生物標(biāo)志物監(jiān)測(cè)環(huán)境污染研究新進(jìn)展

1、生物標(biāo)志物監(jiān)測(cè)環(huán)境污染研究新進(jìn)展姜元臻(中山市環(huán)境監(jiān)測(cè)站,廣東中山 528400摘 要生物標(biāo)志物在環(huán)境污染監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用日益重要,文章側(cè)重于對(duì)生物標(biāo)志物在此方面的應(yīng)用進(jìn)行全面闡述,包括:生物標(biāo)志物的定義及分類,生物標(biāo)志物的特征及優(yōu)勢(shì),生物標(biāo)志物在檢測(cè)環(huán)境污染的應(yīng)用,最后還提出了生物標(biāo)志物在環(huán)境監(jiān)測(cè)方向的展望。關(guān)鍵詞生物標(biāo)志物;環(huán)境污染;生物監(jiān)測(cè)中圖分類號(hào)O65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1007-1865(201004-0150-03New Advances of Study on Monitoring Environmental Pollution by BiomarkersJiang Yuan

2、zhen(Zhongshan Environmental Monitoring Station, Zhongshan 528400, ChinaAbstract: Biomarkers is becoming more and more important in the application of environmental monitoring. The article focased on a comprehensive exposition of biomarker application in this regard, which included definition and cl

3、assification of biomarker, characteristics and advantages of biomarker, biomarkers application in the detection of environmental pollution, finally made an outlook of biomarker in the direction of environmental monitoring.Keywords: biomarker;environmental pollution;biomonitoring1 生物標(biāo)志物概述1.1 生物標(biāo)志物的定義

4、目前,中國的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作還主要是針對(duì)環(huán)境中化學(xué)成分的存在量進(jìn)行檢測(cè)。物理化學(xué)監(jiān)測(cè)雖然能清楚地知道環(huán)境中各化學(xué)成分的具體含量及其變化,但卻不能直接反應(yīng)環(huán)境對(duì)生物所造成的毒害作用。另外,由于環(huán)境中的許多污染物含量很低,相互混合,體系復(fù)雜,僅用化學(xué)因子監(jiān)測(cè)的手段往往不能夠全面的反映環(huán)境的污染狀況。在環(huán)保觀念日益增強(qiáng)的今天,社會(huì)對(duì)環(huán)境評(píng)價(jià)的全面性和準(zhǔn)確性的要求也日益增高,這就要求建立一個(gè)綜合的、多手段的、多參數(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)體系以實(shí)現(xiàn)快速、高效、準(zhǔn)確地對(duì)環(huán)境狀況作出全面的評(píng)價(jià)。而生物監(jiān)測(cè)正好補(bǔ)充了理化監(jiān)測(cè)的不足。生物標(biāo)志物是生物體受到嚴(yán)重?fù)p害之前,在分子、細(xì)胞、個(gè)體或種群水平上因受環(huán)境污染物影響而產(chǎn)生異常

5、變化的信號(hào)指標(biāo)。一種標(biāo)志物應(yīng)能敏感有效地反映出生物體發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷之前的生物變化,并能準(zhǔn)確評(píng)估生物體所處的污染狀態(tài)及其潛在危害,為環(huán)境污染提供早期警報(bào)。隨著分子生物學(xué)理論和技術(shù)的迅速發(fā)展,生物標(biāo)志物(biomaker的研究作為一個(gè)嶄新的領(lǐng)域逐漸引起了國內(nèi)外共同關(guān)注1。1987年美國國家科學(xué)院首先將生物標(biāo)志物定義為由生物體或樣品可測(cè)出由外來化合物導(dǎo)致的細(xì)胞學(xué)或生物化學(xué)組份或過程、以及結(jié)構(gòu)或功能的變化2。Benson和DiGiulo3認(rèn)為生物標(biāo)志物是在生物個(gè)體所測(cè)得的生物化學(xué)、生理學(xué)或病理學(xué)反應(yīng),而這些生物學(xué)反應(yīng)能給出環(huán)境污染物的暴露,或由暴露所引起的亞致死效應(yīng)資料。生物指示物(Bioindicat

