北京市代表性水体水质及重金属的生物毒性、有效性研究

摘要

本文以浮游动物大型水蚤作为研究对象，以生物体内金属积累量、金属硫蛋白(MT)MT、超氧化物歧化酶(SOD)SOD活性以及吸收、同化作用等作为测试指标，利用同位素示踪技术、生物化学技术以北京市不同功能水体作为研究案例，系统研究了水体中重金属污染物质的生物毒性、生物有效性，主要研究内容包括： (1)调查了北京市不同功能的三条代表性河流(清河：纳污排洪；京密引水渠：供水水源；小月河：景观用水)的水质和急性毒性状况，并运用主成分分析方法探讨了毒性产生的原因。 (2)采用实验室模拟方法研究了受金属Cd、Cu、Zn污染水体的生物积累、生物标志物的诱导作用，并探讨了这些生物毒性指标之间的相互关系，在此基础上，研究了水环境中有机络合剂对水体中Cu的毒性作用的影响。 (3)在国内首次建立了利用稳定同位素65Cu作为示踪剂研究金属对大型蚤的生物有效性的方法，对大型水蚤暴露的溶液和食物进行标记，研究了大型水蚤对水相中Cu的吸收、食物相同化和生物的生理排出过程，建立了生物能量动力学模型。 通过以上的研究，得到如下主要结论： 1)京密引水渠水质一般，生物毒性很低，能够满足饮用水源水使用要求，但须加强管理；清河水质较差，生物毒性极高，可作为纳污排洪功能水体使用；小月河总体水质一般、毒性不高，符合景观用水的要求；水样生物毒性与Cl-、Ca、K、Li、Mn、Na、Cr、Ni等指标有关；内梅罗水质指数与NO2-、Cl-、K、Na、Ni等指标有关，说明水质的优劣并不能反映水体综合毒性的大小，结合化学指标和毒理学指标共同评价水体污染更为合理； 2)大型水蚤体内积累的重金属含量(Body burden)、MT的含量会随着水环境中的重金属浓度的升高而升高；SOD的活性会随着水环境中的重金属浓度的升高、暴露时间的延长(0-72h)而呈现出先升高后下降的峰值变化； 3)大型水蚤体内金属积累量(Body burden)与：MT含量之间存在着显著的正相关关系，与SOD的活性之间存在显著的负相关关系；以大型水蚤体内的MT含量、body burden/MT的比值来指示水体受到重金属的污染程度具有一定的应用前景； 4)Zn和Cd两种金属的联合暴露结果表明，两种重金属之间的联合作用在低浓度时表现为毒性增加的协同作用：在中等浓度时表现为近似相加作用；在高浓度时表现为拮抗作用； 5)有机络合剂能显著的改变Cu在水体中的形态分布，有效的减少了大型水蚤体内重金属含量(Body burden)以及诱导的MT含量，并且络合态的Cu也对大型水蚤产生了一定的毒性； 6)大型水蚤对水相中的铜的吸收与水相中铜的浓度具有显著的线性相关关系，受净化作用的影响很小，吸收速率常数为0．302±0．188 Lg-1h-1；大型水蚤对食物重金属的同化率(AE)为(7．2±2．33)％，生理循环速率常数k为0．50d-1；大型水蚤对铜的排出速率常数ke为0．277d-1，根据以上参数定量比较了大型水蚤在水体中水相吸收与食物相吸收的重要性，结果表明水相吸收是大型水蚤体内铜积累的主要途径。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1水环境污染现状

