（环境工程专业论文）部分典型有机污染物及其主要降解产物的生态毒理效应研究.pdf

大连理j 大学博 j 学何论文 摘要 目前针对处理水中难降解有机污染物的技术，多以母体化合物的去除率或总体指标 ( 如总有机碳、化学需氧量等) 作为评价指标。但是由于难降解有机污染物在降解过程中 生成的产物可能毒性更强，仅使用这些指标是不够的。而且对于新型的持久性有机污染 物，其降解规律和产物性质仍有待研究。本研究的目的是考察难降解有机污染物在降解 过程中的毒性变化特征，增进对新型持久性有机污染物及其降解产物的毒性机制的了 解，以期为建立水处理新技术的环境安全性和生念毒理评价指标体系提供依据，为制定 处理工艺过程毒性削减方案奠定理论基础。 光电催化技术以其强氧化能力而对于去除水中微量难降解有机污染物具有广阔的 前景。本研究以一种简单的、典型的多氯代芳香烃化合物一五氯酚( p c p ) 为目标物，用 生态毒理学试验考察其在光电催化过程中的毒性特征。并研究了新型持久性有机污染物 一全氟烷酸化合物及其降解产物对淡水绿藻的毒性。主要开展了以下几方面工作： ( 1 1 用藻类生长抑制试验考察p c p 在光电催化降解过程中的毒性特征。结果表明 p c p 在光电催化过程中能够被有效去除，且反应过程中对绿藻的毒性逐渐降低，未生成 对藻类具有显著毒性的产物。而且光电催化过程对于p c p 和其藻类毒性的去除能力均优 于直接光解和电氧化。 f 2 1 用发光菌毒性试验考察p c p 在光电催化降解过程中的急性毒性特征，结果与藻 类生长抑制试验的结果相似。光电催化p c p 过程中未生成具有显著急性毒性的产物，而 且光电催化过程对于p c p 的急性毒性的去除能力优于直接光解和光催化。 ( 3 ) 利用芳香烃受体效应生物测试一e r o d 诱导试验考察光电催化降解p c p 过程的 类二恶英效应，以监测p c p 生成的类二恶英产物，并用化学分析方法确定二恶英产物的 组分。结果发现p c p 在光电催化反应过程中生成了二恶英类产物，但这类物质在光电催 化反应中能够被去除，如果反应时间足够长，二恶英产物能够完全被去除。而直接光解 和光催化降解p c p 生成的产物的类二恶英效应高于光电催化过程。光电催化降解p c p 的二恶英类产物的能力优于直接光解和光催化。此外，e r o d 诱导生物测试方法和高分 辨率气相色谱高分辨率质谱的结果相关性较好，生物测试和化学分析得到的 2 , 3 7 。8 一t c d d 毒性当量( t c d d t e q ) 接近处于同一数量级上。该方法能够准确、灵敏的 监测复杂混合物中的二恶英类物质，适于纳入水处理技术的生态毒理和环境安全性评价 体系。 ( 4 ) 利用s o s u m r 测试方法检测光电催化降解p c p 过程的遗传毒性特征，以考察该 过程的遗传毒性生态风险。五氯酚在光电催化降解过程中生成了问接遗传毒性物质，但 部分典型有机污染物及其主要降解产物的生态毒理效应研究 反应1 2 0 r a i n 后，该类物质能够在光电催化过程中被去除。而p c p 经直接光解、光催化 处理1 2 0m i n 的产物仍具有遗传毒性风险。进一步证明光电催化技术的环境安全性优于 直接光解、光催化技术。s o s u m u 测试作为一种简单、灵敏、快速的遗传毒性物质检测 方法，适合于评价光电催化技术的遗传毒性特征，可以作为评价水处理技术环境安全性 的生态毒理学方法之一。 ( 5 ) 考察一系列全氟烷酸化合物( p f a a s ) 对绿藻的毒性，毒性指标包括群体水平和 细胞水平上的毒性，细胞水平上的毒性主要利用流式细胞仪考察测试化合物对细胞膜的 影响。在测试化合物中，全氟辛烷磺酸( p f o s ) 、全氟十二酸( p f d o a ) 和全氟十四酸 ( p f t e a ) 对斜生栅藻具有生长抑制作用，p f o s 、全氟辛酸( p f o a ) 、p f d o a 和p f t e a 使斜生栅藻细胞线粒体膜电位和细胞膜通透性显著升高，其效应浓度低于这些化合物对 斜生栅藻产生生长抑制作用的浓度。全氟烷酸化合物对斜生栅藻的生长抑制作用与其对 细胞膜性质的干扰密切相关。全氟磺酸化合物和全氟羧酸化合物对于斜生栅藻群体水平 和细胞水平上的毒性随碳链长度增加而增强，而且p f o s 毒性比p f o a 强。根据目前 p f o s 和p f o a 的降解研究，全氟烷酸化合物降解后对绿藻的毒性应降低。 对p f o s 和其他化合物的联合毒性研究结果表明，尽管p f o s 对斜生栅藻的生长抑 制作用较低，但由于其具有表面活性，能干扰细胞膜的功能，因而影响斜生栅藻细胞对 其他化合物的摄取，进而影响其他化合物的毒性，这种影响对不同化合物表现为协同作 用或拮抗作用。 