（环境工程专业论文）cd2、cr6和乙草胺对少根紫萍的毒理学研究.pdf

c d 2 + 、c r 6 + 和乙草胺对少根紫萍的毒理学研究 中文摘要 本文测定了重金属镉、铬和除草剂乙草胺对少根紫萍植物体生长速度半数抑制浓度 ( i c 5 。) 的单一毒性和联合毒性，在此基础上，研究了镉乙草胺、镉铬单一及复合污染 对少根紫萍叶绿素含量、过氧化物酶( p o d ) 活性、超氧化物歧化酶( s o d ) 活性和丙二 醛( m d a ) 含量的影响，并研究了少根紫萍对水体中重金属镉、铬的富集能力，以及处 理时间、温度、p h 、光照强度对少根紫萍富集镉、铬能力的影响。主要研究结果如下： 在光照为3 0 0 0 i x ，温度为2 5 2 培养下，重金属镉、铬和除草剂乙草胺对少根紫萍 的9 6 小时i c 5 。分别为47 7 、1 54 、6 9 5 m g l ，在浓度1 ：1 的情况下镉乙草胺、镉铬、 铬一乙草胺、镊铬乙草胺对少根紫萍的的9 6 小时i c 5 0 分别为1 4 l 、3 1 4 、3 7 4 、o 6 0 r n g f l ， 采用m a r k i n g 相加指数法求得相加指数分别为o 9 9 、0 1 6 、o 2 8 、29 8 ，均大于0 ，表现为 协同作用。同时，随着c d 、乙草胺、c r 处理浓度的增加，少根紫萍叶绿素a 的浓度下降， 复合污染对叶绿素a 的影响明显大于单一污染，也表现为协同作用。 在单一镉、铬和乙草胺污染条件下，少根紫萍叶绿素含量随浓度的增加而显著下降， s o d 的活性随浓度的增加呈先上升后下降的趋势，p o d 活性也随浓度的增加呈先上升后 下降的趋势，但高于对照，m d a 含量随浓度的增加而显著增加，镉+ 乙草胺、铬+ 乙草胺 的复合污染表明：复合污染进一步加剧了对少根紫萍的毒害，使叶绿素含量进一步下降， p o d 、s o d 的活性受到进一步抑制，而植物体内m d a 含量却进一步上升，通过双因素 方差分析表明：交互作用极显著，且表现为协同作用。 在实验室条件下将少根紫萍培养于含c d “、c r 6 + 0 5 1 0 m g l 的处理液中，少根紫萍 对镉、铬的富集量与水中c d 2 + 、c r 6 + 浓度呈极显著正相关，随水中镉、铬浓度的升高而增 加的，在1 0 m g l 的c d 2 + 、c r 6 + 处理中，少根紫萍富集量可达1 42 8 9 k g c d 2 + 、1 6 7 9 k g c r 6 + ， 处理时问、d h 值、温度、光照强度是影响少根紫萍富集量的重要因素，随着处理时间的 延长，其富集量增加，在p h 值5 - 9 的范围内，其富集量呈先上升后下降的趋势，其中p h 为7 时，富集量最大，在温度1 5 3 5 范围内，少根紫萍富集星表现为随温度升高而增加， 在光照强度5 0 0 0 l x o l x ( 黑暗) 范围内，少根紫萍富集量表现为随光照强度的减少其富 集量下降， 关键词：少根紫萍，重金属。乙草胺，毒性效应，富集 t o x i c o l o g i c a ls t u d y o fc a d m i u m 、c h r o m i u ma n da c e t o c h l o ro n s p i r o d e l ao l i g o r r h i z a a b s t r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h es i n g l et o x i ce f f e c t sa n d j o i n t t o x i ce f f e c t so f c a d m i u m 、c h r o m i u m a n da c e t o c h l o r w e r ed e t e c t e di ns p i r o d e l ao l i g o r r h i z a t h ee f f e c t so f c a d m i u m 、c h r o m i u ma n d a c e t o c h l o rs i n g l ep o l l u t i o na n dc o m b i n e dp o l l u t i o no nt h ec o n c e n to f c h l o r o p h y l l 、t h ea c t i v i t y o fs o d 、p o da n dt h ec o n t e n to fm d ai nl e a v e so f s p i r o d e l ao l i g o r r h i z aw e r es t u d i e dt h e t h e s i sa l s od i s c u s s e dt h ea b s o r p t i o no f h e a v ym e t a l ( c d 、c r ) b ys p i r o d e l ao l i g o r r h i z ai nw a t e r t h em a i n l yr