生物污染監(jiān)測

第第頁生物污染監(jiān)測生物污染監(jiān)測在自然界中，生物和其生存環(huán)境之間存在著相互影響、相互制約、相互依存的緊密關系，保持著相對的生態(tài)平衡。當環(huán)境受自然因素或人為因素的影響發(fā)生更改時，生物就會隨之發(fā)生各種變化，生態(tài)平衡也會受到破壞。隨著現代工農業(yè)的飛速進展，三廢大量排放，農藥和化肥使用量快速加添，使大氣、水體、土壤受到污染，而生物在從這些環(huán)境要素中攝取營養(yǎng)物質和水分的同時，也攝入了污染物質，并在體內蓄積，因此受到不同程度的污染和危害。進行生物污染監(jiān)測的目的是通過對生物體內有害物質的檢測，適時把握和判定生物被污染的情況和程度，以實行措施保護和改善生物的生存環(huán)境。這對促進和維持生態(tài)平衡，保護人體健康具有非常緊要的意義。生物污染的監(jiān)測方法與水體、土壤污染的監(jiān)測方法大同小異，本章重點介紹有差異的內容。**節(jié)污染物在生物體內的分布污染物質可通過不同的途徑進入生物體內，并在體內進行傳輸、積累和轉化，它們在各部位的分布是不均勻的。把握這些情況，對正確采集樣品，選擇適合的監(jiān)測方法和獲得牢靠的結果是非常緊要的。一、生物污染的途徑生物受污染的途徑重要有表面附著、生物汲取和生物積累三種形式。（一）表面附著表面附著是指污染物附著在生物體表面的現象。例如，施用農藥或大氣中的粉塵降落時，部分農藥或粉塵以物理的方式粘附在植物表面上，其附著量與作物的表面積大小、表面性質及污染物的性質、狀態(tài)有關。表面積大、表面粗糙、有絨毛的作物附著量比表面積小、表面光滑的作物大；作物對粘度大的污染物、乳劑比對粘度小的污染物、粉劑附著量大。附著在作物表面上的污染物，可因蒸發(fā)、風吹或隨雨水流失而脫離作物表面。脂溶性或內吸傳導性農藥，可滲入作物表面的臘質層或組織內部，被汲取、輸導分布到植株汁液中。這些農藥在外界條件和體內酶的作用下漸漸降解、消失，但穩(wěn)定性農藥的這種分解、消失速度緩慢，直到作物收獲時往往還有肯定的殘留量。試驗結果表明，作物體上殘留農藥量的削減通常與施藥后的間隔時間呈指數函數關系。（二）生物汲取大氣、水體和土壤中的污染物，可經生物體各器官的自動汲取和被動汲取進入生物體。自動汲取即代謝汲取，是指細胞利用生物特有的代謝作用所產生的能量而進行的汲取作用。細胞利用這種汲取能把濃度差逆向的外界物質引入細胞內。如水生植物和水生動物將水體中的污染物質汲取，并成百倍、千倍甚至數萬倍地濃縮，就是靠這種代謝汲取。被動汲取即物理汲取，這是一種依靠外液與原生質的濃度差，通過溶質的擴散作用而實現的汲取過程，不需要供應能量。此時，溶質的分子或離子借分子擴散運動由濃度高的外液通過生物膜流向濃度低的原生質，直至濃度達到均一為止。1.植物汲取大氣中的氣體污染物或粉塵污染物，可以通過植物葉面的氣孔汲取，經細胞間隙抵達導管，而后運轉至其他部位。例如，氣態(tài)氟化物，重要通過植物葉面上的氣孔進入葉肉組織，首先溶解在細胞壁的水分中，一部分被葉肉細胞汲取，大部分則沿纖維管束組織運輸，在葉尖和葉緣中積累，使葉尖和葉緣組織壞死。