水環(huán)境中的幾種主要污染物對(duì)生物生化指標(biāo)的影響

賴(lài) 照，楊麗坤，張 偉，朱 娜，王宏偉

（河北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河北保定 071002）

水體中的污染物來(lái)自人類(lèi)生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，生活污水、工業(yè)廢水是水污染的主要來(lái)源．人類(lèi)生活產(chǎn)生的污水，含有大量的有機(jī)物和復(fù)雜的污染物成分，未經(jīng)處理排入水體，給水環(huán)境造成破壞．隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，大量的工業(yè)污染物排放到水體中，嚴(yán)重污染水質(zhì)，給養(yǎng)殖業(yè)造成危害．目前，全世界每年約有4 200億m3的污水排入江河湖海，污染了5．5億m3的淡水，這相當(dāng)于全球徑流的14%以上．中國(guó)是世界上水資源極度缺乏的國(guó)家之一，水資源總量為2．8124×1012m3，人均水資源的占有量不及世界人均水平的1/4［1］．因此，研究水環(huán)境中的污染物很有必要．

1 污染物對(duì)環(huán)境的影響

生物與環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系，環(huán)境因子可以造成生物生化指標(biāo)的改變．污染物是一種可以明顯影響生物群落的環(huán)境因子．重金屬、氨氮污染物、農(nóng)藥（對(duì)硫磷）、多溴聯(lián)苯醚、有機(jī)物分解產(chǎn)生低氧脅迫是水污染的幾個(gè)重要來(lái)源．重金屬在水體中積累到一定的限度就會(huì)對(duì)水體—水生植物—水生動(dòng)物系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，并可能通過(guò)食物鏈直接或間接地影響到人類(lèi)的自身健康，例如日本由于汞污染引發(fā)的“水俁病”和由鎘污染造成的“骨痛病”就是典型例證［2］．根據(jù) 20 世紀(jì) 90 年代環(huán)境年鑒［3－9］的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)地表水環(huán)境污染狀況堪憂(yōu)，七大水系中僅長(zhǎng)江、珠江情況較好，且水質(zhì)有逐年下降的趨勢(shì)，氨氮在地表水體超標(biāo)污染物中出現(xiàn)頻率非常高．對(duì)硫磷是體內(nèi)膽堿酯酶的不可逆性抑制劑，屬劇毒類(lèi)農(nóng)藥，會(huì)隨著地表徑流進(jìn)入水體．環(huán)境中的對(duì)硫磷也可以通過(guò)食物鏈發(fā)生生物富集作用．芳香族化合物在自然界廣泛存在，苯環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物對(duì)生物具有相當(dāng)大的毒性和致癌、致突變作用．水體環(huán)境中溶解氧變化會(huì)影響到氧自由基的產(chǎn)生，機(jī)體缺氧時(shí)，組織的脂質(zhì)過(guò)氧化作用增強(qiáng)，機(jī)體代謝產(chǎn)生的氧自由基增多［10］．筆者通過(guò)對(duì)這幾種污染源的分析，以期了解水體污染物對(duì)生物的影響．

2 主要污染物

2．1 重金屬

重金屬進(jìn)入水體后對(duì)水生生物具有很多不利影響，水生生物體內(nèi)的重金屬干擾其新陳代謝，致病甚至致死．重金屬進(jìn)入水環(huán)境的危害已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的問(wèn)題．淡水中的水生生物對(duì)水體中的重金屬有強(qiáng)烈的吸附作用，易使水生生物中毒，而且重金屬可以通過(guò)生物富集作用進(jìn)一步危害上層營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物乃至人類(lèi)的健康．Cu2+，Hg2+廣泛用于生產(chǎn)生活中，易進(jìn)入水環(huán)境造成污染．

