硅藻種群及數(shù)量變化規(guī)律的法醫(yī)學(xué)研究

杜 宇蔡洪洋李鵬飛夏俊苓

（1 中國刑警學(xué)院 遼寧 沈陽 110035；2 沈陽市公安局鐵西分局 遼寧 沈陽 110023）

硅藻種群及數(shù)量變化規(guī)律的法醫(yī)學(xué)研究

杜 宇1蔡洪洋2李鵬飛1夏俊苓1

（1 中國刑警學(xué)院 遼寧 沈陽 110035；2 沈陽市公安局鐵西分局 遼寧 沈陽 110023）

2011年對北方淡水河流布點采樣，以周為時間間隔觀測硅藻優(yōu)勢種群的變化規(guī)律，每月觀測硅藻數(shù)量及種群數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)淡水河流中硅藻數(shù)量、種群及優(yōu)勢種群均隨時間、地點而變化；硅藻數(shù)量及種群數(shù)12-2月最低，之后逐漸升高，5月達高峰，略有下降后10月達第二高峰期，之后迅速減少；4-11月間，同一采樣點相鄰兩周比較，硅藻優(yōu)勢種群變化明顯，7-8月間同一周內(nèi)不同采樣點硅藻優(yōu)勢種群變化不明顯。提示河水中硅藻變化規(guī)律復(fù)雜，受環(huán)境、水文等多種因素影響，在法醫(yī)水中尸體死因鑒定及落水地點推斷過程中，現(xiàn)場水樣與臟器中硅藻數(shù)量及種群比對時應(yīng)充分考慮其變化規(guī)律。

法醫(yī)病理學(xué) 溺死 硅藻 種群 數(shù)量

硅藻檢驗在診斷溺死的作用中一直存在爭議，但由于水中尸體常處于腐敗甚至高度腐敗狀態(tài)，根據(jù)其尸表系統(tǒng)解剖以及病理組織學(xué)檢驗有時很難鑒定溺死和拋尸入水。因此目前在一些法醫(yī)檢案中，硅藻檢驗仍是一種有效甚至唯一的鑒定手段，認為參照送檢現(xiàn)場水樣的硅藻種群及數(shù)量，可以確定生前溺死及推斷落水地點。現(xiàn)有的法醫(yī)學(xué)相關(guān)研究也主要集中于優(yōu)化硅藻檢驗方法及提高檢出率等方面，往往忽視了由于環(huán)境、水文等多種因素影響，同一河流不同河段甚至同一河段不同時間，硅藻數(shù)量及種群的差異可能很大。本研究擬就沈陽市主要水系-蒲河河段，一年中不同時間、不同地點硅藻數(shù)量及種群的變化規(guī)律進行研究，以分析現(xiàn)場水樣硅藻檢驗中應(yīng)注意的問題。

1 材料和方法

1.1 觀測點、采樣時間設(shè)置及水樣采集

在沈陽市內(nèi)蒲河河段選定三個觀測點（由上游至下游依次為1-3號），每個觀測點距離約10公里，保證每個觀測點結(jié)冰期不完全干涸，可以刨冰取水。每個觀測點設(shè)兩個取水點，每個取水點取水面及水面下20cm水樣各500ml，然后將每個觀測點4份樣品混勻，取混合水樣500ml（加4%甲醛溶液固定，靜置24小時后鏡檢）作為該觀測點水樣備檢。

依據(jù)上述布點采樣方法，2011年每周三對沈陽市內(nèi)蒲河河段各觀測點進行樣本采集，用以觀測硅藻優(yōu)勢種群變化；每月15日對2號觀測點進行樣本采集，用以觀測硅藻數(shù)量及種群數(shù)的變化。12月-2月為北方河水結(jié)冰期，該期間內(nèi)同觀測點刨冰取水。

1.2 主要儀器及試劑

臺式高速離心機（最高轉(zhuǎn)速16000r/min），15ml離心管，移液器，加樣槍頭，生物顯微鏡，恒溫干燥箱，電子天平，蒸餾水，硝酸；1ml浮游生物計數(shù)框（北京普力特儀器有限公司）。