植物通過根系從土壤或水體中汲取污染物，其汲取量與污染物的含量、土壤類型及作物品種等因素有關。污染物含量高，作物汲取的就多；作物在沙質土壤中的汲取率比在其他土質中的汲取率要高；作物對丙體六六六（林丹）的汲取率比其他農藥高；塊根類作物比莖葉類作物汲取率高；水生作物的汲取率比陸生作物高。2.動物汲取環(huán)境中的污染物質，可以通過呼吸道、消化道和皮膚汲取等途徑進入動物肌體?？諝庵械臍鈶B(tài)毒物或懸浮顆粒物質，經呼吸道進入人體。從鼻、咽、腔至肺泡整個呼吸道部分，由于結構不同，對污染物的汲取情況也不同，越入深部，面積越大，停留時間越長，吸入量越大。肺部具有豐富的****網，吸入毒物速度極快，僅次于靜脈注射。毒物能否隨空氣進入肺泡，與其顆粒大小及水溶性有關。直徑不超過3μm的顆粒物質能到達肺泡，而直徑大于10μm的顆粒物質大部分被粘附在呼吸道、氣管和支氣管粘膜上。水溶性較大的污染物，如氯氣、二氧化硫等，被上呼吸道粘膜所溶解而刺激上呼吸道，極少進入肺泡。水溶性較小的氣態(tài)物質，如二氧化氮等，則絕大部分能到達肺泡。水和土壤中的污染物質重要通過飲用水和食物攝入，經消化道被汲取。由呼吸道吸入并沉積在呼吸道表面上的有害物質，也可以咽到消化道，再被汲取進入肌體。整個呼吸道都有汲取作用，但以小腸較為緊要。皮膚是保護肌體的有效屏障，但具有脂溶性的物質，如四乙基鉛、有機汞化合物、有機錫化合物等，可以通過皮膚汲取后進入動物肌體。二、污染物在生物體內的分布和蓄積污染物質通過各種途徑進入生物體后，傳輸分布到肌體的不同部位，并在體內進行蓄積。（一）污染物在植物體內的分布污染物被植物汲取后，在植物體內各部位的分布規(guī)律與汲取污染物的途徑、作物品種、污染物的性質等因素有關。從土壤和水體中汲取污染物的植物，一般分布規(guī)律和殘留含量的次序是：根＞莖＞葉＞穗＞殼＞種子。表6—1列出某討論單位應用放射性同位素115Cd對水稻進行試驗結果。由表可見，若將整個植株分為地上和根系兩大部分，則根系部分的含鎬量占整個植株含鎘量的84.8％，而地上部分（包括莖、葉、穗、米）含鎘量的總和只占15.2％。表6—2列出某農業(yè)大學應用放射性14C標記的六六六對水稻進行試驗，測得的各部位農藥殘留量，反映了同樣的分布規(guī)律，并且在抽穗后施藥，稻殼中的殘留量明顯加添，這重要是由于施藥時稻殼直接受到六六六污染。表6—1成熟期水稻各部位中的含鎘量表6—2水稻各部位14C—六六六殘留量及殘留比試驗表明，作物的種類不同，對污染物質的汲取殘留量分布也有不符合上述規(guī)律的。例如，在被鎘污染的土壤上蒔植的蘿卜和胡蘿卜，其塊根部分的含鎘量低于頂葉部分。殘留分布情況也與污染物質的性質有關。表6—3列舉不同農藥在水果中殘留量分布試驗結果?？梢姡瑵B透性小的P，P′—DDT、敵菌丹、狄氏劑等，95％以上殘留在果皮部分，向果肉內滲透量很少。而西維因、倍硫磷向果肉內的滲透量分別達78％和30％。表6—3水果中殘留農藥的分布表6—4氟污染區(qū)蔬菜不同部位的含氟量（ppm）植物從大氣中汲取污染物后，在植物體內的殘留量常以葉部分布*多。表6—4列出訪用放射性18F對蔬菜進行試驗的結果。（二）污染物在動物體內的分布動物汲取污染物質后，重要通過血液和**系統傳輸到全身各組織發(fā)生危害。