6、ors自上世紀(jì)70年代污染生態(tài)學(xué)中出現(xiàn)并一直沿用至今。最初只是將耐污的生物物種稱為指示生物(Indicator species或Bioindicator,隨著污染生態(tài)學(xué)的野外研究和實(shí)驗(yàn)室毒性試驗(yàn)研究,逐漸將生物指示物的應(yīng)用范圍擴(kuò)大至污染生態(tài)學(xué)的不同生物學(xué)組織層次,小至分子水平,大至生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能,包括發(fā)生在分子、生物化學(xué)、生理、病理組織、生物個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)等不同生物學(xué)組織水平上的生物學(xué)效應(yīng),從生物學(xué)的角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供依據(jù)。簡單地講,生物標(biāo)志物就是可衡量環(huán)境污染物的暴露及效應(yīng)的生物反應(yīng)。一個(gè)理想的生物標(biāo)志物應(yīng)具備化學(xué)特異性,能夠微量鑒定、試驗(yàn)費(fèi)用低廉、檢驗(yàn)快速,與環(huán)

7、境樣品中污染物有量的相關(guān)性等。尋找理想的生物標(biāo)志物一直是環(huán)境監(jiān)側(cè)、環(huán)境毒理學(xué)及環(huán)境醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容。1.2 生物標(biāo)志物的分類和各種類型的生物標(biāo)志物從功能上看,生物標(biāo)志物一般可分為三類4,即暴露生物標(biāo)志物(Biomarkers of exposure,反應(yīng)或毒性效應(yīng)生物標(biāo)志物(Biomarkers of responser or toxic effect,易感性生物標(biāo)志(Biomarkers of susceptibility。暴露生物標(biāo)志物指示機(jī)體經(jīng)化學(xué)品的暴露,即污染物引起的物體的反應(yīng),如指示對(duì)重金屬暴露的金屬硫蛋白(MTs,但此類標(biāo)志物不能指示污染物的毒性效應(yīng),有助于研究生物對(duì)化學(xué)分

8、析方法很難檢測(cè)到的的環(huán)境中的不穩(wěn)定化合物的暴露。暴露生物標(biāo)志物一般依靠測(cè)定體液和組織中特定化學(xué)物質(zhì)或者其代謝物,或者與生物分子相互作用形成的產(chǎn)物。效應(yīng)標(biāo)志物是指在一定的環(huán)境暴露作用下,生物體產(chǎn)生相應(yīng)的可測(cè)定的生理生化變化或其它病理方面的改變,即指示污染物對(duì)生物體健康狀況的損害效應(yīng),如指示DNA損傷的DNA 加合物(DNA-adducts,它可能是生物機(jī)體中某一內(nèi)源性成分或測(cè)定機(jī)體功能容量,產(chǎn)生疾病或障礙的改變等。確定化學(xué)物質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng)的生物標(biāo)志物很多,從最簡單的標(biāo)志物如監(jiān)測(cè)體重變化至復(fù)雜的標(biāo)志物如采用免疫化學(xué)技術(shù)測(cè)定特定同功酶5。酶活性抑制持久,因此,可作為重要的效應(yīng)生物標(biāo)志物。如血細(xì)胞數(shù)和

9、血細(xì)胞損傷的檢測(cè)可提供各種資料,出現(xiàn)姊妹染色單體交換指示染色體潛在損傷,可由環(huán)氧乙烯暴露引起;缺乏特有淋巴細(xì)胞指示免疫抑制,可由二惡英(TCDD等化學(xué)物質(zhì)引起。HSP70家族是序列最保守并且對(duì)污染物的應(yīng)激反應(yīng)最為顯著的一類應(yīng)激蛋白。沈驊等6以鯽魚為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,Cu, EDAT-Cu,Zn,Pb,Cd,染料橙(HC Orange 1及兩種金屬同時(shí)進(jìn)行長期低濃度暴露,在不同濃度下,應(yīng)激蛋白HSP70被不同程度地誘導(dǎo),并有明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),在低于國家漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的濃度下,HSP70仍然有顯著的誘導(dǎo)表達(dá),說明水體中污染物在低于現(xiàn)行漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的濃度下,長期暴露仍然會(huì)對(duì)魚類產(chǎn)生一定的損傷。HS

10、P70比傳統(tǒng)的生長、繁殖等生物指標(biāo)更為敏感。易感性標(biāo)志物是指當(dāng)生物體暴露于某種特定的外源化合物時(shí),由于其先天遺傳性或后天獲得性缺陷而反映出其反應(yīng)能收稿日期 2009-07-31作者簡介姜元臻(1982-,男,山東人,碩士,主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的工作。2010年第4期廣東化工力的一類生物標(biāo)志物,可指示生物個(gè)體對(duì)污染物的敏感性。在污染物與生物體相互作用過程中,機(jī)體因素是很重要的,性質(zhì)與劑量相同的污染物對(duì)不同的個(gè)體可能出現(xiàn)迥然不同的反應(yīng),這取決于受作用個(gè)體的敏感性一。一般地各個(gè)層次的生物組織,小到微觀分子,大到生態(tài)系統(tǒng),在污染物的作用下,都有各自相對(duì)應(yīng)的污染效應(yīng)及相應(yīng)的生物標(biāo)志物。如水藻的種類、數(shù)量