关键词：五氯酚；光电催化；全氟烷酸化合物；生态毒理评价；环境安全性 大连理i 大学博十学位论文 e c o t o x i c o l o g i c a le f f e c t so fs e v e r a lt y p i c a lo r g a n i cp o l l u t a n t sa n d t h e i r m a j o rd e g r a d a t i o np r o d u c t s a b s t r a c t w h e nc l a s s i f y i n gt h ee f f i c a c yo fat r e a t m e n tp r o c e s sf o rt h er e m o v a lo fr e f r a c t o r y o r g a n i cp o l l u t a n t si nw a s t e w a t e r ，t h er e m o v a lo ft h et a r g e tc o m p o u n do rt h et o t a lo r g a n i c c a r b o n ( t o e ) a n dc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) w e r eu s e da st h ep e r f o r m a n c ei n d i c a t o r s i nm o s ts t u d i e s t h e s ep a r a m e t e r sw e r en o ts u f f i c i e n tu s e do nt h e i ro w n ，s i n c et h ef o r m a t i o n o ft r a n s i e n to r g a n i cc o m p o u n d s ，s o m eo ft h e mm o r et o x i ct h a nt h es t a r t i n go n e ，s h o u l da l s ob e m o n i t o r e d i na d d i t i o n ，l i t t l ei n f o r m a t i o no ft h et o x i c i t yo ft h ee m e r g i n gp e r s i s t e n to r g a n i c p o l l u t a n t s ( p o p s ) a n dt h e i rd e g r a d a t i o np r o d u c t si sa v a i l a b l e h e n c e ，r e l a t e di n v e s t i g a t i o n w a sw a r r a n t e d t h ep u r p o s eo ft h ep r e s e n ts t u d yi st oc h a r a c t e r i z et h et o x i c i t yc h a n g e sd u r i n g t h et r e a t m e n tp r o c e s so fr e f r a c t o r yo r g a n i cp o l l u t a n t s ，a n dt og a i na ni n s i g h ti n t ot h et o x i c i t y m o d eo ft h ee m e r g i n gp o p sa n dt h e i rd e g r a d a t i o np r o d u c t s t h er e s u l t sa r ee x p e c t e dt o p r o v i d es o m es c i e n t i f i cf o u n d a t i o nf o rs e t t i n gu pt h ei n d i c a t o rs y s t e m ，w h i c hw o u l df o c u so n t h ee c o t o x i c o l o g i c a lc h a r a c t e r i z a t i o na n dt h ee v a l u a t i o no fe n v i r o n m e n t a ls a f e t yo fi n n o v a t i v e w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp r o c e s s p h o t o e l e c t r o c a t a l y s i sw i t hh i 【g ho x i d a t i v ee f f i c i e n c yi s a ne m e r g i n gp r o c e s sf o rt h e r e m o v a lo ft r a c el e v e l so f r e f r a c t o r y p o l l u t a n t s i nw a t e r i nt h e p r e s e n ts t u d y , p e n t a c h l o r o p h e n o l ( p c p ) ，o n eo f t h e s i m p l e a n d t y p i c a lp o l y c h l o r i n a t e d a r o m a t i c h y d r o c a r b o n s ，w a s s e l e c t e da st