垃圾渗滤液内分泌干扰效应检测方法的建立与应用研究

摘要

近年来，随着垃圾渗滤液污染水体事件的不断发生，垃圾渗滤液的生物毒性，特别是内分泌干扰作用受到了学术界的广泛关注。其中，研究较多的是垃圾渗滤液对生物体性腺轴(HPG轴)的干扰作用，主要包括雌激素效应及雄激素效应。然而，目前已建立的垃圾渗滤液雌/雄激素效应检测方法主要利用的是化学分析或是体外生物实验方法，这些方法都不能有效评估渗滤液对生物体所产生的综合效应，并且容易产生假阴性的检测结果，存在一定的缺陷与不足。因此，为了对垃圾渗滤液雌/雄激素效应检测方法进行优化改进，本研究联合化学分析及体内生物实验构建了垃圾渗滤液雌/雄激素效应的检测方法，并在青岛市某生活垃圾综合处理厂中进行了应用研究。利用气象色谱-质谱技术(GC-MS)对渗滤液及其不同处理阶段出水中的环境雌激素(EEs)进行了定量分析，并采用半静态毒性试验方法，以金鱼(Carassius auratus)血浆卵黄原蛋白(Vtg)、血浆17β-雌二醇(E2)及睾酮(T)、血浆卵泡雌激素(FSH)及促黄体激素(LH)、性腺芳香化酶(P450arom)基因表达水平为指标，辅以金鱼生殖相关指标(如性腺指数GSI、精巢谷氨酰胺转移酶γ-GTP及精巢组织学结构），从分子水平、生化水平及组织水平构建了垃圾渗滤液雌/雄激素效应检测的技术方法，探讨了垃圾渗滤液可能存在的雌/雄激素活性。此外，虽然在垃圾渗滤液中检测到了多种类型的甲状腺干扰物(TDCs)，但垃圾渗滤液暴露是否会对活体生物产生甲状腺干扰效应尚不清楚，缺乏相应的甲状腺干扰效应检测方法。因此，本研究在对垃圾渗滤液中常见TDCs进行定量检测的基础上，以血浆甲状腺激素(甲状腺素T4、三碘甲腺原氨酸T3)为主要指标，从中央调控水平(血浆促甲状腺激素TSH)、外周调控水平（肝脏及性腺三种类型脱碘酶d1、d2、d3基因表达）、受体调控水平（性腺甲状腺激素受体trα-1、trβ基因表达）三个层次构建了垃圾渗滤液甲状腺干扰效应的检测方法并进行了应用研究。
　　本文主要研究结果如下:
　　(1)在2011年9月的研究中，0.5％渗滤液暴露能够显著诱导雄性金鱼产生Vtg，并且降低雄性金鱼GSI及性腺γ-GTP酶活力，表现出明显的雌激素活性。利用GC-MS技术在渗滤液及其不同处理阶段出水中共检测到4-t-辛基酚(4-t-OP)、双酚A(BPA)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二正丁酯(DnBP)及邻苯二甲酸(2-乙基已基)酯(DEHP)5种类型的EEs，其最高浓度分别达到6153ng/L、3642ng/L、2139ng/L、5900ng/L及9422ng/L。“膜生物反应器+碟式反渗透+曝气沸石生物滤池”工艺对这5种EEs的去除效率均较高，平均可达87.2％以上，但在终处理排水中仍能够检测到明显的雌激素活性，包括诱导雄鱼产生Vtg，升高血浆E2含量，降低GSI及性腺γ-GTP酶活力等，存在潜在的生态风险。利用雌激素当量(EEQ)对化学分析结果进行换算，发现渗滤液、终处理排水的雌激素活性均较低，分别为3.78ng/L及0.01ng/L，与体内生物实验结果不完全一致，表明渗滤液中可能还存在有其他类型的EEs。
　　(2)在2013年5月的研究中，垃圾渗滤液表现出显著的雄激素活性，包括降低卵黄生成期雌鱼血浆Vtg含量，升高雌鱼血浆T、LH含量，降低雌鱼血浆E2、 FSH含量，并显著下调了性腺P450arom基因表达量及GSI。渗滤液处理组雄性金鱼也观察到了类似的雄激素效应，并且出现了精巢间质细胞增生的现象。垃圾渗滤液来源的变化可能是其内分泌干扰效应不同的主要原因。
　　(3)0.5％渗滤液暴露能够对金鱼产生甲状腺干扰效应，其作用效果类似于甲状腺机能亢进，包括升高血浆T3、 TSH水平，升高肝脏及性腺脱碘酶d2基因表达水平，升高性腺甲状腺激素受体trα-1基因表达水平等，这是垃圾渗滤液甲状腺干扰效应的首次报道。与此同时，在渗滤液中检测到了BPA、4-t-OP、DnBP、邻苯二甲酸二正辛酯(DNOP)及DEHP5种类型的TDCs，其平均浓度均低于单独暴露时的效应浓度，但却产生了显著的甲状腺干扰效应，表明渗滤液中可能还存在着尚未检测到的TDCs。另外，本文将雄性金鱼与雌性金鱼各生物指标的变化情况进行了比较，发现雌性金鱼对渗滤液甲状腺干扰效应更加敏感，可能是更为适合的甲状腺干扰效应检测生物。
　　综上所述，相比单一的化学或生物检测方法，化学分析技术联合体内生物实验的检测方法既可以阐明EDCs的种类，又可以从多个生物学层次获得客观综合的内分泌干扰效应检测结果，避免了假阴性结果的产生，是进行以垃圾渗滤液为代表的复合环境污染物内分泌干扰效应检测的有效手段。结合以上的研究结果，本文进一步提出了复合环境污染物内分泌干扰效应筛选程序，以期为复合环境污染物内分泌干扰效应的检测与污染控制提供有益的借鉴。

