水环境中的几种主要污染物对生物生化指标的影响

赖 照，杨丽坤，张 伟，朱 娜，王宏伟

（河北大学生命科学学院，河北保定 071002）

水体中的污染物来自人类生产生活的各个方面，生活污水、工业废水是水污染的主要来源．人类生活产生的污水，含有大量的有机物和复杂的污染物成分，未经处理排入水体，给水环境造成破坏．随着工业的迅速发展，大量的工业污染物排放到水体中，严重污染水质，给养殖业造成危害．目前，全世界每年约有4 200亿m3的污水排入江河湖海，污染了5．5亿m3的淡水，这相当于全球径流的14%以上．中国是世界上水资源极度缺乏的国家之一，水资源总量为2．8124×1012m3，人均水资源的占有量不及世界人均水平的1/4［1］．因此，研究水环境中的污染物很有必要．

1 污染物对环境的影响

生物与环境之间存在着复杂的相互关系，环境因子可以造成生物生化指标的改变．污染物是一种可以明显影响生物群落的环境因子．重金属、氨氮污染物、农药（对硫磷）、多溴联苯醚、有机物分解产生低氧胁迫是水污染的几个重要来源．重金属在水体中积累到一定的限度就会对水体—水生植物—水生动物系统产生严重危害，并可能通过食物链直接或间接地影响到人类的自身健康，例如日本由于汞污染引发的“水俣病”和由镉污染造成的“骨痛病”就是典型例证［2］．根据 20 世纪 90 年代环境年鉴［3－9］的统计，我国地表水环境污染状况堪忧，七大水系中仅长江、珠江情况较好，且水质有逐年下降的趋势，氨氮在地表水体超标污染物中出现频率非常高．对硫磷是体内胆碱酯酶的不可逆性抑制剂，属剧毒类农药，会随着地表径流进入水体．环境中的对硫磷也可以通过食物链发生生物富集作用．芳香族化合物在自然界广泛存在，苯环结构的化合物对生物具有相当大的毒性和致癌、致突变作用．水体环境中溶解氧变化会影响到氧自由基的产生，机体缺氧时，组织的脂质过氧化作用增强，机体代谢产生的氧自由基增多［10］．笔者通过对这几种污染源的分析，以期了解水体污染物对生物的影响．

2 主要污染物

2．1 重金属

重金属进入水体后对水生生物具有很多不利影响，水生生物体内的重金属干扰其新陈代谢，致病甚至致死．重金属进入水环境的危害已经成为人们日益关注的问题．淡水中的水生生物对水体中的重金属有强烈的吸附作用，易使水生生物中毒，而且重金属可以通过生物富集作用进一步危害上层营养级生物乃至人类的健康．Cu2+，Hg2+广泛用于生产生活中，易进入水环境造成污染．

高浓度的重金属对生物产生致死作用．铜在天然水体中有多种存在形式，其中自由Cu2+被普遍认为是铜对水生生物致毒的主要形式．当在生物体内积累到一定数量后，就会出现受害症状，生理受阻、发育停滞，甚至死亡，整个水生生态系统结构、功能受损，崩溃［11］．管越强等［12］利用 CuSO4溶液研究了Cu2+对钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）的毒性影响．Cu2+在24 h和48 h时对钝顶螺旋藻的半数有效浓度（EC50）分别为46．84，23．91 μmol/L，对钝顶螺旋藻的安全浓度为1．869 μmol/L．Cu2+在安全浓度时对藻体无害，但藻体富集Cu2+会对食用者产生危害．徐勤松等［13］对黑藻的研究表明，Cu2+对叶绿素总含量影响显著，并呈负相关．在1 mg/L处理浓度时，叶绿素含量变为对照值的61．4%;5 mg/L处理浓度时为对照值的51．4%．张亚娟等［14］研究了Hg2+对日本沼虾的急性毒性，在24 h下，测定了Hg2+对日本沼虾（Macrobr achiumnip ponnensis）的24，48，72，96 h 的 LC50值分别为 60．2，52．4，47．6，38．0 μg/L．