11、、結(jié)構(gòu)等可以指示水體污染程度。但生物標(biāo)志物的研究多集中于分子或細(xì)胞水平,種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)層次上的生物標(biāo)志物正處于研究的初始階段。1.3 生物標(biāo)志物的特征對(duì)特定有機(jī)污染物或重金屬的暴露,有特定生物標(biāo)志物。因此這些標(biāo)志物對(duì)污染狀況具備診斷作用。進(jìn)一步了解相應(yīng)的分子反應(yīng),并與更高層次的生態(tài)危害建立關(guān)聯(lián),生物標(biāo)志物便可提供專一性的預(yù)報(bào)(prognostic功能7。污染物與生物體之間所有的相互作用都始于分子水平。生物標(biāo)志物的產(chǎn)生是對(duì)污染物暴露的早期反應(yīng),因此這類標(biāo)志物成了污染物暴露和毒性效應(yīng)早期警報(bào)的指示物8。具體表現(xiàn)在3個(gè)方面,從微觀分子到宏觀生態(tài)系統(tǒng),生物標(biāo)志物在各個(gè)不同層次的生物組織上體現(xiàn)著污

12、染物和生物之間的因果關(guān)系;一般來說生物體之間的共性在分子水平上最大,所以許多分子生物標(biāo)志物,如MT和DNA加合物,可廣泛應(yīng)用于各類生物9-10生物標(biāo)志物既可用于實(shí)驗(yàn)室研究,也可用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)。而污染物的毒性活體鑒定,檢驗(yàn)對(duì)象受限于較小的范圍,很難推廣到野外測(cè)試中。1.4 生物標(biāo)志物的優(yōu)勢(shì)與其他方法相比,生物標(biāo)志物的最大區(qū)別在于可以確定污染物與生物體之間已發(fā)生的相互作用,測(cè)定的是污染物的亞致死效應(yīng)(sublethal effects。與其他方法相比,生物標(biāo)志物的優(yōu)勢(shì)主要有一下7個(gè)方面11。(1能夠了解生物有效性的污染物質(zhì)在時(shí)間和空間上的累積效應(yīng),而不是像化學(xué)分析難以擺脫抽驗(yàn)的屬性。故不容易因異

13、常天氣狀況或工廠間歇排放帶來監(jiān)測(cè)結(jié)果的顯著變異。(2可確定環(huán)境污染物與暴露和風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過生物反應(yīng)的特異性,從機(jī)理上了解對(duì)生物體的危害性影響,建立因果關(guān)系,這對(duì)于處理環(huán)境事件時(shí)澄清法律責(zé)任是至關(guān)重要的。(3應(yīng)用于不同生境或不同營養(yǎng)級(jí)的物種,可以揭示污染物的不同暴露途徑,這將有益于確定監(jiān)測(cè)方案的優(yōu)先次序,并為采取何種干預(yù)和補(bǔ)救措施提供科學(xué)依據(jù)。(4毒性活體鑒定法雖然反映了特定污染物的相對(duì)毒性,但很難將實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)外推至野外的條件。許多影響因素,如化學(xué)形態(tài)、吸附/吸收、污染物在食物鏈上的富集以及毒性作用的亞致死效應(yīng)等等,無法在短期試驗(yàn)中測(cè)定。而應(yīng)用生物標(biāo)志物可以部分地解決上述問題。(5對(duì)應(yīng)在環(huán)

14、境中易代謝、去除的污染物,如PANs和有機(jī)磷化合物,生物標(biāo)志物能同時(shí)指示母體化合物和代謝產(chǎn)物的暴露和毒性效應(yīng)。(6能夠表現(xiàn)混合污染物之間相互作用的累積效應(yīng)。(7將不同層次生物組織(從分子到種群、群落所采用的一系列測(cè)定和研究加以整合,通過生物標(biāo)志物的短期變化就有可能預(yù)測(cè)污染物長期的生態(tài)效應(yīng)。2 生物標(biāo)志物在檢測(cè)環(huán)境污染的應(yīng)用2.1 選擇生物標(biāo)志物的原則4所選擇的生物標(biāo)志物必須具有一定的特異性、穩(wěn)定性和足夠的靈敏度,所選標(biāo)志物的水平與外接觸水平要有劑量-反應(yīng)關(guān)系,在無害效應(yīng)接觸水平下仍能維持這種關(guān)系并且分析的重復(fù)性及個(gè)體差異都在可接受的范圍內(nèi)。此外取樣時(shí)最好對(duì)人體無損生,能為受試者所接受。2.2