高濃度的重金屬對(duì)生物產(chǎn)生致死作用．銅在天然水體中有多種存在形式，其中自由Cu2+被普遍認(rèn)為是銅對(duì)水生生物致毒的主要形式．當(dāng)在生物體內(nèi)積累到一定數(shù)量后，就會(huì)出現(xiàn)受害癥狀，生理受阻、發(fā)育停滯，甚至死亡，整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能受損，崩潰［11］．管越強(qiáng)等［12］利用 CuSO4溶液研究了Cu2+對(duì)鈍頂螺旋藻（Spirulina platensis）的毒性影響．Cu2+在24 h和48 h時(shí)對(duì)鈍頂螺旋藻的半數(shù)有效濃度（EC50）分別為46．84，23．91 μmol/L，對(duì)鈍頂螺旋藻的安全濃度為1．869 μmol/L．Cu2+在安全濃度時(shí)對(duì)藻體無(wú)害，但藻體富集Cu2+會(huì)對(duì)食用者產(chǎn)生危害．徐勤松等［13］對(duì)黑藻的研究表明，Cu2+對(duì)葉綠素總含量影響顯著，并呈負(fù)相關(guān)．在1 mg/L處理濃度時(shí)，葉綠素含量變?yōu)閷?duì)照值的61．4%;5 mg/L處理濃度時(shí)為對(duì)照值的51．4%．張亞娟等［14］研究了Hg2+對(duì)日本沼蝦的急性毒性，在24 h下，測(cè)定了Hg2+對(duì)日本沼蝦（Macrobr achiumnip ponnensis）的24，48，72，96 h 的 LC50值分別為 60．2，52．4，47．6，38．0 μg/L．

重金屬對(duì)生物的代謝酶類(lèi)也有一定的影響．張開(kāi)明等［15］對(duì)黃菖蒲 Cu2+脅迫抗性研究中發(fā)現(xiàn)POD，SOD，CAT酶在低濃度短期內(nèi)有較好的抗脅迫能力，隨著脅迫濃度的加強(qiáng)和處理時(shí)間的增加，3種酶活性均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明高濃度Cu2+對(duì)黃菖蒲植株細(xì)胞的生理造成嚴(yán)重的傷害．張亞娟等［14］研究發(fā)現(xiàn)，在幾個(gè)Hg2+質(zhì)量濃度梯度脅迫下，超氧化物歧化酶（SOD）、Na+－K+－ATPase、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）活性均受到不同程度的抑制，隨Hg2+質(zhì)量濃度的升高，抑制作用越明顯．

重金屬還會(huì)影響生物的其他生化指標(biāo)．周一兵等［16］測(cè)定了 Hg2+，Cu2+，Zn2+3 種金屬及其不同混合方式對(duì)蛤仔的呼吸、排泄和O/N比有明顯的影響：Cu2+的質(zhì)量濃度在 0．01 ～0．069 mg/L，Zn2+的質(zhì)量濃度在0．1～1．58 mg/L時(shí)對(duì)蛤仔的耗氧率、氨氮排泄率和O/N比影響相對(duì)較小;Cu2+質(zhì)量濃度在0．158 mg/L以上，Zn2+的質(zhì)量濃度在 6．31 mg/L 以上時(shí)，對(duì)其代謝將產(chǎn)生顯著影響;Hg2+的質(zhì)量濃度在0．005～0．05 mg/L范圍內(nèi)，對(duì)蛤仔耗氧率和氨氮排泄率有抑制作用，并使O/N比值顯著降低．孫平躍等［17］等發(fā)現(xiàn)河蜆體內(nèi)Zn和Cu的含量顯著高于Cd，Cr和Pb的含量，且Zn和Cu含量之間呈顯著的正相關(guān)．曾麗璇等［18］發(fā)現(xiàn)，隨著金屬鎘和銅濃度的增大，河蜆的耗氧率、排氨率均有明顯的下降．

重金屬可以通過(guò)生物富集作用進(jìn)一步危害上層營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物．Hg2+作為一種常見(jiàn)的毒性強(qiáng)的重金屬污染物，易吸收和富集，不易排除和分解，通過(guò)食物鏈危害人體的健康．河蜆是長(zhǎng)江口濱岸潮灘分布最廣的大型底棲動(dòng)物，其軟體組織對(duì)Cu，Mn和Zn有明顯的富集作用．畢春娟等［19］發(fā)現(xiàn)秋季時(shí)BSAFs值分別達(dá) 2．01，1．41 和 2．85．河蜆對(duì) Cu 具有明顯的選擇性吸收作用，不同岸段河蜆體內(nèi)Cu含量差異不大．

