（环境科学专业论文）水生生物（藻、水丝蚓、鱼）对硝基苯的富集与释放研究.pdf

内富集的硝基苯主要来自水中。但饵料( 水丝蚓) 可影响硝基苯在鲫鱼体内达到平衡的 时间和硝基苯的代谢速率。 关键词：硝基苯( n b ) ；水生生物；富集与释放；g c e c d i i a b s t r a c t n i t r o b e n z e n e f n b ) i sw i d e s p r e a dt o x i cp o l l u t a n t s ，o n eo f t h ed a n g e r o u sc h e m i c a l si nt h e w o r l d w h i c hh a sb e e nr e p o s e dt ob em u t a g e n i c ，t e r a t o g e n i ca n dc a r c i n o g e n i c ，a n di s r e g a r d e da sp f i o f i t yp o l l u t a n t sb ye n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c yo f u s a i nt h ep a p e r , t h e l a wo fb i o c o n c e n t r a t i o na n de l i m i n a t i o no fn i t r o b e n z e n eb ya q u a t i co r g a n i s m s ( a l g a e s 、 l i m n o d i l u ss p 、c r u c i a nc a r p s ) i ss t u d i e da n dt oo f f e rs c i e n t i f i ci n f o r m a t i o nf o re f f e c t so f e c o l o g ya n de n v i r o n m e n t ，i n c l u d i n ge c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h r o u g he n r i c h e dc u l t u r ei nt h ec u l t u r ec o n d i t i o no f i n o r g a n i cs a l t ，t h en a t u r a la l g a e s i nt h es o n g h u ar i v e ra r ed o n ei nt h et e s t t h ec o n c e n t r a t i o no fn ba d d e dt ot h em e d i u mi s 0 2 8 m g l t h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ：b o t ht h er a t eo fe n r i c h m e n ta n dr e l e a s eb ya l g a e sa r e r a p i d ，a f t e rh a l f h o u rr e a c ht h em a x i m a le n r i c h m e n t ( o 2 3 m g gd w ) ，s i xh o u r sb e h i n dr e a c h e d t h ee n r i c h m e n tb a l a n c ea n dt h eb a l a n c ec o n c e n t r a t i o ni s0 1 2 0 1 5 m g g ( d w ) ；w h e nt h e s t a b l e db a l a n c er e a c h e d ，t h eb i o l o g i c a le n r i c h m e n ti n d e xi s5 0 5 7 ；i n 饥s hc u l t u r em e d i u m ，i t w i l lt a k e so n eh o u rt or e a c ht h eg r e a tr e l e a s eq u a l i t y , t h ep e r c e n t a g ei s2 5 2 n i t r o b e n z e n e se n r i c h m e n ta n dr e l e a s ei nb o d i e so fl i m n o d i l u ss p a l s ob er e s e a r c h e d i nt h i se x p e r i m e n tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o ni so 2 8 m g la n d0 0 0 9 3 m g l t h er e s u l ti n d i c a t e s t h