依照污染物性質和進入動物組織的類型不同，大體有以下五種分布規(guī)律：（1）能溶解于體液的物質，如鈉、鉀、鋰、氟、氯、溴等離子，在體內分布比較均勻。（2）鑭、銻、釷等三價和四價陽離子，水解后生成膠體，重要蓄積于肝或其他網狀內皮系統。（3）與骨骼親和性較強的物質，如鉛、鈣、鋇、鍶、鐳、鈹等二價陽離子在骨骼中含量較高。（4）對某一種器官具有特別親和性的物質，則在該種器官中蓄積較多。如碘對甲狀腺，汞、鈾對腎臟有特別親和性。（5）脂溶性物質，如有機氯化合物（六六六、DDT等），易蓄積于動物體內的脂肪中。上述五種分布類型之間彼此交叉，比較多而雜。往往一種污染物對某一種器官有特別親和作用，但同時也分布于其他器官。例如，鉛離子除分布在骨骼中外，也分布于肝、腎中；砷除分布于腎、肝、骨骼中外，也分布于皮膚、毛發(fā)、指甲中。同一種元素，由于價態(tài)和存在形態(tài)不同，在體內蓄積的部位也有差異。水溶性汞離子很少進入腦組織，但烷基汞不易分解，呈脂溶性，可通過腦屏障進入腦組織。表6—5列舉一些金屬與類金屬在動物及人體內的重要分布部位。表6—5一些金屬、類金屬在動物及人體內的重要分布部位試驗結果說明，有機氯農藥如DDT、六六六，在禽畜體內的分布均以脂肪組織中含量*高；雞蛋中積累的六六六、蛋黃中的含量遠比蛋白中高。表6—6為某討論單位對同一豬體內各器官中脂肪及農藥含量測定結果，數據表明影響各器官對六六六、DDT富集本領的主導因素是各器官中脂肪含量的高處與低處。表6—6豬體內各器官中脂肪及農藥的含量三、污染物在動物體內的轉化與排泄有機污染物質進入動物體后，除很少一部分水溶性強、分子量小的毒物可以原形排出外，絕大部分都要經過某種酶的代謝（或轉化），從而更改其毒性，加強其水溶性而易于排泄。肝臟、腎臟、胃、腸等器官對各種毒物都有生物轉化功能，其中以肝臟*為緊要。對污染物的代謝過程可分為兩步：**步進行氧化、還原和水解。這一代謝過程重要與混合功能氧化酶系有關，它具有對多種外源性物質（包括化學致癌物質、**、殺蟲劑等）和內源物質（**、脂肪酸等）的催化作用，使這些物質羥基化、去甲基化、脫氨基化、氧化等；**步發(fā)生結合反應，一般通過一步或兩步反應，就可能使原屬活性物質轉化為惰性物質或解除其毒性，但也有轉化為比原物質活性更強而加添其毒性的情況。例如，1605（農藥）在體內被氧化成1600，其毒性增大。無機污染物質，包括金屬和非金屬污染物，進入動物體后，一部分參加生化代謝過程，轉化為化學形態(tài)和結構不同的化合物，如金屬的甲基化和脫甲基化反應，發(fā)生絡合反應等；也有一部分直接蓄積于細胞各部分。各種污染物質經轉化后，有的將排出體外。其排泄途徑重要通過腎臟、消化道和呼吸道，也有少量隨汗液、乳汁、唾液等分泌液排出，還有的在皮膚的新陳代謝過程中到達毛發(fā)而離開肌體。有毒物質在排泄過程中，可在排出的器官造成繼發(fā)性損害，成為中毒表現的一部分。**節(jié)生物樣品的采集和制備進行生物污染監(jiān)測和對其他環(huán)境樣品監(jiān)測大同小異，首先也要依據監(jiān)測目的和監(jiān)測對象的特點，在調查討論的基礎上，訂立監(jiān)測方案，確定布點和采樣方法、采樣時間和頻率，采集具有代表性的樣品，選擇適合的樣品制備、處理和分析測定方法。