重金属对生物的代谢酶类也有一定的影响．张开明等［15］对黄菖蒲 Cu2+胁迫抗性研究中发现POD，SOD，CAT酶在低浓度短期内有较好的抗胁迫能力，随着胁迫浓度的加强和处理时间的增加，3种酶活性均呈现下降趋势，表明高浓度Cu2+对黄菖蒲植株细胞的生理造成严重的伤害．张亚娟等［14］研究发现，在几个Hg2+质量浓度梯度胁迫下，超氧化物歧化酶（SOD）、Na+－K+－ATPase、谷丙转氨酶（GPT）、谷草转氨酶（GOT）活性均受到不同程度的抑制，随Hg2+质量浓度的升高，抑制作用越明显．

重金属还会影响生物的其他生化指标．周一兵等［16］测定了 Hg2+，Cu2+，Zn2+3 种金属及其不同混合方式对蛤仔的呼吸、排泄和O/N比有明显的影响：Cu2+的质量浓度在 0．01 ～0．069 mg/L，Zn2+的质量浓度在0．1～1．58 mg/L时对蛤仔的耗氧率、氨氮排泄率和O/N比影响相对较小;Cu2+质量浓度在0．158 mg/L以上，Zn2+的质量浓度在 6．31 mg/L 以上时，对其代谢将产生显著影响;Hg2+的质量浓度在0．005～0．05 mg/L范围内，对蛤仔耗氧率和氨氮排泄率有抑制作用，并使O/N比值显著降低．孙平跃等［17］等发现河蚬体内Zn和Cu的含量显著高于Cd，Cr和Pb的含量，且Zn和Cu含量之间呈显著的正相关．曾丽璇等［18］发现，随着金属镉和铜浓度的增大，河蚬的耗氧率、排氨率均有明显的下降．

重金属可以通过生物富集作用进一步危害上层营养级生物．Hg2+作为一种常见的毒性强的重金属污染物，易吸收和富集，不易排除和分解，通过食物链危害人体的健康．河蚬是长江口滨岸潮滩分布最广的大型底栖动物，其软体组织对Cu，Mn和Zn有明显的富集作用．毕春娟等［19］发现秋季时BSAFs值分别达 2．01，1．41 和 2．85．河蚬对 Cu 具有明显的选择性吸收作用，不同岸段河蚬体内Cu含量差异不大．

2．2 氨氮

传统水产养殖，无论是在鱼塘、水库、河湾进行的淡水养殖，还是在海塘、海湾进行的浅海海水养殖，都存在残余饵料和鱼粪污染养殖区水体的问题，加之各地工业含氮废物排放的增加，以及农业上以氯化铵、尿素为主的氮肥的大量使用，造成养殖水体普遍氨氮质量浓度较高，富营养化［20］．韩力强等［21］以斑马鱼（Brachyclanio rerio）为试验材料，用氯化铵模拟水体中氨氮进行急性毒性试验．得到24，48，72，96 h 的半致死浓度（LC50）分别为126，114，105，101 mg/L．各类酶活的变化与氨氮质量浓度都呈一定相关性，随着氨氮质量浓度增大，ATP酶活性受到显著抑制，CAT酶呈曲线变化．

2．3 农药（对硫磷）

对硫磷对水生生物有较大的毒性，影响生物的新陈代谢，高浓度的对硫磷对水生生物具有致死作用．王宏伟等［22］发现，随着对硫磷质量浓度的增加，中华米虾肌肉中SOD活力会呈现先增加后降低的趋势，其对中华米虾的毒害程度也加深，高质量浓度的对硫磷使中华米虾在短时间内运动比较活跃，甚至还有蜕皮现象，蜕皮现象随对硫磷质量浓度的增加而加重;随着时间的延长，虾的运动能力逐渐下降，运动变缓，最后静伏缸底而死亡．

