1、文献综述 有机物对发光菌 Q67 的急性毒性研究 一、引言 ： 随 着工农业生产的不断发展、城镇建设规模的日益扩大 ， 全球环境污染日趋严重，化学品的环境污染更为突出。据报道，全球目前大约有 lO万多种合成化学品释放进入环境中成为环境毒物，而且还每年以 1000种新的化合物的速度在递增 1。进 入环境中的化学物质大部分是人工合成的，这些物质的 使用给人类的物质生活带来巨大便利的同时，也不可避免地进入到环境中，从而给环境带来污染 2。美国环保局 (EPA)水质调查发现供水系统中有机污染物 2110种，饮用水中含 765种。 1994年以来，美国在饮用水中发现了 100多种合成有机物，如多氯联苯、
2、多环芳烃等，具有 “ 三致 ” 作用。 关于水环境中有机物的降解问题已迫在眉睫。目前 关于有机污染物对水环境造成影响的研究工作，国内开展了很多研究，目前用得较多的检测污染生物毒性的方法是从医学毒理学的方法引用过来的小鼠或是鱼类或是藻类 的 毒性实验。由于时间长，成本高，而不易普遍推广应用。 20 世纪 80 年代发展起来的 Microtox方法 ,采用发光细菌作为毒性测试的指标生物 ,根据测定发光强度的减弱程度 ,判断污染物的毒性强弱 ,大部分有机污染物对发光细菌毒性与对多 种水生生物的毒性明显正相关 3。 发光菌的急性毒性检测由于其耗时短、成本低、反应灵敏，从而在水环境的检测中有很强的实用性
3、和可推广前景。 二 、 生态毒理学测试方法研究现状 生态毒理学测试法可以弥补化学方法的不足，在一定程度上能预测毒物之间的相互作用。生态毒理学是七十年代发展起来的一门新兴的边缘学科，主要研究污染物 环境一机体三者之间的关系以及有毒物质对生物在个体、种群、群落和生态系统水平上的毒性效应。以前毒性方面的许多研究工作是用水生态系统食物链中各代表性生物如藻、蚤、鱼进行急、慢性实验，并用这些结果作为评价环 境化学物质的毒性强度及可能对生态系统造成影响的一种指标，现在这些方法很多都已作常规检测方法，但它存在耗时长、花费大、只能反映对个体和群落的后期影响等问题。而发光菌的急性毒性试验能与现代光电检测手段相匹配
4、，具有测试快速，经济，节省空间且可靠等优点而备受关注。 三、菌种的选用 在发光菌毒性测试中应用最广泛的是海洋发光细菌 (Photobactedum phosporum)，由于其生存环境中需要大量的 氯 离子，在进行环境样品生物毒性测试时需要人为加入一定量的 NaCI(2 3 )，这对测试淡水体系样品中污染物 毒性显然存在一定的局限性和矛盾。国内以有很多学者都开始应用青海弧菌 (Vibrio qinghaiensis sp Nov )进行研究。该菌具有在淡水体系中发光的特点，具有很大的应用潜力，目前已取得较好的效果 4。 青海弧菌是我国学者于 1985年 8月从青海湖的裸鲤体表分离得到的一种发光
5、细菌 5。它在 NaCI浓度为 l 时生长最好，在 8 时为生长的上限，表明它有较高的耐高渗透压的能力，实际上它不需要 NaCI的存在即可良好发光 (对 Na+的依赖性是海洋细菌的重要特征 )。温度适应范围广， 10至 35度 均能发光。在 pH值为 6.5至 11.0的 范围内能生长和发光，尤其在 pH=9左右生长和发光最佳。它的生物发光光谱峰值在 484nm左右，发光峰半高宽约 为 90nm，发光频谱范围为 420-660nm对金鱼的感染试验表明它为非致病菌。 四、发光菌检测法的应用 发光细菌是一类在正常的生理条件下能够发射可见荧光的细菌。在一定条件下发光细菌的发光强度是恒定的，与外来受试