a tn i t r o b e n z e n eo fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o nr e l e a s e dv e r yr a p i d l ya n dt h ec u r v e sa r es a m e a p p r o x i m a t e l y i nt h ec o n c e n t r a t i o no fo 2 8 m g l ，i tt a k e so n eh o u rt or e a c ht h ep e a kv a l u e ( 0 6 3 9 m g k gw w ) o fe n r i c h m e n t ，t h eh i 曲c o n c e n t r a t i o nc a l lk e e ps t a b i l i z ef o rf i v eh o u r s ，t h e b c fi s2 3 ，a f t e rs i xh o u r sb e g i nd e c l i n e i nt h ec o n c e n t r a t i o no f0 0 0 9 3 m g l n i t r o b e n z e n e s c o n c e n t r a t i o ni nb o d i e so fl i m n o d i l u ss p ，r e a c h e su p p e rl e v e li nt w oh o u r sa n dk e e ps t a b i l i z e ， t h eb c fi s4 5 t h e nt h ec o n c e n t r a t i o nb e g i nd e c l i n e w h e nt r a n s f e r r e dt o 缸s hw a t e r , t h e r e l e a s ep e r c e n t a g ee x c e e d s8 5 a n dn e e d s8h o u r st or e l e a s ec o m p l e t e l y 3 u n d e rt h et w oc o n c e n t r a t i o no 5 8 6 m g la n do 0 1 4 m g l w er e s e a r c h e de n r i c h m e n t a n dr e l e a s eo fn i t r o b e n z e n ei nb o d i e so fc r u c i a nc a r p s t h er e s u l ti n d i c a t e st h a t t h e e n r i c h m e n tr a t ei s q u i t er a p i d ，i tt a k e ss i xh o u r st or e a c ht h ep e a kv a l u ew h e nt h e c o n c e n t r a t i o ni s0 5 8 6 m g la n dt w e n t y - f o u rh o u r sw h e nt h ec o n c e n t r a t i o ni so 0 1 4 m g l w h e nt h ee n r i c h m e n tc u r v eo f h i 【g hc o n c e n t r a t i o nt e a mr o 5 8 6 m g l ) r e a c h e st h es t a b i l i z a t i o n , t h eb c fo fe a c hp a r ti nc r u c i a nc a r p s ，( b r a n c h i a , b o w e l s ，m u s c l e ) i s7 3 4 ，3 8 7a n d2 5 7 r e s p e c t i v e l y b u tt h ee n r i c h m e n tc u l w eo f l o wc o n c e n 仃a t i o nt e a m ( o 0 1 4 m g l ) s h o w so b v i o u s a p e xs h a p e ，t h eb c fo f e a c hp a r ti nc r u c i a nc a r p s ( b r a n c h i a , b o w e l s ，m u s c l e ) i s1 0 4 3 ，7 6 1 ， 5 8 2 t h er e l e a s er a t ei sr a p i di nb o d i e so fc r u c i a nc a r p s t h ep e r c e n t a g ec a nr e a c h9 4 w i t h i n4 8h o u r s t h er e l e a s ea c c o r dw i t ht h