1.2污染水体对水生生物的急性毒性

1.3水体重金属污染

1.4重金属对大型水蚤的毒性作用

1.4.1重金属对金属硫蛋白(Metallothionein，MT)的诱导

1.4.2重金属对超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase，SOD)活性的影响

1.5大型水蚤对重金属的积累和清除

1.6水体中重金属生物有效性研究

1.6.1重金属生物有效性的概念

1.6.2重金属生物有效性研究现状及趋势

1.6.3动力学模型中参数的研究方法

1.7本研究立题依据、研究内容及意义

1.7.1本研究立题依据

1.7.2研究内容与意义

1.7.3本研究创新点

第2章 北京市不同功能水体水质状况研究

2.1材料与方法

2.1.1研究区域概况

2.1.2水样的采集与保存

2.1.3水质指标的测定

2.1.4水质评价方法的选择

2.2结果与分析

2.2.1水质分析

2.2.2内梅罗指数法评价结果

2.2.3模糊数学综合评价结果

2.2.4两种水质评价方法结果的比较

第3章北京市不同功能水体的急性毒性测定

3.1材料与方法

3.1.1受试生物的选择与培养

3.1.2生物急性毒性测定方法

3.2结果与分析

3.2.1斜生栅藻的急性毒性生长抑制测试结果

3.2.2大型水蚤急性毒性结果测定

3.2.3两种急性毒性测定方法的比较

3.3运用主成分分析法简单探讨水质毒性原因

3.3.1主成分分析方法简介

3.3.2主成分分析结果

3.3.3毒性原因初探

3.4小结

第4章受重金属锌、镉污染水体的生物毒性研究

4.1材料与方法

4.1.1受试生物的培养

4.1.2 Zn和Cd浓度梯度的设定与受试生物的暴露

4.1.3大型水蚤体内Zn和Cd积累量(Body Burden)的测定

4.1.4大型水蚤体内MT含量的测定

4.1.5大型水蚤体内超氧化歧酶(Superoxide DiSmutase，SOD)含量的测定方法

4.2结果与分析

4.2.1大型水蚤体内重金属Zn和Cd的含量

4.2.2重金属Zn和Cd离子对大型水蚤体内MT的诱导程度

4.2.3重金属Zn和Cd离子对大型水蚤体内SOD的诱导程度

4.2.4 Zn、Cd联合暴露对大型水蚤体内MT、SOD的诱导程度

4.3讨论

4.3.1重金属Zn和Cd在大型水蚤体内的积累

4.3.2重金属离子对大型水蚤体内MT含量的影响

4.3.3重金属Zn和Cd离子对大型水蚤体内SOD含量的影响

4.3.4重金属Zn和Cd离子对大型水蚤的联合毒性作用

4.4相关生物毒性指标间的关系

4.4.1大型水蚤体内金属含量(Body Burden)与MT的关系

4.4.2大型水蚤体内金属含量(Body Burden)与SOD的关系

4.4.3致死率与体内金属含量(Body Burden)／MT比值的关系

4.5小结

第5章 受重金属铜污染水体的生物毒性及生物有效性研究

5.1材料和方法

5.1.1大型水蚤在不同浓度铜溶液中的暴露及毒性指标的测定

5.1.2有机络合剂对水体中铜毒性影响的研究方法

5.1.3利用稳定同位素示踪技术研究铜的生物有效性

5.2水体中金属铜的生物毒性研究

5.2.1大型水蚤体内金属铜的积累量(Body Burden)

5.2.2金属铜对大型水蚤体内MT的诱导程度

5.2.3金属铜对大型水蚤体内超氧化歧酶(SOD)活性的影响

5.2.4大型水蚤死亡率结果分析

5.2.5大型水蚤体内铜积累量与金属硫蛋白含量的关系

5.2.6大型水蚤体内铜积累量与金属硫蛋白、死亡率的关系

5.3水体中有机络合剂对铜毒性的影响

5.3.1水体中铜的形态分布

5.3.2含络合剂暴露溶液中铜的形态分布

5.3.3含有机络合剂暴露体系中大型水蚤体内重金属含量

5.3.4含有机络合剂的Cu溶液对大型水蚤体内MT的诱导程度

5.3.5含有机络合剂的暴露体系中Body Burden与MT的关系

5.3.6 EDTA络合态铜对大型水蚤的生物有效性

5.4水体中金属铜的生物有效性研究

5.4.1大型水蚤对Cu的水相吸收

5.4.2大型水蚤对食物相Cu的同化作用

5.4.3大型水蚤对体内Cu的排出

5.4.4 Cu在大型水蚤中主要积累途径

5.5小结

第6章结论和展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间取得的学术成果

致谢