環(huán)境毒理學診斷方法

1、第十三章第四節(jié) 土污染的生態(tài)毒理診斷環(huán)境科學 張凈雯20134017045土壤污染生態(tài)毒理診斷概述 在生態(tài)環(huán)境日趨惡劣的背景下，各種先進的診斷方法應運而生，土壤污染生態(tài)毒理診斷方法是當前較為顯著的方法之一。該方法誕生于20世紀90年代，是由美國超基金計劃提出的，后來德國聯(lián)邦科技部、瑞典皇家科學院及荷蘭政府等機構(gòu)對此進行深入的研究。其中德國在政府資助下，開展了“土壤生態(tài)毒理診斷研究”項目，在此基礎上，建立了統(tǒng)一的診斷指標管理體系，該體系在國際上得到一致認可。20世紀90年代末，在馬德里舉行的國際會議中，對生態(tài)環(huán)境、土壤診斷等進行達成一致，該研究成為國際環(huán)境領域新熱點 。土壤環(huán)境污染生態(tài)毒理診斷的

2、特殊性及重要性 不同地域環(huán)境的土壤介質(zhì)不同，性質(zhì)差別大，因此如何統(tǒng)一診斷是當前重要難題。從土壤基本生態(tài)結(jié)構(gòu)上看，其自身具有特殊性，土壤動物和土壤微生物是土壤的重要組成部分，土壤又是植物生長的基礎，因此土壤污染程度和生態(tài)系統(tǒng)需要由不同營養(yǎng)級別、不同食物鏈結(jié)構(gòu)判定的。暴露在土壤中的陸生植物，無脊椎動物是土壤污染診斷的重要指標。 在科學技術的推動下，原有的化學診斷方法具有一定的局限性?；瘜W方法很難對土壤中各個物質(zhì)進行全面的測定，有些毒理反應檢測不出來，為土壤留下隱患。針對現(xiàn)有的檢測方案的種種弊端，土壤生態(tài)毒理診斷方法應運而生，土壤污染生態(tài)毒理診斷方法集合了不同食物鏈對化學品德整體毒性效應，提供土壤的

3、全部信息，通過選擇敏感物代表者，作為的毒性診斷指標，對土壤診斷有重要的作用 。污染土壤的生態(tài)毒理學診斷方法 植物（根伸長抑制試驗、種子發(fā)芽試驗和植物幼苗早期生長試驗）動物（無脊椎動物如蚯蚓，彈尾類，原生物動物如纖毛蟲）微生物（硝化細菌、根瘤菌等，測定指標土壤呼吸、土壤氨化、土壤消化、土壤酶活力，也可以利用細菌發(fā)光和埃姆斯試驗等測定土壤污染程度）細胞遺傳學方法（紫露草微核試驗、蠶豆根尖微核試驗）生物標記物試驗（如細胞色素P一450(CYP）酶系等指標）植物法 植物是生態(tài)系統(tǒng)中基本組成部分，利用生長狀況診斷土壤污染，是土壤生態(tài)診斷的重要方法之一。通過種子發(fā)芽試驗和根伸長試驗,以小麥和蘿卜為研究對象

4、,進行了重金屬污染土壤診斷研究等。這些研究從污染物的劑量-反應關系,混合污染毒性與土壤營養(yǎng)物質(zhì)濃度水平、土壤pH值等關系方面,為土壤污染診斷研究提供了依據(jù)。動物法 蚯蚓毒性試驗 蚯蚓是生態(tài)系統(tǒng)中一個重要的組成部分。通過蚯蚓毒性試驗, 研究石油污染土壤的毒性,在實驗室中通過人工投毒的方法將3種不同的石油(輕、中、重)投加到不同的土壤中,結(jié)果表明,蚯蚓對其毒性十分敏感,而輕油在沙性含有機質(zhì)少的土壤毒性中最強,重油在高有機質(zhì)的土壤中毒性最弱。微生物法 發(fā)光菌試驗 發(fā)光菌試驗是20世紀70年代發(fā)展起來的一種微生物監(jiān)測環(huán)境毒物的新方法,明亮發(fā)光細菌在正常生活狀態(tài)下,體內(nèi)熒光素在有氧參與時,經(jīng)熒光酶的作用

