姚一凡

（西北民族大學(xué) 化工學(xué)院，甘肅蘭州 730030）

21世紀(jì)以來，人們的生活水平伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展日漸提升，但隨之而來的環(huán)境問題也日漸嚴(yán)重，重金屬作為極具代表性的環(huán)境污染物，是生態(tài)毒理學(xué)的主要研究方向之一。土壤與水體中均廣泛分布，其環(huán)境停留時間久、難以降解的特性使得對于重金屬的實際處理十分困難。其所具有的生物毒性，能夠以食物鏈傳遞作為富集途徑最終對于人類造成嚴(yán)重的健康危害。水生生物作為生物圈層中極具代表性且廣泛分布的生物群體，對于重金屬存在聚積以及濃縮作用[1-2]。而部分水生生物由于其基因與人類基因的高相似性，成為相關(guān)研究中最合適的受試生物，也使得實驗所得的數(shù)據(jù)結(jié)果及推論更為準(zhǔn)確且具有針對性。

1 水體重金屬污染概況

1.1 累積來源

水體中的重金屬主要來源于工業(yè)排放、農(nóng)業(yè)排放以及城市化排放[3]，可將其主要劃分為三類途徑：（1）化工、礦采、金屬冶煉等行業(yè)工作過程中廢氣的排出，其中所包含的大量重金屬進(jìn)入大氣后以降水的方式滲入水體；（2）目前，我國耕作過程中使用的農(nóng)藥、化肥仍含有極大比例的重金屬物質(zhì)，致使其在土壤中累積后由于灌溉及降雨等方式淋溶至水體當(dāng)中；（3）城市中油漆涂料的大量使用、垃圾焚燒處理以及交通工具的尾氣排放所產(chǎn)生的重金屬通過干濕沉降作用最終流入水體環(huán)境中。

1.2 污染現(xiàn)狀

目前，我國水環(huán)境中重金屬污染的情況十分嚴(yán)峻，陳葛成等[4]在研究湖北大冶地區(qū)地表水重金屬污染特征時發(fā)現(xiàn)，其水體中Zn、Cu、As及Cd的含量遠(yuǎn)超基準(zhǔn)值上限，最大超標(biāo)倍數(shù)達(dá)1.81倍、13.85倍、4.64倍和11.93倍。劉友存等[5]在研究我國贛江上游龍逕河水體污染分布特征時發(fā)現(xiàn)，其水體中重金屬M(fèi)n、Hg、Pb分別超出地表水II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)93%、20%和6.7%。

國外對河流水體重金屬污染的相關(guān)研究開展較早，密西西比河、萊茵河[6]等一直都是水體重金屬污染的主要研究對象，紅海[7]、黑海[8]都曾檢測出多種高含量的重金屬元素。GUNESEGERAN等[9]的研究表明馬來西亞彭亨州Old Repas大壩下游集水區(qū)由于礦山的酸性排水致使其產(chǎn)生嚴(yán)重的變色現(xiàn)象，經(jīng)具體測定，其含沉積物的地表水中重金屬Pb、Sn、Hg、As和Zn的濃度超過了馬來西亞衛(wèi)生部對經(jīng)處理后的水質(zhì)所要求的標(biāo)準(zhǔn)限值。由此可見，目前水體中的重金屬污染已然成為全球性的環(huán)境問題。

2 重金屬毒性評價方法

2.1 重金屬單一毒性試驗

單一毒性試驗周期短，操作簡潔，應(yīng)用廣泛。生態(tài)毒理學(xué)早期的研究重點(diǎn)集中于重金屬對金魚、斑馬魚等魚類急性毒性參數(shù)的測定，而后研究方向逐漸變?yōu)橹亟饘賹τ隰~類活性及DNA合成作用的影響[10]，并逐漸延伸至生理因子及基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)等方面[11]。而現(xiàn)實環(huán)境中的重金屬元素不可能單獨(dú)存在，更多的是多種污染物共存于同一環(huán)境中，因而單一毒性試驗在部分研究方向中具有一定的局限性。