ef i r s to r d e rk i n e t i c sr e a c t i o ne q u a t i o n ：i g l 鱼l _ a t l c tj i i i + b t h ee n r i c h m e n ta b i l i t yh a v ed i f i e r e n c ei nac e r t a i ne x t e n ti nd i f i e r e n ta p p a r a t u so f c r u c i a nc a r p s , b r a n c h i a b o w e l s m u s c l e s ow ec a l lc o n c l u d et h a tt h e r ei sb i o t r a n s f o r m a t i o n d u r i n gt h ep r o c e s so fb i o l o g i ce n r i c h m e n t i e t h e r ei se n z y m ec a t a l y s i sr e a c t i o nd u r i n gt h e e n r i c h m e n tp r o c e s s s i m u l t a n e o u s l yc r u c i a n sw e r ee x p o s e dt ot h es a m ec o n c e n t r a t i o n ( o 2 8 士o 0 2m g l ) t h e n bc o n c e n t r a t i o ni ni t sb o w e l sa n dm u s c l eh a sn od i s t i n c td i f i e f e n c ew i t h o u tr e f e r c l l c et o f e e dt h eb a i to rn o t i tm e a n st h a tt h en bi nc f u c h t nb o d i e si sf r o mw a t e rm a i n l y b u tb a i tc a n i n f l u e n c et h eb a l a n c et i m ea n dt h em e t a b o l i s mr a t e k e yw o r d s ：n i t r o b e n z e n e ；a q u a t i co r g a n i s m s ；b i o c o n c e n t r a t i o na n de l i m i n a t i o n ； g c e c d i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，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，也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名：筐圭整日期：兰竖堕：塑 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东北 师范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磁盘，允许论文被 查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：超 日 期：2 巫堕尘 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名：立匝 日期：! z ：主! 电话： 邮编： 第一章引言 随着人类生产活动的发展，大量化学品不断进入人类生活环境中。据美国化学文 摘中登记的化学物质已达数千万种，而且正以每年上千种的速度递增；进入环境中的化 学物质大部分是人工合成的。合成化学品的大量使用给人类的物质生活带来巨大的便利， 但是许多有毒有机化学物也不可避免地进入了环境，部分化合物挥发进入大气，进入地 下水。被分解或被吸附在土壤中，其余部分则通过废水和雨水冲刷等途径进入到地表水， 使得水体成了污染物的垃圾桶。然而水环境是所有生命的最基本的生存要素，因此污染 物的水环境中的行为倍受社会关注。如今几乎世界各个角落都能发现合成有机化合物的 污染，甚至在北极的海豹体内也检测到d d t 的富集【1 1 ，带来了严重的有机化学品环境 污染问题【2 l 。环境中的有毒有机污染物往往难于降解，它们进入环境后与环境中的介质 发生一系列的物理、化学及生物作用，能够在生物类脂中积累，并可以在食物链中经生 物富集、浓缩而传递，即生物放大作用。特别是在迁移转化过程中，由于生物富集作用， 其浓度水平还可能提高数倍甚至于上百倍，严重地威胁着生态环境和人体健康。尤其有 机化合物进入水体。对人体健康造成直接或间接危害，水体有毒有机物污染成为了世界各 国科学界和政府关注的新热剧”，而种类复杂的合成有机化合物在环境中的行为( 归趋和 对生态系统的影响) 早己成为并且依然是生态毒理学研究的重要内容。 