電鍍廠排水對大型溞、唐魚早期發育階段的急、慢毒性效應

譚杰峰，陳山多，王依釩，侯麗萍

（廣州大學生命科學學院，廣東 廣州 510006）

隨著工業廢水對環境影響的不斷加深及復雜化，國內外控制污水排放的標準已經不足以全面地衡量現階段多變、復雜水體的環境質量。傳統的理化指標排放限值主要集中在懸浮物（SS）、化學耗氧量（COD）、生物耗氧量（BOD）、氨氮及常見重金屬上，只能體現單一或幾種污染物的濃度水平和貢獻量[1]，一些有毒化學物質的代謝副產物和最終產物并沒有相應的分析方法對其進行檢測及評估；同時，無法體現排水中混合物的聯合毒性和識別其潛在的綜合影響等[2]。而生物毒性測試的方法正好能彌補傳統水質理化指標排放限值的不足。例如，黃燦克[3]采用費氏弧菌對電鍍廢水進行檢測，結果顯示電鍍處理廢水排放口為中低毒；于彩虹[4]采用日本青鳉對城鎮污水處理廠進出水進行檢測，出現胚胎致死效應及胚胎發育致畸效應，孫曉怡[5]采用斑馬魚對幾個重點工業污染源排污口進行檢測，在21 個污水排放口中，低毒以上有9 個、1 個劇毒?？傮w上，這些研究工作普遍側重于單一受試動物以及急性毒性的測試。國外的排水毒性測試標準中，推薦使用2～3種以上生物物種，觀察其胚胎損傷、畸形、生長和死亡等指標作為急、慢性毒性的測試方法[6]。試驗以大型溞（Daphnia magna Straus）、唐魚（Tanichthys albonubes）作為受試動物，測試了東江流域附近5 家電鍍廠的排水急、慢性毒性效應情況，為全面評估東江流域電鍍廠出水毒性風險提供科學的依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 樣品采集方法采用經清洗后的20 L 塑料油桶，于污水處理廠采樣后運至試驗室，并保存在4℃以下的冷庫中，過程中確保水樣不受任何的試驗藥品污染，試驗前預先取樣，待溫度恢復到室溫后再進行試驗。

1.1.2 試驗儀器24 孔板培養皿、10 mL 燒杯、100 mL 燒杯、100 mL 量筒、移液槍、溫度計、生物顯微鏡。

1.1.3 試驗試劑螺旋藻粉、草履蟲母液、次甲基藍、重鉻酸鉀、曝氣24 h 自來水。試驗所用試劑均為分 析純。

表1 電鍍廠排水的常規水質參數

1.2 受試動物的飼養和繁殖

1.2.1 大型溞的培養大型溞由中國科學院生態環境研究中心提供。選取健康、活潑、體型均勻的大型溞進行培養，培養溫度（24±2）℃，光暗比為12 h ∶12 h。喂食螺旋藻粉，每天更換80%培養液。孵化后，挑選新生的健康小溞用于試驗。

1.2.2 唐魚的培養唐魚來自市場購買觀賞魚類，購買健康的魚卵后置于孵化液中等待孵化，培養溫度（24±2）℃，光暗比為14 h ∶10 h，每天9：00 收集新出生的幼魚，喂食草履蟲，挑選新生的健康幼魚用于實驗。

1.3 急性毒性測試

1.3.1 大型溞的急性毒性測試根據OECD202 標準方法[7]對大型溞進行48 h 的急性毒性暴露試驗，在10 mL 燒杯中加入10 mL 測試液，一只幼溞，每個濃度梯度設置10 個平行，共3 個梯度（100%、10%、1%），試驗期間不喂食，于24 h 和48 h 后更換80%測試液，并記錄死亡、受抑制情況。

1.3.2 唐魚急性毒性測試方法唐魚急性毒性試驗對孵化1 d 內的唐魚幼魚進行96 h 的急性毒性暴露試驗，在24 孔板內進行，孔板的每個孔加入2 mL 測試液和一條幼魚，每個梯度設置12個平行，共3個梯度（100%、10%、1%），試驗期間不喂食，每24 h 更換50%測試液，并記錄死亡情況。