15、生物標(biāo)志物常用測(cè)定方法1232P-后標(biāo)記法是分析DNA加合物的方法,越來越普遍,該方法包括以下幾個(gè)步驟:(1DNA酶解成脫氧核苷-3-磷酸;(2加人核酸酶,使正常單核苷酸的3端去磷酸化,而加合的單核昔酸可抵制該作用;(3用32PATP和多聚核苷酸酶標(biāo)記加合物核苷酸以產(chǎn)生脫氧核苷-3,5-二磷酸;(4分別經(jīng)過高分辨率的薄層層析進(jìn)行分離分析,使加合物和正常核酸分離,并用放射自顯影繪制加合物顯影圖或液閃定量。此法靈敏度高,需要的DNA少,且不需事先知道加合物的組成。目前最常用的免疫學(xué)方法包括放射免疫學(xué)方法(RIA、酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA和超敏感酶放射免疫法(USERA。USERIA比ELISA更

16、加靈敏。目前很多靈敏的免疫學(xué)方法能檢測(cè)到特殊的加合物。免疫學(xué)方法在處理大量的樣品時(shí)具有簡便、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。但是,無論是生產(chǎn)多克隆抗體還是單克隆抗體都需要付出很大努力,而且特異性的抗體可能與結(jié)構(gòu)相似的化合物發(fā)生交叉反應(yīng),因此檢測(cè)加合物時(shí)不能反映出單個(gè)化合物的特異性,在分析結(jié)果時(shí)需要注意。質(zhì)譜與毛細(xì)管氣相色譜(CGC的聯(lián)用是目前靈敏度最高的技術(shù)之一。然而多數(shù)被修飾的堿基、核苷酸沸點(diǎn)較高,采用CGC法時(shí)必須先將其衍生化。另外近年來采用快原子轟擊(FAB法將DNA加合物離子化,并將質(zhì)譜與液相色譜分離技術(shù)結(jié)合使用,同時(shí)毛細(xì)管區(qū)帶電泳(CZE與質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)DNA加合物技術(shù)也得到了發(fā)展。一些污染物可誘導(dǎo)生物體

17、內(nèi)某種酶活性的改變,該酶可能會(huì)促使其特異性反應(yīng)發(fā)生而產(chǎn)生熒光性物質(zhì),通過測(cè)定其熒光強(qiáng)度就可以定量檢測(cè)這些異生物質(zhì)的種類和濃度。常用技術(shù)有同步熒光法、低溫激光法和激發(fā)-發(fā)射熒光法等。EROD(7-乙氧基-3-異吩噁酮-脫乙基酶生物測(cè)試法是目前研究較多,并廣為采用的一種熒光法14( Chen Guosheng et al,1997。一些異生物質(zhì)如PAHs、PCBs、PCDD/Fs等對(duì)生物體內(nèi)鍵聯(lián)芳烴受體(Ah receptor具有高度親和能力,并且能專一性地誘導(dǎo)細(xì)胞色素P450,激發(fā)P4501A1酶活性,依賴于P4501AI的EROD酶活性也相應(yīng)增強(qiáng),使7-乙氧基-異吩噁唑(ERF脫去乙氧基生成熒

18、光性的7-羥基-異吩噁唑(RF,通過測(cè)定RF濃度可以得到這些異生物質(zhì)的劑量效應(yīng)關(guān)系。該方法適合于對(duì)環(huán)境樣品中PAHs, PCBs,PCDD/FS類化合物進(jìn)行快速定量篩選。目前該方法所需的所有試劑均為市售品,而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化檢測(cè)15(Coksvr A A,J.Sci,1992。2.3 幾類主要污染物的生物標(biāo)志物16MTs為富含半胱氨酸的低分子量蛋白質(zhì),具有調(diào)節(jié)內(nèi)源性金屬平衡、對(duì)重金屬污染物解毒、清除自由基和參與某些應(yīng)激反應(yīng)的作用,對(duì)于重金屬脅迫具有特異性,其作為重金屬尤其是暴露的生物標(biāo)志物已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。魚體內(nèi)的MT與水環(huán)境和魚體組織中重金屬之間有顯著相關(guān)性。因此,MTs既可以作為重金屬