e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： u n d e rt h ec o n d i t i o n o f t e m p e r a t u r e 2 5 + _ 2 ca n dl i g h t3 0 0 0 i xc u l t i v a t i o n ，t h e9 6h o u r so f s i n g l et o x i c i t yi c 5 0o f c a d m i u m 、c h r o m i u m a n da c e t o c h l o rt os p i r o d e l a o l i g o r r h i z a w a s4 7 7 、 1 5 _ 4 、6 9 6 m g l t h e j o i n tt o x i c i t yo f b i n a r ya n dt r i p l em i x t u r e so f h e a v y m e t a la n dh e r b i c i d e a g a i n s ts p i r o d e l ao l i g o r r h i z aw e r e c a r r i e do u ti nl a b o r o t o r y ( 1 ：1 ，c c ) t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h e9 6h o u r si c 5 0w e r e1 4 1 m g l ( c d + a c e t o c h l o r ) 、3 1 4 m g l ( c d + c r ) 、3 7 4 m g l ( c r + a c e t o c h l o r ) 、0 6 0 m g l ( c d + c r + a c e t o c h l o r ) a c c o r d i n g t ot h ea d d i t i v ei n d e xm e t h o d o f m a r k i n g t h e a d d i t i v e i n d e x ( a i ) w e r e o9 9 、o 1 6 、o2 8 、29 8t h e y w e r e g r e a t e r t oz e r o ， t h ec o m b i n e dt o x i c i t i e sw e r es y n e r g s ma c t i o n a tt h es a m et i m e ，w i t ht h ei n c r e a s i n go ft h e t r e a t m e n tc o n c e n t r a t i o no f c a d m i u m 、c h r o m i u ma n da c e t o c h l o r ，t h ec o n t e n to f c h l o r o p h y l la d e c r e a s e dt h ee f f e c t sc o m b i n e d p o l l u t i o nh e a v i e r t h a nt h o s eo f s i n g l ep o l l u t i o nd i dc l e a r l y t h e r e s u l t sa l s os h o w e d s y n e r g i s m a c t i o n u n d e rt h ec o n d i t i o no f s i n g l ep o l l u t i o n ，w i t h t h ei n c r e a s i n go f t h et r e a t m e n tc o n c e n t r a t i o n o f c a d m i u m 、c h r o m i u ma n da c e t o c h l o r ，t h ec o n t e n to f c h l o r o p h y l ld e c r e a s e de v i d e n t l y ；t h e a c t i v i t yo f s o da n dp o di n c r e a s e df i r s ta n dd e c r e a s e da f t e r w a r d s ，b u tt h ep o d a c t i v i t yo f a l l t r e a t m e n th i g h e rt h a nb l a n k c o m p a r i s o nw i t h o u t a d d e dt o p o l l u t a n t ；t h e c o n t e n to fm d a i n c r e a s e dr e m a r k a b l e s p i r o d e l ao l i g o r r h i z a w h e n e