電鍍廠排水對大型溞、唐魚早期發(fā)育階段的急、慢毒性效應(yīng)

譚杰峰，陳山多，王依釩，侯麗萍

（廣州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510006）

隨著工業(yè)廢水對環(huán)境影響的不斷加深及復(fù)雜化，國內(nèi)外控制污水排放的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不足以全面地衡量現(xiàn)階段多變、復(fù)雜水體的環(huán)境質(zhì)量。傳統(tǒng)的理化指標(biāo)排放限值主要集中在懸浮物（SS）、化學(xué)耗氧量（COD）、生物耗氧量（BOD）、氨氮及常見重金屬上，只能體現(xiàn)單一或幾種污染物的濃度水平和貢獻(xiàn)量[1]，一些有毒化學(xué)物質(zhì)的代謝副產(chǎn)物和最終產(chǎn)物并沒有相應(yīng)的分析方法對其進(jìn)行檢測及評估；同時，無法體現(xiàn)排水中混合物的聯(lián)合毒性和識別其潛在的綜合影響等[2]。而生物毒性測試的方法正好能彌補傳統(tǒng)水質(zhì)理化指標(biāo)排放限值的不足。例如，黃燦克[3]采用費氏弧菌對電鍍廢水進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示電鍍處理廢水排放口為中低毒；于彩虹[4]采用日本青鳉對城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水進(jìn)行檢測，出現(xiàn)胚胎致死效應(yīng)及胚胎發(fā)育致畸效應(yīng)，孫曉怡[5]采用斑馬魚對幾個重點工業(yè)污染源排污口進(jìn)行檢測，在21 個污水排放口中，低毒以上有9 個、1 個劇毒。總體上，這些研究工作普遍側(cè)重于單一受試動物以及急性毒性的測試。國外的排水毒性測試標(biāo)準(zhǔn)中，推薦使用2～3種以上生物物種，觀察其胚胎損傷、畸形、生長和死亡等指標(biāo)作為急、慢性毒性的測試方法[6]。試驗以大型溞（Daphnia magna Straus）、唐魚（Tanichthys albonubes）作為受試動物，測試了東江流域附近5 家電鍍廠的排水急、慢性毒性效應(yīng)情況，為全面評估東江流域電鍍廠出水毒性風(fēng)險提供科學(xué)的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 樣品采集方法采用經(jīng)清洗后的20 L 塑料油桶，于污水處理廠采樣后運至試驗室，并保存在4℃以下的冷庫中，過程中確保水樣不受任何的試驗藥品污染，試驗前預(yù)先取樣，待溫度恢復(fù)到室溫后再進(jìn)行試驗。

1.1.2 試驗儀器24 孔板培養(yǎng)皿、10 mL 燒杯、100 mL 燒杯、100 mL 量筒、移液槍、溫度計、生物顯微鏡。

1.1.3 試驗試劑螺旋藻粉、草履蟲母液、次甲基藍(lán)、重鉻酸鉀、曝氣24 h 自來水。試驗所用試劑均為分 析純。

表1 電鍍廠排水的常規(guī)水質(zhì)參數(shù)

1.2 受試動物的飼養(yǎng)和繁殖

1.2.1 大型溞的培養(yǎng)大型溞由中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心提供。選取健康、活潑、體型均勻的大型溞進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度（24±2）℃，光暗比為12 h ∶12 h。喂食螺旋藻粉，每天更換80%培養(yǎng)液。孵化后，挑選新生的健康小溞用于試驗。

1.2.2 唐魚的培養(yǎng)唐魚來自市場購買觀賞魚類，購買健康的魚卵后置于孵化液中等待孵化，培養(yǎng)溫度（24±2）℃，光暗比為14 h ∶10 h，每天9：00 收集新出生的幼魚，喂食草履蟲，挑選新生的健康幼魚用于實驗。

1.3 急性毒性測試

1.3.1 大型溞的急性毒性測試根據(jù)OECD202 標(biāo)準(zhǔn)方法[7]對大型溞進(jìn)行48 h 的急性毒性暴露試驗，在10 mL 燒杯中加入10 mL 測試液，一只幼溞，每個濃度梯度設(shè)置10 個平行，共3 個梯度（100%、10%、1%），試驗期間不喂食，于24 h 和48 h 后更換80%測試液，并記錄死亡、受抑制情況。

1.3.2 唐魚急性毒性測試方法唐魚急性毒性試驗對孵化1 d 內(nèi)的唐魚幼魚進(jìn)行96 h 的急性毒性暴露試驗，在24 孔板內(nèi)進(jìn)行，孔板的每個孔加入2 mL 測試液和一條幼魚，每個梯度設(shè)置12個平行，共3個梯度（100%、10%、1%），試驗期間不喂食，每24 h 更換50%測試液，并記錄死亡情況。