2．4 低氧胁迫

溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）作为水生动物赖以生存的前提条件，是影响水生动物生长、呼吸、物质和能量代谢等的重要环境因子．污水中的有机物被微生物分解时消耗水中的溶解氧，影响鱼类等水生生物的生命，水中溶解氧耗尽后，有机物进行低氧分解产生硫化氢、硫醇等难闻气体，使水质进一步恶化．

为阐明低氧胁迫对日本沼虾呼吸代谢和氧化代谢的影响，并初步探讨其作用机制及日本沼虾的抗氧化响应机制，管越强等［23］将日本沼虾暴露于低氧（（2±0．2）mg/L，8 h）中，随着低氧暴露时间延长，日本沼虾肝胰腺和肌肉组织细胞色素氧化酶（CCO）和琥珀酸脱氢酶（SDH）活力显著下降，延胡索酸还原酶（FRD）和乳酸脱氢酶（LDH）活力显著上升;总抗氧化能力（T－AOC）和过氧化氢酶（CAT）活力显著上升，超氧化物歧化酶（SOD）活力显著下降，P＜0．05．T－AOC 和CAT活力增加、SOD活力降低，是日本沼虾适应低氧环境所采取的一种抗氧化策略．

2．5 多溴联苯醚

多溴联苯醚（Poly Brominated Diphenyl Ethers，PBDEs）是一类溴代阻燃剂化合物，主要包括五溴联苯醚、八溴联苯醚和十溴联苯醚，通常作为阻燃添加剂被广泛地应用在电子、电器、化工、交通、建材、纺织等领域中［24］．PBDEs是一类环境中广泛存在的全球性有机污染物．由于其具有环多溴联苯醚环境持久性、远距离传输、生物可累积性及对生物和人体具有毒害效应等特性，对其环境问题的研究已成为当前环境科学的一大热点．水环境是PBDEs全球循环的重要组成部分．PBDEs可通过地表径流、大气干湿沉降和其他方式进入水环境．

水生生物累积PBDEs的机制是极其复杂的，不同营养级也是生物体PBDEs累积差异的主要原因，一般为哺乳动物＞鱼类＞无脊椎动物＞浮游植物［25－27］．低营养级生物体中的 PBDEs会通过食物链逐级放大，最后以高浓度累积于高营养级的水生生物中．

3 结语

综上所述，目前水环境普遍受到重金属、氨氮污染物、农药（对硫磷）、多溴联苯醚、有机物分解产生低氧胁迫污染和作用，并且很多地区仍呈急剧的上升趋势．人们已经逐渐认识到水环境污染物造成的危害．目前，水体中这几种主要污染物的研究主要停留在对生物生化指标的影响和产生致死作用的浓度上，人们对水环境中污染物的认识仍存在不足，对污染物的水生生物累积和放大做了一定的基础研究［28］，但还了解甚少．

因此，为了准确了解水体污染物及其生态风险，需要对水体污染物的赋存特征进行全面的调查研究，探讨污染的主要来源;深入研究不同水体不同营养级的水生生物中污染物水平，揭示污染物通过食物链放大的规律，合理准确地评价污染的生态风险;进一步阐明水体和水生生物中污染物变化趋势，为水环境污染的风险管理和污染控制提供依据．

4 展望

污染物的水生生物累积和放大作用将是未来几年的研究热点．重金属、农药（对硫磷）和多溴联苯醚多为非降解型有毒物质，一旦进入环境就很难去除．目前重金属污染的治理方法主要是物理化学方法，生物修复技术作为经济、高效、环保的治理技术也受到广泛关注［2］．氨氮污染物和有机物分解产生低氧胁迫也可以通过生物作用修复．近年来水体生物修复技术发展迅速，利用水生植物、微生物对水体中氮、磷元素进行有效吸附、转化和降解，可减轻水体富营养化程度，修复水体自净功能［29］．由此可见，生物修复技术在水环境污染物的治理和防治方面具有重要的研究价值和应用前景．

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