虽然大多数有毒有机污染物在水中含量甚微，但对人类的危害却极大。生态毒理学 的研究表明，这类污染物有些极难被生物分解，对化学氧化和吸附也有阻抗作用，在急性 及慢性毒性实验中往往表现出很弱毒性效应，在水生生物、农作物和其它生物体中迁移 和富集，有的具有三致( 致癌、致畸、致突变) 效应，在长周期、低剂量条件下，往往可以对 生态环境和人体健康造成严重的甚至是不可逆的影响。 随着科学技术的发展，有机化合物己成为现代工农业生产必需的原料或产品，但随 之而来的含有有机污染物的工农业及生活废水污染问题日趋严重。1 9 7 9 年，美国环保 署基于有毒有机化合物质的毒性、自然降解能力及在水体中出现的频率，提出了在环境 中需优先控制的污染物“黑名单”，名单中列出了污染物1 2 9 种，其中有机污染物1 1 4 种。 根据国内有机化合物的污染特征，结合国外的文献资料，我国在1 9 8 9 年初步提出反映 我国环境特征的中国环境优先控制污染物“黑名单”，共有1 4 类6 8 种，有机化合物1 2 类5 8 种，其中就提到了6 种硝基苯类有机污染物1 4 1 。有机污染物在生物圈内的分布、 迁移、富集、降解以及最终归宿是环境有机地球化学重要的研究方向之一。有机污染物 与土壤、沉积物以及水中悬浮颗粒物之间的相互作用吸附与解吸是决定其环境行为 的主要因素。自2 0 世纪7 0 年代以来，关于有毒有机污染物在水体中的行为特征，人们 主要从两个方面进行研究：一个是对不同水体中的各种有机污染物的分布特征问题作了 大量的分析监测工作；二就是有机污染物在水体中的迁移转化问题的研究，这方面也获 l 得了突破性进展。 硝基苯类有机物是一种重要的化工原料或中间体，广泛地应用于燃料、医药、炸药、 农药及高分子化学工业中【5 一。这些有机物及其在环境中转化的产物大多是国际公认的 危险化学品，许多硝基苯类有机化合物有剧毒，毒性一般为其它化合物的2 0 3 0 斜”， 它们对生物体有可疑致突变性和致癌性，可引起神经系统症状、贫血、肝脏疾病等，硝 基苯被人体皮肤或从呼吸道吸入其蒸汽后，会引起中毒，如引发高铁蛋白血红症或致死 隅。早在上个世纪8 0 年代，日本和美国先后从地表水体中测出过硝基苯类有机污染物 【1 0 1 ”。后来，也有人从北海海水中检测到了微量的硝基苯类有机污染物【1 2 】。在国内， 郎佩珍【1 3 】等人在1 9 8 3 1 9 9 0 年间六次对松花江中游水体中的有毒有机物污染物进行测 定，其中硝基苯在各个采样点的测出率为1 0 0 ，其它硝基苯类的测出率也在9 0 以上。 吉林省环境保护研究所【1 4 】对松花江鱼体中的有机物含量进行研究，发现银鲴鱼中硝基芳 烃的含量高达7 。6 m g k g ，而硝基氯苯的含量也高达1 6 m g k g 。康跃惠1 15 】等对官厅水库 及永定河水中的挥发性有机物进行研究，所测到的硝基苯的浓度在1 2 3 2 1 t g l 1 7 8 2 4 l - t g l 。同样，在淮河、海河、黄河、长江f 5 7 ，1 6 】中都检测到了硝基苯类有机污染物。这 些研究表明，硝基苯类有机污染物对地表水体的污染是不可忽视并且普遍存在的。 面对污染程度的不断加剧，能否对恶化的污染趋势加以控制，首要的问题是要对优 先控制污染物对水生生物的毒性效应和作用机制进行分析，对其在环境中的迁移转化过 程进行分析，弄清其在水环境中的变化及生态毒理学效应，才能逐渐从理论到实践中制 定出适合我国国情的控制策略，选择有效的控制措施。这不仅直接关系到生态系统安全 和国民健康水平，而且为发展相应的污染修复技术作好理论准备。 本项研究立论于有毒有害污染物对水生生态系统的危害，选择硝基苯作为毒物研究 的对象，开展了水生食物链中代表生物一淡水藻类、水丝蚓、鱼类对硝基苯的生物富集 与释放的研究，为全面评估硝基苯污染对水产品食用安全性、渔业养殖生产及渔业资源 的影响提供科学依据，为水域生态风险评价和制定生态修复方案提供基础科学依据。 有机化合物在水生生物和水体之间的平衡分配过程称为生物富集( b i o e o n c e n t r a t i o n ) , 又称为生物浓缩，它是生物积累的重要形式。生物富集常用富集因子或浓缩系数来表示。 在稳态平衡时，化学物质在生物体内浓度和在水环境浓度的比例常数即为生物富集因 子，用b c f 表示。b c f 是估算水生生物富集化学物质能力的一个量度，是描述化学物 质在生物体内累积趋势的重要指标。生物富集因子的快速测定主要有两种方法：一种是 保持水相中浓度不变，测定达到平衡时水相和生物体的富集浓度，二者之比求出b c f ； 另一种方法是测定生物富集过程的富集速率常数( k 1 ) 和释放速率常数( k 2 ) ，用b c f = k 1 k 2 求出生物富集因子。目前测定b c f 主要采用第一种方法。 藻类在水生生态系统中起着重要作用，作为水生生态系统的初级生产者，藻类能通 过光合作用，无脊椎动物、鱼类、水鸟等生物提供氧气、食物，其种类多样性和初级生 产量直接影响水生态系的结构和功能，是水生态系统中物质循环和能量流动的最基础环 节。