2．2 氨氮

傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖，無(wú)論是在魚(yú)塘、水庫(kù)、河灣進(jìn)行的淡水養(yǎng)殖，還是在海塘、海灣進(jìn)行的淺海海水養(yǎng)殖，都存在殘余餌料和魚(yú)糞污染養(yǎng)殖區(qū)水體的問(wèn)題，加之各地工業(yè)含氮廢物排放的增加，以及農(nóng)業(yè)上以氯化銨、尿素為主的氮肥的大量使用，造成養(yǎng)殖水體普遍氨氮質(zhì)量濃度較高，富營(yíng)養(yǎng)化［20］．韓力強(qiáng)等［21］以斑馬魚(yú)（Brachyclanio rerio）為試驗(yàn)材料，用氯化銨模擬水體中氨氮進(jìn)行急性毒性試驗(yàn)．得到24，48，72，96 h 的半致死濃度（LC50）分別為126，114，105，101 mg/L．各類(lèi)酶活的變化與氨氮質(zhì)量濃度都呈一定相關(guān)性，隨著氨氮質(zhì)量濃度增大，ATP酶活性受到顯著抑制，CAT酶呈曲線變化．

2．3 農(nóng)藥（對(duì)硫磷）

對(duì)硫磷對(duì)水生生物有較大的毒性，影響生物的新陳代謝，高濃度的對(duì)硫磷對(duì)水生生物具有致死作用．王宏偉等［22］發(fā)現(xiàn)，隨著對(duì)硫磷質(zhì)量濃度的增加，中華米蝦肌肉中SOD活力會(huì)呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，其對(duì)中華米蝦的毒害程度也加深，高質(zhì)量濃度的對(duì)硫磷使中華米蝦在短時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)比較活躍，甚至還有蛻皮現(xiàn)象，蛻皮現(xiàn)象隨對(duì)硫磷質(zhì)量濃度的增加而加重;隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，蝦的運(yùn)動(dòng)能力逐漸下降，運(yùn)動(dòng)變緩，最后靜伏缸底而死亡．

2．4 低氧脅迫

溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）作為水生動(dòng)物賴(lài)以生存的前提條件，是影響水生動(dòng)物生長(zhǎng)、呼吸、物質(zhì)和能量代謝等的重要環(huán)境因子．污水中的有機(jī)物被微生物分解時(shí)消耗水中的溶解氧，影響?hù)~(yú)類(lèi)等水生生物的生命，水中溶解氧耗盡后，有機(jī)物進(jìn)行低氧分解產(chǎn)生硫化氫、硫醇等難聞氣體，使水質(zhì)進(jìn)一步惡化．

為闡明低氧脅迫對(duì)日本沼蝦呼吸代謝和氧化代謝的影響，并初步探討其作用機(jī)制及日本沼蝦的抗氧化響應(yīng)機(jī)制，管越強(qiáng)等［23］將日本沼蝦暴露于低氧（（2±0．2）mg/L，8 h）中，隨著低氧暴露時(shí)間延長(zhǎng)，日本沼蝦肝胰腺和肌肉組織細(xì)胞色素氧化酶（CCO）和琥珀酸脫氫酶（SDH）活力顯著下降，延胡索酸還原酶（FRD）和乳酸脫氫酶（LDH）活力顯著上升;總抗氧化能力（T－AOC）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活力顯著上升，超氧化物歧化酶（SOD）活力顯著下降，P＜0．05．T－AOC 和CAT活力增加、SOD活力降低，是日本沼蝦適應(yīng)低氧環(huán)境所采取的一種抗氧化策略．

2．5 多溴聯(lián)苯醚

多溴聯(lián)苯醚（Poly Brominated Diphenyl Ethers，PBDEs）是一類(lèi)溴代阻燃劑化合物，主要包括五溴聯(lián)苯醚、八溴聯(lián)苯醚和十溴聯(lián)苯醚，通常作為阻燃添加劑被廣泛地應(yīng)用在電子、電器、化工、交通、建材、紡織等領(lǐng)域中［24］．PBDEs是一類(lèi)環(huán)境中廣泛存在的全球性有機(jī)污染物．由于其具有環(huán)多溴聯(lián)苯醚環(huán)境持久性、遠(yuǎn)距離傳輸、生物可累積性及對(duì)生物和人體具有毒害效應(yīng)等特性，對(duì)其環(huán)境問(wèn)題的研究已成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)的一大熱點(diǎn)．水環(huán)境是PBDEs全球循環(huán)的重要組成部分．PBDEs可通過(guò)地表徑流、大氣干濕沉降和其他方式進(jìn)入水環(huán)境．