x p o s e d t oc o m b i n e d p o l l u t i o n ，s u f f e r sm u c h m o r e h a r m f u lh u r t t h a n t h ec a s e o f s i n g l e p o l l u t i o n t h e i n t e r a c t i o no f c a d m i u m 、c h r o m i u m a n d a c e t o c h l o rs h o w e d s y n e r g i s m a c t i o nb yb i n a r y f a c t o ra n a l y s i so f v a r i a n c e s p i r o d e l ao l i g o r r h i z aw a sg r o w ni nh o a g l a n ds o l u t i o na tas e r i e so fc o n c e n t r a t i o n sr a n g e d f r o mo5t o | 0 m g la st h ec d 2 + 、c r 6 + c o n c e n t r a t i o ni nt h es o l u t i o ni n c r e a s e d ，t h e h e a v ym e t a l a c c u m u l a t e di np l a n tt i s s u ei n c r e a s e ds u b s t a n t i a l l yt h e h i g h e s tc o n c e n t r a t i o n so f t r a c ee l e m e n t a c c u m u l a t e di n s p i r o d e l ao l i g o r r h i z at i s s u e s w e r e1 42 8 9c dk g 一1 、1 6 7 9c rk g 一1t h e a c c u m u l a t i o ni np l a n tw a sa 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 ss u c ha sp h 、t e m p e r a t u r ea n d l i g h t h e a v e ym e t a lc o n c e n t r a t i o ni np l a n tt i s s u e si n c r e a s e df i r s ta n dd e c r e a s e da f t e r w a r d sa tp h r a n g e d f r o m5t 0 9 w i t h t h e i n c r e a s i n go f t e m p e r a t u r e f r o m1 5 。c t o3 5 。c ，o fl i g h tf r o m o h t o5 0 0 0 1 x ，t h ec o n c e n t r a t i o no fa c c u m u l a t i o ni n p l a n tt i s s u e si n c r e a s e d k e yw o r d s ：s p l r o d e l ao l i g o r r h i z a ，h e a v ym e t a l ，a c e t o c h l o r ，t o x i ce f f e c t s ， a c e u m t u 】a t i o n a u t h o r ：z h a n l i n g z h i ( e n v i r o n m e n t a l s d e n c ea n d e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y ：a s s o c i a t e p r o f e s s o rt i eb o q i n g i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材科。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：谌烂 时间：沙口r 年6 月，日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：谗史芝 时间：w 年6 月心日 翩签名：触艇 时间： 矿年6 月f f 日 刖置 1 研究目的 通过本项目的研究，弄清楚重金属( c d ”、c ) 和农药( 乙草胺) 对少根紫萍生长 及生理生化指标的单一毒性和联合毒性，并探讨重金属和农药对少根紫萍的毒理机制，以 及少根紫萍吸收富集重金属( c d 2 + 、c r 6 + ) 的能力，同时为利用少根紫萍监测和净化水污 染提供新的理论依据，并进一步丰富生态毒理学的内容。 