1.3 方法

檢驗前確定儀器及試劑均不含硅藻。備檢水樣混勻后取100ml置于燒杯內(nèi)，滴加少量濃硝酸并加熱去除有機質(zhì)，取10ml水樣裝入離心管，以離心半徑8cm，12000 r/min離心20min，棄去上清液后定容至1ml，蒸餾水洗5min×3次，每次均棄去上清液，最終定容至2ml，用移液器反復(fù)吹吸沉淀物使之充分混勻后鏡檢。①觀察硅藻形態(tài)，進行硅藻種屬鑒定（依據(jù)中國淡水藻類——系統(tǒng)分類及生態(tài)）；②吸取1ml于計數(shù)板上計數(shù)硅藻數(shù)量，重復(fù)計數(shù)10次，計算出每1ml濃縮液（相當(dāng)于10ml現(xiàn)場水樣）中硅藻數(shù)量平均值（個/10ml）；③以周為時間間隔，觀測不同取水點硅藻優(yōu)勢種群變化，統(tǒng)計每周每個觀測點優(yōu)勢種群（計算樣品中出現(xiàn)的每屬硅藻數(shù)量占全部硅藻數(shù)量的百分比，取數(shù)值位于前三位者為優(yōu)勢種群，樣品中不足三種硅藻的按數(shù)值大小取實際種群數(shù)量）。

2 結(jié)果

2.1 沈陽市內(nèi)蒲河河段硅藻種群

2011年全年在3個采樣點采集樣本中共鑒定出16個屬的硅藻，隸屬于2綱6目8科。其中羽紋綱11屬，中心綱5屬（表1）。

表1 沈陽市內(nèi)蒲河河段硅藻種群

2.2 沈陽市內(nèi)蒲河河段硅藻數(shù)量及種群變化

2011年全年沈陽市內(nèi)蒲河河段中硅藻數(shù)量呈現(xiàn)出一定規(guī)律性變化，其中1月水中硅藻數(shù)量及種群數(shù)均為全年最低值，其后硅藻數(shù)量及種群數(shù)逐漸增多，至5月達到第一個高峰期，此后略有下降但仍高于4月水平，于10-11月達到第二個高峰期，其中10月硅藻數(shù)量達全年峰值，12月硅藻數(shù)量及種群數(shù)均迅速下降（表2）。

表2 沈陽市內(nèi)蒲河河段每月硅藻數(shù)量及種群數(shù)變化

2.3 沈陽市內(nèi)蒲河河段中硅藻優(yōu)勢種群變化

全年水中小環(huán)藻屬、直鏈藻屬、舟形藻屬、冠盤藻屬等片藻屬、脆桿藻屬作為優(yōu)勢種群出現(xiàn)頻率最高，其中1-13周（1-3月），多以小環(huán)藻屬、直鏈藻屬、冠盤藻屬等中心綱硅藻為優(yōu)勢種群；14-26周（4-6月）小環(huán)藻屬、冠盤藻屬、脆桿藻屬、舟形藻屬等片藻屬等中心綱及羽紋綱硅藻交替成為優(yōu)勢種群，隨時間變化，羽紋綱硅藻逐漸占據(jù)優(yōu)勢地位；至27-38周（7-9月），脆桿藻屬、舟形藻屬、等片藻屬等羽紋綱硅藻成為優(yōu)勢種群；39-46周（10-11月），小環(huán)藻屬、冠盤藻屬、脆桿藻屬、舟形藻屬等片藻屬等中心綱及羽紋綱硅藻再次交替成為優(yōu)勢種群，其后至52周小環(huán)藻屬直鏈藻屬、冠盤藻屬等中心綱硅藻再次成為優(yōu)勢種群。4-11月（14-47周）同一采樣點相鄰兩周間硅藻優(yōu)勢種群變化明顯，7-8月（27-35周）間同一周內(nèi)不同采樣點硅藻優(yōu)勢種群變化不明顯（表3）。

3 討論

硅藻是一類細胞壁高度硅質(zhì)化的單細胞植物，是浮游生物的重要組成成分，其種群繁多、數(shù)量龐大，是生態(tài)系統(tǒng)中主要的初級生產(chǎn)者之一。硅藻耐受力極強、生境十分廣泛，可在淡水、咸水中生長，可浮游或著生，部分硅藻對低溫具有極強的耐受性，甚至可以在冰層下正常生長繁殖。盡管存在爭議，但目前在水中尸體法醫(yī)檢案中，硅藻檢驗仍被視為一種有效甚至唯一的鑒定手段?，F(xiàn)階段，國內(nèi)法醫(yī)工作者多致力于優(yōu)化硅藻檢驗方法及提高檢出率等方面的研究，對于硅藻種群及數(shù)量隨時間、地點改變相應(yīng)的變化規(guī)律研究甚少，而現(xiàn)場水樣與死者臟器中硅藻種群及數(shù)量的比對在水中尸體死因鑒定及落水點推斷方面十分重要?，F(xiàn)有研究證實，硅藻具有明顯的地區(qū)多樣性分布特點，尤其在江河、湖泊等淡水系統(tǒng)中，硅藻的群落組成及數(shù)量變化與環(huán)境、水文的改變有著極其密切的關(guān)系。

