生物毒性檢測技術在飲用水健康安全評價中應用的研究進展

查曉松

摘? 要：文章介紹了生物魚毒性檢測試驗、水蚤毒性檢測試驗、藻類毒性檢測試驗、發光細菌急性毒性檢測試驗、遺傳毒性檢測試驗等生物毒性檢測技術的原理及其研究進展，比較了不同的生物毒性檢測技術的優缺點，展望了生物毒性檢測技術在飲用水健康安全評價中的應用前景。

關鍵詞：生物毒性檢測;健康安全評價;飲用水;研究進展

中圖分類號：TU991? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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

近年來，隨著我國經濟迅速發展和城市人口日益集中，大量的工業廢水和生活污水被排放到江河等地表水體之中，使飲用水源受到嚴重的污染，進而導致飲用水中化學物質的種類越來越多，至今世界各國在飲用水中檢出的有機污染物已有2221種[1]。雖然大型分析儀器的發展（如氣相色譜、高效液相色譜、質譜等）使飲用水中微量污染物質的檢測變得簡便、快速，但單一的理化指標（污染物的濃度）無法反映水中的污染物對人體的綜合毒性[2]，且不同結構的污染物之間可能存在著相互作用（協同或拮抗效應），即使是同一種物質還會由于旋光異性等特點也會導致毒性不同[3]，這些都是傳統分析儀器無法測定的。因此，生物毒性檢測逐漸成為飲用水綜合安全評價的有效手段。

本文對目前主要的水質生物毒性檢測技術的原理、研究進展及其在飲用水健康安全評價中的應用進行系統的歸納和闡述。

2 水生生物毒性檢測法

2.1 生物魚毒性檢測試驗

生物魚毒性試驗，包括魚類急性毒性試驗和以魚類為載體分析其生理生化指標的試驗，通過隨時觀察魚類中毒癥狀并記錄魚類的行為、生理、生化特點等指標來掌握水體的污染情況。魚類急性毒性試驗是最早用于監測水環境質量情況的生物檢測技術。李淑瓊、周勤[4]等采用了靜態方式對斑馬魚進行急性毒性檢測，評價了水中三種重金屬的半致死濃度（LC50）。但是，魚類毒性試驗的靈敏度較低，目前常用在生活污水、工業廢水等水體的檢測，未能達到檢測飲用水水質的要求，一般不用于飲用水的健康安全評價。

2.2 水蚤毒性檢測試驗

水蚤是國際上普遍采用的標準毒性試驗生物，對大型蚤生存繁殖能力影響的毒性試驗已經成為環境污染物生態毒性評價的標準方法之一。水蚤的生長會因水體受到的不同有毒物質的污染，而發生不同的影響，對其生殖發育造成干擾，進而導致蚤類個體死亡。與一般哺乳動物相比，水蚤對有毒物質的反應更為敏感，作為一種接水生物，污染物進入水體后，便會通過各種方式直接或者間接危害水蚤的正常活動，其中毒結果可以對人類起到一個預警作用。此外，水蚤也可以用來反應水質的綜合污染程度。David[5]等用大型水蚤對工業廢水和生活污水的生物毒性進行監測和比較，結果表明，工業廢水對大型水蚤具有較高的毒性，其96h的LC50均在17.27～35.93%之間，而生活污水對水蚤的毒性較小，其96h的LC50為59.18%。與魚類毒性試驗相似，水蚤生物毒性試驗的檢測靈敏度較低，很難反映水體中微量污染物毒性的變化，因此也很少用于飲用水的健康安全評價。

2.3 藻類毒性檢測試驗

藻類具有個體微小、繁殖迅速、對毒物敏感、易于分離培養并且中毒癥狀易于觀察等優點，成為生物毒性試驗中一種較為理想的材料。水中的重金屬和有機污染物通過抑制藻類的光合作用、呼吸作用、酶的活性等對其進行毒性影響。藻類的生長抑制常作為急性毒性實驗的常用指標。湯琳[6]等研究了十二烷基苯磺酸鈉（LAS）對斜生柵藻（Scenedesm）、粉核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）、羊角月牙藻（Selenastrum capricornutum）和水華魚腥藻（Anabaena flosaquae）等四種藻類的急性毒性試驗，結果表明，LAS對這四種藻類都有明顯的抑制作用，與其它三種綠藻相比，水華魚腥藻對于LAS的毒性最為敏感。