5、會釋放出肉眼可見的藍綠色熒光。當受到外界影響時發(fā)光過程受到干擾,引起發(fā)光菌的發(fā)光強度減弱與污染物濃度或毒性作用強度呈劑量-反應線性相關關系。該方法可作為評價污染物毒性的指標。斑馬魚水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng) 香港水務署早前研發(fā)生物感應預警系統(tǒng)，利用斑馬魚配合計算機和互聯(lián)網(wǎng)作24小時監(jiān)測和預警，并透過發(fā)光菌進行快速毒性檢測，60分鐘內(nèi)可甄別逾1,000種水中有害物質(zhì)，每次成本亦只需50元(港幣下同)。署方估計每年可節(jié)省200萬元的開支。香港水務署水質(zhì)科學部早前斥資近50萬元，用2年多時間自行研發(fā)“斑馬魚水質(zhì)監(jiān)察系統(tǒng)”。系統(tǒng)選用對水污染物有高靈敏度的斑馬魚，再以攝錄機24小時監(jiān)察魚在剛抵濾水廠的原水中的活動情況

6、。計算機會透過實時錄像分析活動軌跡，若發(fā)現(xiàn)魚出現(xiàn)異?；顒踊蛩劳?，水務署的內(nèi)部網(wǎng)站會提升警戒級別，同時自動向有關人員發(fā)送電郵、手機短訊和來電，系統(tǒng)亦可實時抽取不同時段的水樣本作化驗。 而當“斑馬魚水質(zhì)監(jiān)察系統(tǒng)”發(fā)出警號，水務署人員會用俗稱“發(fā)光菌”的費希爾孤菌進行快速毒性檢測。當發(fā)光菌在一般的水樣本下可進行新陳代謝而正常地發(fā)光；但當水中含有害物質(zhì)時，便會抑制細菌發(fā)光。細胞遺傳學方法 蠶豆根尖微核試驗 其優(yōu)點是較為穩(wěn)定、簡便、可看,并且可以通過土壤微核率與土壤污染的相關分析來揭示土壤污染的生態(tài)毒性效應，因此也是比較好的土壤生態(tài)毒理診斷方法。研究表明,農(nóng)藥甲胺磷達到一定濃度時即成為誘變污染物,能明顯

7、誘發(fā)蠶豆根尖微核率的增高,在一定范圍內(nèi)顯示出較好的劑量效應關系。應用蠶豆根尖細胞微核技術,監(jiān)測甲基對硫磷對環(huán)境的污染,結(jié)果表明,在所試濃度范圍內(nèi)(0.113%0.377%),甲基對硫磷對蠶豆根尖細胞具有極強的誘變效應,并呈現(xiàn)出明顯的劑量效應關系。說明蠶豆根尖微核技術是監(jiān)測農(nóng)藥污染的一種有效方法。 紫露草微核試驗 1987年美國西伊里大學的Te-HsiuMa博士建立了紫露草微核技術試驗方法。紫露草微核試驗是監(jiān)測環(huán)境污染的一種新技術，可檢測水環(huán)境污染及空氣中氣體污染物或放射線。生物標記物試驗 細胞色素P-450（CYP）酶系 研究人員以嚙齒類小鼠口服PAHs污染土壤的方式對其染毒，通過測定鼠肝P-4501A1時發(fā)現(xiàn)，所有污染土壤都使鼠肝P-450A1產(chǎn)生誘導。研究發(fā)現(xiàn)石油污染物污染土壤的鼠肝微粒體P-450活性比干凈土壤中的高72