2 研究意义 随着工农业生产的发展，水体中农药和重金属造成的危害时有发生，关于农药和重金 属对水生动物和藻类毒性效应的研究，已有不少的报道i ”】，但对高等水生植物的研究较 少，且研究一般为单一因子对水生植物的毒性效应。而在水体中实际存在着多种污染物， 它们的作用无疑是综合的，用重金属和农药的单一毒性的实验结果往往不能客观地反映污 染物共存时对水生植物的危害程度，必须研究毒物的联合毒性效应。 水生植物在水体产氧、氮循环、水质调控、沉积物吸附以及为水生动物、部分野生动 物提供栖息地、隐蔽场所和食物链中起着重要作用，在水环境监测和评价中，大型水生植 物一般被用作指示物种进行就地生物监测，但有关其与环境污染物相互关系及生态毒理学 研究，却远远少于水生动物和藻类1 4 。尤其是农田水系这一特定生态系统中的主要复合污 染物( 除草剂重金属) 共存时的联合毒物效应与机制等研究尚未见报告。 5 0 年代，国外毒理学家曾指出用浮萍进行植物毒性检测，但直到8 0 年代初，随着需 进行植物毒性检测的化学品大量增加，和对广泛了解环境污染物植物毒性的需要，浮萍生 长抑制试验才得到广泛的关注。采用浮萍生长抑制试验检测物质的植物毒性，不仅克服了 藻类生长抑制试验操作繁琐，难以去除废水背景值的缺点，而且用于废水生物监测时可以 更换试液，能更好地反映废水毒性的变化【5 】。 少根紫萍( s p i r o d e l ao l i g o r r h i z a ) ，属浮萍科，紫萍属，为浮水小草本，生于水田、 池沼、湖泊静水中，生长期长，一年四季可得。叶状体为长圆形、狭卵形，长1 25 - 一4 m m ， 宽0 6 l 2 m m ，叶状体上表面为灰绿色和黄绿色，下表面为紫色或棕紫色，具有1 3 5 条根，气味微淡或微咸1 6 。本实验以我国广泛使用的除草剂乙草胺及常见的重金属污染物 镉、铬为代表，以少根紫萍为研究对象，研究了重金属( c d ”、c ，) 和除草剂( 乙草胺) 对少根紫萍生长及生理生化指标的单一毒性和联合毒性，并探讨农药和重金属对少根紫萍 的毒理机制，以及少根紫萍吸收富集重金属的能力，为利用少根紫萍监测和净化水污染提 供新的理论依据，并进一步丰富生态毒理学的内容。 3 国内外研究进展 3 1 水生生态毒理学的研究进展 生态毒理学是七十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 1 7 1 。n e w m a n 8 1 把生态毒理学的主要研究内容概括为3 大部分：1 ) 生物富集：研究生物体 对污染物的吸收、污染物在生物体内的转运、解毒和消除机制，以及在生物体内积累乃至 沿食物链在生态系统中的富集效应，也研究效应生物富集的各种因素，包括生物种类、污 染物的性质与环境因素等；2 ) 毒理效应：研究污染物对分子、细胞、组织、器官、个体、 种群、群落、生态系统、景观和地球生物圈等各个层次的毒牲效应和作用机理，也研究这 些层次上生物的适应性变化、反应、进化的形式和机理：3 ) 风险评价：研究污染物对生 命系统各层次毒性效应的评价方法和技术。包括环境中污染物的生物标记( 分子、生理与 生化) 、生物指示、生物多样性评价、群落、生态系统和景观的指示、监测和评价等。水 生态毒理学则是以水生态系统为研究对象。过去在毒性方面许多工作是用水生态系统食物 链中各代表性生物如藻、鱼进行急慢性实验，并用这些结果作为评价环境化学物质的毒性 强度及可能对生态系统造成影响的一种参数，现在这些方法不少都己作为常规检测方法 9 1 1 1 。有毒物质对水生生物的毒性及对水生生态系统的影响一直是水生生态毒理研究的主 要内容。近年来，围绕增加毒性测定结果的可靠性及提高研究效率，在改进传统的毒性测 定及评价方法，采用生物指示剂法研究有毒物质的毒性做了大量的工作m 1 7 1 。如在传统 毒性测定及评价方法中，l c 5 0 及无明显影响浓度( n oo b s e r v e de f f e c tc o n c e n t r a t i o n ，n o e c ) 或最低影响浓度( 1 0 w e s to b s e r v e de f f e c tc o n c e n t r a t i o n ，l o e c ) 等是一些重要的评价指标。 目前，许多研究者首先从生物化学方面探索能反应污染物对生物早期影响的参数。如有的 采用生化测定( b i o c h e m i c a lm e a s u r e m e n t s ) 来检测污染物对鱼引起的损伤，也有的用生 化方法( b i o c h e m i c a la p p r o a c h e s ，b i o c h e m i c a lm e t h o d s ) 或生物学标志( b i o l o g i c a lm a r k e r s ) 2 研究污染物对生物暴露的影响，还有的将生化监测( b i o c h e m i c a lm o n i t o r i n g ) 用到水质标 准中l ”“9 1 。尽管所采用的名称不太一致，但其本质和内容是一样的，即研究污染物与生 物体内的有关生化成分的反应，并用所产生的影响来反映污染物的作用。