（环境科学专业论文）铜、铬、镉单一和联合作用对金鱼藻的毒性影响研究.pdf

青岛科技大学研究生学位论文 i i l l i l l l l liiiu l i i iiill1 1 1 1i ii ii l l i y 17 4 0 4 9 4 铜、铬、镉单一和联合作用对金鱼藻的毒性影响研究 摘要 本文研究了铜、铬、镉单一和联合作用对金鱼藻叶绿素含量、叶绿体活性、 过氧化物酶( p o d ) 活性的毒性影响，采用m a r k i n g 相加指数法判断联合作用类型， 实验结果如下： ( 1 ) 低浓度铜和镉胁迫下，金鱼藻叶绿素含量增加，高浓度铜和镉胁迫下 金鱼藻叶绿素含量降低；铬胁迫下，金鱼藻叶绿素含量一直降低。铜、铬、镉对 金鱼藻叶绿素含量7 天的半数抑制浓度为1 5 4 1m g l 、 1 7 8 4 1 m g l l 、1 4 3 1 m g l 。 ( 2 ) 低浓度铜、铬、镉胁迫下，金鱼藻叶绿体活性增加，高浓度铜、铬、 镉胁迫下金鱼藻叶绿体活性降低；镉对金鱼藻叶绿体活性7 天的半数抑制浓度为 4 0 4 3 m g l 、4 9 4 8 m g l 、0 3 51 m g l 。 ( 3 ) 低浓度铜、铬、镉胁迫下，金鱼藻p o d 活性均先增加，高浓度铜、铬、 镉胁迫下，p o d 活性均降低，铜、铬、镉对金鱼藻p o d 活性7 天的半数抑制浓度 1 2 t 1 0 m g l 、7 9 1 1 m g l 、6 3 7 2 m g l 。 ( 4 ) 铜和铬联合作用时，铬浓度为0 1 、1 0 m g l 、铜浓度为0 1 2 0m g l 时， 铜和铬对金鱼藻叶绿素联合作用类型为拮抗作用；铬浓度为2 0 m g l 、铜浓度为 0 1 2 0m g l 时，铜和铬对金鱼藻叶绿素联合作用类型为协同作用。 ( 5 ) 铜和镉联合作用时，镉浓度为0 1 、1 0 、2 0 m g l 、铜浓度为o 1 2 0m g l 时，铜和镉对金鱼藻联合作用类型为拮抗作用。 ( 6 ) 镉和铬联合作用时，铬浓度为0 1 、1 0 、2 0 m g l 、镉浓度为0 1 2 0m g l 时，镉和铬对金鱼藻联合作用类型为拮抗作用。 ( 7 ) 铜、铬、镉三种金属联合作用时，实验组c u 0 1 + c d o 1 、c u o 1 + c d l 0 、 c u 0 1 + c d 2 0 、c u l o + c d o 1 、 c u l o + c d l 0 、c u l 0 + c d 2 0 、c u 2 0 + c d 0 1 c u 2 o + c d l 0 、c u 2 o + c d 2 0 ，铬浓度0 1 2 0m g l ，三种金属联合作用类型均为 协同作用。 关键词：金鱼藻铜铬镉联合作用i c 5 0 【j 青岛科技人学研究生学位论文 s t u d yo ns i n g l ea n dc o m b i n e d t o x i ce f f e c t so f c u ，c r a n dc d o n a b s t r a c t t h ep a p e rs t u d i e dt h es i n g l ea n dc o m b i n e dt o x i ce f f c c t s to fc u , c ra n dc do n c h l o r o p h y l lc o n t e n t ，c h l o r o p l a s ta c t i v i t y a n dp e r o x i d a s e ( p o d ) a c t i v i t yo f c e r a t o p h y l l u md e m e r s u ml ，t h er e s u l t s o fe x p e r i m e n t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w ： ( 1 ) t h ec h l o r o p h y l lc o n t e n ti n c r e a s e dw h e nc e r a t o p h y l l u m & m 翻s u m lw e r e t r e a t e di nl o w e rc o n c e n t r a t i o no fc ua n dc aa n dd e c r e a s e dw h e nt h e yw e r et r e a t e di n h i g h e rc o n c e n t r a t i o no fc ua n dc d ，b