藻类能够从水相中吸收有毒物质对其产生危害，并通过食物链将其转移到上一级生 2 物体中【1 7 】，同时，藻类还具有降解有机污染物的能力u 8 - 2 0 l ，因此研究藻类与有机污染物 间的相互作用是很重要的。藻类是评价化学物质对水生生物的影响的主要环节。 在水生毒理学研究中，藻类因其生命力强、个体小、繁殖快、对毒物敏感、在较短 时间内可得到化学物质对许多世代及种群水平影响等特点，是常用的生物实验材料，为 研究某些特定的污染物，藻类是一种非常好的有机活体生物材料。藻类与有毒有机污染 物相互作用研究的相关文章很多。早在1 9 5 7 年，o s w a l d 2 1 l 等便认识到藻类对污染物的 降解能力而提出将藻类用于污水处理。其后，相继有研究证明藻类( 主要为绿藻、硅藻、 蓝藻) 对酚类 2 2 1 、多环芳烃类【2 3 】，除草剂和杀虫剂1 9 捌、偶氮染料 2 5 1 等有机化合物具 有降解和转化能力。普通小球藻对邻苯二甲酸二丁酯( d b p ) 有明显的富集作用，但生 物降解作用不明显，6 d 的藻富集率和藻降解率分别为4 2 o 和1 1 o 。富集量和富集系 数在l h 达最大l z 6 1 。在p h = s 0 ，甲基苯丙胺浓度为o 2 、2 0 、2 0 0 m g l 时，对铜绿微囊 藻生长分别表现出促进、部分抑制和完全抑制效应；而在p h = 6 0 时，3 个浓度的甲基 苯丙胺对微囊藻生长均表现出抑制效应，且随浓度的增大抑制效应增强。色谱分析结果 表明，低浓度( o 2 m g l ) 的甲基苯丙胺促进了微囊藻的生长代谢，而高浓度( 2 0 0 m g l ) 的甲基苯丙胺则损伤微囊藻细胞，抑制其生长代谢【2 7 1 。铜绿微囊藻能利用苯酚的碳进行 光合作用，加快其生长；同时，铜绿微囊藻对苯酚有明显的富集与降解作用，富集量 2 4 h 最大达到2 7 8 5m g g ，此后随时间的延长逐渐降低1 2 8 1 。绿藻对硝基苯类化合物具有 富集作用，其生物富集因子与辛醇水分配系数相关性很好，生物富集过程符合脂水平 衡分配模型。绿藻对硝基苯、2 ，4 二硝基甲苯、2 ，6 二硝基甲苯及硝基氯苯( 邻、间、 对) 的生物富集因子由小到大的顺序为：硝基苯 2 ，6 - 二硝基甲苯 肌肉，随着氯( c 1 ) 原子数目的增多，c p s 共轭物所占比例亦增大。通过计算生物浓缩因子 ( b c f ) 值来度量c p s 在鱼组织中的生物富集效果。由胆中游离氯酚和硫酸酯共轭物得到 的b c f 值均与正辛醇水体系的分配系数。没有相关性；而通过葡萄糖苷酸共轭物乘i c p s 总量分别计算得到的b c f 值均与k 。有较好的相关性，( r 0 9 6 ) 。鲫鱼鱼胆的b c f , 在 2 0 x 1 0 - - 6 3 x 1 0 3 之间。侯玲1 等以松花江有机污染物硝基芳烃为研究对象，以鲤鱼为受 试生物，用改进的生物富集模型双模理论预测了7 种硝基芳烃的挥发速率常数，快速测 定了它们在鲤鱼体内的富集与释放速率常数，预测值和实测值基本吻合。李书霞1 3 3 等选 用罗非鱼测定了不同p h 和盐度条件下三丁基锡( t b t ) 在其体内的生物富集系数( b c f ) 及其在正辛醇水体系的分配系数( k o w ) 和人工合成生物膜水体系的分配系数( d r a w ) ， 并进行了探讨。实验结果表明不同p h 和盐度条件对生物富集系数有较大的影响。富集 实验进行了1 6 8 h ，t b t 在p h = 8 时的富集初始速率和1 6 8 h b c f 值明显高于p h = 6 时，p h 6 和8 时的b c f 分别为7 5 4 9 和1 1 3 2 1 。盐度对生物富集也存在较大影响，盐度为为0 、1 5 0 和2 5 0 o 时的b c f 分别为1 0 7 1 8 、8 7 1 3 和2 7 6 6 t b t 的磁。和d m w 也表现为随p h 升高而 升高、随盐度升高而下降的趋势，于常荣【1 4 】等曾对松花江鱼类有机物污染进行研究，同 一江段，同种、同龄鲫鱼，无论污染物种类还是含量，鱼类肌肉中有机污染物的程度均 明显低比全鱼，就有机污染的鱼类而言，食用鱼的肌肉比食用鱼的其他部位安全。 因此研究有机污染物在鱼体内的富集与释放行为，可为生态风险性评价提供重要的 依据。 底栖动物是水生态系统重要的生态类群，他们既是鱼类的天然食物资源，又在调节 水生态系统的物质循环和能量流动中发挥着重要的功能。由于底栖动物长期生活在水生 态系统中，具有易于鉴定、寿命较长，活动能力和范围较小以及对环境变化较敏感等特 点，故广泛被用于滩涂、底泥有机污染物的研究。水丝蚓是淡水中最常见的底栖动物， 属环节动物门、寡毛纲、近孔寡毛目、颤蚓科、水丝蚓属。其生活在江河湖泊水下淤泥 中以腐殖质食，同时也是水中鱼类的优质饵料，常在有机污染较为严重的水域中大量发 生，是水体遭受有机污染的重要指示生物之- - 1 3 4 1 ，且可以用来作为常用水生态毒理学试 验生物的补充，以满足对污染物进行某些特殊的水生态毒理学研究和生物监测的需要 【3 5 】。水丝蚓属全世界记载有1 0 种以上，其中霍甫水丝蚓为世界分布的优势种，在各地农 贸市场活鱼饵出售摊位常能见到，是作为实验动物的良好材料。