19、脅迫的暴露標(biāo)志物又可以作為其效應(yīng)標(biāo)志物?？寡趸割愔饕谐趸锲缁?(SOD、過氧化氫酶(CAT、抗壞血酸專一性過氧化物酶 (APX、谷胱甘肽還原酶(GR。重金屬離子影響或阻斷呼吸鏈、電子傳遞鏈、酶促反應(yīng)等體內(nèi)正常生理代謝,導(dǎo)致活性氧自由基增加,從而誘導(dǎo)抗氧化酶類活性增加,故抗氧化酶類也被用作重金屬污染的生物標(biāo)志物。GSH可發(fā)生Haber-Weiss反應(yīng),從而可降低羥自由基的形成;GSH-S 轉(zhuǎn)移酶與脂類過氧化物結(jié)合利用GSH氧化一些過氧化物(過氧羥酸;還原性谷胱甘肽在GSH-S轉(zhuǎn)移酶作用下與毒物結(jié)合,降低毒性。因此,在重金屬離子進(jìn)入生物體后產(chǎn)生氧化脅迫后,除抗氧化酶類被誘導(dǎo)表達(dá)外,GSH

20、含量也會(huì)發(fā)生變化。在植物體內(nèi),GSH,還可形成( y-谷氨酰-L-半胱氨酰n-甘氨酸,n=27結(jié)構(gòu),其合成可被銅、鋅、鉛、鎘等金屬促進(jìn),是植物重金屬抗性的重要標(biāo)志物。重金屬元素沉積于動(dòng)物肝臟會(huì)損傷肝臟細(xì)胞,使肝臟中轉(zhuǎn)氨酶釋放進(jìn)入血液,從而外周血清轉(zhuǎn)氨酶活性升高。外周血清轉(zhuǎn)氨酶是肝臟細(xì)胞損傷的重要標(biāo)志,是一種非特異性生物標(biāo)志物,除重金屬外,有機(jī)污染物也會(huì)引起其活性的升高。很多研究表明,生命非必需的元素如Cd、Pb、Hg的暴露均抑制動(dòng)物免疫功能,而免疫抑制和生物體抗性的下降之間有很好的相關(guān)性。但重金屬也具有免疫刺激作用,從而產(chǎn)生自體免疫響應(yīng)或自體免疫疾病,如Cd 和Hg 的慢性暴露可以引起免疫介導(dǎo)

21、的腎小球性腎炎。有報(bào)道自體抗體以及相關(guān)的免疫響應(yīng)可以作為Cd、Hg 等重金屬早期毒性響應(yīng)的有效生物標(biāo)志物。Cd作用于淋巴細(xì)胞主要誘導(dǎo)PBA(B 細(xì)胞多克隆活性包括B細(xì)胞增殖形成自體抗體如ANA、anti-DNA等的激活,但其作用機(jī)制還不是很明確。另外,巨噬細(xì)胞也可以作為重金屬暴露的非特異性免疫標(biāo)志物。目前,重金屬的免疫學(xué)生物標(biāo)志物進(jìn)一步確立和完善仍需對(duì)免疫機(jī)制進(jìn)行探索。膽堿酯酶是神經(jīng)毒性物質(zhì)如有機(jī)磷農(nóng)藥和氨基甲酸酯農(nóng)藥的敏感指標(biāo)。其中最突出的就是乙酰膽堿酯酶(AChE。乙酰膽堿酯酶主要參與突觸的信息傳遞,目前已被廣泛用作有機(jī)磷農(nóng)藥極性接觸的效應(yīng)生物標(biāo)志物。血漿丁酰膽堿酯酶比乙酰膽堿酯酶對(duì)有機(jī)磷

22、農(nóng)藥更敏感,但丁酰膽堿酯酶的抑制與血或腦中乙酰膽堿酯酶已經(jīng)中毒狀況或體征沒有聯(lián)系,故只作為有機(jī)磷類農(nóng)藥接觸的暴露生物標(biāo)志物。對(duì)氧磷酶不僅能水解對(duì)氧磷,還可水解其它有機(jī)磷酸酯、許多芳香族羧酸酯和氨基甲酸酯等,是有機(jī)磷農(nóng)藥生物檢測(cè)的易感性生物標(biāo)志物。大多數(shù)有機(jī)磷農(nóng)藥可在體內(nèi)代謝成為一種及一種以上的二烷基磷酸酯。這些產(chǎn)物通?？稍诮佑|后2448h 內(nèi)在尿中出現(xiàn),可作為有機(jī)磷農(nóng)藥的生物檢測(cè)的暴露標(biāo)志物。烷基磷酸酯近期和低水平接觸較敏感,但分析復(fù)雜。脊柱、脊索等組織的病理變化一般不受生物體自生狀態(tài)以及正常環(huán)境影響,而大多與污染物或不良環(huán)境條件有關(guān)。Karen 等在通過毒死蜱(Chlorpyrifos的短期