沈陽蒲河是渾河右岸主要支流，發(fā)源于鐵嶺縣想兒山，從東北流向西南經(jīng)棋盤山水庫并流經(jīng)11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)于朱家房入渾河，全長205公里。作為沈陽市直接管理的河道長度最長、流域面積最大的中型河流，是沈陽市防洪體系的重要組成部分，也是目前沈陽市每年水中尸體出現(xiàn)率最高的水域之一。本研究針對2011年一年中蒲河沈陽段不同時間，不同地點硅藻數(shù)量、種群及優(yōu)勢種群的變化進行研究，以分析其變化規(guī)律對于法醫(yī)學(xué)相應(yīng)檢案的意義及送檢現(xiàn)場水樣硅藻檢驗中應(yīng)注意的問題。

本研究每月觀測蒲河同一采樣點硅藻數(shù)量及種群數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)硅藻數(shù)量變化呈現(xiàn)一定時間規(guī)律性。1月硅藻數(shù)量及種群數(shù)為全年最低值，之后兩項指標(biāo)逐漸增加，于5月達第一個峰值，之后略有下降但仍高于4月水平，8月后再次升高，10月達第二個峰值且硅藻的數(shù)量及種群數(shù)為全年最高，之后兩項指標(biāo)迅速減少，除8月外，其余月份與前一月硅藻數(shù)量比較均差異顯著。目前，多數(shù)國內(nèi)學(xué)者認為硅藻可作為鑒定生前溺死的重要依據(jù)，依據(jù)是檢驗時對臟器組織與現(xiàn)場水樣的硅藻進行對比，如臟器組織內(nèi)含有大量與現(xiàn)場水樣同種群的硅藻可以診斷為溺死，同時認為現(xiàn)場水樣中硅藻密度大，數(shù)量多，相應(yīng)臟器組織中檢出硅藻數(shù)量也應(yīng)較多?？紤]北方地區(qū)冬季（12-3月）溺水后冰封而春季之初（4-5月）浮尸的情況非常常見，如以本研究結(jié)果為依據(jù)（12-3月與4月比較，硅藻數(shù)量及種群數(shù)存在顯著差異），推斷由于落水與撈尸間隔時間較長，在硅藻檢驗過程中可能會呈現(xiàn)發(fā)現(xiàn)尸體水域提取的現(xiàn)場水樣與臟器內(nèi)硅藻的數(shù)量及種群數(shù)差異很大，而造成排除溺死的錯誤結(jié)論。同時考慮傳統(tǒng)的硝酸乙醇法僅能檢出無機硅藻，使大量有機硅藻被破壞，以及離心處理步驟導(dǎo)致的硅藻損失，均會造成臟器中硅藻檢出率進一步降低。因此本研究結(jié)果提示我們在依據(jù)現(xiàn)場水樣與臟器中硅藻數(shù)量及種群數(shù)來判斷溺死時需格外慎重。此外，以往部分文獻認為，夏季水中硅藻數(shù)量最多，本研究結(jié)果顯示4-5月及9-10月的春秋季節(jié)為硅藻豐度最高時段，提示可能與流速、水溫、藻類間的競爭抑制等有關(guān)。

表3 沈陽市內(nèi)蒲河河段不同觀測點每周優(yōu)勢硅藻種群變化

硅藻檢驗的另一個作用是判斷落水地點。多數(shù)國內(nèi)外學(xué)者認為，在嚴格控制操作污染后，從肺、肝、腎、骨髓等多個器官中檢出硅藻，并與現(xiàn)場水樣硅藻種群一致，可推斷落水地點，而種群不一致，說明存在漂尸過程。本研究結(jié)果以周/月為時間間隔觀測不同采樣點硅藻，發(fā)現(xiàn)無論其種群數(shù)還是優(yōu)勢種群類別，均存在變化。5、10月硅藻的種群數(shù)最多，12-2月（北方河水結(jié)冰期）硅藻種群數(shù)量達一年中最低值；12-3月，蒲河中硅藻以小環(huán)藻屬、直鏈藻屬及冠盤藻屬等中心綱為優(yōu)勢種群，且各采樣點及相鄰各周間變化不大；4-6月及9-11月，中心綱及羽紋綱部分屬交替成為優(yōu)勢種群；7-8月脆桿藻屬、舟形藻屬、等片藻屬等較大的羽紋綱硅藻成為優(yōu)勢種；4-11月（14-47周） 同一采樣點相鄰兩周間硅藻優(yōu)勢種群變化明顯，7-8月（27-35周）間同一周內(nèi)不同采樣點硅藻優(yōu)勢種群變化不明顯。上述種群變化規(guī)律與以往研究結(jié)果提示的硅藻種群變化與流速、溫度、光照等氣象、水文因素以及不同種屬硅藻自身特點等密切相關(guān)的研究結(jié)論相一致。依據(jù)上述硅藻種群變化規(guī)律，推斷冬季落水春季浮尸或于4-11月期間內(nèi)溺死但落水與撈尸間隔時間達一周以上者，即使落水點與撈尸點同一或相近，但因水中硅藻種群的顯著變化，可能造成現(xiàn)場水樣與臟器內(nèi)檢出硅藻的種群結(jié)構(gòu)差異極大，因而導(dǎo)致落水點與撈尸點不同一的錯誤結(jié)論。