h e t a r g e tc o m p o u n d e c o t o x i c o l o g i c a lb i o a s s a y s w e r e c o n d u c t e dt oc h a r a c t e r i z et h ep h o t o e l e c t r o c a t a l y t i cp r o c e s so fp c p b e s i d e s ，t o x i c i t yo f p e r f l u o r i n a t e da l k y la c i d sa n dt h e i rd e g r a d a t i o np r o d u c t so i lg r e e na l g aw e r ei n v e s t i g a t e d t h e p r e s e n ts t u d yc o m p r i s eo fs e v e r a lp a r t sa sf o l l o w s ( 1 ) t o x i c i t yc h a n g e sd u r i n gt h ep h o t o e l e c t r o c a t a l y t i cp r o c e s so fp c pw e r ei n v e s t i g a t e d w i t ha l g ag r o w t hi n h i b i t i o nt e s t t h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tp e pw a se f f e c t i v e l yr e m o v e d w i t has t e pd o w no ft o x i c i t y i ts e e m e dt h a tn os i g n i f i c a n t l yt o x i cp r o d u c t st oa l g a ef o r m e di n t h e p r o c e s s m o r e o v e r ，p h o t o e l e c t r o c a t a l y s i s w a s s u p e r i o r t od i r e c t p h o t o l y s i s a n d p h o t o c a t a l y s i sf o rb o t ht h er e m o v a lo fp c p a n dt h er e d u c t i o ni nt o x i c i t y ( 2 ) l u m i n e s c e n c eb i o a s s a yw a se m p l o y e dt ot e s tt h ec h a n g e so fa c u t et o x i c i t yd u r i n gt h e p h o t o e l e c t r o c a t a l y t i cp r o c e s sf o r t h ed e g r a d a t i o no fp c p t h er e s u l t sw e r es i m i l a rt ot h o s eo f t h ea l g at o x i c i t yt e s t i ts e e m e dt h a ti n t e r m e d i a t e sw i t hs i g n i f i c a n tl e v e l so fa c u t et o x i c i t yd i d n o tg e n e r a t ei np h o t o e l e c t r o c a t a l y t i cp r o c e s sa n dp h o t o e l e c t r o c a t a l y s i sw a sa l s os u p e r i o rt o d i r e c tp h o t o l y s i sa n dp h o t o c a t a l y s i sf o rt h er e m o v a lo ft h ea c u t et o x i c i t yo fp c p 部分典型有机污染物及其主要降解产物的生态毒理效应研究 ( 3 ) e t h o x yr e s o m f i n - 0 - d e e t h y l a s e ( e r o d ) i n d u c t i o na c t i v i t y m e d i a t e d b ya r y l h y d r o c a r b o nr e c e p t o rw a s t e s t e dd u r i n gt h ep h o t o e l e c t r o c a t a l y t j cp r o c e s so fp c pt om o n i t o r t h eg e n e r a t i o no fd i o x i n l i k ep r o d u c t s m o r