水生生物累積PBDEs的機(jī)制是極其復(fù)雜的，不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)也是生物體PBDEs累積差異的主要原因，一般為哺乳動(dòng)物＞魚(yú)類(lèi)＞無(wú)脊椎動(dòng)物＞浮游植物［25－27］．低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體中的 PBDEs會(huì)通過(guò)食物鏈逐級(jí)放大，最后以高濃度累積于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的水生生物中．

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前水環(huán)境普遍受到重金屬、氨氮污染物、農(nóng)藥（對(duì)硫磷）、多溴聯(lián)苯醚、有機(jī)物分解產(chǎn)生低氧脅迫污染和作用，并且很多地區(qū)仍呈急劇的上升趨勢(shì)．人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到水環(huán)境污染物造成的危害．目前，水體中這幾種主要污染物的研究主要停留在對(duì)生物生化指標(biāo)的影響和產(chǎn)生致死作用的濃度上，人們對(duì)水環(huán)境中污染物的認(rèn)識(shí)仍存在不足，對(duì)污染物的水生生物累積和放大做了一定的基礎(chǔ)研究［28］，但還了解甚少．

因此，為了準(zhǔn)確了解水體污染物及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)水體污染物的賦存特征進(jìn)行全面的調(diào)查研究，探討污染的主要來(lái)源;深入研究不同水體不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)的水生生物中污染物水平，揭示污染物通過(guò)食物鏈放大的規(guī)律，合理準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn);進(jìn)一步闡明水體和水生生物中污染物變化趨勢(shì)，為水環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)管理和污染控制提供依據(jù)．

4 展望

污染物的水生生物累積和放大作用將是未來(lái)幾年的研究熱點(diǎn)．重金屬、農(nóng)藥（對(duì)硫磷）和多溴聯(lián)苯醚多為非降解型有毒物質(zhì)，一旦進(jìn)入環(huán)境就很難去除．目前重金屬污染的治理方法主要是物理化學(xué)方法，生物修復(fù)技術(shù)作為經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的治理技術(shù)也受到廣泛關(guān)注［2］．氨氮污染物和有機(jī)物分解產(chǎn)生低氧脅迫也可以通過(guò)生物作用修復(fù)．近年來(lái)水體生物修復(fù)技術(shù)發(fā)展迅速，利用水生植物、微生物對(duì)水體中氮、磷元素進(jìn)行有效吸附、轉(zhuǎn)化和降解，可減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，修復(fù)水體自?xún)艄δ埽?9］．由此可見(jiàn)，生物修復(fù)技術(shù)在水環(huán)境污染物的治理和防治方面具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景．

［1］陳英旭．農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：38－39．

［2］黃海濤，梁延鵬，魏彩春，等．水體重金屬污染現(xiàn)狀及其治理技術(shù)［J］．廣西輕工業(yè)，2009（5）：99－100．

［3］王子強(qiáng)，楊朝飛．中國(guó)環(huán)境年鑒（1993）［M］．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1993：59－60．

［4］張力軍．中國(guó)環(huán)境年鑒（1994）［M］．北京：中國(guó)環(huán)境年鑒社，1994：79－80．

［5］張力軍．中國(guó)環(huán)境年鑒（1995）［M］．北京：中國(guó)環(huán)境年鑒社，1995：65－67．

［6］張力軍．中國(guó)環(huán)境年鑒（1996）［M］．北京：中國(guó)環(huán)境年鑒社，1996：88－89．

［7］許正?。袊?guó)環(huán)境年鑒（1997）［M］．北京：中國(guó)環(huán)境年鑒社，1997：58－59．

［8］許正?。袊?guó)環(huán)境年鑒（1998）［M］．北京：中國(guó)環(huán)境年鑒社，1998：167 －168．

［9］許正隆．中國(guó)環(huán)境年鑒（1999）［M］．北京：中國(guó)環(huán)境年鑒社，1999：117 －118．

［10］王宏偉，曹向可，錢(qián)慶增，等．飼料中錳對(duì)日本沼蝦抗氧化酶活性的影響［J］．河北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，28（3）：300 －304．