1.4 慢性毒性測試

1.4.1 大型溞慢性毒性測試采用半靜態試驗方法對大型溞慢進行為期14 d 的慢性毒性測試，每24 h 更換試驗溶液的80%并喂食綠藻。在10 mL 燒杯中放入10 mL 測試液與1 只幼溞。根據急性試驗的結果來確定慢性試驗的梯度，每個梯度10 個平行。觀察記錄并統計大型溞的頭胎產溞時間、頭胎產溞數量及單位暴露期產溞總數。

1.4.2 唐魚慢性毒性測試采用半靜態試驗方法對唐魚進行為期8 d 的慢性毒性測試，在24 孔板培養皿中加入2 mL 測試液和1 幼魚，每隔24 h 更換測試液50%，根據急性的試驗結果來確定慢性試驗的梯度，并設置每個梯度12 個平行。及時清理死亡的幼魚，觀察記錄魚苗的死亡及畸形情況。

1.5 數據統計方法

試驗組各項數據與對照組使用SPSS 軟件進行對比，統計分析，P＜0.05 為顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 大型溞急、慢性毒性效應

大型溞急性毒性測試結果顯示（表2），1 號、2號水樣發生了較多的幼溞死亡情況，2 號水樣100%梯度甚至出現全部大型溞死亡現象，且1%濃度梯度也有40%的死亡率，呈現較大的急性毒性效應，說明水樣里存在較多的致死有毒物質，因此需要重新確定1 號與2 號水樣的大型溞慢性毒性試驗的梯度，1號水樣確定為10%、1%、0.1%，2 號水樣確定為1%、0.1%、0.01%。其他水樣的大型溞死亡率均低于10%，沒有產生急性毒性效應，則采用50%、10%、1%的濃度梯度。

表2 電鍍排水對大型溞急性毒性結果

慢性毒性測試結果表示（表3），各個水樣組的頭胎產溞時間均比對照組短，但影響并不是很大，其中1 號水樣1%梯度和5 號水樣10%梯度與對照組有顯著性差異。而電鍍排水對產溞數量的影響顯示，2號水樣0.1%、0.01%梯度頭胎產溞數量明顯高于對照組，具有顯著性差異；而4 號、5 號水樣只有50%梯度出現了顯著性差異，這可能是因為各個電鍍廠的處理工藝、處理水平不一，導致剩余污染物的濃度水平有差異，且電鍍廠排水中剩余污染物之間，以及與大型溞的產溞數量行為的相互作用機制尚未清楚，需要進行進一步的試驗去探究檢驗。暴露期平均每胎產溞數量均高于對照組，3 號、4 號水樣50%、10%梯度以及5 號水樣的50%梯度與對照組相比出現顯著性差異。同時，參考查金苗[6]不同暴露階段的主要形態學觀察指標方法，通過體式顯微鏡觀察到（圖1），經過電鍍廠排水暴露后，部分大型溞出現形態上的變形，主要包括眼變形、體型畸形、內肢外肢發育不全等常見畸形，說明水體內含有三致效應的毒性物質。

表3 電鍍廠排水對大型溞的慢性毒性試驗結果

2.2 唐魚急、慢性毒性效應

唐魚的急性毒性試驗中（表4），2 號水樣100%濃度梯度出現全部唐魚死亡，呈現一定的急性毒性效應，而低濃度組未出現死亡現象，說明原水樣內有較多的致死有毒物質；1 號、3 號、5 號水樣出現了輕微的死亡現象（8.3%），但均無出現明顯的急性毒性效應，所以其慢性毒性試驗的梯度則均設置為50%、10%、1%、0.1%，一共4 個梯度。

圖1 部分大型溞損傷特征

表4 電鍍排水對唐魚急性毒性試驗結果

慢性毒性試驗顯示（表5），隨著時間的推移，毒性物質在唐魚體內蓄積，魚苗的死亡率逐漸增大，且死亡率隨著水樣濃度梯度的升高而升高。其中，2號水樣50%濃度梯度中的魚苗在5～8 d 期間全部死亡，呈現顯著性差異，說明2 號水樣中存在大量慢性毒性物質；5 號水樣50%濃度梯度的8 d 魚苗死亡率與對照組相比也存在顯著性差異，1 號、3 號、4 號水樣所有濃度梯度與對照組相比均無顯著性差異，但死亡率均高于對照組，體現了一定的慢性毒性作用。通過體式顯微鏡進一步對唐魚的體型變化進行觀察發現，暴露后部分的唐魚也出現部分畸形體，其中對唐魚損傷特征主要有脊椎畸形、腹腔腫大、眼變形等（圖2）。

