电镀厂排水对大型溞、唐鱼早期发育阶段的急、慢毒性效应

谭杰峰，陈山多，王依钒，侯丽萍

（广州大学生命科学学院，广东 广州 510006）

随着工业废水对环境影响的不断加深及复杂化，国内外控制污水排放的标准已经不足以全面地衡量现阶段多变、复杂水体的环境质量。传统的理化指标排放限值主要集中在悬浮物（SS）、化学耗氧量（COD）、生物耗氧量（BOD）、氨氮及常见重金属上，只能体现单一或几种污染物的浓度水平和贡献量[1]，一些有毒化学物质的代谢副产物和最终产物并没有相应的分析方法对其进行检测及评估；同时，无法体现排水中混合物的联合毒性和识别其潜在的综合影响等[2]。而生物毒性测试的方法正好能弥补传统水质理化指标排放限值的不足。例如，黄灿克[3]采用费氏弧菌对电镀废水进行检测，结果显示电镀处理废水排放口为中低毒；于彩虹[4]采用日本青鳉对城镇污水处理厂进出水进行检测，出现胚胎致死效应及胚胎发育致畸效应，孙晓怡[5]采用斑马鱼对几个重点工业污染源排污口进行检测，在21 个污水排放口中，低毒以上有9 个、1 个剧毒。总体上，这些研究工作普遍侧重于单一受试动物以及急性毒性的测试。国外的排水毒性测试标准中，推荐使用2～3种以上生物物种，观察其胚胎损伤、畸形、生长和死亡等指标作为急、慢性毒性的测试方法[6]。试验以大型溞（Daphnia magna Straus）、唐鱼（Tanichthys albonubes）作为受试动物，测试了东江流域附近5 家电镀厂的排水急、慢性毒性效应情况，为全面评估东江流域电镀厂出水毒性风险提供科学的依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 样品采集方法采用经清洗后的20 L 塑料油桶，于污水处理厂采样后运至试验室，并保存在4℃以下的冷库中，过程中确保水样不受任何的试验药品污染，试验前预先取样，待温度恢复到室温后再进行试验。

1.1.2 试验仪器24 孔板培养皿、10 mL 烧杯、100 mL 烧杯、100 mL 量筒、移液枪、温度计、生物显微镜。

1.1.3 试验试剂螺旋藻粉、草履虫母液、次甲基蓝、重铬酸钾、曝气24 h 自来水。试验所用试剂均为分 析纯。

表1 电镀厂排水的常规水质参数

1.2 受试动物的饲养和繁殖

1.2.1 大型溞的培养大型溞由中国科学院生态环境研究中心提供。选取健康、活泼、体型均匀的大型溞进行培养，培养温度（24±2）℃，光暗比为12 h ∶12 h。喂食螺旋藻粉，每天更换80%培养液。孵化后，挑选新生的健康小溞用于试验。

1.2.2 唐鱼的培养唐鱼来自市场购买观赏鱼类，购买健康的鱼卵后置于孵化液中等待孵化，培养温度（24±2）℃，光暗比为14 h ∶10 h，每天9：00 收集新出生的幼鱼，喂食草履虫，挑选新生的健康幼鱼用于实验。

1.3 急性毒性测试

1.3.1 大型溞的急性毒性测试根据OECD202 标准方法[7]对大型溞进行48 h 的急性毒性暴露试验，在10 mL 烧杯中加入10 mL 测试液，一只幼溞，每个浓度梯度设置10 个平行，共3 个梯度（100%、10%、1%），试验期间不喂食，于24 h 和48 h 后更换80%测试液，并记录死亡、受抑制情况。

1.3.2 唐鱼急性毒性测试方法唐鱼急性毒性试验对孵化1 d 内的唐鱼幼鱼进行96 h 的急性毒性暴露试验，在24 孔板内进行，孔板的每个孔加入2 mL 测试液和一条幼鱼，每个梯度设置12个平行，共3个梯度（100%、10%、1%），试验期间不喂食，每24 h 更换50%测试液，并记录死亡情况。

1.4 慢性毒性测试

1.4.1 大型溞慢性毒性测试采用半静态试验方法对大型溞慢进行为期14 d 的慢性毒性测试，每24 h 更换试验溶液的80%并喂食绿藻。在10 mL 烧杯中放入10 mL 测试液与1 只幼溞。根据急性试验的结果来确定慢性试验的梯度，每个梯度10 个平行。观察记录并统计大型溞的头胎产溞时间、头胎产溞数量及单位暴露期产溞总数。

1.4.2 唐鱼慢性毒性测试采用半静态试验方法对唐鱼进行为期8 d 的慢性毒性测试，在24 孔板培养皿中加入2 mL 测试液和1 幼鱼，每隔24 h 更换测试液50%，根据急性的试验结果来确定慢性试验的梯度，并设置每个梯度12 个平行。及时清理死亡的幼鱼，观察记录鱼苗的死亡及畸形情况。

1.5 数据统计方法

试验组各项数据与对照组使用SPSS 软件进行对比，统计分析，P＜0.05 为显著性差异。

2 结果与分析

2.1 大型溞急、慢性毒性效应

大型溞急性毒性测试结果显示（表2），1 号、2号水样发生了较多的幼溞死亡情况，2 号水样100%梯度甚至出现全部大型溞死亡现象，且1%浓度梯度也有40%的死亡率，呈现较大的急性毒性效应，说明水样里存在较多的致死有毒物质，因此需要重新确定1 号与2 号水样的大型溞慢性毒性试验的梯度，1号水样确定为10%、1%、0.1%，2 号水样确定为1%、0.1%、0.01%。其他水样的大型溞死亡率均低于10%，没有产生急性毒性效应，则采用50%、10%、1%的浓度梯度。

