環(huán)境毒理學(xué)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(xué) 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(jìn)的診斷方法應(yīng)運(yùn)而生，土壤污染生態(tài)毒理診斷方法是當(dāng)前較為顯著的方法之一。該方法誕生于20世紀(jì)90年代，是由美國(guó)超基金計(jì)劃提出的，后來(lái)德國(guó)聯(lián)邦科技部、瑞典皇家科學(xué)院及荷蘭政府等機(jī)構(gòu)對(duì)此進(jìn)行深入的研究。其中德國(guó)在政府資助下，開(kāi)展了“土壤生態(tài)毒理診斷研究”項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上，建立了統(tǒng)一的診斷指標(biāo)管理體系，該體系在國(guó)際上得到一致認(rèn)可。20世紀(jì)90年代末，在馬德里舉行的國(guó)際會(huì)議中，對(duì)生態(tài)環(huán)境、土壤診斷等進(jìn)行達(dá)成一致，該研究成為國(guó)際環(huán)境領(lǐng)域新熱點(diǎn) 。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(dāng)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(dòng)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(zhǎng)的基礎(chǔ)，因此土壤污染程度和生態(tài)系統(tǒng)需要由不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(wú)脊椎動(dòng)物是土壤污染診斷的重要指標(biāo)。 在科學(xué)技術(shù)的推動(dòng)下，原有的化學(xué)診斷方法具有一定的局限性。化學(xué)方法很難對(duì)土壤中各個(gè)物質(zhì)進(jìn)行全面的測(cè)定，有些毒理反應(yīng)檢測(cè)不出來(lái)，為土壤留下隱患。針對(duì)現(xiàn)有的檢測(cè)方案的種種弊端，土壤生態(tài)毒理診斷方法應(yīng)運(yùn)而生，土壤污染生態(tài)毒理診斷方法集合了不同食物鏈對(duì)化學(xué)品德整體毒性效應(yīng)，提供土壤的

3、全部信息，通過(guò)選擇敏感物代表者，作為的毒性診斷指標(biāo)，對(duì)土壤診斷有重要的作用 。污染土壤的生態(tài)毒理學(xué)診斷方法 植物（根伸長(zhǎng)抑制試驗(yàn)、種子發(fā)芽試驗(yàn)和植物幼苗早期生長(zhǎng)試驗(yàn)）動(dòng)物（無(wú)脊椎動(dòng)物如蚯蚓，彈尾類，原生物動(dòng)物如纖毛蟲(chóng)）微生物（硝化細(xì)菌、根瘤菌等，測(cè)定指標(biāo)土壤呼吸、土壤氨化、土壤消化、土壤酶活力，也可以利用細(xì)菌發(fā)光和埃姆斯試驗(yàn)等測(cè)定土壤污染程度）細(xì)胞遺傳學(xué)方法（紫露草微核試驗(yàn)、蠶豆根尖微核試驗(yàn)）生物標(biāo)記物試驗(yàn)（如細(xì)胞色素P一450(CYP）酶系等指標(biāo)）植物法 植物是生態(tài)系統(tǒng)中基本組成部分，利用生長(zhǎng)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(guò)種子發(fā)芽試驗(yàn)和根伸長(zhǎng)試驗(yàn),以小麥和蘿卜為研究對(duì)象

4、,進(jìn)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(yīng)關(guān)系,混合污染毒性與土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度水平、土壤pH值等關(guān)系方面,為土壤污染診斷研究提供了依據(jù)。動(dòng)物法 蚯蚓毒性試驗(yàn) 蚯蚓是生態(tài)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分。通過(guò)蚯蚓毒性試驗(yàn), 研究石油污染土壤的毒性,在實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)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(duì)其毒性十分敏感,而輕油在沙性含有機(jī)質(zhì)少的土壤毒性中最強(qiáng),重油在高有機(jī)質(zhì)的土壤中毒性最弱。微生物法 發(fā)光菌試驗(yàn) 發(fā)光菌試驗(yàn)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種微生物監(jiān)測(cè)環(huán)境毒物的新方法,明亮發(fā)光細(xì)菌在正常生活狀態(tài)下,體內(nèi)熒光素在有氧參與時(shí),經(jīng)熒光酶的作用