e o v e r ，c h e m i c a la n a l y s i sw a sc o n d u c t e dt oi d e n t i f y t h ep c d d f s c o n g e n e r s r e s u l t s i l l u s t r a t e dt h a td i o x i n sw e r e g e n e r a t e dd u r i n g t h e p h o t o e l e c t r o c a t a l y t i cp r o c e s s o fp c p t h ed i o x i n p r o d u c t s c o u l db er e m o v e d b y p h o t o e l e c t r o c a t a l y s i sa n da sl o n ga st h er e a c t i o nt i m ew a sl o n ge n o u g h ，t h e s ec o m p o u n d s c o u l db e c o m p l e t e l yr e m o v e d f u r t h e r m o r e ，p h o t o e l e c t r o c a t a l y s i sw a sm o r e e f f c i e n tt o r e m o v et h ed i o x i np r o d u c t st h a nd i r e c tp h o t o l y s i sa n dp h o t o c a t a l y s i s r e s u l t so fb i o a s s a y w e r ew e l lc o r r e l a t e dw i t ht h a to fc h e m i c a la n a l y s i s ，w h e r eb i o a s s a y d e r i v e d2 , 3 ，7 ，8 t c d d e q u i v a l e n t s ( t e q b i o ) a n dc h e m i c a l - d e r i v e d2 , 3 ，7 ，8 t c d de q u i v a l e n t s ( t e q c a l ) w e r ea b o u to f t h es a m eo r d e ro fm a g n i t u d e t h ee r o di n d u c t i o nb i o a s s a yu s e di nt h i ss t u d yw a sp r o v e dt o b eas e n s i t i v ea n da c c u r a t em e t h o df o ri n d i c a t i n gt h ep r e s e n c eo fd i o x i n si nt h ec o m p l e x m i x t u r e s ，w h i c hw a ss u g g e s t e dt ob ea p p l i e dt ot h ee v a l u a t i o nf o rt h ee c o t o x i c o l o g ya n d e n v i r o n m e n t a ls a f e t yo fat r e a t m e n tp r o c e s s ( 4 ) s o s u m ua s s a yw a sc o n d u c t e dt oi n v e s t i g a t et h eg e n o t o x i cc h a r a c t e r i s t i c so fp c p s o l u t i o nd u r i n gt h ep h o t o e l c t r o c a t a l y t i cp r o c e s sa n dt oe v a l u a t et h er i s kp o s e db yt h e g e n o t o x i cp r o d u c t s g e n o t o x i ci n t e r m e d i a t e sf o r m e di nt h ep r o c e s sa n dt h e nw e r er e m o v e d a f t e r1 2 0m i no fr e a c t i o n h o w e v e r , r e a c t i o np r o d u c t sf o r m e di nd i r e c tp h o t o l y s i sa n d p h o t o c a t a l y s i sp r o c e s s a f t e r1 2 0r a i no fr e a c t i o ns t i l le x h i b i t e d g e n o t o x i c i t y ，f u r t h e r c o n f i r m i n g t h a t p h o