u ti ta l w a y sd e c r e a s e dw h e nt h e yw e r et r e a t e db y c r t h ei c s oo fc u ，c ra n dc do nc h l o r o p h y l lc o n t e n ti ns e n v e nd a y sa l e1 5 4 1 m g l , 1 7 8 4 1 m g la n d1 4 3 1 m 叽 ( 2 ) t h ec h l o r o p l a s t1 1a c t i v i t yi n c r e a s e dw h e nc e r a t o p h y l l u md e m e r s u m lw e r e t r e a t e di nl o w e rc o n c e n t r a t i o no fc u ，c ra n dc aa n dd e c r e a s e dw h e n t h e yw e r et r e a t e d i nh i g h e rc o n c e n t r a t i o no fc u ，c ra n dc x l , t h ei c s oo fc u , c ra n dc ao nc h l o r o p l a s t a c t i v i t yi ns e n v e nd a y sa r e4 0 4 3 m g l ，4 9 4 8 m g la n d0 3 51 m 扎 ( 3 ) t h ep o da c t i v i t ya l li n c r e a s e dw h e nc e r a t o p h y l l u md e m e r s u m 上w e r et r e a t e d i nl o w e rc o n c e n t r a t i o no fc u ，c ra n dc da n dd e c r e a s e dw h e nt h e yw e r et r e a t e di n h i g h e rc o n c e n t r a t i o no fc u ，c ra n dc d t h ei c s 0o fc u ，c ra n dc ao np o da c t i v i t yi n s e n v e nd a y sa r e1 2 1 1 0 m 叽7 9 1 1 m g la n d6 3 7 2 m 以 ( 4 ) i ti sa n t a g o n i s mb e t w e e nc ua n dc rw h e nt h ee x p e r i m e n t a lc o n c e n t r a t i o no f c rw e r e0 1m g r la n d1 o m g la n dt h ec o n c e m r a t i o no fc uw e r ef r o m0 1m g lt o 2 0 m g lo nc e r a t o p h y l l u md e m e r s u m 三；i ti ss y n e r g yb e t w e e nc ua n dc rw h e nt h e c o n c e n t r a t i o no fc rw e r e2 0 m g la n dt h ec o n c e n t r a t i o no fc uw e r ef r o m0 1 m g lt o 铜、铬和镉的单一和联合作用对金鱼藻毒性影响研究 2 0 m g lo nc e r a t o p h y l l u md e m e r s u ml ( 5 ) i ti sa n t a g o n i s mb e t w e e nc u a n dc dw h e nt h ee x p e r i m e n t a lc o n c e n t r a t i o no f c aw e r e0 1 m 叽1 0 m g la n d2 0 m g la n dt h ec o n c e n t r a t i o no fc uw e r ef r o m 0 1 m g r lt o2 0 m g lo nc e r a t o p h y l l u md e m e r s u m l ( 6 ) i ti sa n t a g o n i s mb e t w e e nc ra n dc dw h e nt h ee x p e r i m e n t