生物毒性检测技术在饮用水健康安全评价中应用的研究进展

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　　摘  要：文章介绍了生物鱼毒性检测试验、水蚤毒性检测试验、藻类毒性检测试验、发光细菌急性毒性检测试验、遗传毒性检测试验等生物毒性检测技术的原理及其研究进展，比较了不同的生物毒性检测技术的优缺点，展望了生物毒性检测技术在饮用水健康安全评价中的应用前景。
　　关键词：生物毒性检测;健康安全评价;饮用水;研究进展
　　中图分类号：TU991         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）29-0175-02
　　Abstract： This paper introduces the principle and research progress of biological toxicity detection techniques， such as biological fish toxicity test， water flea toxicity test， algae toxicity test， luminous bacteria acute toxicity test， genetic toxicity test and so on. The advantages and disadvantages of different biological toxicity detection techniques were compared， and the application prospect of biological toxicity detection technology in drinking water health and safety assessment was prospected.
　　Keywords： biotoxicity detection; health and safety assessment; drinking water; research progress
　　1 概述
　　近年来，随着我国经济迅速发展和城市人口日益集中，大量的工业废水和生活污水被排放到江河等地表水体之中，使饮用水源受到严重的污染，进而导致饮用水中化学物质的种类越来越多，至今世界各国在饮用水中检出的有机污染物已有2221种[1]。虽然大型分析仪器的发展（如气相色谱、高效液相色谱、质谱等）使饮用水中微量污染物质的检测变得简便、快速，但单一的理化指标（污染物的浓度）无法反映水中的污染物对人体的综合毒性[2]，且不同结构的污染物之间可能存在着相互作用（协同或拮抗效应），即使是同一种物质还会由于旋光异性等特点也会导致毒性不同[3]，这些都是传统分析仪器无法测定的。因此，生物毒性检测逐渐成为饮用水综合安全评价的有效手段。
　　本文对目前主要的水质生物毒性检测技术的原理、研究进展及其在饮用水健康安全评价中的应用进行系统的归纳和阐述。
　　2 水生生物毒性检测法
　　2.1 生物鱼毒性检测试验
　　生物鱼毒性试验，包括鱼类急性毒性试验和以鱼类为载体分析其生理生化指标的试验，通过随时观察鱼类中毒症状并记录鱼类的行为、生理、生化特点等指标来掌握水体的污染情况。鱼类急性毒性试验是最早用于监测水环境质量情况的生物检测技术。李淑琼、周勤[4]等采用了静态方式对斑马鱼进行急性毒性检测，评价了水中三种重金属的半致死浓度（LC50）。但是，鱼类毒性试验的灵敏度较低，目前常用在生活污水、工业废水等水体的检测，未能达到检测饮用水水质的要求，一般不用于饮用水的健康安全评价。
　　2.2 水蚤毒性检测试验
　　水蚤是国际上普遍采用的标准毒性试验生物，对大型蚤生存繁殖能力影响的毒性试验已经成为环境污染物生态毒性评价的标准方法之一。水蚤的生长会因水体受到的不同有毒物质的污染，而发生不同的影响，对其生殖发育造成干扰，进而导致蚤类个体死亡。与一般哺乳动物相比，水蚤对有毒物质的反应更为敏感，作为一种接水生物，污染物进入水体后，便会通过各种方式直接或者间接危害水蚤的正常活动，其中毒结果可以对人类起到一个预警作用。此外，水蚤也可以用来反应水质的综合污染程度。David[5]等用大型水蚤对工业废水和生活污水的生物毒性进行监测和比较，结果表明，工业废水对大型水蚤具有较高的毒性，其96h的LC50均在17.27～35.93%之间，而生活污水对水蚤的毒性较小，其96h的LC50为59.18%。与鱼类毒性试验相似，水蚤生物毒性试验的检测灵敏度较低，很难反映水体中微量污染物毒性的变化，因此也很少用于饮用水的健康安全评价。
　　2.3 藻类毒性检测试验
　　藻类具有个体微小、繁殖迅速、对毒物敏感、易于分离培养并且中毒症状易于观察等优点，成为生物毒性试验中一种较为理想的材料。水中的重金属和有机污染物通过抑制藻类的光合作用、呼吸作用、酶的活性等对其进行毒性影响。藻类的生长抑制常作为急性毒性实验的常用指标。汤琳[6]等研究了十二烷基苯磺酸钠（LAS）对斜生栅藻（Scenedesm）、粉核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）、羊角月牙藻（Selenastrum capricornutum）和水華鱼腥藻（Anabaena flosaquae）等四种藻类的急性毒性试验，结果表明，LAS对这四种藻类都有明显的抑制作用，与其它三种绿藻相比，水华鱼腥藻对于LAS的毒性最为敏感。