t o e l e c t r o c a t a l y s i s i s s u p e r i o r t ot h eo t h e rt w ow i t h r e s p e c t t o e n v i r o n m e n t a ls a f e t y m o r e o v e r ，s o s u m u a s s a yw a ss u i t a b l et o e v a l u a t et h eg e n o t o x i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h ep h o t o e l e c t r o c a t a l y s i sp r o c e s sd u et oi t ss i m p l i c i t ya n ds e n s i t i v i t y h e n c e i tc o u l db ee m p l o y e da sp a r to ft h ea s s e s s m e n ts y s t e mf o rt h ee n v i r o n m e n t a ls a f e t yo fa t r e a t m e n tp r o c e s s ( 5 ) t h et o x i ce f f e c t so fas e r i e so fp e r f l u o r i n a t e da l k y la c i d s ( p f a a s ) t ot h eg r e e na l g a s c e n e d e s m u so b l i q u u sw e r ei n v e s t i g a t e d ，i n c l u d i n ge f f e c t sa tt h ep o p u l a t i o na n dc e l l u l a rl e v e l e f f e c t sa tt h ec e l l u l a rl e v e lf o c u s e do nt h em e m b r a n ef u n c t i o na n dw e r ei n v e s t i g a t e db yf l o w c y t o m e t r y a m o n g t h et e s t c o m p o u n d s ，p e r f l u o r o o c t a n e s u l f o n i c a c i d ( p f o s ) ， p e r f l u o r o d o d e c a n o i ca c i d ( p f d o a ) a n dp e r f l u o r o t e t r a d e c a n o i ca c i d ( p f t e a ) i n h i b i t e dt h e a l g a lg r o w t h ，a n dp f o s ，p e f f l u o r o o c t a n o i ca c i d ( p f o a ) ，p f d o a ，a n dp f t e ai n d u c e da n e n h a n c e m e n to ft h em i t o c h o n d r i a lm e m b r a n ep o t e n t i a l ( m m p ) a n dc e l lm e m b r a n e p e r m e a b i l i t yi nso b l i q u u s t e s tc o m p o u n d sd i s t u r b e dm e m b r a n ep r o p e r t i e sa tc o n c e n t r a t i o n s b e l o wt h o s ea s s o c i a t e dw i t ha l g a lg r o w t hl n h i b i t i o n t h ee f f e c to fp f a a so ns o b l i 口u i i $ w a s r e l a t e dt oa ni n t e r r u p t i o no nt h em e m b r a n ef u n c t i o n t h er e s p o n s eo f 置o b l i q u u si n c r e a s e d w i t hi n c r e a s i n gl e n g t ho ft h ec a r b o nc h a i nf o rp f a a sb e l o n gt ot h es a m ec l a s sa n dp f o si s i v 人连理t 大学博十学位论文 m o r et o x i ct h a np f o a t h e r e f o r e t h et o x i c i t yo fp f a a sw i l ld e c r e a s ed u r i n gt h et r e a