目前人们利用水丝蚓研 究有机污染，主要集中在毒效应研究上，侧重于研究污染物对水丝蚓的急性毒性l c s o 。 范学铭1 3 q 等曾用水丝蚓研究合成洗涤剂对环境的污染：用7 种市售洗衣粉( 威白、奥妙、 丽波、巧手、奇强、汰渍、活力- 2 8 ) 对水丝蚓进行毒理实验，结果表明，一定浓度的 洗衣粉能影响水丝蚓的正常生命活动，并可能造成他们的大量死亡。4 8 h 对水丝蚓测得 的7 种洗衣粉的半致死浓度l c 5 0 分别为8 2 4 i 、6 4 8 6 、8 9 1 3 、8 2 2 2 、9 8 1 7 、6 0 2 6 和 1 0 2 3 3 9 l 。乔淑晶等 3 7 1 采用急性毒性方法测定了被不同浓度敌百虫毒害的水丝蚓 ( l i m o d i l u s h o f f i n e i s t e r i ) 半致死浓度，利用测定酶活性方法检测了水丝蚓超氧化物歧化酶 ( s o d ) 的变化以及中毒后水丝蚓喂饲的强壮水螅( h y d r ar o b u s t a ) s o d 的改变：敌百虫 对水丝蚓的4 8 hl c 5 0 为3 2 9m g l ，对s o d 活性影响显著( p 内脏 肌肉。这可能和鱼体各 部分的类脂物含量有定的关系【3 9 1 。 f r a n k ec 4 0 l 报道，化学品的生物富集系数与试验的浓度有一定的关系，在低浓度的 条件下所得的生物富集结果可能比高浓度条件要高。本试验结果与其报道相似。 低浓度下的鱼的各部位生物富集曲线趋势基本相同，均出现了明显的峰形，之后开 始下降。郎佩珍1 4 i j 等在研究鲤鱼对硝基苯的生物积累、消除时，也曾经得到过类似的曲 线，推测生物积累过程中发生了生物转化，从而提出了与之相符的生物浓缩机制与动力 学模型：在摄取开始阶段鱼体中化学品浓度很快增加，并趋于峰值，此过程主要由摄取 和消除( 母体物的排除) 两过程控制，两速率几乎相等时达到峰值；经此阶段化学品在 鱼体内的积累，鱼体内某一种或几种能降解硝基苯的酶适应能力增强，发生了具有延迟 期的酶促代谢反应，快速发生的酶反应，破坏了原有的平衡，使鱼体中母体物以高倍数 减少。随之，鱼体摄取速度有逐渐增加而趋于低水平稳态，摄取、消除( 包括母体物的 排除和代谢) 两过程渐趋平衡。王宁1 4 2 】等在其研究基础上，深入开展了2 , 4 二硝基甲苯 在鲤鱼体内的代谢过程研究，首次在鱼体内分离并鉴定出两种代谢产物，即4 氨基。2 硝基甲苯及2 ，4 - 二氨基甲苯，而且发现在鱼体肝、肠组织中2 , 4 二硝基甲苯的积累曲线 均呈现两个连续的峰形，在浓度高峰下降阶段都有较高浓度的这两种代谢产物出现。该 工作证实2 , 4 - 二硝基甲苯在鲤鱼肝、肠中的代谢转化导致了全鱼生物积累曲线出现峰 形。 三油酸半渗透膜采样器件( s p m d ) ，是将鱼体内的一种典型中性脂封装在一个半 渗透膜内，允许水相中污染物跨膜在内侧脂相富集，原理和生物富集过程相似。王子键 等m j 利用s p m d 模拟硝基苯等硝基芳烃化合物在金鱼体内的富集，并用同期进行的金 鱼富集实验结果相比较，讨论了该类污染物在金鱼体内降解的构效关系。结果表明， s p m d 能够用来模拟鱼从水中亲脂性富集硝基苯等硝基芳烃化合物的过程，富集系数和 化合物正辛醇水分配系数相似；当s p m d 和鱼暴露在同一浓度水体时，s p m d 富集系 数与b c f 之间的差别能够表征该化合物在鱼体内的酶促降解过程。当金鱼和s p m d 暴 露于同一浓度时，测得s p m d 富集系数4 5 2 ，b c f 为0 4 ( 经鱼脂肪含量归一化) 。这 也证明硝基苯在鱼体富集过程中，伴随着生物降解过程。 相对于低浓度组的峰形生物富集曲线，高浓度组富集曲线可用稳态曲线来描述。原 因可能于硝基苯浓度的大小有关。硝基苯浓度过高，可能产生中毒现象，抑制鱼体内酶 促反应发生；硝基苯浓度过低，则不能激发酶的活性，达不到适当的酶促反应速度。 1 8 3 3 2 释放实验 富集实验达到稳态阶段后，转入清水中进行释放实验。实验数据和释放过程中硝基 苯在鱼体各部的浓度( m g k g ) 与时间( h ) 的关系曲线见表3 8 ，表3 - 9 和图3 - 9 ，图 3 1 0 。结果表明，鱼体内无论肌肉、鳃和内脏，硝基苯的释放速度均很快，4 8 h 内释放 率均达到9 4 以上，其释放实验结果相近。 根据硝基苯在鱼体各部位浓度与时间的释放关系曲线，并参照报道 4 4 l ，认为鱼体各 部位( 肌肉、鳃和内脏) 对硝基苯的释放符合双区一级动力学规律。以暴露于高浓度中 的鱼所做的释放数据为基础，绘制l g f 鱼1 t 曲线。c o 为释放实验开始时( 仁o ) 鱼体内 l qj 硝基苯的浓度；c t 则为硝基苯释放到某一时刻( 瑚) 时，鱼体内硝基苯的浓度。从图 3 1 1 可见，l g f 鱼1 t 曲线是一条直线，这表明该释放过程为一级动力学过程。 l qj 如果有机化合物的b c f 值小于1 0 0 ，则可认为该化合物对环境的影响很小，不易 在水生生物体内富集m4 6 1 。