性机理进行了研究。结果表明，随着久效磷胁迫时间的延长， 三种海洋微藻：扁藻、叉鞭金藻和三角褐指藻细胞的膜脂过氧化产物丙二醛( m d a ) 含量 不断提高，与此同时，3 种微藻细胞的电解质外渗率也相应地增加。 化合物做为藻生长的促进剂，可能的解释是它们作为营养物质而被藻吸收，或者是 这些化合物刺激并加速了细胞分裂，最终造成比对照组增殖快，而化合物促进顺序上的 差别则是一个复杂问题，不可能从这些化合物本身的物理化学性质得到满意的解释，必 ! 须要连同细胞的生命过程一起考虑，这些尚待进一步研究，硝基苯作为藻生长的抑制物 质，说明它对藻生长是有毒性的。除了苯酚之外，其它化合物的积累因子大小顺序同它 们对藻的生长影响为正相关，一个可能的解释是，藻生长利用上述化合物的能力不同。 就像植物根能主动寻找营养物一样，培养的藻对化学药品的利用也是一个主动过程，能 促进其生长的化合物吸收得多。 我国环保局规定推荐使用普通小球藻( c h l o r e l l av u l g a r i s ) 、斜生栅藻( s o b l i q u u s ) 、蛋 白核小球藻( c p y r e n o i d o s a ) 、四尾栅藻( s q u a d r i c a u d a ) 和羊角月牙藻( s c a p r i c o m u t u m ) 研究 毒性。其中对毒物较为敏感的是羊角月牙藻，而对毒物的抗性较强的是普通小球藻和蛋 白核小球操。 1 2 3 发光细菌的毒性研究 1 2 3 1 单一毒性的研究 2 0 世纪3 0 年代，发光细菌被用于快速评价药物的毒性作用，5 0 年代起，其在环 境中的应用，随着工业污染的同益严重，逐渐受到重视。2 0 世纪7 0 年代，发明了m i c r o t o x 系统【2 2 】，之后，许多环境监测和研究机构开始采用该法快速测试环境样品生物毒性。在 第1 章绪论 我国，中国科学院南京土壤研究所一直推广类似测试方法，并设计制造了专用发光测定 仪。 发光细菌法【2 3 1 是利用灵敏的光电测量系统，通过测定毒物对发光细菌发光强度的影 响来反映物质的毒性大小。发光细菌含有荧光素、荧光酶、a t p 等发光要素，在有氧条 件下通过细胞内生化反应产生微弱荧光。当细胞活性升高，处于积极分裂状态时，其 a t p 含量高，发光强度增强。当发光细菌收到毒物作用之后，细胞活性下降，a t p 含 量水平下降，导致发光细菌发光强度降低。因此实验中，毒物浓度与菌体发光强度呈线 性负相关关系，故可用发光度表征毒物所在环境的急性毒性。 目前，发光细菌的主要应用有： 1 测定工业排放废水和纯化合物毒性：w a n g 等【2 4 】于2 0 0 2 年对多种染料废水的毒 性用发光细菌方法进行测定，发现发光细菌法对评价印染废水的生物毒性非常有效，但 对深色染料废水的测定存在一定局限性。 2 测定冶炼废水和矿山采矿毒性：k a h r u 等人于1 9 9 9 年用一系列毒性测试方 法，评价了油页岩工业区的含酚废水的毒性，认为发光细菌方法是最为合适的测试方法。 3 测定污染土壤毒性：测定和评价了土壤重金属的急性毒性效应，土壤金属毒性 的拮抗或协同效应监测。李彬，李培军等闲2 0 0 3 年应用斜生栅藻和明亮发光杆菌t 3 对 重金属污染土壤的毒性进行诊断，结果表明，斜生栅藻的增长率和明亮发光杆菌t 3 的 相对发光度与土壤中的重金属浓度有明显的相关性，且其生长率和发光度随着重金属含 量的增加逐渐下降，在含多种重金属复合污染的情况下，土壤的毒性比单一重金属污染 时有明显的增强，即为重金属间的协同作用。 4 监测大气环境：利用发光细菌毒性测试技术快速分析大气污染，结果证明汽车 尾气、香烟烟雾、氨气等对细菌发光有不同程度的抑制作用，其中时间效应和剂量效应 较为明显。 综上所述，有关于重金属铬的污染还很少用发光菌作为指示物质来研究，但是发光 细菌法具有稳定、快速、简便和重现性高的特点。所以应用发光细菌法对其污染进行研 究具有一定的可行性和必要性。 重金属铬对小球藻和发光细菌的联合毒性效应研究 1 2 3 2 联合毒性的评价 本世纪7 0 年代丌始进行多种化合物对生物联合毒性的评价。混合物不同，其作用 机理不同，联合作用类型不同，并且其相互作用随混合物所含组分增多而变得复杂，这 就决定了评价方法的多样性。目前常用的联合毒性评价方法主要有毒性单位法、毒性加 强指数法、相加指数法、相似性参数法、混合毒性指数法、共毒性系数法等。