a lc o n c e n t r a t i o no f c rw e r e0 1m 叽1 o m g la n d2 0 m g la n dt h ec o n c e n t r a t i o no fc dw e r ef r o m 0 1 m g lt o2 0m g lo nc e r a t o p h y l l u md e m e r s u m l ( 7 ) i ti ss y n e r g ya m o n gc u ，c ra n dc dw h e nt h ee x p e r i m e n t a lg r o u p sw e r e c u o 1 + c d 0 1 ，c u o 1 + c d l 0 ，c u o 1 + c d 2 0 ，c u l 0 + c d 0 1 ，c u l 0 + c d l 0 ，c u l o + c d 2 0 ， c u 2 0 + c d 0 1 ，c u 2 0 + c a1 0 ，c u 2 o + c d 2 0 ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fc rw e r ef r o m 0 1 m e lt o2 0m g lo nc e r a t o p h y l l u md e m e r s u m l k e yw o r d s ：c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m lc u c rc di c s oc o m b i n e de f f e c t s 青岛科技大学研究生学位论文 目录 前言“一”“一“一”一“一“一一”一”1 第一章文献综述2 1 1 我国水资源及其污染现状2 1 2 水体重金属污染研究进展2 1 2 1 重金属定义2 1 2 2 水体重金属来源2 1 2 2 1 自然来源2 1 2 2 2 人类活动造成的土壤重金属污染3 1 2 3 我国水体重金属污染现状3 1 2 3 重金属污染研究进展3 1 2 4 铜对植物毒性影响研究进展4 1 2 5 铬对植物毒性影响研究进展7 1 2 6 镉对植物毒性影响研究进展9 1 3 化学污染物联合作用的研究进展1 1 1 3 1 联合作用的基本概念1 1 1 3 2 联合作用的评定方法1 2 1 3 3 重金属对植物联合作用的研究进展1 2 1 4 金鱼藻及其相关研究进展1 5 1 5 本论文的研究的目的和意义1 6 第二章金鱼藻的培养和驯化0 oooqooo o 1 8 2 1 实验材料1 8 2 2 实验仪器1 8 2 3 实验药品1 8 2 4 溶液配制1 8 2 5 金鱼藻培养和驯化1 9 2 5 金鱼藻的生长状况1 9 第三章预实验2 0 3 1 实验材料2 0 铜、铬和镉的单一和联合作用对金鱼藻毒性影响研究 3 2 实验仪器2 0 3 3 实验药品2 0 3 4 溶液配制2 0 3 5 实验方法2 0 3 6 实验结果2 1 第四章铜、铬、镉对金鱼藻叶绿素的影响2 2 4 1 实验原理2 2 4 2 实验材料“g o 0 0 2 2 4 3 实验仪器2 2 4 4 实验药品2 2 4 5 溶液配制2 2 4 6 实验方法2 2 4 7 实验结果与讨论2 3 4 7 1 铜对金鱼藻叶绿素含量的影响2 3 4 7 2 铬对金鱼藻叶绿素含量的影响2 4 4 7 3 镉对金鱼藻叶绿素含量的影响2 5 4 7 4 铜、铬、镉对金鱼叶绿素的半数抑制浓度2 7 4 7 5 重金属对金鱼藻叶绿素含量影响小结2 9 第五章铜、铬、镉对金鱼藻叶绿体活性的影响3 1 5 1 实验原理3 1 5 2 实验材料3 1 5 3 实验仪器3 1 5 4 实验药品3 1 5 5 溶液配制3 1 5 6 实验方法3 1 5 7 实验结果与讨论3 2 5 7 1 铜对金鱼藻叶绿体活性的影响3 2 5 7 2 铬对金鱼藻叶绿体活性的影响3 4 5 7 3 镉对金鱼藻叶绿体活性的影响3 6 5 7 4 铜、铬、镉对金鱼藻叶绿体活性的半数抑制浓度3 7 5 7 5 铜、铬、镉对金鱼藻叶绿体活性毒性影响小结3 9 第六章铜、铬、镉对金鱼藻过氧化物酶活性的影响4 1 l i 青岛科技大学研究生学位论文 6 1 实验原理4 l 6 2 实验材料4 1 6 3 实验仪器4 1 6 4 实验药品4 1 6 5 溶液配制4 l 6 6 实验方法4 2 6 7 实验结果与讨论4 2 6 7 1 铜对金鱼藻过氧化物酶活性的影响4 2 6 7 2 铬对金鱼藻过氧化物酶活性的影响4 4 6 7 3 镉对金鱼藻过氧化物酶活性的影响4 