　　3 发光细菌急性毒性检测试验
　　发光细菌急性毒性试验在微生物毒性试验中应用最为广泛。在正常条件下，发光细菌能发出一定波长的光，其发光强度可以受到许多有毒物质的抑制，通过对其发光强度变化的测定，可以实现水质的急性毒性检测。我国在1995年将这一方法列为水质急性毒性检测的标准方法[7]。该方法最先采用的菌种为明亮发光杆菌，但是由于该菌种是海水发光菌，必须在一定的盐度条件下才可以正常生长，因此在毒性测试时，经常需要加入氯化钠溶液，这会导致水中一些有毒物质的毒性发生变化，从而影响正常的毒性测试。在1985年，我国学者从青海湟鱼体表内分离出一种淡水型发光细菌——青海弧菌，与明亮发光杆菌相比，该细菌在淡水体系中就能正常发光，不需要加入额外的试剂，因此更适合于淡水水体的生物毒性检测，国内外学者也采用该细菌进行了大量的研究。Barredo-Damas[8]等采用青海弧菌Q67检测氧化沟处理工艺各单元进出水的生物急性毒性，结果表明，氧化沟的出水对青海弧菌发光率的抑制效果远远小于进水，证明该方法对污水处理厂各处理单元出水中有机物的急性毒性大小可以起到很好的监测作用。 　　4 遗传毒性检测试验
　　在检测基因突变的方法中，Ames试验是最经典的方法。Ames试验全称为污染物致突变性检测，由B.N.Ames等人于1975年建立并不断发展完善。但是Ames试验也存在许多缺陷，大量的研究表明，金属化合物、氯化烃类和氧化剂在Ames试验中假阴性率很高，对饮用水的消毒副产物不敏感，当水体中污染物的含量较低时，须经过浓缩萃取，才能获得阳性结果。相对于Ames试验，SOS/umu遗传毒性试验更为快速、准确，是一种值得推广的水质监测评价方法。SOS/umu试验周期短，新建菌株对芳香胺、硝基芳烃、氯化物等有机污染物敏感性高，国际标准化组织于1997年將此方法确立为用于监测环境水样遗传毒性的唯一标准方法。李娜[9]等研究结果表明，SOS/umu试验可以用于评价水厂水源水及出水水质，对工艺效果进行评估，能够对工艺的改进提出指导性建议。
　　微核试验是检测染色体畸变的重要方法之一，因其具有简便、快速、结果可靠等优点，目前已在水质污染监测中得到广泛的应用。可用于微核试验的细胞很多，现在已经建立了植物细胞（如紫露微草花粉母细胞、蚕豆根尖细胞等）、哺乳类动物细胞（如骨髓细胞、肝细胞、肺细胞、淋巴细胞、红细胞等）、非哺乳动物类细胞（如鱼红细胞、蟾蜍红细胞等）的微核试验方法。高红萍等利用微核试验研究了包头段黄河水的遗传毒性，结果表明，在相同剂量水平下，水源水的微核率要高于自来水，水源水的遗传毒性风险。王晓[10]等利用微核试验对河南黑河上段河水进行致突变性研究，结果表明，该河水中的有机提取物均可诱发蚕豆根尖细胞的阳性突变，使得细胞的微核率明显增高，该段河水具有一定的遗传毒性风险。
　　5 结束语
　　生物毒性检测技术弥补了传统理化检测和仪器分析的局限性以及实验过程需连续取样的繁琐性，能够对水体中污染物质的毒性及其相互作用（加成、拮抗）进行综合判断，并对水质状况作出快速判断，在保障人们的饮水安全方面具有重要意义。但是，生物毒性检测技术仍然存在检测灵敏度低、检测周期长、检测结果重现性较差等问题，将来仍需进一步改进。
　　参考文献：
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　　[4]李淑琼，周勤.重金属对预警生物斑马鱼的急性毒性研究[J].科技通报，2014，26（3）：454-457.
　　[5]David PL. Application of Daphnia magna and zebra fish to several kinds of industrial wastewater and domestic sewage toxicity monitoring[J]. Environmental Science and Management， 2007，32（2）：10-13.
　　[6]汤琳，袁峻峰，陈德辉.十二烷基苯磺酸钠对于几种藻类的毒性试验[J].上海师范大学学报，2000，29（2）：71-74.
　　[7]水质急性毒性的测定发光细菌法（GB/T 15441 1995）[S].北京中国标准出版社，1995.
　　[8]Barredo-Damas S， Iborra-Clar MI， Bes-Pia A， et al. Analysis on the factors in the detection of biological toxicity of sewage Qinghai Vibrio Q67 and influence[J]. Environmental science， 2011，32（6）：1632-1637.
　　[9]李娜，骆坚平，绕凯峰，等.用SOS/umu生物测试评价北方某自来水厂对遗传毒性物质的去除效果[J].环境工程学报，2007，1（11）：11-16.
　　[10]王晓，巴月，吕戈文，等.黑河河水及沿岸饮用水对蚕豆根尖细胞微核诱变性的研究[J].中国公共卫生学报，1999，18（4）：205-206.
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