3 發光細菌急性毒性檢測試驗

發光細菌急性毒性試驗在微生物毒性試驗中應用最為廣泛。在正常條件下，發光細菌能發出一定波長的光，其發光強度可以受到許多有毒物質的抑制，通過對其發光強度變化的測定，可以實現水質的急性毒性檢測。我國在1995年將這一方法列為水質急性毒性檢測的標準方法[7]。該方法最先采用的菌種為明亮發光桿菌，但是由于該菌種是海水發光菌，必須在一定的鹽度條件下才可以正常生長，因此在毒性測試時，經常需要加入氯化鈉溶液，這會導致水中一些有毒物質的毒性發生變化，從而影響正常的毒性測試。在1985年，我國學者從青海湟魚體表內分離出一種淡水型發光細菌——青海弧菌，與明亮發光桿菌相比，該細菌在淡水體系中就能正常發光，不需要加入額外的試劑，因此更適合于淡水水體的生物毒性檢測，國內外學者也采用該細菌進行了大量的研究。Barredo-Damas[8]等采用青海弧菌Q67檢測氧化溝處理工藝各單元進出水的生物急性毒性，結果表明，氧化溝的出水對青海弧菌發光率的抑制效果遠遠小于進水，證明該方法對污水處理廠各處理單元出水中有機物的急性毒性大小可以起到很好的監測作用。

4 遺傳毒性檢測試驗

在檢測基因突變的方法中，Ames試驗是最經典的方法。Ames試驗全稱為污染物致突變性檢測，由B.N.Ames等人于1975年建立并不斷發展完善。但是Ames試驗也存在許多缺陷，大量的研究表明，金屬化合物、氯化烴類和氧化劑在Ames試驗中假陰性率很高，對飲用水的消毒副產物不敏感，當水體中污染物的含量較低時，須經過濃縮萃取，才能獲得陽性結果。相對于Ames試驗，SOS/umu遺傳毒性試驗更為快速、準確，是一種值得推廣的水質監測評價方法。SOS/umu試驗周期短，新建菌株對芳香胺、硝基芳烴、氯化物等有機污染物敏感性高，國際標準化組織于1997年將此方法確立為用于監測環境水樣遺傳毒性的唯一標準方法。李娜[9]等研究結果表明，SOS/umu試驗可以用于評價水廠水源水及出水水質，對工藝效果進行評估，能夠對工藝的改進提出指導性建議。

微核試驗是檢測染色體畸變的重要方法之一，因其具有簡便、快速、結果可靠等優點，目前已在水質污染監測中得到廣泛的應用。可用于微核試驗的細胞很多，現在已經建立了植物細胞（如紫露微草花粉母細胞、蠶豆根尖細胞等）、哺乳類動物細胞（如骨髓細胞、肝細胞、肺細胞、淋巴細胞、紅細胞等）、非哺乳動物類細胞（如魚紅細胞、蟾蜍紅細胞等）的微核試驗方法。高紅萍等利用微核試驗研究了包頭段黃河水的遺傳毒性，結果表明，在相同劑量水平下，水源水的微核率要高于自來水，水源水的遺傳毒性風險。王曉[10]等利用微核試驗對河南黑河上段河水進行致突變性研究，結果表明，該河水中的有機提取物均可誘發蠶豆根尖細胞的陽性突變，使得細胞的微核率明顯增高，該段河水具有一定的遺傳毒性風險。

5 結束語

生物毒性檢測技術彌補了傳統理化檢測和儀器分析的局限性以及實驗過程需連續取樣的繁瑣性，能夠對水體中污染物質的毒性及其相互作用（加成、拮抗）進行綜合判斷，并對水質狀況作出快速判斷，在保障人們的飲水安全方面具有重要意義。但是，生物毒性檢測技術仍然存在檢測靈敏度低、檢測周期長、檢測結果重現性較差等問題，將來仍需進一步改進。

參考文獻：

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[4]李淑瓊，周勤.重金屬對預警生物斑馬魚的急性毒性研究[J].科技通報，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]湯琳，袁峻峰，陳德輝.十二烷基苯磺酸鈉對于幾種藻類的毒性試驗[J].上海師范大學學報，2000，29（2）：71-74.

[7]水質急性毒性的測定發光細菌法（GB/T 15441 1995）[S].北京中國標準出版社，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，駱堅平，繞凱峰，等.用SOS/umu生物測試評價北方某自來水廠對遺傳毒性物質的去除效果[J].環境工程學報，2007，1（11）：11-16.

[10]王曉，巴月，呂戈文，等.黑河河水及沿岸飲用水對蠶豆根尖細胞微核誘變性的研究[J].中國公共衛生學報，1999，18（4）：205-206.