这种作用是以分 子水平上的反应为基础，而且，各研究者的基本观点是相同的，认为无论污染物对生态系 统的影响多复杂或最终的影响如何严重，最早的作用必然是从对个体内的这种分子水平上 的作用开始的，然后逐步在细胞一器官一个体一种群一生态系统各个水平上反映出来，这 种最早期的作用在保护种群和生态系统上具有最大的预测价值( p r e d i c t i v e v a l u e ) 。总之， 从这些类似的研究和近几年的发展趋势可以看到，随着生物技术的发展，一个新的学科一 分子生态毒理学正逐步形成，即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，从而对在个体、种群或生态系统水平上的影响作出预报，此外，由此产生的分子 生态毒理学指标具有测定周期短、灵敏的特点，也可用于对化学品的筛选及其对可能造成 的环境影响作出更为准确的预测。 分子生态毒理学在国外发展很快，并已受到越来越多的重视，从污染物作用方式及靶 位来看，目前的研究主要可分为以下几个方面：( 1 ) 、研究用有关酶的活性作为机体功能 和器官损伤的标志。这些酶主要是一些组织酶，胞内酶和血清中器官专一性的同工酶。( 2 ) 、 研究用污染物对解毒系统基因活化，引起m r n a ，蛋白及酶活性的增加来反映特定化学 物质的早期作用。主要是生物体的解毒系统的各种酶或蛋白。( 3 ) 、研究用环境化学物对 d n a 的化学修饰引起的d n a 的改变来反映化学物的潜在致癌作用。 9 , 2 0 , 2 1 3 2 浮萍的生态毒理学研究进展 浮萍科，l e m n a c e a el ，属种子植物门，单子叶植物纲，天南星目。该科为世界性广 布( 除南北极区外) ，主要在静止的淡水及半盐水( 河口湾) 中，多分布于热带及亚热带 至温带地区。浮萍科植物原被划分成4 个属，分别是s p i r o d e l a ( 紫萍属) 、l e m n a ( 浮萍属) 、 w o l f f i a ( 微萍属或无根萍属) 和w o l m e l l a ( 我国不产) ，有3 8 个种1 2 ”。最近，d h l e s d j c r a w f o r d ( 1 9 9 9 ) 2 2 1 等根据分子系统学的最新研究成果，将s p i r o d e l a 中的s p u n c t a t a 分出独立成一新属，即l a n d o l t i ap u n c t a t a ，并认为在演化上它介于s p i r o d e l a 和l e m n a 之 间。因此在全世界的浮萍科植物共分成5 属3 8 种。其中以浮萍属种类最多，有1 4 种【2 ”， 但在中国仅记录5 ( 6 ) 种【2 4 l 。 5 0 年代，国外毒理学家曾指出用浮萍进行植物毒性检测，但直到8 0 年代初，随着 需进行植物毒性检测的化学品大量增加，和对广泛了解环境污染物植物毒性的需要，浮萍 生长抑制试验才得到广泛的关注。浮萍科植物作为小型的水生单子叶植物，在植物毒性评 价试验中具有很多优势，主要表现在：不仅对许多环境有害物质具有较高的敏感性，如对 多种重金属、工业废水、除草剂、杀虫剂、杀菌剂等等都有较高的敏感性，近年来更是用 于表面活性剂的毒性评价【5 , 2 5 , 2 6 1 。对很多有毒有害物质的敏感性高于或相当于“3 大试验” 中使用的生物种类；而且方法简单、经济，材料分布广，容易获得，不需要特殊的设备和 技术，在很多地方都可以方便的进行2 ”。不仅克服了藻类生长抑制试验操作烦琐、难 以去除废水背景值、不好更换试液等缺点，而且可以克服利用鱼类进行同样目的试验的不 足( 昂贵、需要的条件比较高) 。利用浮萍进行植物毒性评价，不仅是由于浮萍本身生物 学特点和方法学特点所造成的，这也与长久以来利用浮萍科植物作为生态毒理学研究的模 式材料，积累了大量有关的生态毒理学信息所决定的【2 ”。目前，大量的研究者不仅利用 浮萍对许多有关化学品毒性进行测试2 9 。“，也对不同测试方法进行了研究，使得其应用 范围大大扩大p “”l ，还对测试过程中的环境条件进行了优化，并考虑了各种影响植物毒 性的环境因素 3 3 - 3 4 】，这些为建立浮萍毒性评价的标准方法奠定了基础。 用浮萍科植物进行化学物质的环境毒性评价，在标准评价方法中，多数是利用化学物 质对浮萍叶状体增殖速度的抑制程度来表示化学物质的相对毒性。一般是利用经过一定时 间( 9 6 小时或7 天，也有1 4 天的) 的在含有系列浓度受试物的培养液中的培养，以测试植 物增长速度被抑制达到一定程度时该受试物的浓度值作为衡量毒性大小的量化指标，常用 的有e c x ，l o e c n o e c 等。除此之外，还可测群体增长、叶状体面积增长、生物量 增长等被抑制的程度，以及酶活性被抑制或刺激的程度，光合色素含量的减少程度等等作 为毒性反应的终点标记来表示化学品的毒性大小p ”。评价结果也是用急性毒性( e c x 和慢 性毒性( l o e c 小o e c ) 来表示。 3 3 重金属对水生植物的毒害作用及研究进展 重金属是环境中存在的主要污染物之一，所有重金属对生物都有潜在的危害作用。