6 6 7 4 铜、铬、镉对金鱼藻p o d 活性的半数抑制浓度4 8 6 7 5 铜、铬、镉对金鱼藻p o d 活性毒性影响小结5 1 第七章铜、铬、镉对金鱼藻的联合作用5 3 7 1 实验原理5 3 7 2 实验材料5 3 7 3 实验仪器5 3 7 4 实验药品5 3 7 5 溶液配制5 3 7 6 实验方法5 4 7 7 实验结果与讨论5 4 7 7 1 铜和铬联合作用对金鱼藻叶绿素含量的影响5 5 7 7 2 铜和镉联合作用对金鱼藻叶绿素含量的影响5 7 7 7 3 镉和铬联合作用对金鱼藻叶绿素含量的影响5 9 7 7 4 铜、铬、镉三者联合作用对金鱼藻叶绿素含量的影响6 1 7 7 5 铜、铬、镉对金鱼藻的联合作用小结6 4 结论”一“”“”“一”“”一“6 6 参考文献6 8 致谢7 4 攻读学位期间发表的学术论文7 5 独创性声明7 6 m 青岛科技大学研究生学位论文 j l _ 刖吾 重金属对水环境的危害是人们日益关注的问题。随着经济的迅猛发展，工农 业生产过程中排出的有害重金属日益增加，如：汞、镉、铅、铜、锌、铬、镍等， 造成水体受到不同程度的污染。过量的重金属离子对生物体具有毒性，并可通过 食物链进入人体而引起各种疾病。 在水生植物生态系统中，沉水植物是重要的初级生产者和组成成分，因此 研究污染物对沉水植物的毒性效应将会对阐明污染物对水生生态系统的稳定性 的影响以及系统受破坏后的恢复与重建提供重要的依据。金鱼藻( c e r a t o p h f l l u m d e m e r s u ml 、属金鱼藻科金鱼藻属，是一种沉水植物，广布于我国南北各地。 藻类是水体中的初级生产者，在水生态系统的食物链中起着十分重要的作 用。重金属通过各种途径进入水体后，首当其冲的受害者就是藻类生物。重金属 对藻类的毒性强弱取决于金属的形态、浓度、价态、环境因素和重金属的相互作 用，取决于特定的试验藻种及藻类细胞的化学结构和生理生化特性。一般情况下， 重金属对藻类的致毒效应主要表现在：影响藻类的生长代谢、抑制光合作用、减 少细胞色素，导致细胞畸变，改变天然环境中的种类组成。重金属对藻类的毒性 强弱因藻类的不同而各异。 重金属不能像其他有机化合物那样可自然降解或生物降解，往往存在水体或 沉积到水域底部或被水生植物( 浮游植物挺水植物) 吸收，从而通过食物链损害 动物和人类的健康。在重金属离子胁迫下，植物体产生大量的活性氧自由基，从 而导致细胞膜脂过氧化，生理代谢紊乱。植物体内的s o d 、p o d 、c a t 等抗氧化 酶能在一定程度上清除活性氧自由基，降低细胞的受伤害程度有关重金属离子胁 迫下植物体内超氧阴离子自由基的积累、膜脂过氧化水平及s o d 等抗氧化酶类应 激性变化及其作用机制。关于水生植物受重金属离子毒害的机理研究主要集中于 单种离子的毒害，而在自然环境特别是水环境中，重金属元素往往是复合污染的 形式出现由于重金属离子之间的拮抗、相加和协同作用，使得有关重金属元素 的复合污染对植物的毒害机理的研究更具有理论和实际的意义。 本文研究比较铜、铬和镉及其复合污染对金鱼藻生长和一些生理生化指标 的影响，旨在为水体中重金属复合污染对水生植物毒害机理的研究积累有价值 的资料。 铜、铬和镉的单一和联合作用对金鱼藻毒性影响研究 第一章文献综述 1 1 我国水资源及其污染现状 我国是一个水资源极为短缺的国家，水资源总量居世界第六位，人均占有 量只有2 5 0 0 立方米，约为世界人均水量的1 4 ，在世界排第1 1 0 位，已被联合 国列为1 3 个贫水国家之一，且我国水资源分布不均，大量淡水资源集中在南方， 北方淡水资源只有南方水资源的1 4 。据统计，全国6 0 0 多个城市中有一半以上 城市不同程度缺水，沿海城市也不例外，甚至更为严重。 1 9 8 4 年我国颁布的中华人民共和国水污染防治法中为“水污染下了 明确的定义，即水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射 性等方面特征的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环 境，造成水质恶化的现象称为水污染。改革开放以来，随着我国经济的迅猛发 展，废水排放量逐渐增加，水污染日益严重，2 0 0 0 年，全国废水排放总量为4 1 5 2 亿吨【l 】，2 0 0 5 年达到5 2 4 5 亿吨【2 】，2 0 0 8 年，达到5 7 1 7 亿吨【3 l ，呈逐年上升的 趋势，环境保护部在世界环境日公布2 0 0 8 年中国环境状况公报显示：我国 污染减排工作取得突破性进展，大部分环境质量指标明显改善，但地表水污染 问题依然严重，总体面临的环境形势仍很严峻。