水生态基准大型水生植物受试生物筛选

2014， 33 :2204-2212 （11）
农 业 环 境 科 学 学 报
Journal of Agro-Environment Science
2014 年 11 月
水生态基准大型水生植物受试生物筛选
刘婷婷， 郑
100012） 摘
欣 *， 闫振广， 刘征涛
（中国环 境 科 学 研究 院 环 境 基 准 与 风 险评估 国 家 重 点 实验 室 国 家 环 境 保护 化学 品 生态 效 应与 风 险评估 重 点 实验 室，北京
量、 重金属及农药等污染都较为严重[3-4]。为了保护水 环境，欧美国家从 20 世纪中后期就相继开始建立适
4-二氯苯酚和 2， 4， 6- 三氯 苯 酚 的基 准 ； 闫振 导 了 2， [13-18] （Species sensitivity rank） 广等 采 用 SSR 法 推导了 吴丰 昌 镉、 氨氮、 铅 和硝 基 苯 的 淡 水水生生物 基 准 ；
拥有比较完善 的理 宜自身特点的水质基准技术体系， 论研究方法[5-7]。近年来， 我国也开始了本土水质基准 的研究， 借鉴发达国家水质基准技术方法探讨了适用 如： 张彤和金 于我国的部分污染物的水质 基 准 阈 值， 硫氰 酸 钠 和 洪 均 [8-10]通 过 毒 性 实验 研究 推 导 出 烯 腈 、 Yin 等 [11-12]推 乙 腈 的 基 准 最 大 浓度 和 基 准 连 续浓度 ；
Salvinia natans , Ceratophyllum demersum, Myriophyllum spicatum, Hydrilla verticillata, Potamogeton crispus , and Potamogeton pectinatus , aquatic macrophytes from the ECOTOX database. Seven aquatic macrophytes showed high sensitivities to pollutants （the cumulative proba -
polyrhiza to paraquat and metsulfuron methyl 7.8% and 11.5%; that of Salvinia natans to N-Methylmethanamine and metolachlor 8.5% and
bility was less than 15% ） . The cumulative probability of Lemna minor to thallium and Linuron was 4.3% and 6.4% ; that of Spirodela
等 研究 了 锌 的 淡 水生物 毒 性 特征并 对 其水 质 基 准 杜东阳[20]对重金属铬和镍的淡水水质基 进行了推导； 准进行了研究。此外， 水质基准技术方法的研究也取 得了一定的进展。闫振广等[21]探索了基因表达效应的 刘征涛等[22]提出在我国生物毒性数据缺 物种敏感性； 乏的情况下， “三门六科” 的最少毒性数据需求具有一 我国对水质基准的研究尚 定的可行性。但总体来说， 属于初步阶段， 很多技术方法问题仍需积极探索。对 “三 门 八 于水生生物 基 准 的研究 ， 美 国 规定 至 少选择 科” 的水生生物， 其中要求至少有一种水生植物的毒性 数据 。 虽 然 各 国 都 规 定 了 水 质 基 准 受 试 生物的 种 类， 但对于敏感受试生物的筛选研究国内外却很少有 报道。 本土物种的筛选和毒性测试是水生生物基准推 导的关键要素之一， 对我国水质基准的研究有着重要 两栖类、 甲壳类、 环节动 的意义。 近期， 有研究对鱼类、 但 物和昆虫等类别的受试生物开展了 筛选研究 [24-27]， 对水生植物受试生物筛选的研究还未见报道。 是保持 水生植物作为水生态系统重要组成部分， 其中大型水生植物是 水体良性发展的关键生态类群， 主要包括水生维管束植 水生植物中的一个重要类群， 沉 物和高等藻类，一般将其按生活型分为挺水植物、 水植物、 浮叶植物与漂浮植物[28]。大型水生植物在水 一方面大型水生植物可 生态系统中具有重要的作用： 为水生动物提供栖息 以改善水下的光照和溶氧条件， 地和 食 物， 是水体生物 多样性 赖 以 维 持 的 基 础 ； 另 一方面， 大型水生植物在净化水体及水环境监测等方 面也具有重要作用[30-39]。 因此， 以大型水生植物作为受 可增 试物种来开展水环境中污染物的毒性效应研究， 强对水生植物的保护， 并减少污染物通过食物链的生 长期以来 物放大作用对高营养级生物的危害。但是， 特别是国 关于大型水生植物的毒性试验远少于动物， 主要是由 内大型水生植物毒性试验的资料极为欠缺， 于在 很 多 情况 下 大 型 水生 植 物 对污染物的 敏感 性 要 低于水生动物 。可是还有不少水生植物对许多重金 部分有 机 物的敏感 性 属、 杀虫剂、 表面活性剂 、 污水、 要比水生动物强[41]， 以水生动物毒性试验推导的水生 因此， 研究 态基准， 并不能有效地保护大型水生植物。 对完善 我国本土大型水生植物的基准研究受试生物， 我国水环境基准技术体系有重要的作用。 具有代表性的大型水 本文选择在我国分布广泛、
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等： 刘婷婷， 水生态基准大型水生植物受试生物筛选
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从 中 筛选 出 对大 型水生 植 生植物， 搜 集 其 毒 性数 据 ， 物毒性最大的污染物， 并通过对各污染物进行物种敏 感度分析， 提出本土大型水生植物的基准受试生物名 也为进 单， 为完善 我国水生生物 基 准体系 提 供参考， 一步明确水生生态保护物种提供重要依据。
水环 境 污染是 影响人类 生 存 和 发 展 的 严 重 问 [1-2] 水体中氮磷过 题 。我国水环境污染问题由来已久，