1.4 慢性毒性測試

1.4.1 大型溞慢性毒性測試采用半靜態(tài)試驗方法對大型溞慢進(jìn)行為期14 d 的慢性毒性測試，每24 h 更換試驗溶液的80%并喂食綠藻。在10 mL 燒杯中放入10 mL 測試液與1 只幼溞。根據(jù)急性試驗的結(jié)果來確定慢性試驗的梯度，每個梯度10 個平行。觀察記錄并統(tǒng)計大型溞的頭胎產(chǎn)溞時間、頭胎產(chǎn)溞數(shù)量及單位暴露期產(chǎn)溞總數(shù)。

1.4.2 唐魚慢性毒性測試采用半靜態(tài)試驗方法對唐魚進(jìn)行為期8 d 的慢性毒性測試，在24 孔板培養(yǎng)皿中加入2 mL 測試液和1 幼魚，每隔24 h 更換測試液50%，根據(jù)急性的試驗結(jié)果來確定慢性試驗的梯度，并設(shè)置每個梯度12 個平行。及時清理死亡的幼魚，觀察記錄魚苗的死亡及畸形情況。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

試驗組各項數(shù)據(jù)與對照組使用SPSS 軟件進(jìn)行對比，統(tǒng)計分析，P＜0.05 為顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 大型溞急、慢性毒性效應(yīng)

大型溞急性毒性測試結(jié)果顯示（表2），1 號、2號水樣發(fā)生了較多的幼溞死亡情況，2 號水樣100%梯度甚至出現(xiàn)全部大型溞死亡現(xiàn)象，且1%濃度梯度也有40%的死亡率，呈現(xiàn)較大的急性毒性效應(yīng)，說明水樣里存在較多的致死有毒物質(zhì)，因此需要重新確定1 號與2 號水樣的大型溞慢性毒性試驗的梯度，1號水樣確定為10%、1%、0.1%，2 號水樣確定為1%、0.1%、0.01%。其他水樣的大型溞死亡率均低于10%，沒有產(chǎn)生急性毒性效應(yīng)，則采用50%、10%、1%的濃度梯度。

表2 電鍍排水對大型溞急性毒性結(jié)果

慢性毒性測試結(jié)果表示（表3），各個水樣組的頭胎產(chǎn)溞時間均比對照組短，但影響并不是很大，其中1 號水樣1%梯度和5 號水樣10%梯度與對照組有顯著性差異。而電鍍排水對產(chǎn)溞數(shù)量的影響顯示，2號水樣0.1%、0.01%梯度頭胎產(chǎn)溞數(shù)量明顯高于對照組，具有顯著性差異；而4 號、5 號水樣只有50%梯度出現(xiàn)了顯著性差異，這可能是因為各個電鍍廠的處理工藝、處理水平不一，導(dǎo)致剩余污染物的濃度水平有差異，且電鍍廠排水中剩余污染物之間，以及與大型溞的產(chǎn)溞數(shù)量行為的相互作用機制尚未清楚，需要進(jìn)行進(jìn)一步的試驗去探究檢驗。暴露期平均每胎產(chǎn)溞數(shù)量均高于對照組，3 號、4 號水樣50%、10%梯度以及5 號水樣的50%梯度與對照組相比出現(xiàn)顯著性差異。同時，參考查金苗[6]不同暴露階段的主要形態(tài)學(xué)觀察指標(biāo)方法，通過體式顯微鏡觀察到（圖1），經(jīng)過電鍍廠排水暴露后，部分大型溞出現(xiàn)形態(tài)上的變形，主要包括眼變形、體型畸形、內(nèi)肢外肢發(fā)育不全等常見畸形，說明水體內(nèi)含有三致效應(yīng)的毒性物質(zhì)。

表3 電鍍廠排水對大型溞的慢性毒性試驗結(jié)果

2.2 唐魚急、慢性毒性效應(yīng)

唐魚的急性毒性試驗中（表4），2 號水樣100%濃度梯度出現(xiàn)全部唐魚死亡，呈現(xiàn)一定的急性毒性效應(yīng)，而低濃度組未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，說明原水樣內(nèi)有較多的致死有毒物質(zhì)；1 號、3 號、5 號水樣出現(xiàn)了輕微的死亡現(xiàn)象（8.3%），但均無出現(xiàn)明顯的急性毒性效應(yīng)，所以其慢性毒性試驗的梯度則均設(shè)置為50%、10%、1%、0.1%，一共4 個梯度。

圖1 部分大型溞損傷特征

表4 電鍍排水對唐魚急性毒性試驗結(jié)果

慢性毒性試驗顯示（表5），隨著時間的推移，毒性物質(zhì)在唐魚體內(nèi)蓄積，魚苗的死亡率逐漸增大，且死亡率隨著水樣濃度梯度的升高而升高。其中，2號水樣50%濃度梯度中的魚苗在5～8 d 期間全部死亡，呈現(xiàn)顯著性差異，說明2 號水樣中存在大量慢性毒性物質(zhì)；5 號水樣50%濃度梯度的8 d 魚苗死亡率與對照組相比也存在顯著性差異，1 號、3 號、4 號水樣所有濃度梯度與對照組相比均無顯著性差異，但死亡率均高于對照組，體現(xiàn)了一定的慢性毒性作用。通過體式顯微鏡進(jìn)一步對唐魚的體型變化進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，暴露后部分的唐魚也出現(xiàn)部分畸形體，其中對唐魚損傷特征主要有脊椎畸形、腹腔腫大、眼變形等（圖2）。

