污染物暴露对斑马鱼的行为毒性及其响应规律分析

摘要

污染物进入水环境造成水生态系统紊乱，破坏水生生物生存环境，我国的湖泊中已有75％受到污染，饮用水、工农业用水都受到影响。农药和重金属是最重要的水环境污染物，水环境污染已经严重威胁到人类的生存环境。水生生物行为研究已经越来越得到重视，生物行为变化是对外界环境和内部环境的外在表现，行为的改变可以反映生物体是否正常生存，根据生物行为毒性响应的规律，构建出行为变化模型，为环境污染的防治提供指导。
　　本文研究了水生生物在污染物中的急性毒性效应以及行为响应规律，为评估水质、监测水质安全、维持水环境生态系统平衡提供理论基础。选择指示生物斑马鱼为受试生物，氯化汞、硫酸铜、溴氰菊酯和氯化镉四种水环境中普遍存在的污染物为试验污染物，对斑马鱼进行了急性毒性试验、单一污染物暴露试验和污染物联合暴露试验，采用水生生物行为测定仪采集斑马鱼行为响应信号，通过Excel软件和Matlab软件对斑马鱼行为毒性效应进行差异性分析、行为响应规律分析和SOM模型分析。实验结果表明：
　　1.斑马鱼与四种污染物的急性毒性暴露试验结果表明：氯化汞对斑马鱼的LC50-48h为128μg/L，硫酸铜对斑马鱼的LC50-48h为1300μg/L，溴氰菊酯对斑马鱼的LC50-48h为5.2μg/L，氯化镉对斑马鱼的LC50-48h为42.6mg/L。其中根据污染物毒性大小，氯化汞和溴氰菊酯为剧毒物品，硫酸铜和氯化镉为高毒。随着同一污染物浓度增加，斑马鱼死亡率升高，斑马鱼的毒性效应与污染物的浓度有关，两者之间存在明显的剂量-效应关系；不同污染物在相同浓度中斑马鱼的死亡率不同，斑马鱼的毒性效应与污染物种类有关。
　　2.在单一污染物暴露试验中，斑马鱼分别在四中污染物0.1TU、1TU、2TU、5TU浓度中暴露，斑马鱼在不同种类相同浓度污染物中的行为反应不同，斑马鱼在相同种类不同浓度的污染物中的行为毒性效应也不同，在试验组中，斑马鱼的行为反应强度低于空白对照组。在同种污染物中，斑马鱼高浓度组与低浓度组行为反应强度之间存在显著差异。在低浓度暴露中，斑马鱼的BS平均值比高浓度暴露大，斑马鱼行为以适应调整为主；在高浓度暴露中，斑马鱼的BS平均值比低浓度暴露小，斑马鱼的行为呈适应-出现毒性效应死亡或适应-调整-出现毒性效应后死亡或再调整状态。总的来说，斑马鱼的行为毒性效应的变化与污染物种类有关，与污染物浓度有关，与在污染物中的暴露时间有关，斑马鱼的行为强度变化与暴露污染物之间存在剂量-效应关系和时间-效应关系。
　　3.在污染物联合暴露试验中，斑马鱼在溴氰菊酯：氯化镉联合浓度中暴露(10:0、7:3、5:5、3:7、0:10)，联合污染物中斑马鱼的行为响应规律趋势与斑马鱼在单一污染物中的行为响应规律趋势相似，在低浓度暴露中，斑马鱼的BS平均值比高浓度暴露大，斑马鱼行为以调整适应为主；在高浓度暴露中，斑马鱼的BS平均值比低浓度暴露小，斑马鱼的行为呈适应-出现毒性效应死亡或适应-调整-出现毒性效应后死亡或再调整状态。斑马鱼的行为反应强度低于空白对照组和单一污染物暴露组，溴氰菊酯和氯化镉混合后对斑马鱼的毒性效应有相加或协同作用。
　　4.对斑马鱼在不同种类不同浓度污染物暴露中的行为反应进行SOM模型分析。低浓度中斑马鱼的行为反应多聚集高的行为强度，高浓度中的斑马鱼行为反应多聚集低的行为强度。在试验开始阶段和中间阶段斑马鱼的行为强度有最高点，即在刺激阶段和行为调整阶段斑马鱼的行为强度会上升到最高。试验组斑马鱼的BS低于空白组，联合暴露中斑马鱼的BS低于空白组和单一污染物暴露组，相同浓度下联合污染物对斑马鱼的毒性比单一污染物毒性大。
　　总体而言，斑马鱼行为变化符合污染物胁迫下水生生物的逐级响应模型，斑马鱼在污染物暴露下的行为强度分为：无效应阶段，行为刺激阶段，行为适应阶段，出现毒性效应死亡或行为调整阶段，出现毒性效应死亡或再调整阶段。