关 于重金属中毒事件的报道很多，其中世界上比较严重的重金属中毒事件有：1 9 4 7 年发生 在日本的镉中毒事件，1 9 5 3 年发生在日本的汞中毒事件，1 9 5 8 年日本的砷中毒事件以及 同年发生在加拿大的铅中毒事件【3 6 1 。大部分重金属能在生物体内积累，当积累超过一定 4 的量时即可引起生物中毒。重金属对水生植物的致毒效应主要表现在：影响水生植物的生 长发育，抑制光和作用，影响呼吸作用，改变细胞膜透性，减少细胞色素，导致细胞畸变， 减弱保护酶系统的活性，破坏活性氧代谢的平衡9 纠。1 等。关于重金属生物中毒的分子机 理，目前还未很好地弄清楚，但是从大量的生物毒性试验结果可以推测，毒性是由于重金 属与生物大分子作用造成的。我们知道，金属离子既可取代生物大分子活性点位上原有的 金属，也可结合在该分子的其他位置。当有毒金属离子与生物大分子上活性点位或非活性 点位结合后，可以改变生物大分子正常的生理和代谢功能，使生物体表现为中毒现象甚至 死亡【4 1 】。例如，牛胰羧肽酶a 是一种研究最广泛的含锌酶，其功能是使蛋白质分子中羧 基末端的氨基酸从蛋白质上断裂下来。在该酶中，z n 结合在末端肽键的羧基氧上，和蛋 白质分子共同构成生物活性点位，其中z n 是活性点位的一部分。当z n 被其他有毒金属 取代后，该酶的生物活性即被改变。不同浓度的同一金属离子结合在生物大分子的不同点 位上，会对生物产生不同的效应。例如，金属离子可结合到核酸的不同位置上，对核酸的 生理功能产生不同的影响。当z n 2 + 结合到核酸的碱基上时，可使d n a 的解旋可逆；当 z n 2 + 和磷酸酯基结合时，则可加速r n a 的解聚【4 2 】。又如，草酰乙酸脱羧酶是一种催化c 0 2 分子从草酰乙酸上脱落下来的酶，m r l 2 + 、c o ”、p b ”、c d 2 + 的浓度对该酶的活性有很大的 影响。在低浓度时，酶的活性较高，而高浓度时酶的活性受到很大程度的抑制【4 ”。当向 不需要金属离子的酶中加入金属离子时，回对酶的活性产生抑制作用。低浓度金属离子可 增加该酶的活性，而高浓度金属离子会抑制该酶的活性。这是因为低浓度时金属离子结合 到酶的活性位置上，对酶的活性有促进作用；而高浓度时多余的金属离子结合到酶的去活 性位置上，对酶的活性产生抑制作用。可见，有关金属生物中毒有两种可能的分子机制： 一是有毒金属进攻生物大分子活性点位，取代活性点位上的有益金属，破坏了生物大分子 正常的生理和代谢功能，造成生物的病变；二是有毒金属键合到生物大分子的去活性位置 上，降低或消除了生物大分子( 如酶) 原有的生物活性，同样使生物发生病变。 3 4 乙草胺的研究进展 除草剂是近2 0 年来逐渐发展起来的一种农药类型。随着化学工业的发展，除草剂的 品种也逐渐增多，在一些国家中，其产量己超过了杀虫剂而跃居农药工业第一位。据统计， 目前，世界范围内除草剂品种已将近3 0 0 种。我国研制和投产的除草剂也已达数十种，在 发现了除草剂2 ，4 ，5 一涕具有致畸作用后，人们对除草剂的安全性问题引起了较广泛的 关注。 乙草胺是常用的芽前除草剂，可防除各种一年生禾本科杂草和某些小粒种子萌发的阔 叶杂草，化学名称是2 - 氯一( 乙氧甲基) - n 一( 2 一乙基一6 一甲苯基) 乙酰替苯胺，它的分子结构式 为： 舢， q 一( 啪明正飓 c o c h 2 c i 乙草胺与丁草胺、草甘磷一起是我国使用最多的三种除草剂1 4 3 1 ，据报道：乙草胺在 我国的使用量己超过1 x 1 0 7 千克( 原药) 1 4 4 1 ，主要应用在玉米、大豆和棉花等作物的杂 草防治 14 6 1 ，且使用量还在继续增加，自从1 9 9 4 年，美国环保局( u s e p a ) 批准乙草胺 有条件注册使f f j l 4 7 1 来，乙草胺在美国的使用量也迅速增加。乙草胺被美国环保局定为 b - 2 类致癌物。在日常施用农药的过程中，只有大约1 作用于靶标生物，其余的或残留 于土壤，或通过径流进入水域，影响土壤和水体中的生物i 4 4 1 。过去大量的报道见于乙草 胺对无脊椎动物、哺乳动物的影响及其毒理学研究【4 如铷。对毒性机理的研究集中于靶标 生物和哺乳动物，关于乙草胺对水生植物的毒性报道却罕见。对除草剂的环境毒性进行评 价仅利用动物显然是不够的，既然它被设计用来去除杂草地，它对某类植物毒性大是人们 所期望的，但对除草剂来说，还应该考虑它对靶区以外的植物或非靶标植物的毒害。况且 还有大量的研究报告说明许多对动物是属于低毒的除草剂对高等植物却有很大的毒性f 5 “ 5 ”，所以正如仅利用植物毒性评价试验去评价杀虫剂的环境毒性是不够的一样，仅利用动 物来评价除草剂的环境毒性也一样是不合理的，即使是使用藻类进行了毒性的评价也不够 充分，因为也有许多研究表明，除草剂对高等植物比对藻类具有更大的毒性5 ”，因为多 数除草剂被设计出来是为了清除高等植物的。因此利用高等植物进行化学物质、工业排放 物的环境毒性评价试验的重要性，就由于除草剂的广泛而大量的使用而增加了许多。所以 植物毒性评价，特别是维管束植物的毒性评价在除草剂的毒性评价中具有不可替代的作 用。 