2014-04-17 收稿日期： （2012ZX07501基金项目： 国 家 水体污染 控 制 与 治 理科技 重 大 专 项 003-06） （2014FY120600） ； 科技部科技基础性工作专项 作者简介： 刘婷婷 （1988—） ， 女， 河北保定人， 硕士研究生， 从事水质基 tingting1308@ 准与标准研究。E-mail： * 通信作者： Zhengxin@ 郑 欣 E-mail：
14.8%; that of Potamogeton pectinatus to 2,4 -Dichlorophenoxyacetic acid, linuron and metolachlor 1.2% , 2.1% and 1.9%; that of Potamogeton crispus to 2,4 -Dichlorophenoxyacetic acid and metsulfuron methyl 10.8% and 7.7% ; that of Hydrilla verticillata to bensulfuron methyl and fluridone 12.5% and 7.4%; and that of Ceratophyllum demersum to linuron, copper chloride and metolachlor 8.5%, 7.4% and 11.1%, respectively. These species could be used as test organisms for development of water quality criteria. Keywords： aquatic macrophytes; aquatic life criteria; test organisms; species sensitivity distribution; pollutants
从 ECOTOX 等数 据库中搜集相关毒 藻、 菹草和篦齿眼子菜 8 种代表性本土大型水生植物， 进而参照美国水 质基准数据筛选原则， 性数据， 通过数据分析筛选出对大型水生植物毒性最大的 3 种重金属污染物和 12 种除草剂污染物。这 15 种污染物的物种敏感度 7 种大型水生植物对污染物表现出高敏感性 （累积概率<15%） 分布分析显示， ， 其中： 浮萍对铊和利谷隆的累积概率分别为 4.3% 和 4-滴、 2.1% 和 1.9%，菹草对 2， 4-滴和甲磺隆的累积概 和 14.8%， 篦齿眼子菜对 2， 利谷隆和异丙甲草胺的累积概率分别为 1.2%、 率分别为 10.8% 和 7.7%， 黑藻对苄嘧磺隆和氟啶酮的累积概率分别为 12.5% 和 7.4%， 金鱼藻 对利谷隆、 氯化铜和异丙甲草胺的累 关键词： 大型水生植物； 水质基准； 受试生物； 物种敏感度分布； 污染物 X171.5 中图分类号： A 文献标志码： 7.4% 和 11.1%。这 7 种大型水生植物可作为相关污染物水质基准研究的受试生物。 积概率分别为 8.5%、 1672-2043 11-2204-09 文章编号： （2014） doi:10.11654/jaes.2014.11.019 6.4%， 4-滴二甲胺盐和异丙甲草胺的累积概率分别为 8.5% 紫萍对百草枯和甲磺隆的累积概率分别为 7.8% 和 11.5%， 槐叶苹对 2，
[40] [29] [23]
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材料 与 方法
1.1 本土受试大型水生植物的选择 [42] [28] 依据 《中国植物 志》 、 《水生生物学》 及公开发 表的相关文献， 对我国本土常见大型水生植物的分布 进行 整 理 ，并 筛选 出具有 代 表性 的 本 土 大型 水生 植 ① 在我国 本 土分 布 或 在我国 自然 水 物， 筛选原 则 为：
从 44 种国内主要水生植物中筛选了浮萍、 紫萍、 槐叶苹、 金鱼藻、 穗状狐尾 藻、 黑 要： 为完善保护我国 淡水生物的水质基准，
Screening of Native Aquatic Macrophytes for Establishing Aquatic Life Criteria
（State Key Laboratory for Environmental Criteria and Risk Assessment, State Environment Protection Key Laboratory of Ecological Effects and Abstract： Screening of sensitive test aquatic organisms is critical to water quality criteria for aquatic life. Aquatic macrophytes are one of the were obtained based on their geographical locations, availability of toxicity data, and economical and ecological significance. According to the USEPA principles for aquatic life criteria, top 15 pollutants （3 heavy metals and 12 herbicides） were ranked per their toxicities to Risk Assessment of Chinese, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China） most important objects for water quality criteria. In the present study, eight native aquatic macrophytes, Lemna minor, Spirodela polyrrhiza, LIU Ting-ting, ZHENG Xin*, YAN Zhen-guang, LIU Zheng-tao