2.2 重金屬聯(lián)合毒性試驗

隨著單一毒性試驗的廣泛開展，研究者逐漸意識到在實際水體中往往存在多樣化的重金屬污染物，這些重金屬污染物之間又存在著相互作用，此時僅僅依靠重金屬對水生生物的單一毒性試驗結(jié)果來衡量其對水生生物的影響并進(jìn)行評估的過程顯得過于片面。當(dāng)多種重金屬共同作用于生物體時，往往會發(fā)生與單一污染物作用截然不同的聯(lián)合毒性作用[12]。研究多種重金屬物質(zhì)的聯(lián)合毒性作用，更加接近環(huán)境真實性且有助于繼續(xù)開展對于相關(guān)機(jī)理的研究，從而為重金屬污染的預(yù)防及管控提供數(shù)據(jù)參考。但由于環(huán)境的復(fù)雜性，重金屬的聯(lián)合毒性作用必定會受到其他環(huán)境因素的影響，這更增加了現(xiàn)實中重金屬聯(lián)合毒性研究開展的難度。因此研究環(huán)境因素對重金屬聯(lián)合毒性作用的影響，受試樣品中各組分生物學(xué)效應(yīng)間的交互作用以及這些作用對其總體毒性的影響，進(jìn)一步闡述重金屬聯(lián)合毒性機(jī)理，更準(zhǔn)確地評價和預(yù)測重金屬聯(lián)合毒性作用具有極為重要的意義，這也正是目前生態(tài)毒理學(xué)方面研究的重點(diǎn)課題。

3 重金屬對于水生生物的作用機(jī)制

3.1 協(xié)同作用

協(xié)同作用指在水生生物生存的水體環(huán)境中，當(dāng)多種重金屬污染物共同存在時，其產(chǎn)生的聯(lián)合毒性效應(yīng)大于各類重金屬污染物單獨(dú)作用于樣本時的毒性效應(yīng)之和，即其中一種重金屬的毒性污染物被另一種重金屬污染物所強(qiáng)化，致使整體毒性顯著增強(qiáng)。重金屬物質(zhì)的協(xié)同作用是對水體環(huán)境安全的重大威脅，以其為主題開展的相關(guān)研究能夠為重金屬污染監(jiān)測與生態(tài)風(fēng)險防控提供更為詳實的參考依據(jù)。

3.2 拮抗作用

拮抗作用是指當(dāng)多種重金屬污染物共存于水體環(huán)境時，產(chǎn)生的聯(lián)合毒性效應(yīng)小于各類重金屬污染物單獨(dú)作用時的毒性效應(yīng)之和，毒性效應(yīng)由于2種及以上的重金屬元素交互作用而降低。

3.3 加和作用

加和作用是指多種重金屬污染物共存時產(chǎn)生的毒性效應(yīng)等于各重金屬物質(zhì)單獨(dú)作用的毒性效應(yīng)之和。復(fù)合污染的加和效應(yīng)通常有兩種形式，即濃度加和與效應(yīng)加和，但目前對于污染物加和作用的研究較少，大多數(shù)重金屬污染物之間僅表達(dá)為協(xié)同抑或拮抗作用[13]。

4 實際發(fā)展概況

4.1 重金屬對水生生物的毒性作用機(jī)理

目前，生態(tài)毒理學(xué)對于重金屬污染物對水生生物影響的探究日趨深入，但重金屬的復(fù)合污染與各種重金屬在環(huán)境中的濃度及其組合關(guān)系、生物的種類、部位和暴露方式等因素密切相關(guān)，而排除重金屬之間的聯(lián)合毒性作用，由于一些新興污染物，如抗生素、微塑料等滲入水體，同溶解性有機(jī)物與重金屬物質(zhì)共同形成一種極為復(fù)雜的環(huán)境污染物體系，在此方面仍缺少可靠的實驗依據(jù)。

4.2 多學(xué)科及跨學(xué)科技術(shù)的試驗應(yīng)用

合理應(yīng)用當(dāng)代細(xì)胞學(xué)以及分子生物學(xué)新興技術(shù)，如基因引入、系列分析法、毒性基因矩陣等，開展聯(lián)合作用機(jī)理的研究是今后工作的要點(diǎn)，傳統(tǒng)和現(xiàn)代毒理學(xué)研究方法相融合能夠有力地推動相關(guān)領(lǐng)域的研究[14]。隨著分子生物學(xué)的理論和方法及毒理基因組學(xué)應(yīng)用于毒理學(xué)的研究，將使化學(xué)物的聯(lián)合毒性評價發(fā)展到分子水平的毒性測試，細(xì)化實驗過程及目標(biāo)從而更為深入的探討重金屬對水生生物的生態(tài)毒理效應(yīng)。

5 結(jié)語

水體環(huán)境作為生態(tài)環(huán)境中尤為重要的一部分，對其凈化及預(yù)防工作仍是我國環(huán)保措施實行的焦點(diǎn)，水體中的真實污染情況必然不會以重金屬單元素形式存在，多數(shù)情況下為2種及多種重金屬污染物或與更多環(huán)境污染物共存，從而導(dǎo)致聯(lián)合毒性作用的形成。但目前已有文獻(xiàn)以及相關(guān)報道中對聯(lián)合作用的研究大多歸納于二元混合，而對多種物質(zhì)的聯(lián)合毒性研究以及其他水體環(huán)境因素對聯(lián)合作用的影響欠缺進(jìn)一步探究，因此，在今后的研究中要更加注重環(huán)境因素對聯(lián)合作用影響以及多種物質(zhì)的聯(lián)合作用研究。