23、間歇式暴露對(duì)低鳉(Mummichog的腦乙酰膽堿酯酶和脊柱的發(fā)育的研究中,發(fā)現(xiàn)低鳉脊柱的伸長長度對(duì)毒死蜱的敏感程度較高,建議可以作為有機(jī)磷類農(nóng)藥的生物標(biāo)志物。蚯蚓的溶酶體中性紅保持時(shí)間(NRRT也被建議作為土壤有機(jī)磷酸酯農(nóng)藥污染的生物標(biāo)志物。在實(shí)驗(yàn)室和半野外試驗(yàn)中,蚯蚓的溶酶體中性紅保持時(shí)間對(duì)毒死蜱和二嗪農(nóng)兩種農(nóng)藥都很敏感,暴露中溶酶體中性紅保持時(shí)間顯著下降?；旌瞎δ苎趸傅幕钚哉T導(dǎo)劑主要有三類:藥物誘導(dǎo)劑苯巴比妥型;致癌物誘導(dǎo)劑3-甲基膽蒽型(主要包括苯并a芘等多種PAH;甾族誘導(dǎo)劑。與細(xì)胞色素P450相關(guān)的混合功能氧化酶活性對(duì)PAHs、PCBs 等有機(jī)污染物極為敏感。魚肝細(xì)胞色素 P450

24、1A1(CYP1A1作為有機(jī)污染物的生物標(biāo)志物已經(jīng)大量應(yīng)用于野外現(xiàn)場(chǎng)研究。在鳥類、淡水蟹和野生嚙齒動(dòng)物的調(diào)查以及大鼠試驗(yàn)中,CYP1A1水平及相應(yīng)酶活性與脂肪中積累的PCBs或TEQ(toxic equivalents相關(guān)性很好,同時(shí)在野生嚙齒動(dòng)物的調(diào)查中除CYP1A1外,CYP2B、CYP2E1也受到誘導(dǎo)。目前在CYP1A1 的檢測(cè)中常用的指標(biāo)有7-羥乙基試鹵靈正脫乙基酶(EROD、苯并芘羥化酶(BPH等。GSTs存在于所有的動(dòng)物體中,肝臟是脊椎動(dòng)物體內(nèi)GSTs 的主要存在場(chǎng)所。PAHs、PCBs均可誘導(dǎo)GSTs的表達(dá)。哺乳動(dòng)物以及不同水生動(dòng)物經(jīng)PAH,處理后肝臟GSTs活性均有顯著升高。研

25、究發(fā)現(xiàn)18(劉慧等,2005,Cu在低于我國現(xiàn)行漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí) (0.01mg·L-1,就能對(duì) GST產(chǎn)生顯著誘導(dǎo),表明GST對(duì) Cu反映敏感,有潛力成為指示 Cu污染的生物標(biāo)志物。PAHs、PCBs 在生物體內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí),還同時(shí)產(chǎn)生氧化還原循環(huán),生成大量活性氧,誘導(dǎo)抗氧化防御系統(tǒng)酶的活性。超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化酶等均可作為PAHs、PCBs 的防護(hù)性效應(yīng)生物標(biāo)志物。PAHs、芳基胺等經(jīng)代謝而產(chǎn)生親電活性產(chǎn)物,與DNA鏈特異位點(diǎn)形成共價(jià)加合物。DNA加合物的產(chǎn)生常導(dǎo)致突變的出現(xiàn)和腫瘤的形成,是化學(xué)癌變的初始階段。DNA加合物指示了環(huán)境中污染物對(duì)遺傳物質(zhì)的影響,對(duì)于從本質(zhì)上評(píng)價(jià)

26、生物在環(huán)境脅迫下的健康以及種群的生態(tài)變化具有積極意義。在PAHs的暴露中DNA加合物作為其標(biāo)志物已經(jīng)得到很好的建立。在水生生物檢測(cè)中DNA加合物與PAHs暴露的相關(guān)性遠(yuǎn)好于生物有機(jī)體中 PAHs含量與PAHs暴露的相關(guān)性。另外,血紅蛋白(Hb在一定程度上可替代DNA用于加合物的檢測(cè)。在PAHs的接觸暴露中,一些研究者建議采用尿中1-羥基芘為其生物標(biāo)志物。尿液中污染物及其代謝產(chǎn)物作為暴露生物標(biāo)志物敏感性高,能夠揭示低劑量的接觸如尿中苯含量(UB等19-20(Potter J,et al,2001;Waidyanatha S,2001,在很多情況下可以表征污染物發(fā)生分子水平效應(yīng)之前污染物暴露的情況