6、物接触后，其发光强度将有所改变，在一定浓度范围内，有毒物浓度大小与发光细菌发光强度变化成一定比例关系，用发光检测仪测出它与待测物作用前后的光强变化，就可以推算出综合毒性 的大小 6-8。 由于 L B T技术具有应用范围广 9、灵敏度高、相关性好、反应速度快等优点，被广泛应用于环境监测及环境质量评价中。吴伟 10等以明亮发光杆菌为指示生物，对不同水体中污染物的急性毒性进行了快速检测，其结果与鱼类毒性实验可互相替代，可应用于渔业水域的污染评价，实现对渔业水体的现场连续监测。乔鸿泽 等 11采用发光细菌测定法估算了两城市污水对河道水体污染的程度，评价了工厂排放废水的毒性，并以此确定污染源监督管理中
7、应优先治理的工厂 (车间 )废水。所以该法在工业废水的监督管理中有广泛的应用前景。于 晓丽等 人 12利用发光菌进行了 8种单因子生物毒性实验，确定了金属离子、非金属离子对发光菌的半致死浓度。在此基础上，评价了某油田不达标采油污水的综合毒性，指出污水毒性主要是由污水中有机物产生的，并对有机化合物的致毒机理进行了探讨。 近年来，利用发光菌测定法检测环境污染物急性毒性倍受重视，并以检测时间短，灵敏度高而被受世界各国广泛采用，我国于 1995年也将这一方法列为水质急性毒性的检验标准方法 (GB T15441 1995)。随着现代仪器和光电子技术在分析领域中迅速发展， L B T技术和荧光、紫外等大型
8、分析仪器 相结合，克服了以上之不足，从而更加准确、定量地对环境污染物急性毒性分析提供了保证 ， 相信这一技术在我国的环保事业中将发挥越来越大的作用。 五、 研究方向及展望 1、 混合物联合毒性的测试 化学混合物毒性评价与预测研究已经进行了几十年，在早些年大多数研究者涉及的都是双组分混合物，后来研究多于两种组分以上的混合物，大多数设计法都是等毒性浓度法 、 固定比法、结合毒性单位法、相加指数法及混合毒性指数法等研究联合毒性，直到 Berenbaumt在 1985年把剂量加和 (Doseaddition，简称 DA)模型扩展到多组分混合物。在国内 ，吴淑杭、周德平 13等人采用二次二因子回归通用旋
9、转组合实验设计，以明亮发光杆菌 (photobacterium phosphoreum)T3变种作为毒性测试物种，研究了 Hg2+Pb2+、Hg2+Cd2+和 Hg2+Cr6+等二元含 Hg( )重金属混合物的联合毒性作用和主因子作用，建立了 3个相应的数学模型。 袁星等 人 14研究了 2,4-二 硝基甲苯分别与邻二硝基苯、对甲苯胺、二甲苯胺、苯胺按等剂量混合时对明亮发光杆菌的联合毒性，得出二硝基甲苯与苯的氨基衍生物成抗作用，与邻二硝基苯呈协同作用，并将原因 归结为苯的硝基衍生物与苯的氨基衍生物对发光菌的毒性具有不同的反应机制。林春等 人 15研究了 2， 4-二硝基甲苯与对硝基氯苯、对硝基
10、苯胺、对硝基苯甲醚、对硝基甲苯、对硝基苯酚等剂量混合时对明亮发光杆菌的联合毒性，最后评价 2， 4-二硝基甲苯与这 5种对位硝基苯的衍生物在等剂量混合时对发光菌的联合毒性均为协同作用 。黄伟英等人 16选择了 3 类污染物苯酚、间甲基苯酚、苯胺、对硝基苯胺、硝酸铅，采用美国微板光度计测定了它们对发光菌青海弧菌 -Q6（ Vibrio-qinghaiensissp.-Q67） 的单一及联合毒性。 应用非线性拟合技术模拟了这 5 种物质及其混合物的剂量 -效应曲线，硝酸铅可用 Logit模型模拟，其它 4 个物质能用 Weibull模型准确描述，所有拟合相关系数在 0.98 以上，均方根误差在 0