生物樣品種類繁多，下面介紹動、植物樣品的采集和制備方法。一、植物樣品的采集和制備（一）植物樣品的采集1.樣品的代表性、典型性和適時性采集的植物樣品要具有代表性、典型性和適時性。代表性系指采集代表肯定范圍污染情況的植株為樣品。這就要求對污染源的分布、污染類型、植物的特征、地形地貌、澆灌出入口等因素進行綜合考慮，選擇合適的地段作為采樣區(qū)，再在采樣區(qū)內劃分若干小區(qū)，采納適合的方法布點，確定代表性的植株。不要采集田埂、地邊及距田埂地邊2米以內的植株。典型性系指所采集的植株部位要能充分反映通過監(jiān)測所要了解的情況。依據要求分別采集植株的不同部位，如根、莖、葉、果實，不能將各部位樣品任意混合。適時性系指在植物不同生長發(fā)育階段，施藥、施肥前后，適時采樣監(jiān)測，以把握不同時期的污染情形和對植物生長的影響。2.布點方法在劃分好的采樣小區(qū)內，常采納梅花形布點法或交叉間隔布點法確定代表性的植株。3.采樣方法采集樣品的工具有小鏟、枝剪、剪刀、布袋或聚乙烯袋、標簽、細繩、登記表、記錄簿等。在每個采樣小區(qū)內的采樣點上，采集5—10處的植株混合構成一個代表樣品。依據要求，依照植株的根、莖、葉、果、種子等不同部位分別采集，或整株采集后帶回試驗室再按部位分開處理。應依據分析項目數量、樣品制備處理要求，重復測定次數等需要，采集充足數量的樣品。一般樣品經制備后，至少有20—50g干重樣品。新鮮樣品可按含80—90％的水分計算所需樣品量。表6－7植物樣品采集登記表若采集根系部位樣品，應盡量保持根部的完整。對一般旱作物，在抖掉附在根上的泥土時，注意不要損失根毛；如采集水稻根系，在抖掉附著泥土后，應立刻用清水洗凈。根系樣品帶回試驗后，適時用清水洗（不能浸泡），再用紗布拭干。假如采集果樹樣品，要注意樹齡、株型、生長勢、載果數量和果實著生的部位及方向。如要進行新鮮樣品分析，則在采集后用清潔、潮濕的紗布包住或裝入塑料袋，以免水分蒸發(fā)而萎縮。對水生植物，如浮萍、藻類等，應采集全株。從污染嚴重的河、塘中撈取的樣品，需用清水洗凈，挑去其他水草、小螺等雜物。采好的樣品裝入布袋或聚乙烯塑料袋，貼好標簽，注明編號、采樣地點、植物種類、分析項目，并填寫采樣登記表。樣品帶回試驗室后，如測定新鮮樣品，應立刻處理和分析。當天不能分析完的樣品，短時間放于冰箱中保存，其保存時間的長短，視污染物的性質及在生物體內的轉化特點和分析測定要求而定。假如測定干樣品，則將鮮樣放在干燥通風處晾干或于鼓風干燥箱中烘干。（二）植物樣品的制備從現場帶回來的植物樣品稱為原始樣品。要依據分析項目的要求，按植物特性用不同方法進行選取。例如，果實、塊根、塊莖、瓜類樣品，洗凈后切成四塊或八塊，據需要量各取每塊的1/8或1/16混合成平均樣。糧食、種子等經充分混勻后，平攤于清潔的玻璃板或木板上，用多點取樣或四分法多次選取，得到縮分后的平均樣。*后，對各個平均樣品加工處理，制成分析樣品。1.鮮樣的制備測定植物內簡單揮發(fā)、轉化或降解的污染物質，如酚、氰、亞硝酸鹽等；測定營養(yǎng)成分如維生素、氨基酸、糖、植物堿等，以及多汁的瓜、果、蔬菜樣品，應使用新鮮樣品。