目录

声明

摘要

0 前言

1 垃圾渗滤液内分泌干扰效应检测方法研究进展

1．1 内分泌干扰物与内分泌干扰物筛选程序

1．1．1 国际组织推荐的内分泌干扰物筛选程序

1．1．2 国际组织公布的内分泌干扰物清单

1．2 垃圾渗滤液内分泌千扰效应检测方法研究进展

1．2．1 垃圾渗滤液中常见内分泌干扰物的种类、来源及检出浓度

1．2．2 垃圾渗滤液内分泌干扰效应检测方法研究进展

1．2．3 污水处理工艺对内分泌干扰物的去除效率研究

1．3 研究展望

1．3．1 垃圾渗滤液中内分泌干扰物的系统筛查

1．3．2 垃圾渗滤液处理工艺的优化改进

1．3．3 复合环境污染物内分泌干扰效应筛选程序的建立

1．4 研究内容与技术路线

2 垃圾渗滤液雌激素效应检测方法的建立与应用研究

2．1 材料与方法

2．1．1 实验地选择

2．1．2 主要仪器及药品

2．1．3 化学分析

2．1．4 体内生物实验

2．1．5 数据处理

2．2 实验结果与分析

2．2．1 渗滤液及其不同处理阶段出水中的EEs化学分析结果

2．2．2 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雄鱼血浆Vtg的诱导作用

2．2．3 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雄鱼血浆性激素含量的影响

2．2．4 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雄鱼精巢γ-GTP酶活及GSI的影响

2．3 讨论

2．4 本章小结

3 垃圾渗滤液雄激素效应检测方法的建立与应用研究

3．1 材料与方法

3．1．1 实验地选择

3．1．2 主要仪器及药品

3．1．3 体内生物实验

3．1．4 数据处理

3．2 实验结果与分析

3．2．1 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对金鱼血浆Vtg含量的影响

3．2．2 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对金鱼血浆性激(E2、T)水平的影响

3．2．3 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对金鱼血浆促性腺激素含量的影响

3．2．4 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对金鱼性腺P450arom基因表达的影响

3．2．5 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对金鱼GSI的影响

3．2．6 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对金鱼精巢组织学结构的影响

3．3 讨论

3．4 本章小结

4 垃圾渗滤液甲状腺干扰效应检测方法的建立与应用研究

4．1 材料与方法

4．1．1 实验地选择

4．1．2 主要仪器及药品

4．1．3 化学分析

4．1．4 体内生物实验

4．1．5 数据处理

4．2 实验结果与分析

4．2．1 渗滤液及其不同处理阶段出水中的TDCs化学分析结果

4．2．2 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雄鱼血浆T3、T4及T3／T4比值的影响

4．2．3 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雌鱼血浆T3、T4及T3／T4比值的影响

4．2．4 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对金鱼血浆TSH含量的影响

4．2．5 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雄鱼肝脏脱碘酶d1、d2、d3基因表达的影响

4．2．6 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雌鱼肝脏脱碘酶d1，d2，d3基因表达的影响

4．2．7 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雄鱼性腺脱碘酶d1，d2，d3基因表达的影响

4．2．8 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雌鱼性腺脱碘酶d1，d2、d3基因表达的影响

4．2．9 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雄鱼性腺THs受体tra-1、trβ基因表达的影响

4．2．10 渗滤液及其不同处理阶段出水暴露对雌鱼性腺THs受体tra-1、trβ基因表达的影响

4．3 讨论

4．4 本章小结

5 研究结论、创新点与复合环境污染物内分泌千扰效应筛选程序

5．1 研究结论与创新点

5．1．1 研究结论

5．1．2 创新点

5．2 以渗滤液为代表的复合环境污染物内分泌干扰效应筛选程序

参考文献

缩略词表

致谢

个人简历

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