水生生态毒理学方法在环境卫生研究中的应用

中国疾病预防控制中心环境所（北京 100050）

高世荣 许永香

    水生生态毒理（aquatic ecotoxicology）系采用水生生物为试验对象进行毒理学研究，是水生毒理学、环境毒理学及环境生物学的重要组成部分，可为水质、生物毒素评价及制订各种水质标准（包括渔业水质标准、排放标准等）提供科学依据，在环境卫生研究中起着重要作用。在国内外，对水生生态毒理学的一些方法进行标准化，如ISO（国际标准组织）已向各国推荐了一些标准方法，国家环境保护局也相应的制定了标准，及国家标准。生态毒理其范围包括水体中主要生物类群中代表性生物的毒性试验，如游泳性生物代表鱼类毒性试验；浮游动物代表水蚤类毒性试验；浮游植物代表藻类毒性试验；原生动物代表梨形四膜虫毒性试验；甲壳动物代表虾毒性试验；贝类代表贻贝及毛蚶毒性试验；以及这些代表性生物的富集试验、致突变试验、长效应试验和各级水生食物链生物对毒物的迁移转化等。

    水生生态毒理在环境卫生中至少可以应用在以下几个方面。

1          为制定各种环境标准提供依据

浮游动物的代表性生物大型水蚤，由于生活在自然界的江河及湖泊中，是工业废水排放的接水生物。在国际上仍是广泛用于毒物和废水的生物监测和评价，危险品评价，及标准制订、工业废水管理等方面的标准方法。因此，由水蚤类所得到的资料可以做为制订环境标准的重要依据，例如渔业水质标准及工业废水排放标准、饮水水源标准等。如“苯胺”在地面水中最高容许浓度研究中采用了大型水蚤做的苯胺毒性研究资料，观察了苯胺对大型水蚤生存、生长繁殖、心率变化等指标。并结合脊椎动物试验结果及感观性状要求，推荐地面水最高容许浓度为0.1mg/L。而镉对大型水蚤、鱼类及栅列藻的毒性试验资料已成为镉的渔业标准修订依据。

2          对废水、废渣进行综合评价

废水废渣毒性的概念已从个体水平扩大到种群、群落和生态系统，因此生物检测中不是单物种对毒物的反应，而是多物种的毒性试验，有微宇宙毒性试验（microcosm toxicity test），模拟毒性试验（model toxicity test）。用人工河流装置进行模拟试验，而且也重视多种毒物对生物的联合毒性作用。

废水往往是一系列毒物的综合体，毒物间存在着复杂的关系，毒物间的拮抗作用使毒性降低，而加乘作用使毒性增加，这种增加往往不是简单的2＋2，而是相乘作用，毒性可以成十倍、百倍的增加。化学方法可以测出单一毒物的含量，但难以测出毒物间的联合作用，而栅列藻、大型水蚤的毒性试验法就可以对废水的综合毒性给以评价。例如通过栅藻的毒性试验，综合地回答了某污水处理厂经过二级处理后的生活废水的毒性。判断废水的处理效果，筛选生活废水治理措施方案，是生态毒理试验的又一特点。

生态毒理学方法也可以对工厂排出的可溶性废渣进行毒性鉴定。将废渣按要求水溶后进行水蚤的毒性试验。可以确定其毒性大小。

3          评价环境毒物对人体健康的影响

由于水蚤类是鱼的重要饵料，因此水蚤类成为水生食物链的重要一环。当水环境中微量毒物第一环生物富集后（如藻类）被水蚤类吞食，使毒物转移到水蚤体内。水蚤被鱼食后鱼体富集了较高的浓度，人吃了鱼直接危害了健康。因此对于一些有富集作用的毒物，大型水蚤及鱼类的富集试验可作为一种监测手段，提供重要的监测数据。如大型水蚤及鱼类对甲基汞的富集。结果看出，大型水蚤能直接从水中富集甲基汞，富集系数为3.92，通过水生食物链富集系数为1.511。鱼吃了被富集后的大型水蚤很快使甲基汞进入鱼体，三天后鱼体中甲基汞含量超过我国食品中汞允许量，两周后鱼体甲基汞含量达1.81mg/公斤，超过食品卫生标准三倍之多，可见水蚤的富集试验在水生食物链研究中占有重要地位。水生食物链的研究资料可用来评价环境污染对人体健康的危害。

4          研究饮用水的致突变活性

原生动物中的纤毛虫类是一个真核生物，其刺泡发射受6个基因作用在9个遗传点上。当基因突变，刺泡发射即发生故障。根据这一原理，运用大孔树脂浓集饮用水有机物进行刺泡突变试验，即可判断该饮水中是否存在突变活性物质，这是一个经济快速而敏感的突变方法。