鮮樣的制備方法如下：（1）將樣品用清水、去離子水洗凈，晾干或拭干。（2）將晾干的鮮樣切碎、混勻，稱取100g于電動高速組織搗碎機的搗碎杯中，加適量蒸餾水或去離子水，開動搗碎機搗碎1—2min，制成勻漿。對含水量大的樣品，如熟透的西紅柿等，搗碎時可以不加水；對含水量少的樣品，可以多加水。（3）對于含纖維多或較硬的樣品，如禾木科植物的根、莖桿、葉子等，可用不銹鋼刀或剪刀切（剪）成小片或小塊，混勻后在研缽中加石英砂研磨。2.干樣的制備分析植物中穩(wěn)定的污染物，如某些金屬元素和非金屬元素、有機農藥等，一般用風干樣品，這種樣品的制備方法如下：（1）將洗凈的植物鮮樣盡快放在干燥通風處風干（莖桿樣品可以劈開）。假如碰到陰雨天或潮濕氣候，可放在40—60℃鼓風干燥箱中烘干，以免發(fā)霉腐爛，并削減化學和生物變化。（2）將風干或烘干的樣品去除灰塵、雜物、用剪刀剪碎（或先剪碎再烘干），再用磨碎機磨碎。谷類作物的種子樣品如稻谷等，應先脫殼再粉碎。（3）將粉碎好的樣品過篩。一般要求通過1mm篩孔即可，有的分析項目要求通過0.25mm的篩孔。制備好的樣品貯存于磨口玻璃廣口瓶或聚乙烯廣口瓶中備用。（4）對于測定某些金屬含量的樣品，應注意避開受金屬器械和篩子等污染。因此，*好用瑪瑙研缽磨碎，尼龍篩過篩，聚乙烯瓶保存。（三）分析結果的表示植物樣品中污染物質的分析結果常以干重為基礎表示（mg/kg·干重），以便比較各樣品某一成分含量的高處與低處。因此，還需要測定樣品的含水量，對分析結果進行換算。含水量常用重量法測定，即稱取肯定量新鮮樣品或風干樣品，于100—105℃烘干至恒重，由其失重計算含水量。對含水量高的蔬菜、水果等，以鮮重表示計算結果為好。二、動物樣品的采集和制備動物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、糞便、毛發(fā)、指甲、骨骼和臟器等均可作為檢驗環(huán)境污染物的樣品。（一）尿液絕大多數毒物及其代謝產物重要由腎臟經膀胱、尿道隨尿液排出。尿液收集便利，因此，尿檢在醫(yī)學臨床檢驗中應用較廣泛。尿液中的排泄物一般清晨濃度較高，可一次收集，也可以收集8h或24h的尿樣，測定結果為收集時間內尿液中污染物的平均含量。采集尿液的器具要先用稀硝酸浸泡洗凈，再依次用自來水、蒸餾水清洗，烘干備用。（二）血液檢驗血液中的金屬毒物及非金屬毒物，如微量鉛、汞、氟化物、酚等，對判定動物受危害情況具有緊要意義。一般用注射器抽取10mL血樣于洗凈的玻璃試管中，蓋好、冷藏備用。有時需加入抗凝劑，如二溴酸鹽等。（三）毛發(fā)和指甲蓄積在毛發(fā)和指甲中的污染物質殘留時間較長，即使已脫離與污染物接觸或停止攝入污染食物，血液和尿液中污染物含量已下降，而在毛發(fā)和指甲中仍簡單檢出。頭發(fā)中的汞、砷等含量較高，樣品簡單采集和保存，故在醫(yī)學和環(huán)境分析中應用較廣泛。人發(fā)樣品一般采集2—5g，男性采集枕部發(fā)，女性原則上采集短發(fā)。采樣后，用中性洗滌劑洗滌，去離子水沖洗，*后用乙醚或丙酮洗凈，室溫下充分晾干后保存?zhèn)溆?。（四）組織和臟器采納動物的組