3 結(jié)論與討論

研究表明，5 個電鍍廠排水對大型溞及唐魚均產(chǎn)生了不同程度的毒性效應(yīng)，在急性毒性試驗中，大型溞對有毒物質(zhì)的反應(yīng)較唐魚更為敏感，但總體上兩種生物的試驗結(jié)果呈現(xiàn)出較好的一致性，其中2 號水樣的急性毒性效應(yīng)最大，1 號水樣次之，死亡率隨著水樣濃度梯度的升高而升高，說明1、2 號水樣中存在著大量的致死有毒物質(zhì)，其他水樣均無顯著的急性毒性效應(yīng)。而大型溞慢性毒性試驗的結(jié)果表明，與對照組相比，各水樣組的產(chǎn)溞時間要稍短，且產(chǎn)溞數(shù)量明顯要更高，說明每個水樣中均存在刺激大型溞繁殖行為的物質(zhì)，王洪盼等[8]研究發(fā)現(xiàn)Cu2+低濃度時能促進(jìn)胚胎的發(fā)育，這與試驗結(jié)果所體現(xiàn)出的毒性作用比較相似，2 號電鍍廠排水水質(zhì)最差，其急性毒性中實驗反映水樣內(nèi)含大量的有毒有害物質(zhì)，在進(jìn)一步稀釋后，低濃度梯度（0.1%、0.01%）更為促進(jìn)對大型溞的繁殖行為，而其他急性毒性不顯著的水樣，水內(nèi)有毒有害物質(zhì)濃度不高，所以基本都在中高濃度梯度體現(xiàn)其慢性毒性作用。初步推斷是由Cu2+以及其他化學(xué)物質(zhì)作為刺激因子，在一定的濃度和配比的時候，刺激大型溞繁殖，但具體的毒理機制仍需進(jìn)一步的研究。同時，唐魚的慢性毒性試驗顯示，電鍍排水的毒性作用呈現(xiàn)隨時間積累性，其中2 號、5 號水樣所顯現(xiàn)的慢性毒性作用最大。兩種受試動物暴露后均出現(xiàn)了致畸現(xiàn)象，最為典型的是椎體畸形、腹部水腫，說明水體內(nèi)含有不少的三致作用的毒性物質(zhì)。由于各個廠的廢水處理設(shè)備、技術(shù)不一，處理效果也不盡相同，水樣仍含有微量的Cu、Zn、Ni、Pb 等重金屬離子。陳國柱等[9]研究銅、鋅、鎘對唐魚胚胎和初孵仔的毒性研究發(fā)現(xiàn)這三種金屬離子對唐魚有顯著的三致效應(yīng)；丁嬋娟[10]探究銅、鋅、鉛對大型溞毒性效應(yīng)研究顯示，Cu2+- Zn2+-Pb2+聯(lián)合毒性表現(xiàn)為協(xié)同作用，且聯(lián)合毒性與毒物配比無關(guān)，只與毒物的組合有關(guān)；Stewart 等[11]發(fā)現(xiàn)Cu2+可以改變生物膜通透性，使有毒物質(zhì)更容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。初步推斷，受試動物致畸現(xiàn)象是由于電鍍排水中含有的重金屬離子所引起的。

表5 電鍍廠排水對唐魚的慢性毒性試驗結(jié)果 （%）

圖2 部分唐魚損傷特征

綜上所述，大型溞、唐魚暴露試驗結(jié)果表明：（1）5 個電鍍廠排水對試驗生物的毒性大小：2 號＞1 號＞5 號＞4 號＞3 號。 （2）多受試動物測試較單一受試動物測試要更為全面，科學(xué)。通過比較2 種受試動物的試驗結(jié)果，其急、慢性毒性測試結(jié)果有較好的一致性，如致死、致畸、抑制生命活動等?？傮w上，大型溞對毒性物質(zhì)要比唐魚更為敏感，可利用這一特征，針對不同地區(qū)或不同污染物的監(jiān)測水平挑選最為合適的監(jiān)測受試動物提供一定的科學(xué)根據(jù)。（3）水體內(nèi)含有較多三致作用的毒性物質(zhì)，初步推測電鍍排水對大型溞及唐魚的毒性主要由金屬離子以及各種化學(xué)物質(zhì)聯(lián)合作用所造成的，其毒性作用機理還有待進(jìn)一步研究。因此，盡管經(jīng)過電鍍廠污水處理設(shè)施處理后的達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的出水，仍然會對水生生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)。這也從側(cè)面反映了目前單純以物理化學(xué)指標(biāo)作為排放檢測標(biāo)準(zhǔn)的局限性，不能非常全面地去保護(hù)水生生態(tài)系統(tǒng)，而生物毒性測試能夠帶來更加全面的評估，在未來是值得去實踐與完善的。