5          研究毒物的联合毒性效应

有毒化学品的数量和种类也急剧增加，多种污染物同时进入水环境，在水体中共存。只用单一毒物的毒性实验结果往往不能客观反映出污染物共存时对人类的危害程度，而生态毒理实验具有快速敏感，廉价可靠等特点，因此国内外有不少学者采用鱼类毒性实验法做为毒物联合作用机制研究手段。如氟硒浓度1：1条件下的联合毒性实验，按半数致死时间曲线比较法，其长效应联合毒性结果为协同作用。而用大型水蚤（Daphnia magna）和美丽猛水蚤（Nitocna spinipes）两种无脊椎动物研究氟硒联合毒性作用。在各种浓度配比下所获得的联合毒性实验结果均为拮抗作用，可见不同实验生物，氟硒联合实验结果不同，氟硒联合在水环境中对鱼类危害最大。

6          对农药的毒性评价

由于有的农药具有强烈的触杀作用和内渗作用。适用于防治棉花、果树、蔬菜、水稻、小麦等作物的刺吸式和咀嚼式口器害虫，有的对人类是一种高毒类农药，易溶于水，使用中易造成环境污染。利用大型水蚤生命周期短，对毒物敏感的特点。随着速灭杀丁浓度的增加，实验水蚤运动受抑制的百分率在增加。1ug/L的速灭杀丁在96h能使全部水蚤失去运动能力。水蚤的半数运动受抑制浓度（Ec50值），24h为2.5ug/L(1.8~3.2ug/L)，48h为0.049ug/L(0.032~1.0ug/L)，96h为0.0128ug/L(0.01~0.016ug/L)。对水蚤的中毒症状与哺乳动物中毒后兴奋乱跳，共剂失调等现象一致。由此可见，应用生态毒理中的生物测试系统是检验农药毒性的有效方法。为防止水环境的污染，确保人体健康提供科学依据。

7          对食品毒素的综合评价

食品毒素能引起中枢神经系统受损的急性食物中毒。能引起儿童死亡和终生残废的后遗症，而对大鼠、小鼠、猪和狗都能引起急性神经中毒和死亡。利用浮游动物大型水蚤对食品毒素进行综合评价。由表中结果明显看出，节菱孢毒性培养物能引起实验水蚤的死亡，浓度为18mg/L的实验液在24h死亡6.7%，48h死亡30%，96h死亡96.67%。随着中毒时间增加，毒性明显加大。回归测定结果，48h实验水蚤死亡百分数与毒素的相关系数是0.9296，96小时相关系数为0.9774，P值分别小于0.01及0.001，可见水蚤的死亡率与浓度直接相关。所测得的Lc50值，24h、48h及96h分别为38.07mg/L、24.37mg/L及10.67mg/L。按急性毒性分级标准，本结果表明节菱孢霉菌毒素的毒性在高毒与中等毒物之间。

8          对长效应的生物标准物研究

当环境污染物进入生物体所产生的生物学变化，这些生物反应，从分子相互作用到细胞损伤及至整个生物体的毒性显现都反应于生物系统与环境因子的相互作用，这些作用可发生在分子、细胞及个体水平上，使生物体产生功能、生理、生化变化的信号指标。

利用鱼类长效应毒性实验，观察暴露于毒物下斑马鱼胚胎和仔鱼的半数存活时间（median surviral time MST）和半数孵化时间（median hatching time MHT），以及畸形等生态相关性指标，结果显示MST和MHT指标都能较好的反映灭多威对斑马鱼胚胎发育速率减缓。随污染暴露浓度上升，存在剂量－反应关系，而且它的改变揭示了低剂量灭多威对鱼类的慢性毒性作用及其潜在生态后果，从中毒现象观察，仔鱼出现畸形，以及心包和卵黄囊中部位水肿等等，是理想的效应标志物指标。

生物标志物检测能提供有毒化学污染物环境生物效应的信息，对应用生态毒理的环境危险评价具有重要意义。标志物早期检测可使人们采取措施预防和缓解污染物危害。另外，胚胎仔鱼长效应生物标志物与生态危害的发生有着直接的联系，它能较好地反映污染物胁迫下，生物的能量现状。能有效地对污染物潜在的危害作出预报。

9          对抗菌剂的毒性评价

利用浮游植物、浮游动物及鱼类对抗菌剂进行毒性评价。结果证明了不同生物都能反应出抗菌剂的毒性程度中毒48h，抗菌剂对大型水蚤及栅列藻的半数影响浓度Ec50值都在1.15mg/L和1.85mg/L之间。可见对浮游植物而言，即有一定的杀灭效果。

综上所述，水生生态毒理中的生物测试系统不但可用来评价化学毒物、农药、抗菌剂、灭藻剂、生物毒素等单一毒物的毒性，同时对工业有毒废水、生活废水的处理效果可以做出鉴定，而且还可以通过事物链的研究说明蓄积性毒物对人体健康的危害。