11、.02 以下。根据纯物质的 EC50 值，获得这 5 个物质的毒性强弱顺序：硝酸铅对硝基苯胺 间甲基苯酚 苯酚 苯胺。混合实验设计了各物质在 EC50无观察效应浓度比例的混合。用浓度加和 与 独立作用模型对混合物毒性进行预测 .在国外， ThomuIka等 17用等效线图模型研究了硝基苯与三硝基苯在不同剂量配比下对发光菌的联合毒性， 得出具有不同的联合作用。 Lange等 人 18研究了硝基苯与二硝基苯在不同剂量配比下对发光菌的联合毒性，用等效线图与 M1rI指数评价它们之间呈加和作用，两用 AI指数评价它们之间会有拮抗作用。 Arrhenius等 人 19脲类除草剂组成的混合物，效应指标为微
12、囊藻，经光合作后来评价其相互作用的毒性以上的这些化合物的混合方式都采用等效应浓度比混合，这种混 合方式只反映了混合物浓度空间中的某个方向。由于复杂混合物的未知性，上述这些预测的多组分混合物依然属于简单混合物范畴，混合配比依然采用等效应浓度比法，不过是采用了更多地效应浓度混合。然而，如何设计混合物浓度配比又不增加组合工作量使之对混合物整体浓度空间进行有效探索，自然模拟系统设计混合以及如何从单个污染物剂量一效应曲线数据有效预测混合物联合毒性，一直是一个亟待解决的问题。 2、在测试中与其他技术联合使用 20 世纪 90 年代发展起来的半渗透膜被动式采样装置 (SPMD) ,其半渗透膜的结构和其中充入
13、的中性类脂 ,使其能够较好地模拟水生生物富集水体有机污染物的过程 20 对水体中疏水性有机污染物进行富集 . 而且 ,如果忽略扩散过程动力学的影响 ,该装内有机污染物的浓度可以根据正辛醇 P水分配系数估算 ,因此 ,疏水性有机污染物在 SPMD 中的富集动力学与鱼十分相似 . 采用被动采样技术作为生物毒性测试的样品前处理手段 ,应用于环境样品的生物监测是生态风险评价的一个有效手段 ,但是有关的研究工作在国内则刚刚开始 .相信一定有很好的发展前景。 无论是天然水还是城市污水处理厂 ,直接测定水中污染物的发光菌毒性时 ,水中影响发光的物质会对测 定结果产生干扰 . 可以采用液液萃取和半渗透膜生物模
14、拟采样技术作为水中有机有毒物质毒性测试的样品前处理手段 ,所得到的结果一定程度上排除了共存无机离子和水质条件变化对毒性测试结果的影响 . 由于 SPMD 技术简便易行 ,一定程度上模拟了生物在一段时间内积累和中毒的过程 ,推荐采用半渗透膜被动式采样装置作为有机有毒污染物的富集手段 ,并和发光菌毒性测试相结合 ,开展水体和接纳污水的生态风险评价 。 六、结论 由于环境污染日益严重，环境问题迫在眉睫。发光菌由于其自身 的独特优势，在有机物的降解过程中必将起着无法替代的作用。 研究有 机物对发光菌的毒性影响有着切实可行的意义。 目前已有部分较为成熟的应用。 在未来 ,多种有机物的联合毒性测试 ； 测
15、试中与其他技术的联合使用等必将成为未来的发展方向，有很大的发展前景。 七、参考文献 1 周启星，孔繁翔，朱琳 .生态毒理学 Beijing： Science Press， 2004. 2 王连生有机污染物化学北京：科学出版杜， 1991,5 3 Kaiser KL E. Correlations of vibrio fischeri bacteria test data with bioassay data for other organisms J . Environmental Health Perspectives. 1998,106(2):583 591. 4 冉辉应用发光细菌进行水质
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