5、會(huì)釋放出肉眼可見(jiàn)的藍(lán)綠色熒光。當(dāng)受到外界影響時(shí)發(fā)光過(guò)程受到干擾,引起發(fā)光菌的發(fā)光強(qiáng)度減弱與污染物濃度或毒性作用強(qiáng)度呈劑量-反應(yīng)線性相關(guān)關(guān)系。該方法可作為評(píng)價(jià)污染物毒性的指標(biāo)。斑馬魚水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 香港水務(wù)署早前研發(fā)生物感應(yīng)預(yù)警系統(tǒng)，利用斑馬魚配合計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)作24小時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，并透過(guò)發(fā)光菌進(jìn)行快速毒性檢測(cè)，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(jì)每年可節(jié)省200萬(wàn)元的開(kāi)支。香港水務(wù)署水質(zhì)科學(xué)部早前斥資近50萬(wàn)元，用2年多時(shí)間自行研發(fā)“斑馬魚水質(zhì)監(jiān)察系統(tǒng)”。系統(tǒng)選用對(duì)水污染物有高靈敏度的斑馬魚，再以攝錄機(jī)24小時(shí)監(jiān)察魚在剛抵濾水廠的原水中的活動(dòng)情況

6、。計(jì)算機(jī)會(huì)透過(guò)實(shí)時(shí)錄像分析活動(dòng)軌跡，若發(fā)現(xiàn)魚出現(xiàn)異?；顒?dòng)或死亡，水務(wù)署的內(nèi)部網(wǎng)站會(huì)提升警戒級(jí)別，同時(shí)自動(dòng)向有關(guān)人員發(fā)送電郵、手機(jī)短訊和來(lái)電，系統(tǒng)亦可實(shí)時(shí)抽取不同時(shí)段的水樣本作化驗(yàn)。 而當(dāng)“斑馬魚水質(zhì)監(jiān)察系統(tǒng)”發(fā)出警號(hào)，水務(wù)署人員會(huì)用俗稱“發(fā)光菌”的費(fèi)希爾孤菌進(jìn)行快速毒性檢測(cè)。當(dāng)發(fā)光菌在一般的水樣本下可進(jìn)行新陳代謝而正常地發(fā)光；但當(dāng)水中含有害物質(zhì)時(shí)，便會(huì)抑制細(xì)菌發(fā)光。細(xì)胞遺傳學(xué)方法 蠶豆根尖微核試驗(yàn) 其優(yōu)點(diǎn)是較為穩(wěn)定、簡(jiǎn)便、可看,并且可以通過(guò)土壤微核率與土壤污染的相關(guān)分析來(lái)揭示土壤污染的生態(tài)毒性效應(yīng)，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(dá)到一定濃度時(shí)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(yīng)關(guān)系。應(yīng)用蠶豆根尖細(xì)胞微核技術(shù),監(jiān)測(cè)甲基對(duì)硫磷對(duì)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(duì)硫磷對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞具有極強(qiáng)的誘變效應(yīng),并呈現(xiàn)出明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系。說(shuō)明蠶豆根尖微核技術(shù)是監(jiān)測(cè)農(nóng)藥污染的一種有效方法。 紫露草微核試驗(yàn) 1987年美國(guó)西伊里大學(xué)的Te-HsiuMa博士建立了紫露草微核技術(shù)試驗(yàn)方法。紫露草微核試驗(yàn)是監(jiān)測(cè)環(huán)境污染的一種新技術(shù)，可檢測(cè)水環(huán)境污染及空氣中氣體污染物或放射線。生物標(biāo)記物試驗(yàn) 細(xì)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(duì)其染毒，通過(guò)測(cè)定鼠肝P-4501A1時(shí)發(fā)現(xiàn)，所有污染土壤都使鼠肝P-450A1產(chǎn)生誘導(dǎo)。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