我国地表水污染依然严重，长 江、黄河、松花江、淮河、珠江、海河和辽河七大水系总体水质与上年持平。 2 0 0 条河流4 0 9 个断面中，一类至三类、四类至五类和劣五类水质的断面比例 分别为5 5 0 、2 4 2 和2 0 8 。长江、珠江总体水质良好，松花江为轻度 污染，黄河、淮河、辽河为中度污染，海河为重度污染。在监测营养状态的2 6 个湖泊及水库中，呈富营养状态的占4 6 2 。公报还指出，我国农村环境问题 也日益突出，生活污染不断加剧，工矿污染凸显，面源污染加重，饮水安全存 在隐患，呈现出污染从城市向农村转移的态势【3 1 。 1 2 水体重金属污染研究进展 1 2 1 重金属定义 重金属是指密度4 o 以上约6 0 种元素或密度在5 0 以上的4 5 种元素【4 l 。砷、 硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金 属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、 铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钻、镍、锡、钒等污 染物。 2 青岛科技大学研究生学位论文 1 2 2 水体重金属来源 1 2 2 1 自然来源 水体中重金属重要来源之一是水体底层的土壤，土壤是由岩石风化而来， 成土母岩决定了土壤中化学元素的最初含量，影响着土壤中重金属元素的环境 背景值；同时母岩在形成土壤过程中的影响因素和自然界中土质污染也影响着 土壤重金属的含量，如在矿床附近矿化地层发育的土壤，土壤重金属含量往往 较高。 大气中重金属降尘也是影响土壤中重金属含量的主要自然因素之一。火山爆 发、森林火灾、植被排出、风力扬尘等过程使很多重金属尘浮于空中。空气中的 重金属元素部分被植物吸收，部分通过尘降进入水体、土壤。 1 2 2 2 人类活动造成的土壤重金属污染 工业生产造成土壤重金属污染已是不可忽视的环境问题，重金属多为有色金 属，在人类生产上应用广泛，有色重金属矿床的开发冶炼是向环境中排放重金属 最主要的污染源。农业生产中化学生产资料的使用，如肥料中磷矿石除含有营养 功能的化学元素外，还含有有害元素触、c d 、h g 、p b 、c r 等；含重金属农药在 土壤中的高残留问题；农膜含有p b 、c d 等重金属。故长期无节制施用化肥、农药 及使用农膜也会使环境遭受重金属污染。其次，人类生活垃圾的中也含有重金属， 也是水体重金属来源之一。 1 2 3 我国水体重金属污染现状 我国水体重金属污染问题十分突出，调查显示江河湖库底质的污染率高达 8 0 1 。2 0 0 3 年黄河，淮河，辽河，松花江等十大流域的流域片重金属超标断 面的污染程度均为超v 类。2 0 0 4 年太湖底泥中总铜、总镉、总铅含量均处于轻 度污染水平。黄浦江干流表层沉积物中铅超1 倍，镉超背景值2 倍，汞含量明 显增加；苏州河中铅全部超标，镉为7 5 超标，汞为6 2 5 超标。城市河流有 2 5 的河段有总铅的超标样本出现，3 5 1 1 的河段出现总汞超过地表水i i i 类水 体标准，1 8 4 6 的河段面总镉超过1 1 1 类水体标准。由长江，珠江，黄河等河流 携带入海的重金属污染物总量约为3 4 万吨，对海洋水体的污染危害巨大。全 国近海岸海水采样品中铅的超标率达6 2 9 ，最大值超一类海水标准4 9 o 倍； 铜的超标率达2 5 9 ，汞和镉的含量也有超标现象。大连湾6 0 监测站沉积物 中的镉含量超标，锦州湾部分监测站排污口邻近海域沉积物锌、镉、铅的含量 超过第三类海洋沉积物质量标准。国外同样存在水体重金属污染的问题，如波 兰由采矿和冶炼废物导致约5 0 的地表水达不到水质三级标准【5 1 。 1 2 3 重金属污染研究进展 水体重金属污染由于具有以下几个特点而受到广泛的重视【6 】： 3 铜、铬和镉的单一和联合作用对金鱼藻毒性影响研究 ( 1 ) 在天然水体中只要有微量的浓度就可以产生毒性效应，一般重金属产 生毒性的浓度范围大致在1 - - q o m g l 之间，毒性较强的重金属如汞、镉等产生 毒性的浓度范围在0 0 1 一- 0 0 0 1 m g l 以下。 ( 2 ) 地表水中的重金属可以通过食物链富集作用，而达到相当高的浓度， 如藻类富集汞可达1 0 0 0 倍，铬4 0 0 0 倍。 ( 3 ) 微生物不能降解重金属，相反有些重金属如铜、锌、镍等在一定的浓 度下能抑制微生物的生长和繁殖，使水体的天然自净能力受到抑制，同时一些重 金属还在微生物的作用下转化成毒性更大的物质。 ( 4 ) 重金属在生物体内还可以积累在某些器官，造成慢性累积性中毒。以 铅为例，铅主要以粉尘或烟雾的形式通过呼吸道或消化道进入到人体，进入消 化道的铅5 - - 1 0 被吸收，通过呼吸道进入肺部的铅的吸收沉积率为3 0 - - - , 5 0 ， 侵入体内的铅有9 0 - - - , 9 5 形成磷酸铅沉积在骨骼，而其它的铅则通过排泄系统 排出体外。蓄积在骨骼中的铅，当遇上外伤、患传染病或食如入酸碱性药物， 使血液酸碱平衡改变时，铅可再变为可溶性磷酸氢铅而进入血液，引起内源性 铅中毒。 重金属对植物影响的研究主要集中在以下几个方面： ( 1 ) 重金属对植物的出芽率川、生长速率【8 1 、产量等生长参数影响的浓度 和时间效应。 ( 2 ) 研究重金属对植物各种生理生化指标的影响，探讨重金属植物毒害的 机理。目前已经研究过的植物生理指标主要有：叶绿素含量，呼吸作用，光合 作用速率，蛋白质含量，气孔电导率，电子传递活性，硝酸还原酶活性，抗氧 化酶系( 过氧化氢酶、谷胱甘肽还原酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶等) ， c d n a s 、蛋白酶、谷氨酸盐合成酶、淀粉酶、光还原反应活性、a t p 等【9 - 1 1 l 。 ( 3 ) 重金属对植物超微结构的毒害作用f 1 2 1 。 ( 4 ) 植物对重金属的吸收和重金属在植物体内的分布【捧1 4 1 。 ( 5 ) 其他的研究还包括：筛选对重金属的超积累植物，研究其对重金属耐 性的机制和用于污染修复的可能性；筛选重金属敏感物种对重金属的污染进行 监测等l 巧一o - i 。 1 2 4 铜对植物毒性影响研究进展 铜( c o p p e r ) 是一种化学元素，它的化学符号为c u ( 拉丁语c u p r u m ) ，它的原 子序数是2 9 ，是一种过渡金属。铜是呈紫红色光泽的金属，密度为8 9 2 克 立方厘米。熔点1 0 8 3 4 + 0 2 1 2 ，沸点2 5 6 7 。常见化合价有+ 1 和+ 2 。电离能7 7 2 6 电子伏特。铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，有很 好的延展性，稍硬、极坚韧、耐磨损，导热和导电性能较好。铜和它的一些合 4 青岛科技大学研究生学位论文 金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定，但在潮湿的空气里在其表面 可以生成一层绿色的碱式碳酸铜，化学式为c u 2 ( o h ) 2 c 0 3 ，这叫铜绿，可溶 于硝酸和热浓硫酸，略溶于盐酸，容易被碱侵蚀。化合物中以一价和二价形式 存在为主的金属元素，有延性和展性，是热和电最佳导体之一，是唯一的能大量 天然产出的金属，也存在于各种矿石( 例如黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、赤铜矿和 孔雀石) 中，能以金属状态及黄铜、青铜和其他合金的形态用于工业、工程技术 和工艺上。如：铜山( 出产铜矿的山) 、铜金( 赤铜) 、铜花( 铜屑) 、铜粉( 铜屑) 。 铜和其他金属熔融在一起所做出来的黄金色粉状合金，可当作颜料) ，铜陵( 产铜 的山) ，铜落( 铜屑，可入药) ，铜腥( 铜的腥臭味) 。铜是与人类关系非常密切的 有色金属之一，被广泛地应用于电气、轻工、建筑工业、机械制造、国防工业 等领域，在我国有色金属材料的消费中仅次于铝。铜在电气、电子工业中应用 最广、用量最大，占总消费量一半以上，用于各种电缆和导线，开关以及印刷 线路板，变压器和电机的绕阻等；在机械和运输车辆制造中，用于制造工业阀 门和配件、模具、滑动轴承、热交换器、仪表、和泵等；在化学工业中广泛应 用于制造真空器、蒸馏锅、酿造锅等：在国防工业中用以制造子弹、炮弹、枪 炮零件等，每生产1 0 0 万发子弹，需用铜1 3 1 4 吨；在建筑工业中，用做各种 管道、装饰器件、管道配件等。 。 铜是植物必需的微量元素之一，是多种氧化酶活性的核心( 如多酚氧化酶、 锌铜超氧化物歧化酶、半乳糖氧化酶、抗坏血酸氧化酶、铜胺氧化酶和质体蓝 素等【1 7 d 9 1 ) ，参与电子的接受与传递，在植物体内的氧化还原反应中起重要作用， 铜与叶绿素的形成以及蛋白质、碳水化合物的合成有密切关系，还能提高植物 的呼吸强度。铜的缺乏会减少质体蓝素和细胞色素氧化酶的合成，导致生长的 抑制和光合作用，呼吸作用的降低四l ，但铜过量也会造成很多不利影响，如生 长不良、根的畸形、褪绿、严重时甚至整株植物死亡1 2 1 1 。