每种方法 都有各自的特点，对同一种联合作用，采用不同的评价方法，得出的结论可能有一定区 别，因此在评价对生物的联合毒性时应选择恰当的评价方法。表1 1 中列出了几种常用 的联合作用评价指数【2 7 1 。 表1 1 常用联合作用评价指数的评价标准 t a b l e1 1c o m m o nc o m b i n e da c t i o ni n d e xe v a l u a t i o ns t a n d a r d 指数名称数学公式分类联合作用类型 m = i 加和作用 死：f _m m 0拮抗作用 c e c s o ， m m l部分加和 当m = i 时，a i - m 一1 ：a i = o加和作用 当m o协同作用 i = l 加和作用 i l 协同作用 混合毒性指数( m t i )m r = 1 1 9 m l g m 0 i = o 独立作用 0 i 1 部分加和 扣1 加和作用 一 l ，五 o k l 协同作用 l 扣o 独立作用 第1 章绪论 1 ) 毒性单位法( t o x i cu n i t ) 毒性单位( n j ) 最早于1 9 6 5 年由s p r a g u e 和r a m s a y t 2 8 】提出。1 9 7 5 年，m a r k i n g 和 d a w s o n t 2 9 1 将这一概念推广到混合物的相加作用。计算方法是： 死：j l c e c s o i 其中：c i 是混合物中i 组分的浓度，e c 5 0 是该组分的e c 5 0 值。 对于一个n 组分的混合物来说： m ：y 死 j _ _ l m 。：l 兀f 啪x ( 1 2 ) ( 1 3 ) 2 ) 相加指数法( a d d i t i o n a li n d e x ) 相加指数法是在毒性单位概念基础上发展起来的。依据化合物对生物的作用性质或 方式相似的原理，推断一种毒物产生的毒性可被一定量的另一种毒物所代替，当毒物的 有效浓度以相同的单位表示时，混合物的有效浓度为各毒物有效浓度之和。1 9 7 7 年 m a r k i n g t 3 0 】对相加指数法做了如下定义： 当m = i 时，a i = m 1 ； 当m 1 时，a i = ( 1 ) m + i 。 相加指数法在联合毒性大小不同的情况下运用不同的公式进行判断，与t u 法相比， 大大增加了判断过程的可信性。邓辅财等【3 l 】在使用相加指数法测定四种重金属混合物 对淡水发光细菌的联合毒性进行评价时，发现评价结果均为部分相加作用。同时，应用 此指标测定混合化合物对不同生物的联合毒性的应用也较为广泛，如镉铅锌共存时对鲫 鱼、泥鳅嗍和水螅【3 3 】；铜和镉对金鱼藻【3 4 】的联合毒性；铜和锌对刺参幼参【3 5 】的联合毒 性作用。但是，到目前为止，相加指数法仍缺少判断独立作用的标准，从而在一定程度 上造成判断结果的不全面。 3 ) 混合毒性指数法( m i x t u r et o x i ci n d e x ) 1 9 8 1 年德国学者k t i n 锄a n n 【3 6 】首次使用混合毒性指数m t l 来评价多元混合物对鱼的 联合毒性作用。m t i 定义为： 重金属铬对小球藻和发光细菌的联合毒性效应研究 m t l = 1 - l g m l g m o ( 1 4 ) 其中的m 和m o 意义同前。 后来，c h e n 掣3 7 1 在研究化学物对细菌的毒性作用时，首先提出“混合毒性指数”这 一概念，对这种方法进行了调整。对于毒性相等的化合物的混合体系则： m n = l l g m l g n ( 1 5 ) 其中，n 为混合物中所含组分的数目。 文中对m o 的计算作了进一步简化。对于一个n 组分的混合物，假设各组分的毒性单位 比为r i ，r 2 ，r 3 ，r n ，那么 m 。：墨! 墨生：鱼 ( r i ) m a x ( 1 6 ) 其中r 为任一组分所占的毒性单位比例。这样不需要求出混合物中各组分的毒性单 位，而仅仅根据混合物各组分的配比即可计算出值，简化了m t i 的计算过程。杨永滨等 在对卤代酚对斑马鱼的急性联合毒性效应研究中，发现卤代酚等毒性二元混合物的联 合作用方式以部分相加和协同作用为主；j c h e i l 【3 9 】运用混合毒性指数法指出1 3 种杂 环氮化合物的混合体系对水蚤的联合毒性作用呈相加作用；董玉