3 5 复合污染的研究进展 复合污染的研究最早源于药物中2 种药物联合毒性的研究“l ，后逐渐推广到化学物质 联合毒性的研究，而真正复合污染的研究则始于7 0 年代初。随着对环境问题的认识和研 究不断深入，污染物的复合效应逐渐为人们所重视。过去对单一污染物研究基础上制定的 环境标准，可能由于污染物问的拍抗、加和或协同作用，在应用中遇到了难以克服的困难， 需要加以修订。因此，复合污染研究的兴起，不仅是环境科学研究不断走向深入的结果， 也是现实环境问题的迫切需要。复合污染的类型有( 按污染物类型) 【5 ”9 】：( 1 ) 有机复 合污染由2 种或2 种以上有机污染物共存所形成的。目前研究较多的是2 种农药之间的 复合污染。( 2 ) 无机复合污染2 种或2 种以上无机污染物同时作用所形成的环境污染现 象。重金属元素之间的复合污染是当前无机复合污染研究的重点。( 3 ) 有机一无机复合污 染有机污染物和无机污染物在同一环境中同时存在所形成的环境污染现象。目前研究较 多的是重金属与农药、石油烃、洗涤剂之间的复合污染。尽管国内外学者在复合污染研究 领域内做了不少工作，取得了很多重要的成果，但总的来看，复合污染的研究仍处于起步 阶段，许多方面的工作有待于进行和发展、完善：( 1 ) 复合污染的研究尚处于起步阶段， 其概念、分类、交互作用关系类型及其判断指标、研究方法等基础性工作尚须进一步深入。 例如，关于交互作用关系的判断指标虽然提出了很多，但都有其局限和不足，需要进一步 研究。由于复合污染的普遍性与多样性，复合污染物之间的组合极其庞大，显然不可能将 其每种组合都加以研究，因而，其方法性的研究显得犹为重要。( 2 ) 复合污染的研究应侧 重于复合效应与污染机理的研究。效应与机理的研究两者是相互联系的，效应的研究是污 染机理研究的基础之一，而机理的研究则有助于效应的解释和阐述。它们是复合污染研究 的核心内容，也是解决复合污染的关键。 3 6 水生植物净化重金属污水的研究迸展 水生植物是一个广泛分布在江河湖泊等各种水体中的高等植物类群，其生长的水塘或 湿地很早就被利用来消纳污水，它们在水体中生态功能使其在水污染防治中具有很大的应 用价值。随着水污染的加剧，为了寻找高效低耗的水污染处理技术，2 0 世纪7 0 年代，水 生植物开始受到人们的关注，许多这类植物的耐污、治污能力及富集重金属能力被研究发 现：如绿藻对c u 、p b 、c d 、h g 等重金属离子的去除率达8 0 9 0 ，并且发现死亡的藻类 细胞比活的藻细胞具有更强的吸附能力1 6 0 1 。唐阳等k 1 1 研究发现：细绿萍对铅的富集量呈 逐渐增加趋势，而富集系数呈先下降后增加的趋势。戴全裕【6 2 】等研究了水生植物对废水 中银的净化与富集特性。唐尚坚1 6 3 】研究结果表明：水生植物穗花狐尾藻和黑藻对多种重 金属( 如c u 、z n 、h g 、c d 、v b ) 元素，都具有较强的吸收富集能力。张志杰1 6 4 1 等研究了凤 眼莲对废水中铅、镉的积累能力和净化作用，发现不同浓度铅、镉废水养殖凤眼莲7 1 0 天后，有8 4 - 9 3 的铅、镉被积累在植物根中，其去除率可达6 2 8 9 。浮萍生长迅速、 生物产量大、收获容易等特点使其成为去除水体中重金属的最佳水生植物种类之一，在含 重金属废水的处理应用中有一定潜力。r a h m a n i 6 5 】等人在实验中发现小浮萍在保持生物量 增长的同时对铅的去除率可以达到9 04 ( 初始铅浓度为5 m g l ) 、即使不能繁殖的浮萍( 实 验中通过暴露失水使其丧失生长繁殖能力) 对铅的去除率也达到了7 5 左右，效率非常高， 在污水处理或水体污染治理中有很好的应用前景。s h a n t i l 6 6 1 等研究发现紫萍在1 0 m g l 的 z n 、p b 和n i 溶液中培养四天，三种元素在其体内分别积累了2 70 ，1 00 ，5 5 m g g 。s m i t h 和k w a n 6 7 1 发现l m i n o r 在一个镉浓度为1 0 n m o l c m 3 的体系中暴露约2 6 0 小时，生物浓 缩倍数达到1 2 6 0 0 。p r a s a d 等人6 剐利用l t r i s u l c a l 累积镉，发现镉在体内的累积水平可以 达到5 0 m g g 干重。这些结果表现出了一定的种间差异。 4 本研究的主要内容和预期目标 4 1 本研究的主要内容 41 1 测定重金属( c d 2 + 、c r 6 + ) 和农药( 乙草胺) 对少根紫萍生长抑制率的单一i c 5 0 值 和联合i c 5 0 值 4 12 测定重金属( c d ”、c ，) 和农药( 乙草胺) 对少根紫萍生理生化指标的影响。就农 药和重金属对少根紫萍的环境毒理影响机制进行分析、评价和探讨。 4 1 3 对少根紫萍富集水体中重金属( c d ”、c r 6 + ) 的能力进行了研究，并对不同处理时间、 温度、光照强度、p h 值对少根紫萍富集重金属能力的影响作了初步研究。 4 2 本研究的预期目标 4 21 确定三种污染物对少根紫萍的毒性大小，在单一毒性的基础上，确定其联合毒性。 