随着经济的发展，人 类对铜的需求量不断上升，导致铜的开采、冶炼、加工等生产活动以及肥料、 杀生剂和排放污泥的使用等也有较大增加，人类这些活动无疑都会引起一些局 部环境中铜水平的异常升高，甚至还会在个别地方造成铜污染，使水体也受到 了直接或间接的影响，并且对很多水生生物的生存产生了严重的危害，对水生 生态系统的结构造成破坏，甚至可能会使一些生态系统崩溃，使一些生物种类 从该生境中消失。 李红敬等人【2 2 l 研究了铜对紫背浮萍伍绷l m 以s p p ) 的影响，结果发现：环境 中增加1 n o l l 的铜即可显著地抑制紫萍的生长( 用鲜重和干重表示) ，随着铜 的浓度增加，对生长的抑制作用增加，鲜重、干重分别在8 t , t m o l lc u 、2 1 t m o l l 铜以上时出现负增长，铜水平的升高可使叶绿素含量大幅下降，但对类胡萝素 5 铜、铬和镉的单一和联合作用对金鱼藻毒性影响研究 的含量影响不大；对叶绿素a 荧光的产生也有影响，因此表明光合作用器官已 受到破坏，当铜处理水平增加时植物体内的铜含量水平也增加，表明其对铜有 一定的累积作用。 周长芳等【2 3 l 对水花生( a l t e r n a n t h e r ap h i l o x e r o i d e s ) 的研究表明，小于 7 0 m g l 的铜能刺激水花生超氧阴离子0 2 的积累，s o d 和p o d 应激性大幅度 提高，c a t 作用不明显，谷胱甘肽过氧化物酶在铜浓度较低和处理时间较短时 小幅度激活。 p e n gh o n g y u n 掣2 4 j 研究了铜在海州香蓿内的积聚和超微分布，结果显示， 铜在根、茎、叶中的浓度随溶液中铜浓度升高而升高；在5 0 0 t m o l l 的铜中8 天后，根、茎中铜积聚分别为2 5 0 m g k g 、1 0 0 0 m g k g ：当为5 0 1 m a o l l 时，叶 细胞中线粒体、叶绿体等无明显变化，根细胞中细胞质与细胞壁分离；当铜浓 度大于2 5 0l m a o l l 时，叶绿体、茎和根细胞器官被严重破坏；香蓿在5 0 0l 比m o l l 的浓度染毒8 天后，铜在亚细胞结构中的含量依次为：叶绿体 细胞壁 可溶性 物质 其他细胞器官，根细胞壁是最大铜积聚处。铜在叶绿体和细胞壁内积聚分 布减小了其对海州香蓿的危害。 p r a s a d 等人【2 5 】研究了铜和镉对浮萍但绷加m i n o r ) 的影响，结果发现：铜在低 于镉1 0 0 0 倍浓度下就可对浮萍产生显著毒性作用，且在铜积累的过程中，没 有表现出叶片中蛋白质的积累或特殊蛋白质的形成。 f a r g a s o v aa 2 6 l 研究了重金属对芥菜惭印纽a l b al ) 的毒性影响，结果发现： 以根生长的i c 5 0 为基础，置信限为9 5 ，金属的抑制顺序为c u s e c d z n p b ，对芥菜( 光合作用色素的生成，硒对所有色素的抑制作用最小，铅对所有色 素的抑制作用最大，根和子叶中富集的金属量的顺序为：c a z n s e p b c u 。 m a r i a 等【2 7 l 用0 - 3 0 1 x m 浓度的铜处理哥伦比亚生态型的a r a b i d o p s i s t h a l i a n a7 天后，结果发现，r o s 含量、超氧化物歧化酶( s o d ) 和过氧化物酶 ( p o d ) 的活性增加，过氧化氢酶( o 玎) 活性下降。其中o h 的浓度和水溶 液中铜的浓度密切相关。 n a d i a 等【冽研究了在0 5 到1 5 7 p m 浓度范围内，铜对芦苇( p h r a g m i t e s a u s t r a l i s 【c a v t r i n e xs t e u d e l ) 和玉米( z e am a y sl ) 的生长和矿物组成( n 、f e 、p 、 k 、z n 和m n ) 的影响。结果表明：浓度1 5 7 和7 8 7 1 x m 的铜分别抑制了芦苇和 玉米的根生长，根长的降低可作为铜毒较好的的指标。作为铜毒害的结果，常 量元素n 、p 和k 在玉米根和芽中的浓度均下降，在芦苇中影响较小；玉米芽 和根中和芦苇根中铁浓度随铜浓度增加增高，器官中铁和铜浓度呈显著线性相 关( p m i + m 2 。 相加作用( a d d i t i v ee f f e c t ) 一是指联合作用的毒性，等于其中各毒物成 分单独作用毒性的总和，即其中各毒物成分之间均可按比例取代另一毒物成分， 而混合物毒性均无改变。当各毒物成分的化学结构相近、性质类似、对机体作 铜、铬和镉的单一和联合作用对金鱼藻毒性影响研究 用的部位即机理相同时，其联合的结果往往呈现毒性相加作用。