同時從本研究可以看出，在蒲河7-8月汛期時，同一時間點不同觀測點間硅藻種群差別很小，這可能與水流流速過快等有關(guān)。夏季河水中尸體移動快，因此可能出現(xiàn)落水點與打撈點相距甚遠，但打撈點水樣與臟器內(nèi)檢出硅藻的優(yōu)勢種群接近一致，造成對落水地點判斷的干擾。

綜上，本研究結(jié)果提示可能受環(huán)境、水文等影響，河流中硅藻種群及數(shù)量隨時間、地點不同變化極大，因此依據(jù)硅藻檢驗認定溺死及推斷落水點時需格外慎重。目前法醫(yī)工作者多集中于研究優(yōu)化硅藻檢驗方法及提高檢出率等方面，植物學(xué)家及環(huán)境學(xué)家則致力于環(huán)境對硅藻的影響及硅藻種群與數(shù)量對環(huán)境變化的檢測作用等相關(guān)研究，如何將兩方面研究有機融合，開展建立地區(qū)性硅藻數(shù)據(jù)庫，明確影響因素，規(guī)范檢驗方法，合理分析結(jié)果，對于法醫(yī)相關(guān)檢案、地域性水文變化及水質(zhì)監(jiān)測等均具有重要意義。

1.Piette MH，De Letter EA.Drowning：Still a difficult autopsy diagnosis[J].Forensic Sci Int，2006，163

2.Meguro H， Fukushima H， Matsuda T.Distribution ofthe two typesofice diatom communitiesin the Antarctic[J].Journal of Marine Systems，1992，3 (1-2)

3.Kim D K，Jeong K S，Whigham P， etal.Winter diatom bloomsin aregulated river in South Korea: Explanations based on evolutionary computation[J]. Freshwater Biology，2007，52(10)

4.JeongK S，Kim D K,Joo G J.Delayed influence of dam storage and discharge on the determination of seasonal proliferations of Microcystis aeruginosa and Stephanodiscushantzschii in aregulated river system ofthe lowerNakdongRiver(South Korea)[J].Water Research，2007，41(6)

5.Mitrovic SM，Chessman BC，Davie A,et al.Development of blooms of Cyclotella meneghiniana and Nitzschiaspp.(Bacillariophyceae)in a shallow river and estimation of effective suppression flows[J].Hydrobiologia, 2008，596

6.馬書玲，李凡，秦豪杰，等.40例可疑溺死案件臟器中硅藻檢測的法醫(yī)學(xué)分析[J].河南科技大學(xué)學(xué)報（醫(yī)學(xué)版），2004，22(2)

7.吳德清，徐小虎，于曉軍.硅藻的檢驗現(xiàn)狀[J].中國法醫(yī)學(xué)雜志，2005，19（增刊）

8.趙子琴.法醫(yī)病理學(xué)[M].第三版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2004

9.何冠英，張維東，李飛，等.酶消化法檢驗臟器硅藻[J].中國法醫(yī)學(xué)雜志，2003，18(3)

10.胡孫林.兩種微束分析在法醫(yī)學(xué)溺死診斷中的應(yīng)用研究[D].中山大學(xué)博士學(xué)位論文，2009

11.ManelL.Diatom responsesto Holocene environmentalchangesinasmalllakeinnorthwestSpain[J].QuaternaryInternational，2005，140-141

12.Ganf G G，Rea N.Potential for algal blooms in tropical rivers of the Northern Territory，Australia[J]. Marine and FreshwaterResearch，2007，58(4)

13.KissKT，GenkalSI.Winterbloomsofcentric diatom in theriver Danubeand itsside-armsnear Budapest (Hungary)[J].Hydrobiologia，1993，269/270

14.梁新華，焦炎，豐榮平，等.強酸消化法和胰蛋白酶消化法檢驗腐敗臟器硅藻的比較研究[J].刑事技術(shù)，2008，(4)

15.孟林，吳克榮，張英明，等.硅藻檢驗對水中尸體死因判斷的動物實驗研究[J].交通醫(yī)學(xué)，2006，20(3)

16.LudesB，CosteM，TracquiA，etal.Contivuous river monitoring of diatoms in the diagnosis of drowning[ J].JForensicSci，1996，41(3)