27、,但對(duì)分析檢測(cè)要求高,分析方法有待于進(jìn)一步發(fā)展,故還不能廣泛應(yīng)用于污染物暴露的生物檢測(cè)21(Jongeneelen F J, 2001。3 生物標(biāo)志物在環(huán)境污染監(jiān)測(cè)方面的展望生物標(biāo)志物不僅可以用來評(píng)價(jià)環(huán)境污染物的危害性,其應(yīng)用前景主要表現(xiàn)為以下兩個(gè)個(gè)方面。(1監(jiān)督和管理。對(duì)敏感和重要的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行日常監(jiān)測(cè),生物標(biāo)志物在暴露水平和生態(tài)效應(yīng)上,為評(píng)估該系統(tǒng)的現(xiàn)狀和長期趨勢(shì)提供定量數(shù)據(jù)。(2生態(tài)恢復(fù)。生物標(biāo)志物可作為評(píng)價(jià)生態(tài)恢復(fù)效果的測(cè)試手段。盡管生物標(biāo)志物有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和廣闊的發(fā)展前景,但其本身也有缺陷和不足。生物體內(nèi)具有自身修復(fù)機(jī)制,這增加了生物試驗(yàn)出現(xiàn)假陰性的幾率。多數(shù)生物標(biāo)志物缺乏特異性,因

28、而也會(huì)增加生物試驗(yàn)出現(xiàn)假陽性的幾率。生物標(biāo)志物還存在著物種間的差異和個(gè)體間的差異,這些因素會(huì)影響試驗(yàn)的靈敏度和重現(xiàn)性.再者,生物標(biāo)志物反映的是整個(gè)試驗(yàn)體系的綜合結(jié)果,因而,試驗(yàn)結(jié)果特別容易受到多種因素的干擾而出現(xiàn)偏差。因此,生物標(biāo)志物作為環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的手段不是萬能的,還應(yīng)結(jié)合物理化學(xué)分析等方法,才能對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。參考文獻(xiàn)1Vader Oost R,Beyer J,Vermeulen N P E.Fish Bioaccumulation and Biomarkers in Environmental Risk Assessment a ReviewJ.Environmental Tox

29、icology and Pharmacology,2005,1357-149.2National Research Council.Committee Vanon Biological MarkersJ.Environmental Health Perspective,1987.1987(74:3-9.3Benson W H,Di Giulio R T.Biomarkers Asessments of Contaminated Sediments Toxicity AssessmentC.Publishers,1992,241-265.4吳曉薇,黃國城.生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展J.廣東畜牧獸醫(yī)科技

30、,2008,02.5Oruc E O,Sevgiler Y,Uner N,Tissue-Specific Oxidative Stress Responses-51.6沈驊,張景飛,王曉蓉.Cu、Cu -EDTA對(duì)鯽魚腦組織應(yīng)激蛋白HSP70誘導(dǎo)的影響J.環(huán)境科學(xué),2004,25(394-97.7McCarthy J F,Shugart L R (Eds Biomarhers of environmental contam-(下轉(zhuǎn)第154頁泥進(jìn)行悶曝氣使已經(jīng)厭氧消化的污泥,逐步轉(zhuǎn)向好氧狀態(tài),緩慢的適應(yīng)焦化廢水進(jìn)水水質(zhì)。(2第二階段(6月19日7月20日系統(tǒng)在低負(fù)荷狀態(tài)下開始進(jìn)水,為防止前期啟動(dòng)

31、過程中受進(jìn)水條件的負(fù)荷沖擊,工藝系統(tǒng)采用設(shè)計(jì)的滿負(fù)荷運(yùn)行下的稀釋水量、污泥回流比、混合液回流比均采用同等處理水量的最大回流比,加強(qiáng)來水中帶有的易降解有機(jī)污染物質(zhì)的充分混合,為后續(xù)的缺氧好氧微生物的降解創(chuàng)造很好的前提條件。(3第三階段:(7月21日8月31日針對(duì)上一階段出現(xiàn)的問題,積極的與蒸氨工段聯(lián)系,對(duì)蒸氨控制條件進(jìn)行調(diào)整后,蒸氨廢水來水水質(zhì)基本上達(dá)到設(shè)計(jì)進(jìn)水要求。在此階段:通過觀察,A-A-O 反應(yīng)池運(yùn)行情況逐步好轉(zhuǎn),出水各項(xiàng)指標(biāo)基本上達(dá)到或接近二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。2.3 活性污泥培養(yǎng)馴化的成熟過程2009年6月16日,該廠的污泥微生物的培養(yǎng)馴化開始,經(jīng)過將三個(gè)月時(shí)間的試運(yùn)行調(diào)整,基本具備穩(wěn)定運(yùn)行