t m e n t p r o c e s sa c c o r d i n gt ot h eu p t o - d a t er e p o r t sc o n c e r n i n gt h er e m o v a l o fp f a a s t h ec o m b i n e dt o x i c i t yo fp f o sa n do t h e rc o m p o u n d sw e r ei n v e s t i g a t e d a l t h 0 1 i l 血 p f o sh a dal o wt o x i c i t yt ot h eg r o w t ho fso b l i q u u s i tp o s e das i g n i f i c a n te f f e c to nt h e t o x i c i t yo fo t h e rc o m p o u n d sc a u s e db yt h ei n f l u e n c eo fp f o so nt h ea l g a lu p t a k eo ft h e s e c o m p o u n d s t h i se f f e c tw a sp o s s i b l yd u et ot h es u r f a c ea c t i v i t yo fp f o sa n di t si n t e r r u p t i o n o nt h em e m b r a n eo ft h ea l g a lc e l l s i nt h ep r e s e n ts t u d y ，p f o se x h i b i t e das y n e r g i s mo r a n t a g o n i s mt ot h et o x i c i t yo fo t h e rc o m p o u n d s k e yw o r d s ：p e n t a e h l o r o p h e n o l ；p h o t o e l e c t r o c a t a l y s i s ；p e r f l u o r i n a t e da l k y ia c i d s ； e c o t o x i c o l o g i c a lc h a r a c t e r i z a t i o n ；e n v i r o n m e n t a ls a f e t y v 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注矛口致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 人连理丁大学博十学能论文 大连理工大学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“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学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。本人授权大连理 工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。 名：自熟 导师签名金兰乏 型生年三月兰日 大连理t 大学| 尊士学位论文 引言 有毒难降解有机污染物( 如卤代物、二恶英、农药、染料等) 引起的环境问题已成为 2 1 世纪影响人类生存与健康的重大问题。这些污染物毒性强、难降解，即使在低浓度下 也能对动物和人类产生致癌、致畸、致突变作用，而且还具有环境激素效应引起雌性化、 雄性( 男性) 精子数减少等严重后果，直接威胁动物和人类的生存和健康。并且由于其具 有结构稳定、毒性大、浓度低等特点，用常规物理、化学或生物技术难以达到有效去除 和无害化的目的【”。我国有毒有机污染物的污染尤其严重，有效控制有毒有机污染物成 为亟待解决的问题之一。 近年来针对水中微量难降解有机污染物的削减控制，在新型物理化学技术方面开展 了大量研究。特别是半导体光催化氧化方法取得的进展尤其显著，发展了多种新工艺( t o 利用t i 0 2 粉末、负载或成膜的工艺、不同类型的掺杂等) ，目标污染物几乎涵盖所有难 降解有机污染物类型1 2 】o 而在半导体光催化过程中由于光生电子和空穴的复合使得量子 效率较低是限制其应用的关键问题之一，协同工艺技术是解决问题的重要出路。在这种 情况下，光电催化技术应运而生，有效的抑制了光生电子和空穴的复合，提高了量子效 率【3 。5 1 。 目前针对微量难降解有机污染物的处理技术，多沿用好氧有机物处理效果或以母体 化合物的浓度变化作为评价指标体系。而对于微量有毒污染物，由于大多数难降解有机 污染物没有环境标准，同时可能存在毒性更大或毒性特征不同的中间体，这种评价方式 并不合适，因而限制了新技术的发展。为使新技术能得以安全的应用，实现难降解有机 污染物的有效去除及其毒性产物的控制，对新技术进行环境安全性和生态毒理学评价是 非常重要的。 