4 22 以叶绿素含量、保护酶( p o d 、s o d ) 和丙二醛( m d a ) 为生物指示剂，探讨水生植 物生理生化指标对水体中农药重金属污染的反映，为合理应用生物指示剂评价环境污染物 及多种评价指标的内在联系提供资料，并探讨农药和重金属对水生植物的毒害机制，丰富 环境毒理学的研究内容。 4 2 3 探讨少根紫萍富集水体中重金属的能力，为利用少根紫萍监测和净化水体污染提供 新的理论依据。 第一章c d 2 + 、c r 6 + 和乙草胺对少根紫萍生长的影响 对多种污染物相互作用形成的复合污染效应的研究已成为环境科学发展的重要方向 之一。目前，有关污染物的生物效应研究多数还是集中在单个化合物的生物效应，随着多 种污染物进入水域环境后，所发生的联合毒性效应往往表现为相加、拮抗和协同作用。因 此，有关化学污染物对生物毒性的联合作用研究，己越来越受到大家的关注，特别是对农 田水系农药和重金属等主要污染物共存时的生物效应与机理方面的研究。 浮萍是高等水生植物的代表，是重要的生产者，在水生生态系统中有着重要的作用， 广泛应用于稻。鱼萍等生态农业模式【69 1 ，本实验以我国广泛使用的除草剂乙草胺及常见的 重金属污染物镉、铬为代表，以在我国分布较广的一个浮萍科新种为研究对象，开展重金 属( c ，、c d 2 + ) 和除草剂( 乙草胺) 对少根紫萍生长的单一毒性和联合毒性的研究，为 利用少根紫萍监测水质污染提供新的理论依据，同时为正确评价水污染提供理论依据，并 进一步丰富生态毒理学的内容。 l 材料和方法 1 1 实验生物的采集和培养 从野外自然水体采集少根紫萍( s p i r o d e l ao l i g o r r h i z a ) ，将其放入曝气澄清的自来水 中驯养3 天后，将其放在搪瓷盘中，加入培养液预备培养7 天，光强为3 0 0 0 l x ，温度为 2 5 q - 2 * c ，隔天向盘内添加培养液( h o a 西a n d y 培养液) 以保持液面高度。于实验前取外形完 好，形状和大小都相近的三叶状萍体进行试验。 1 2 培养液的配$ 0 t 7 0 】 培养液为h o a g l a n d y 溶液，配方如下： k n 0 3 c a ( n 0 3 ) m g s 0 4 7 1 - 1 2 0 k h 2 p 0 4 f e e d t a a - z 溶液 g ，l o 5 1 o8 1 0 4 9 o 1 3 6 m 0 0 0 5 00 0 5 0 0 0 2 0 0 0 2 1 m l 1 m l 9 f e e d t a 溶液：溶解55 7 克f e s 0 4 7 h 2 0 于2 0 0 m l 蒸馏水，溶解74 5 克n a 2 e d t a 于2 0 0 毫升蒸馏水。加热n a 2 e d t a 溶液，加入f e s 0 4 7 h 2 0 溶液不断搅拌。冷却后，定 量到l l 。此法制备的f e e d t a 比较稳定。在培养液中，f e 不致发生沉淀。 a - z 溶液，h 3 8 0 3 28 6 m g l c u s 0 4 5 h 2 0 0 0 8 m g lz n s 0 4 7 h 2 00 2 2 m g l m n c l 2 4 h z o1 8 1 m g lh 2 m o o 4 h 2 0 0 0 9 m g ：l 1 3 试验试剂 c d c l 2 25 1 1 2 0 ( a r ) 、k 2 c r 0 4 ( a r ) n 蒸馏水分别配成1 0 0 m g l 的c d “、c r 6 + 母液，乙 草胺( 山东侨昌化学有限公司生产的5 0 f f 3 乙草胺乳油) 用蒸馏水稀释成5 0 0 m g l ，现用 现配。 1 4 试验设计 1 4 1 单一毒物对少根紫萍生长的毒性效应 根据有关文献报道1 5 7 “谢，在预备试验的基础上，设置6 7 个浓度组，一个对照组， 以培养液为稀释液。在培养皿( 日本产) 中放入台不同浓度c d ：+ 、c r 6 + 、乙草胺的处理液 2 0 m l ，每组设3 个重复，每个培养皿中放入1 5 个植物体( 5 个三叶状体) 。在2 5 2 相 同于预备培养光照条件下加盖连续培养，分别在2 4 ，4 8 ，7 2 ，9 6 小时进行计数。 1 4 2 联合毒性试验 在单一毒性试验的基础上，按浓度1 ：1 进行c d 2 + + c ，c d 2 + + 乙草胺，c r 6 _ + 乙草胺， c d 2 + + c r 6 + + 乙草胺的联合毒性试验。其试验方法与测试指标与单一毒性的试验方法相同。 1 5 试验测试指标 1 5 1 生长指标( 植物体个数的计算) 每日记录浮萍的植物体数，为了避免主观判断，只要新的植物体伸出母体边缘，就计 算在内。对于老化而死亡及失去色素，变白变黄的个体不记录。浮萍植物体数的增加表示 浮萍的生长。各浓度组与对照组的差值表示毒性效应。将数据代入下列公式求各浓度组的 生长速度和生长抑制率5 】： l n ( n n n ) 生长速度v = 生长速度抑制百分率i = t v o 。v n v o 1 0 0 1 0 式中：n 为时间t 时的植物体数；n 。是初始植物体