3 結論與討論

研究表明，5 個電鍍廠排水對大型溞及唐魚均產生了不同程度的毒性效應，在急性毒性試驗中，大型溞對有毒物質的反應較唐魚更為敏感，但總體上兩種生物的試驗結果呈現出較好的一致性，其中2 號水樣的急性毒性效應最大，1 號水樣次之，死亡率隨著水樣濃度梯度的升高而升高，說明1、2 號水樣中存在著大量的致死有毒物質，其他水樣均無顯著的急性毒性效應。而大型溞慢性毒性試驗的結果表明，與對照組相比，各水樣組的產溞時間要稍短，且產溞數量明顯要更高，說明每個水樣中均存在刺激大型溞繁殖行為的物質，王洪盼等[8]研究發現Cu2+低濃度時能促進胚胎的發育，這與試驗結果所體現出的毒性作用比較相似，2 號電鍍廠排水水質最差，其急性毒性中實驗反映水樣內含大量的有毒有害物質，在進一步稀釋后，低濃度梯度（0.1%、0.01%）更為促進對大型溞的繁殖行為，而其他急性毒性不顯著的水樣，水內有毒有害物質濃度不高，所以基本都在中高濃度梯度體現其慢性毒性作用。初步推斷是由Cu2+以及其他化學物質作為刺激因子，在一定的濃度和配比的時候，刺激大型溞繁殖，但具體的毒理機制仍需進一步的研究。同時，唐魚的慢性毒性試驗顯示，電鍍排水的毒性作用呈現隨時間積累性，其中2 號、5 號水樣所顯現的慢性毒性作用最大。兩種受試動物暴露后均出現了致畸現象，最為典型的是椎體畸形、腹部水腫，說明水體內含有不少的三致作用的毒性物質。由于各個廠的廢水處理設備、技術不一，處理效果也不盡相同，水樣仍含有微量的Cu、Zn、Ni、Pb 等重金屬離子。陳國柱等[9]研究銅、鋅、鎘對唐魚胚胎和初孵仔的毒性研究發現這三種金屬離子對唐魚有顯著的三致效應；丁嬋娟[10]探究銅、鋅、鉛對大型溞毒性效應研究顯示，Cu2+- Zn2+-Pb2+聯合毒性表現為協同作用，且聯合毒性與毒物配比無關，只與毒物的組合有關；Stewart 等[11]發現Cu2+可以改變生物膜通透性，使有毒物質更容易進入細胞內。初步推斷，受試動物致畸現象是由于電鍍排水中含有的重金屬離子所引起的。

表5 電鍍廠排水對唐魚的慢性毒性試驗結果 （%）

圖2 部分唐魚損傷特征

綜上所述，大型溞、唐魚暴露試驗結果表明：（1）5 個電鍍廠排水對試驗生物的毒性大?。? 號＞1 號＞5 號＞4 號＞3 號。 （2）多受試動物測試較單一受試動物測試要更為全面，科學。通過比較2 種受試動物的試驗結果，其急、慢性毒性測試結果有較好的一致性，如致死、致畸、抑制生命活動等?？傮w上，大型溞對毒性物質要比唐魚更為敏感，可利用這一特征，針對不同地區或不同污染物的監測水平挑選最為合適的監測受試動物提供一定的科學根據。（3）水體內含有較多三致作用的毒性物質，初步推測電鍍排水對大型溞及唐魚的毒性主要由金屬離子以及各種化學物質聯合作用所造成的，其毒性作用機理還有待進一步研究。因此，盡管經過電鍍廠污水處理設施處理后的達到排放標準的出水，仍然會對水生生物產生毒性效應。這也從側面反映了目前單純以物理化學指標作為排放檢測標準的局限性，不能非常全面地去保護水生生態系統，而生物毒性測試能夠帶來更加全面的評估，在未來是值得去實踐與完善的。