基于斑馬魚(yú)行為變化監(jiān)測(cè)水體突發(fā)苯污染的研究

（西安工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710002）

一、引言

為了研究苯對(duì)于斑馬魚(yú)的行為影響，本實(shí)驗(yàn)采用RTB和計(jì)算機(jī)視頻追蹤技術(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)斑馬魚(yú)的游泳速度、深度、轉(zhuǎn)彎次數(shù)、總加速度、分散度、健康指數(shù)、分形維數(shù)和平均距離加速度8項(xiàng)指標(biāo)的變化以正常水體中斑馬魚(yú)的行為變化為基礎(chǔ)，模擬了在汞影響下斑馬魚(yú)的行為變化。

二、實(shí)驗(yàn)材料及方法

（一）斑馬魚(yú)的培養(yǎng)

斑馬魚(yú)由中國(guó)科學(xué)院武漢水生所提供，本實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)繁殖。采用流水式培養(yǎng)，養(yǎng)殖用水為脫氯自來(lái)水，水溫為(28±1)℃，溶解氧為(6.5±0.2)mgL－1，光照周期為10h:14h，每天投食2～3次。選擇魚(yú)齡為6～8個(gè)月，體長(zhǎng)為(30±0.2)mm，體重為(300±0．2)mg的斑馬魚(yú)，每組實(shí)驗(yàn)用魚(yú)5條，雌雄比例為3:2，實(shí)驗(yàn)前24h不喂食。

（二）實(shí)驗(yàn)試劑

汞，藥品先配制成母液，實(shí)驗(yàn)室再稀釋到所需濃度。

（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用水質(zhì)毒性在線檢測(cè)儀RTB進(jìn)行汞突發(fā)性暴露下斑馬魚(yú)的個(gè)體和群體行為變化的定量監(jiān)測(cè)。在一個(gè)尺寸為400×75×300 mm的測(cè)試箱前設(shè)置一個(gè)CCD攝像頭，利用攝像追蹤和圖像分析技術(shù)，實(shí)時(shí)跟蹤記錄每條魚(yú)的多種行為變化。通過(guò)軟件轉(zhuǎn)換計(jì)算出5條魚(yú)在5 min內(nèi)的個(gè)體行為參數(shù)游泳速度、深度、轉(zhuǎn)彎次數(shù)、總加速度、分散度、健康指數(shù)、分形維數(shù)和平均距離加速度。

1.本試驗(yàn)采用筆架山原水,試驗(yàn)共7小時(shí)，試驗(yàn)的前兩小時(shí)均為空白，后5小時(shí)是加藥反應(yīng)時(shí)間。

2.原水水質(zhì):溫度25.3℃，pH 7.52，濁度4.12NTU，余氯 0.01mg.L-1，電導(dǎo)率151.5us/cm，溶解氧8.21mg.L-1。

3.苯:采用分析純?cè)噭扔帽魅軇儆猛聹?0溶解并配置母液。

4.流速：采用循環(huán)動(dòng)態(tài)60升每小時(shí)。

5.斑馬魚(yú)：按照《GBT13267-91水質(zhì)對(duì)斑馬魚(yú)的急性毒性方法》執(zhí)行培養(yǎng)馴化。

三、結(jié)果與討論

斑馬魚(yú)個(gè)體行為的變化：

在一定的水質(zhì)和環(huán)境因素條件下斑馬魚(yú)的個(gè)體行為和群體行為都具有規(guī)律性，是用于突發(fā)性污染條件下斑馬魚(yú)行為變化的可靠依據(jù)。

從速度表中看出苯濃度為0.01ppm、0.2ppm和10ppm暴露于斑馬魚(yú)中，速度基本沒(méi)有多大的變化，都在30至60mm/s的正常范圍內(nèi)，10ppm在加藥10分鐘之內(nèi)有短暫的速度增加。苯濃度30ppm加藥之后出現(xiàn)速度快速增加，10分鐘之后又降到20mm/s附近，并持續(xù)2個(gè)小時(shí)，出現(xiàn)這種情況是因?yàn)轸~(yú)剛剛接觸到污染物，為了躲避而增加速度，在中毒之后，速度降下來(lái)。50ppm反應(yīng)非常明顯，剛接觸到污染物也是躲避而加速，但該濃度使斑馬魚(yú)致命，加藥1小時(shí)之后，魚(yú)都不動(dòng)，并在試驗(yàn)過(guò)程中逐漸死亡。