在本实验中，鲫鱼对水中硝基苯摄取率较低，硝基苯在鲫 鱼体内消除迅速，以及硝基苯较低的b c f 值，表明硝基苯在水生生物食物链中不易被 生物浓缩，不易在水生生物体内富集，对环境和人类的健康影响较小。 表3 8 高浓度组鱼体硝基苯释放实验数据 注：n = 2 ；n d ：未检出 1 9 图3 - 9 释放期间赢浓度鱼体各部 硝基苯浓度的变化 舅 日 v 趟 爱 * 辅；| 霉 01 22 43 64 8 释放时间h 图3 一1 0 释放期间低浓度组鱼体各部 硝基苯浓度的变化 3 3 3 小结 ( 1 ) 硝基苯在鱼体中生物富集较快，高浓度组6 h ，低浓度组2 4 h 达到峰值( 高浓 度鱼鳃例外) 。高浓度组富集曲线呈现稳态曲线，稳态时，鱼体各部( 鳃、内脏、肌肉) 对硝基苯的瞬时b c f 峰值分别为 7 3 4 、3 8 7 、2 5 7 ；低浓度富集曲线呈 现出明显的峰形曲线，其瞬时b c f 峰 值分别1 0 4 3 、7 6 1 、5 8 2 。 ( 2 ) 硝基苯在鱼体中的释放速度 较快，4 8 h 内释放率达到9 4 以上。 其各部释放符合双区一级动力学规 律，其释放规律可用下述通式表达： l g f 鱼i = a t + b 。 l qj ( 3 ) 基于较高的释放率以及峰形 富集曲线，推测在生物富集过程中发 生了生物转化。即在本文实验条件下， 硝基苯的生物富集过程中可能伴随有 滞后发生的酶促代谢过程，并遵循滞 后酶促动力学规律。 ( 4 ) 鱼体的不同器官和组织，对 硝基苯的富集能力有定的差异。无 论高浓度组还是低浓度组，鱼体内各 肌肉 1 22 43 64 86 0 t ( h ) 01 22 43 64 86 0 t ( h ) 图3 - 11 硝基苯的释放曲线( c $ = 0 5 8 6 m g l ) 部位硝基苯富集规律为：鳃 内脏 肌肉。 3 4 鲫鱼一水丝蚓体系 该体系富集实验周期2 4 0 h ，水中硝基苯浓度基本保持稳定( 0 2 8 0 士0 0 2r a g l ) ，各 2 0 i 5 o 5 z 5 l 5 o 6 4 2 】8 6 4 i o 2 l o l l 1 o 0 0 6 j 8 等 6口uv如r s0u一却r 点浓度之间的差异不显著，实验组和对照组中硝基苯浓度符合设计要求。饲喂水丝蚓中 硝基苯的浓度保持恒定。 富集实验中，实验组水族箱中鲫鱼粪便较多，且粪便颜色较深发暗，而不喂水丝蚓 的对照组水族箱中粪便较少，且粪便颜色较浅发白。其它生理症状相似，没有明显差别。 实验组和对照组中鱼体内脏和肌肉中硝基苯浓度随时间变化的情况如图3 - 1 2 ，3 - 1 3 所示。 图3 1 2 所示，实验组和对照组鲫鱼内脏对硝基苯的富集规律非常相似，均出现峰 型富集曲线。在高水平的富集平衡期时，实验组硝基苯富集浓度高于对照组中浓度o 0 1 7 m g & g ，约为对照组富集浓度的3 ；在随后的低水平富集平衡期时，实验组硝基苯富 集浓度高于对照组浓度o 0 1 8m g , x g ，约为对照组富集浓度的5 。但7 2 h 后实验组中硝 基苯在内脏中的富集量低于对照组，这可能与实验组中鲫鱼的代谢速率较快有关。 里 3 瑙 袋 辅 醐 普 g v 魁 爱 椭 蝴 霉 圈3 1 2 实验组和对照组鲫鱼内脏图3 1 3 对照组和实验组鲫鱼肌肉 硝基苯富集曲线 ， 硝基苯富集曲线 图3 1 3 所示，实验组肌肉对硝基苯的富集在2 4 h 即达到了富集峰值，之后在1 9 2 h 之内，出现富集平衡，波动较小，之后略有下降。其曲线可用稳态曲线来描述，其富集 平衡期间，硝基苯富集浓度为0 2 7 4 士0 0 4m g k g 。而对照组肌肉中在2 4 h 至4 8 小时之间 才达到富集高峰期，最大峰值出现在9 6 h ，但这个高浓度平衡期波动较大，其平衡浓度 为o 2 6 5 士0 0 5 m g k g 。实验组硝基苯富集浓度高与对照组0 0 0 9m g 瓜g ，约为对照组富集 浓度的3 。富集曲线峰形上的这种差异，可能是实验组中鲫鱼不断摄食染毒的水丝蚓， 加速其血液循环，使其体内硝基苯含量维持一个比较稳定的水平。 同时采用s p s s 软件对实验组和对照组中的数据进行分析，采用n o n p a r a m e t r i ct e s t 中t w oi n d e p e n d e n ts a m p l e s 的m a n n - w h i t n e yu 方法检验差异性。显著性水平设置为 0 0 5 。统计结果显示p o 0 5 。 由此得出，在本实验条件下，整个富集实验过程中，投饵料( 染毒水丝蚓) 的实验 组和未投饵料的对照组中鲫鱼内脏和肌肉中各点硝基苯浓度没有显著差异，但饵料( 水 丝蚓) 可影响硝基苯在鲫鱼体内达到富集平衡的时间，并对其代谢速率有一定的影响。 结论 本研究通过室内模拟进行污染暴露实验，研究了不同污染水平下，受试化合物硝基 苯在水生生物( 松花江藻类、水丝蚓和鲫鱼) 体内的富集、分布及其释放规律。