除2 0 0 1 年在关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约中列出的首批1 2 种持久 性有机污染物( p o p s ) ，近几年又有一些新型的难降解有机污染物由于具有p o p s 类物质 的共同特性，逐渐引起研究者的重视。特别是全氟烷酸化合物，以全氟辛烷磺酸( p f o s ) 和全氟辛酸( p f o a ) 为代表，过去由于该类物质的分析比较困难，对该类物质的环境污 染水平调查很少，而且由于c f 键能很高，该类物质性质极其稳定，因而被认为不具有 生物活性，对生物体产生危害的可能性较小。但是近几年的研究结果表明全氟烷酸化合 物具有生殖毒性、神经毒性、甲状腺毒性等多种毒性，目前已在多种环境介质中检测到 浚类物质，并且全氟烷酸化合物还具有生物累积性，因而被认为是一类新型的p o p s 类 物质【6 7 。相对于其他典型的p o p s 类物质，人们对于全氟烷酸化合物的毒性机制了解还 很不足。而且该类物质的降解也非常困难，成功降解该类物质的报道很有限，即使已经 部分典型有机污染物及其主要降解产物的生态毒理效应研究 成功降解很多难降解有机污染物的高级氧化技术( 如0 3 、0 3 u v 、0 3 h 2 0 2 ) 也很难降解 p f o s t 8 i 。 综上所述，对水处理新技术的处理效果进行生态毒理学研究，评价其环境安全性以 及研究新型持久性有机污染物及其降解产物的毒性特征是难降解有机污染物控制技术 的科学、合理的发展方向。本研究以一种典型的简单多氯代芳香烃化合物一五氯酚为目 标物，用几种生态毒理方法考察了五氯酚在光电催化反应过程中的藻类毒性、急性毒性、 类二恶英效应和遗传毒性。并比较研究了全氟烷酸化合物及其主要降解产物对绿藻在群 体水平和细胞水平上的毒性。目的在于为建立水处理新技术的环境安全性和生态毒理评 价指标体系提供依据，增进对新型持久性有机污染物及其降解产物的毒性机制的了解， 为制定处理工艺过程毒性削减方案奠定理论基础。 大连理工大学f 尊士学位论文 1 国内外相关领域研究进展 1 1 水处理技术的评价指标 目前针对水中难降解有机污染物的处理技术效果评价主要包括理化方法和生物毒 性方法。 1 1 1 物理化学指标 针对难降解有机污染物的处理技术的物理化学评价指标主要包括水质污染综合指 标，即生物需氧量( b o d ) 、化学需氧量( c o d ) 、总有机碳( t o c ) 、色度等，以及采用仪 器分析方法测定水体中污染物的种类和浓度。前者是传统的水处理工艺常规评价方法； 后者对仪器及检测方法要求较高，尤其是对于痕量有机污染物的测定，要求仪器必须具 有高灵敏度和低检测限，高的专一性和精确度。目前在对有机污染物的分析方面主要是 采用高效液相色谱( h p l c ) 和气相色谱( g c ) 以及色质联用技术( g c m s ，l c m s ) 进行分 析和分离 9 , 1 0 l 。 特别需要强调的是：目前针对难降解有机污染物的处理技术主要沿用了大量好氧有 机物处理效果或以母体化合物的变化作为评价指标体系。传统的物理化学方法能定量分 析污染物中主要成分的含量，但是由于大多数微量有毒污染物没有环境标准，同时可能 存在毒性更大或毒性特征不同的中间体，这种评价方式并不合适，不能直接和全面的反 映各种有毒物质对环境的综合影响【1 1 , 1 2 】。例如，传统活性污泥法对c o d 和b o d 物质的 去除率可以高达9 5 以上，但是正是所剩余的5 物质是具有潜在生态毒性的难降解污 染物。 1 1 2 生物毒性指标 难降解有机污染物的的降解体系往往是母体及其降解产物的复杂混合体系，由于标 准物质的缺乏和分析方法的局限性，化学分析方法很难测定全部组分。而且化学分析方 法提供的各组分的浓度信息不足以对复杂混合体系进行生态毒理学评价。因而近年来， 研究者们采用了多种生物毒性测试方法来考察目标污染物降解过程中的毒性变化特征， 用以监测可能存在的毒性中间产物。生物测试的结果反映的是复杂体系中所有组分的综 合作用，包括各组分之间可能存在的加合作用、拮抗作用或协同作用【1 4 】。生物测试能够 弥补理化检测方法的不足，选择合适的生物测试方法或者结合使用生物测试方法和化学 分析方法，能够有效的预测复杂体系对生态系统的毒理效应f 1 5 】。 部分典型有机污染物及其主要脐解产物的生态毒理效f 节研究 1 2 生物毒性测试方法的研究进展 国际上传统毒理学试验已有多年研究，一些国际组织制定了毒理学试验准则。目前 的研究主要集中在改善传统毒理学试验的经济性、灵敏度、重现性、适用度，缩短试验 时间，探索性能良好的试验物种和试验指标，并已广泛应用于测试单一化学品、混合物 及环境样品的毒性。 1 2 1 生物毒性测试方法的分类 水中的有机污染物会对水生态系统造成影响，其影响的大小与化学品对水生生物的 毒性有关。目前用于水处理技术毒理学评价的研究广泛采用水生生物毒性测试，以水体 中不同营养级的靶生物为指示生物，考察不同水平的毒性指标。 按照不同的分类标准可以把水生生物毒性测试分为以下几类。 ( 1 ) 采用水生生物进行的毒理学试验可分为各种体外试验和整体动物试验方法。 体外试验方法 体外生物试验，通过研究化合物在环境介质提取物中的行为，可以预测化合物的生 物作用【1 6 】。