從實(shí)驗(yàn)中看出，0.01和0.2ppm基本在150至200mm的正常范圍內(nèi)，和空白基本一致，變化很小。10ppm在加藥之后魚(yú)高度較高在200mm以上。30ppm高度無(wú)明顯變化，50ppm則在加藥之后魚(yú)高度較低在50mm一下，這是魚(yú)中毒之后的癥狀。

從實(shí)驗(yàn)中可以看出，0.01ppm、0.2ppm和10ppm在加藥之后和空白都無(wú)明顯變化。30ppm和50ppm在加藥10分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)彎次數(shù)增加明顯，將近一倍，然后快速降低，并在2次一下，基本不轉(zhuǎn)身。

總加速度10ppm和50ppm有20分鐘的快速增加和降低，波動(dòng)較大。其余濃度無(wú)明顯變化。

分散度表中加藥之后的0.01ppm和0.2ppm基本和空表一樣在10至25之間。10ppm加藥之后有所增加，但不明顯。30ppm加藥之后增加幅度明顯變化。50ppm則增加之后快速下降到5以下。

平均距離表中0.01ppm、0.2ppm和10ppm在加藥之后都變化不明顯，在100至200之間，較正常。30ppm有20分鐘的短暫增加之后也逐漸在正常區(qū)間。50ppm則增加之后，快速降低，維持1.5小時(shí)之后，其變化幅度較大。

四、結(jié)論

斑馬魚(yú)的游動(dòng)行為能靈敏、準(zhǔn)確地反映突發(fā)性 氯化鎘和敵敵畏污染。實(shí)驗(yàn)所監(jiān)測(cè)的 6 項(xiàng)指標(biāo)中， 斑馬魚(yú)游動(dòng)速度、深度、轉(zhuǎn)次和平均距離較為敏感， 在正常水質(zhì)環(huán)境中變化穩(wěn)定，而在突發(fā)污染暴露下 短時(shí)間內(nèi)就發(fā)生明顯的變化，是用于水質(zhì)預(yù)警的可靠指標(biāo)。 不同種類(lèi)的脅迫因子對(duì)魚(yú)體造成一定程度的傷害有所不同，環(huán)境脅迫產(chǎn)生的應(yīng)激行為反應(yīng)機(jī)理十分復(fù)雜，它涉及到神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)及免疫系統(tǒng) 等一系列活動(dòng)，機(jī)體通過(guò)神經(jīng)和內(nèi)分泌途徑幾乎動(dòng) 員了所有的器官和組織來(lái)應(yīng)付應(yīng)激源的刺激[15]。 敵敵畏等有機(jī)磷農(nóng)藥主要抑制生物的神經(jīng)毒性，而氯化鎘在生物體內(nèi)有明顯的蓄積作用，能損傷魚(yú)類(lèi) 的肝臟和腎臟等器官。在兩種不同種類(lèi)的污染物脅迫下，斑馬魚(yú)的行為強(qiáng)度在急劇增大或減小后都出現(xiàn)了明顯的調(diào)節(jié)適應(yīng)過(guò)程，基本符合環(huán)境壓力模型， 但斑馬魚(yú)對(duì)兩種物質(zhì)的行為響應(yīng)方式存在顯著差 異。在7 mg L －1的氯化鉻暴露下，斑馬魚(yú)的個(gè)體行 為參數(shù)調(diào)節(jié)明顯，接觸到污染物后有明顯的行為強(qiáng) 度增大過(guò)程，游動(dòng)深度顯著下降。而在20 mg L －1的 DDVP 的暴露實(shí)驗(yàn)中，斑馬魚(yú)則沒(méi)有過(guò)度活躍的行為現(xiàn)象，而是直接降低，魚(yú)在水面停留時(shí)間明顯增長(zhǎng)。且魚(yú)群分布變化明顯

在后續(xù)的研究中，應(yīng)從污染物作用機(jī)理和效果 入手，采用不同的模型和計(jì)算方法，根據(jù)斑馬魚(yú)的行 為反應(yīng)差異區(qū)分污染物的類(lèi)型，進(jìn)一步提高在線生 物預(yù)警系統(tǒng)在水質(zhì)預(yù)警中的應(yīng)用。