本研究 得出如下结论： 1 、在水中硝基苯浓度为0 2 8 士0 0 1 m g l ，藻胞浓度为1 1 0 8 l x l 0 9 个m l 时， 硝基 苯在藻体内0 5 h 达到最大富集量( o 2 3 m g g ) ，6 h 后基本达到富集平衡，平衡浓度为o 1 2 - - 0 1 5 m g g ；稳态平衡时，松花江藻类对硝基苯的生物富集因子b c f 值为5 0 5 7 ，对硝 基苯有较大的富集量；转入到新鲜培养液后，松花江藻体内的硝基苯1 h 即达到最大释 放量，释放率为2 5 。 2 、硝基苯在水丝蚓体内的富集与释放规律为：对于低浓度组( o 0 0 9 3 m g l ) ，水丝 蚓体内硝基苯含量在1 2 h 内，达到较高浓度，在6 h 时达到峰值，生物富集因子( b c f ) 在4 - 5 之间。转入清水后，2 h 的释放率为9 7 ，水丝蚓体内的硝基苯浓度4 h 后不能检 出；对于高浓度组( 0 0 2 8 0 m g l ) ，水丝蚓体内硝基苯含量在1 h 达到峰值，生物富集因 子( b c f ) 在2 3 之问。转入清水后，2 h 的释放率为8 5 ，水丝蚓体内硝基苯浓度8 h 后不能检出。结果表明硝基苯水丝蚓体内的富集和释放速度均较快，不易在生物体内积 累。 3 、硝基苯在鲫鱼各部位( 鳃、内脏、肌肉) 生物富集速率较快，高浓度组( 0 5 8 6 r a g l ) 6 h ，低浓度组( 0 0 1 4 r a g l ) 2 4 h 达到峰值( 高浓度鱼鳃例外) ；高浓度组( 0 5 8 6 m g l ) 富集曲线呈现稳态曲线，稳态时，鱼体各部( 鳃、内脏、肌肉) 对硝基苯的瞬时b c f 峰值分别为7 3 4 、3 8 7 、2 5 7 ；低浓度组( 0 0 1 4 m g l ) 富集曲线呈现出明显的峰形，其 瞬时b c f 峰值分别l o 4 3 、7 6 1 、5 8 2 ；鱼体的不同器官和组织，对硝基苯的富集能力 有一定的差异。无论高浓度组还是低浓度组，鱼体内各部位硝基苯富集规律为：鳃 内 脏 肌肉。硝基苯在鱼体各部的释放速率亦较快，4 8 h 内释放率均达到9 4 以上，其各 部释放符合双区一级动力学规律，其释放规律可用下述通式表达：l g f 鱼1 - a t + b 。基于 l qj 较高的释放率以及峰形富集曲线，推测在生物富集过程中发生了生物转化。即在本实验 条件下，硝基苯的生物富集过程中可能伴随有滞后发生的酶促代谢过程，并遵循滞后酶 促动力学规律。 4 、硝基苯的暴露浓度相同，投饵料( 染毒水丝蚓) 的实验组和未投饵料的对照组 中鲫鱼内脏和肌肉中各点硝基苯浓度没有显著差异，但饵料( 水丝蚓) 可影响硝基苯在 鲫鱼体内达到富集平衡的时间，并对其代谢速率有一定的影响。 5 、不同浓度组之间相比，水生生物对硝基苯的富集与释放均表现出了相同的规律 性：不同浓度下，同一生物的生物富集因子有一定的差异，低浓度组的生物富集因子比 高浓度组的生物富集因子高：生物富集达到峰值的时间也不同，暴露于高浓度组的生物 先于低浓度组达到富集峰值。 参考文献 【1 w us , e u t r o p h i c a t i o n ，w a t e r b o m ep a t h o g e n sa n dx e n o b i o t i cc o m p o u n d s ：e n v i r o n m e n t a lr i s k s a n d c h a n l l e n g e s j m a r i n e p o l l u t i o nb u l l e t i n , 1 9 9 9 ，3 9 ：1 1 - 2 2 【2 】王连生环境健康化学【m 】北京：科学出版社，1 9 9 4 【3 y e 晓燕，尚伟冰体有毒有机污染物的危害及优先控制污染物 j 】首都师范大学学报( 自然科学 版) ，2 0 0 2 ，2 3 ( 3 ) 4 】王晓蓉编环境化学【m 】南京大学出版社1 9 9 3 ，9 2 - 9 3 【5 h a r t t e r , d t h eu s ea n di m p o r t a n c eo fn i t r o a r o m a t i cc h e m i c a l si nt h ec h e m i c a li n d u s t r y i nt o x i c i t yo f n i t r o a t o m a t i cc o m p o u n d s ，r i c k e r t d e d ；h e m i s p h e r ew a s h i n g l o n ，d c ，1 9 8 5 ，1 3 6 】r n s e n b l a t t ，d h ；b u r r o w s ，e p ；m i t c h e l l ，w r ；p a r m e r , d l ，o r g a n i ce x p l o s i v e sa n dr e l a t e dc o m p o u n d s i nt h eh a n d b o o ko fe n v i e o n m e n t a lc h e m i s 蛔，一a n t h r o p o g e n i cc o m p o u n d s h u t z i n g e r , o e d ；s p i n g e r v