如丙烯腈与乙 腈，稻瘟净与乐果等。如果以死亡率( 抑制率) 作为毒性指标，二种毒物单独 作用的死亡率( 抑制率) 分别为m 1 和m 2 ，那么相加作用的死亡率( 抑制率) 为m = m i + m 2 。 独立作用( i n d e p e n d e n te f f e c t ) 一是指各毒物对机体的侵入途径、作用部 位、作用机理等均互不相同，因而在其联合作用中各毒物生物学效应彼此无关、 互不影响。即独立作用的毒性低于相加作用，但高于其中单项毒物的毒性。如 苯巴比妥与二甲苯。如果以死亡率( 抑制率) 作为毒性指标，二种毒物单独作 用的死亡率( 抑制率) 依次是m 1 和m 2 ，那么独立作用的死亡率( 抑制率) 为m = m i + m 2 ( 1 - m 1 ) 。 拮抗作用( a n t a g o n i s t i ce f f e c t ) 一是指联合作用的毒性，小于其中各毒物 成分单独作用毒性的总和。就是说，其中某一毒物的成分能促进机体对其他毒 性成分的降解速度、排泄加快、吸收减少或产生低毒代谢物等，使混合物毒性 降低。如二氯乙烷与乙醇、硒与汞、亚硝酸与氰化物、硒与镉等。如果用死亡 率( 抑制率) 作为毒性指标，二种毒物单独作用的死亡率( 抑制率) 分别为 m i 和m 2 ，那么独立作用的死亡率( 抑制率) 为m l 时，a i = s ( - 1 ) + l 。用趟判断联合毒性，a i 0 时为协同作用，a i = 0 时为相加作用，a i 0 时为拮抗作用。 ( 3 ) 混合毒性指标m t i 5 3 1 ： 青岛科技人学研究生学位论文 姗；皂选三l ( 式1 3 ) 工昭( t u t u 眦) t u i - 黑攀 ( 式1 - 4 ) 川1 = 面酾丽 帆 m t i o ，超加和。 1 3 3 重金属对植物联合作用的研究进展 常福辰等【5 4 】研究了镉、汞复合污染对金鱼藻( c e r a t o p h y l l u md e m e r s u m 1 的 细胞膜脂过氧化和抗氧化酶活性的影响变化，结果显示，在低浓度镉、汞+ 处理 下( 2m g lc 矛+ 、0 5m g lh 9 2 + ) ，s o d 活性明显上升并达到最大值；随着浓度 的增大，s o d 活性缓慢下降，并分别在2 m g t , 汞、l o m g n ，镉时低于对照值。 复合污染中，镉系列浓度分别加0 5 m g l 汞和l m g l 汞，s o d 活性变化曲线 和单一镉污染相似，但变化值依次递减；加添2 m g l 汞时，s o d 活性只降不 升。结果表明，镉、汞共存对金鱼藻所产生的毒性效应比镉、汞单独作用时的 要大，毒性效应和镉、汞的浓度基本成正比关系。铬、汞之间具有明显的协同 作用。 徐楠等【5 5 】研究了汞、镉及其复合污染对浮萍e m n am i n o r ) 叶片的毒害作 用，经结果分析，h g 对于浮萍叶片的致死浓度在5 7 m g l 之问；镉的致死浓 度在2 5 巧m g l 之间；汞+ 镉的致死浓度在l m g l 汞+ 1m g l 镉2 5 m g l 汞 + 2 5 r a g t , 镉之间。结果表明，汞、镉及其复合污染对浮萍叶片的毒害存在典型 的剂量一效应关系，相同浓度条件下，镉的毒性比汞大，汞、镉复合污染除对 于叶绿素含量表现为低浓度的拮抗作用外，对于抗氧化酶系统活性，脯氨酸及 可溶性蛋白含量均呈现明显的协同作用。 张莉等【5 6 】利用浮萍绷船m i n o r ) 检测铜、砷及其复合污染的植物学毒性， 结果显示，低浓度铜、砷污染对浮萍生长影响不大，但随着铜、砷浓度的增加， 浮萍生长受到显著抑制，且表现为随铜、砷浓度增加呈显著负相关。复合污染 时，低浓度铜( 0 2 5 m l ) 、砷( 0 5 r a g l ) 共存时，浮萍植物体数高于其单独作 用；较高浓度砷( 2 5 、一1 0 m g l ) 污染下，不同浓度铜的加入均使得浮萍植物体数 多于单一砷污染。浮萍叶绿素a 含量的影响也有上述类似的变化规律。这说明 铜、砷之间存在明显的高浓度的拮抗效应和低浓度的协同作用。 许秋瑾等阳研究了氨氮与镉单一和复合作用对沉水植物轮叶黑藻( a l g a ) 光合能力的影响，结果显示，镉浓度一致的情况下，随着氨氮浓度的升高，轮 叶黑藻的净产氧量、总产氧量和耗氧量呈下降趋势。氨氮为4 o m g l 实验组的 铜、铬和镉的单一和联合作用对金鱼藻毒性影响研究 净产氧量，总产氧量与对照组相比有明显差异( p 茎叶：在最高浓度时茎叶吸收p b 的量仅是对照的3 倍而吸收c a 的量