32、條件。所表現(xiàn)為活性污泥培養(yǎng)成熟的條件如下:(1出水水質(zhì)大幅度提高。處理后出水COD 均在80150 mg/L ,NH 3-N 在510 mg/L ,酚在0.040.5 mg/L ,出水水質(zhì)感觀極好。 (2污泥量在保持平衡的基礎(chǔ)上,逐步緩慢增長。MLSS 濃度維持在2000 mg/L 。(3污泥沉降性能良好。表現(xiàn)為曝氣結(jié)束氣,活性污泥能呈現(xiàn)似棉花狀的絮體,絮凝、聚集,然后逐步分層沉降,此過程大約1020 min 即可。2.4 運(yùn)行效果圖 51015202530N H 3-N 濃度/(m g .L -1時(shí)間/d圖2 工藝系統(tǒng)出水NH 3-N 濃度變化Fig.2 Change of NH 3-N c

33、oncentration of outlet water in craft由圖2可知,該工程選用的A-A-O 處理工藝對(duì)焦化廢水中的有機(jī)污染物具有很好的降解作用,如果進(jìn)水水質(zhì)沒有嚴(yán)重超出系統(tǒng)所承受的范圍,通過系統(tǒng)運(yùn)行方式的調(diào)整,可以完全穩(wěn)定的運(yùn)行。由于調(diào)試期間廠區(qū)的循環(huán)水排污、鍋爐水熱電廠污等通過無壓管路進(jìn)入生化系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的COD 、NH 3-N 、酚形成稀釋作用,但同時(shí)形成了進(jìn)水水質(zhì)的波動(dòng)很大。3 焦化廢水的NH 3-N 降解過程參數(shù)的控制3.1 溫度由于本工程系統(tǒng)的有壓廢水(蒸氨廢水的水溫在5060 ,經(jīng)過與無壓廢水在調(diào)節(jié)池混合后水溫基本上在3035 ,這樣在缺氧池、好氧池內(nèi)水溫可基本

34、上維持在2030 。3.2 pH3.3 F/M本工程運(yùn)行中系統(tǒng)的污泥負(fù)荷(SLR基本上在0.10.2范圍內(nèi),這樣給硝化菌的新陳代謝及正常生長創(chuàng)造了條件。3.4 混合液回流比(R和污泥回流比(r本工程運(yùn)行中混合液回流比控制在300 %350 %。考慮在一級(jí)好氧段為高負(fù)荷區(qū),污泥回流量為60 m 3/h 時(shí):缺氧池回流40 m 3/h 、一級(jí)好氧回流20 m 3/h 。3.5 溶解氧(DO因此工藝系統(tǒng)運(yùn)中,缺氧段的DO 控制在0.5 mg/L 以下,一級(jí)好氧段的DO 控制在24 mg/L 。4 總結(jié)(1開工調(diào)試的焦化廢水處理系統(tǒng)經(jīng)100多天調(diào)試運(yùn)行,出水達(dá)到國家污水排放二級(jí)指標(biāo)。結(jié)果證明,焦化廢水

35、處理系統(tǒng)采用A 2/O 生物脫氮處理工藝,對(duì)COD Cr 和NH 3-N 的去除率分別可達(dá)96 %和99 %。(2硝化和反硝化細(xì)菌對(duì)環(huán)境變化十分敏感。 雖然系統(tǒng)有一定的耐沖擊負(fù)荷能力,但對(duì)長時(shí)間處在氨氮波動(dòng)狀態(tài)下的超負(fù)荷運(yùn)行,硝化反應(yīng)緩慢,常常NO 2-N 積累偏高,使調(diào)試停留在亞硝化階段。參考文獻(xiàn)1吳婉娥,葛紅光,張克峰.廢水生物處理技術(shù)M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.2李軍,楊秀山,彭永臻.微生物與水處理工程M.北京:化學(xué)工出版社,2002.(本文文獻(xiàn)格式:王莉.焦化廢水處理與工程試運(yùn)行控制J.廣東化工,2010,37(4:153-154(上接第152頁ination Lewis Pu

36、blishersM,Boca Raton ,1990.8Moore M N ,Simpson M G .Molecular and cellular pathology in environmental impact assessmentJ.J .Biotechnol ,1991,17:199-208. 9Haux C ,Forlin L .Biochemical methods for detecting effects of contaminants on fishJ.AMBIO ,1988,17:376-380.10Chipman J K ,Marsh J W .Bio-techniques for the detection of genetic toxicity in the aquatic environmentJ.J .Biotechnol ,1992,17:199-208 11McCarthy J F ,Shugar