2 0 世纪7 0 年代术期以来，分子生物学的各种高新技术与传统的体外试验方 法结合，使体外试验方法的研究和应用方面的发展更加迅速。现在国内外广泛使用的体 外试验方法有：多种微生物诱变试验，各种器官灌流，不同组织薄片培养，各种细胞包 括单个细胞的培养，以及数种细胞受体或其他亚细胞结构( 细胞器) 的培养等1 1 ”。 鱼作为监测水环境污染的一种生物毒性检测手段已经被广泛采用。近年来，用鱼肝 细胞代替鱼体进行毒性检验的方法引人注目。该方法具有试验周期短，背景差异小，对 实验条件的要求相对简单等特点。李素文等【1 8 l 建立了罗非鱼肝细胞分离和体外培养技 术，并将其应用于检验水体样品( 白洋淀、乐安江水样) 的细胞毒性。王咏1 19 】等在体外试 验条件下，研究了9 种硝基芳烃化合物对鲤鱼肝脏7 乙氧基异吩噫唑酮脱乙基酶( e r o d ) 的影响。 体外试验方法在毒理学中应用的主要优点是：简单、快速、经济，因此能在一段时 间内对大量化学物的潜在毒性进行筛选；试验条件比较容易控制，可以用来测量生物体 的某一特异性毒效，而不受机体多种复杂因素的影响；根据试验目的和需要，可以选择 不同种属动物的器官、组织、细胞株( 系) 、细胞受体等，用来比较种属差异，确定靶器 官、靶细胞甚至靶分子，探讨毒性作用机制；为整体动物试验提供线索和依据，使体内 试验的设计和研究更加合理；操作过程比较容易标准化、自动化或仪器化。体外试验方 法的主要缺点是：各种微生物或细胞的培养都是在离体条件下，难以精确的模拟或反映 大连理工人学博+ 学位论文 外源物在生物体内的生物转运和生物转化过程；不很敏感，需要富集系数在1 5 和3 0 之 间【2 0 j ；无法得到毒效学或毒代动力学的资料。 体内试验方法 由于体外试验是在离体条件下不能反映整体情况，因此整体动物试验即体内试验就 显得特别重要。整体动物试验可以用来帮助了解毒物的毒性，阐明剂量效应关系，确 定阈剂量或无作用剂量，探讨毒作用机制。许多国家包括我国在内，对各种常规的动物 试验都相继制定了些规范，我国既往出版的有关专著，也有较详尽的介绍【2 l _ 2 4 1 ，目前 这些试验规范和指导原则有进一步国际化的趋势。 当今整体动物试验的发展趋势和最新进展有：规范化的常规动物试验方法进一步国 际化；转基因动物己开始在毒理学中应用，不仅可把标志基因转入实验动物体内，而且 还可转入代表毒性终点的基因，其优点在于可以在整体动物内集中研究d n a 损伤的诱 发、修复、突变和癌变等，并且可同时研究组织特异性、靶基凶和突变谱的测定等。 f 2 1 根据暴露时间 水生生物毒性试验的类型，按试验持续时间，可分为急性毒性试验，亚急性毒性试 验和慢性试验三类。 急性毒性试验：又称急性致死试验、短期试验。是指在短时间内( 通常为4 8 9 6h ) 接触高浓度毒物时，被测试化学物质能引起试验生物群体产生一特定百分数有害影响的 试验。多年来，急性致死性是环境毒理学最常用的研究指标【吲，这主要是因为需要在短 时间内，用较少费用柬了解大量外源物的危害。急性毒性实验可以探明环境污染物与机 体短时间接触后所引起的损害作用，找出有毒物质的作用途径、剂量与效应的关系，为 进行其他各种动物实验提供设计依据，并对环境污染提供预警，因而已成为应用最广泛 的毒性测试方法。 亚急性毒性试验：又称亚致死试验，暴露时间介于急性毒性试验和慢性毒性试验 之间，没有明显界限。近年来，随着对生态受体了解的增加，逐步认识到亚致死终点对 保护环境更重要，而亚致死终点的应用，又增加了危害确定的复杂性和难度【2 6 l 。 慢性毒性试验：又称长期试验。在低浓度下暴露时问接近或超过整个生活周期， 有的甚至连续几代。目前在发达国家中，环境毒理学急性毒性试验的应用正在减少，而 慢性毒性试验如生物繁殖能力、摄食能力和行为试验等观察长期存活能力的试验，正在 逐步增加，并开始成为人们研究关注的焦点。探索如何缩短慢性试验的持续时间，用较 短时间的试验结果来预测毒物的长期影响，己成为水毒理学工作者所关心的问题。 此外，由于在自然环境中，生物体是阶段性地暴露于非点源污染物的，因此标准毒 性试验不能完整的反映实际环境中水生生物暴露于污染物的状况。目前在水毒理学领 部分典型有机污染物及其土要降解产物的生态毒理效，节研究 域，越来越多的研究关注阶段性污染，如研究在不同的脉冲频率和间歇时间条件下进行 的毒性试验【。 ( 3 ) 按试验容器内试验溶液的状况 进行水生生物毒性试验时，被测试化学物质( 或工业废水) 的浓度和试验溶液水质的 波动，都将直接影响试验结果的可靠性。 静水式试验试验期间不更换试验溶液，试验装置简单，但局限于在试验期间稳 定而又好氧不高的化学物质。 半静水式试验定期更新试验溶液，即每隔一定时间将容器内的试液吸出，而后 加入新配置的试验溶液，或者将试验动物转入另一盛有刚配制的、浓度相同的试验溶液 的容器内。是目前普遍采用的一种试验方式。 流水式试验试验溶液连续的、或间隙的流经试验容器。既能提供充足的溶解氧 和保持被测试物质浓度的稳定，又能将试验动物的代谢产物随着溢出的试验溶液及时地 流出试验容器。因此，流水式试验为试验动物提供了更接近自然环境的试验条件。但由 于其用水量和废水量都较大，所需设备也比前两种试验复杂，因而目前在测定相对稳定 而又好氧量不大的化学物质时，仍普遍地使用半静水式试验。 f 4 1 根据选用的指示生物，水生生物毒性测