［11］李玥．鎘、銅、鋅對(duì)四種水生植物的毒性效應(yīng)［D］．沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2007．

［12］管越強(qiáng)，張義科，陳勇，等．Cu2+對(duì)鈍頂螺旋藻（Spirulina platensis）的毒性影響［J］．河北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2000，20（2）：182 －184．

［13］徐勤松，施國(guó)新，王學(xué)．鎘、銅和鋅脅迫下黑藻活性氧的產(chǎn)生及抗氧化酶活性的變化研究［J］．水生生物學(xué)報(bào)，2006，30（1）：107 －111．

［14］張亞娟，王軍霞，趙盼茹，等．Hg2+對(duì)日本沼蝦的毒性作用［J］．河北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，28（1）：74－78．

［15］張開(kāi)明，黃蘇珍，原海燕．水生花卉黃菖蒲Cu2+脅迫抗（耐）性研究［J］．江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（6）：217－219．

［16］周一兵，尹春霞，楊建立．菲律賓蛤仔的呼吸與排泄對(duì)三種重金屬慢性毒性的反應(yīng)［J］．大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào)，1989，18（1）：8 －15．

［17］孫平躍，王斌．長(zhǎng)江口區(qū)河蜆體內(nèi)的重金屬含量及其污染評(píng)價(jià)［J］．應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2003，10（1）：79－83．

［18］曾麗璇，陳桂珠，吳宏海．重金屬鎘和銅對(duì)河蜆呼吸和排泄的毒性研究［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（1）：175－178．

［19］畢春娟，陳振樓，許世遠(yuǎn)，等．長(zhǎng)江口潮灘大型底棲動(dòng)物對(duì)重金屬的累積特征［J］．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，17（2）：309－314．

［20］孫振中，劉淑梅．非離子氨氮對(duì)羅氏沼蝦幼體的毒性研究［J］．水產(chǎn)科技情報(bào)，1999，26（4）：174 －177．

［21］韓力強(qiáng)，康現(xiàn)江，李雙石，等．氨氮對(duì)斑馬魚(yú)2種代謝酶類(lèi)的影響［J］．河北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，25（2）：179－184．

［22］王宏偉，蔡端波，霍艷高，等．對(duì)硫磷脅迫下錳對(duì)中華米蝦SOD活性的影響［J］．河北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，29（1）：81 －84．

［23］管越強(qiáng)，李利，王慧春，等．低氧脅迫對(duì)日本沼蝦呼吸代謝和抗氧化能力的影響［J］．河北大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，30（3）：301 －306．

［24］ Liu Hanxia，Zhang Qinghua，Jiang Guibin．Polybrominated diphenyl ethers and its related environmental problems［J］．Progress in Chemistry，2005，17（3）：554 －562．

［25］ Johnson-Restrepo B，Kannan K，Addink R，et al．Polybrominated diphenyl ethers and polychlorinated biphenyls in a marine foodweb of coastal Florida［J］．Environmental Science and Technology，2005，39（21）：8243 －8250．

［26］ Wolkers H，Van Bavel B，Derocher A E，et al．Congenerspecific accumulation and food chain transfer of polybrominated diphenyl ethers in two arctic food chains［J］．Environmental Science and Technology，2004，38（6）：1667－1674．

［27］ Boon J P，Lewis W E，Tjoen-A-Choy M R．Levels of polybrominated diphenyl ether（PBDE）flame retardants in animals representing different trophic levels of the North Sea food Web［J］．Environmental Science and Technology，2002，36（19）：4025 －4032．

［28］ Wang X L，Satoa T，Xing B S，et al．Health risks of heavy metals to the general public in Tianjin，China via consumption of vegetable and fish［J］．Science of the Total Environment，2005，350（1）：28 －37．

［29］鄭煥春，周青．微生物在富營(yíng)養(yǎng)化水體生物修復(fù)中的作用［J］．中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，17（1）：197 －202．