表2 电镀排水对大型溞急性毒性结果

慢性毒性测试结果表示（表3），各个水样组的头胎产溞时间均比对照组短，但影响并不是很大，其中1 号水样1%梯度和5 号水样10%梯度与对照组有显著性差异。而电镀排水对产溞数量的影响显示，2号水样0.1%、0.01%梯度头胎产溞数量明显高于对照组，具有显著性差异；而4 号、5 号水样只有50%梯度出现了显著性差异，这可能是因为各个电镀厂的处理工艺、处理水平不一，导致剩余污染物的浓度水平有差异，且电镀厂排水中剩余污染物之间，以及与大型溞的产溞数量行为的相互作用机制尚未清楚，需要进行进一步的试验去探究检验。暴露期平均每胎产溞数量均高于对照组，3 号、4 号水样50%、10%梯度以及5 号水样的50%梯度与对照组相比出现显著性差异。同时，参考查金苗[6]不同暴露阶段的主要形态学观察指标方法，通过体式显微镜观察到（图1），经过电镀厂排水暴露后，部分大型溞出现形态上的变形，主要包括眼变形、体型畸形、内肢外肢发育不全等常见畸形，说明水体内含有三致效应的毒性物质。

表3 电镀厂排水对大型溞的慢性毒性试验结果

2.2 唐鱼急、慢性毒性效应

唐鱼的急性毒性试验中（表4），2 号水样100%浓度梯度出现全部唐鱼死亡，呈现一定的急性毒性效应，而低浓度组未出现死亡现象，说明原水样内有较多的致死有毒物质；1 号、3 号、5 号水样出现了轻微的死亡现象（8.3%），但均无出现明显的急性毒性效应，所以其慢性毒性试验的梯度则均设置为50%、10%、1%、0.1%，一共4 个梯度。

图1 部分大型溞损伤特征

表4 电镀排水对唐鱼急性毒性试验结果

慢性毒性试验显示（表5），随着时间的推移，毒性物质在唐鱼体内蓄积，鱼苗的死亡率逐渐增大，且死亡率随着水样浓度梯度的升高而升高。其中，2号水样50%浓度梯度中的鱼苗在5～8 d 期间全部死亡，呈现显著性差异，说明2 号水样中存在大量慢性毒性物质；5 号水样50%浓度梯度的8 d 鱼苗死亡率与对照组相比也存在显著性差异，1 号、3 号、4 号水样所有浓度梯度与对照组相比均无显著性差异，但死亡率均高于对照组，体现了一定的慢性毒性作用。通过体式显微镜进一步对唐鱼的体型变化进行观察发现，暴露后部分的唐鱼也出现部分畸形体，其中对唐鱼损伤特征主要有脊椎畸形、腹腔肿大、眼变形等（图2）。

3 结论与讨论

研究表明，5 个电镀厂排水对大型溞及唐鱼均产生了不同程度的毒性效应，在急性毒性试验中，大型溞对有毒物质的反应较唐鱼更为敏感，但总体上两种生物的试验结果呈现出较好的一致性，其中2 号水样的急性毒性效应最大，1 号水样次之，死亡率随着水样浓度梯度的升高而升高，说明1、2 号水样中存在着大量的致死有毒物质，其他水样均无显著的急性毒性效应。而大型溞慢性毒性试验的结果表明，与对照组相比，各水样组的产溞时间要稍短，且产溞数量明显要更高，说明每个水样中均存在刺激大型溞繁殖行为的物质，王洪盼等[8]研究发现Cu2+低浓度时能促进胚胎的发育，这与试验结果所体现出的毒性作用比较相似，2 号电镀厂排水水质最差，其急性毒性中实验反映水样内含大量的有毒有害物质，在进一步稀释后，低浓度梯度（0.1%、0.01%）更为促进对大型溞的繁殖行为，而其他急性毒性不显著的水样，水内有毒有害物质浓度不高，所以基本都在中高浓度梯度体现其慢性毒性作用。初步推断是由Cu2+以及其他化学物质作为刺激因子，在一定的浓度和配比的时候，刺激大型溞繁殖，但具体的毒理机制仍需进一步的研究。同时，唐鱼的慢性毒性试验显示，电镀排水的毒性作用呈现随时间积累性，其中2 号、5 号水样所显现的慢性毒性作用最大。两种受试动物暴露后均出现了致畸现象，最为典型的是椎体畸形、腹部水肿，说明水体内含有不少的三致作用的毒性物质。由于各个厂的废水处理设备、技术不一，处理效果也不尽相同，水样仍含有微量的Cu、Zn、Ni、Pb 等重金属离子。陈国柱等[9]研究铜、锌、镉对唐鱼胚胎和初孵仔的毒性研究发现这三种金属离子对唐鱼有显著的三致效应；丁婵娟[10]探究铜、锌、铅对大型溞毒性效应研究显示，Cu2+- Zn2+-Pb2+联合毒性表现为协同作用，且联合毒性与毒物配比无关，只与毒物的组合有关；Stewart 等[11]发现Cu2+可以改变生物膜通透性，使有毒物质更容易进入细胞内。初步推断，受试动物致畸现象是由于电镀排水中含有的重金属离子所引起的。

表5 电镀厂排水对唐鱼的慢性毒性试验结果 （%）

图2 部分唐鱼损伤特征

综上所述，大型溞、唐鱼暴露试验结果表明：（1）5 个电镀厂排水对试验生物的毒性大小：2 号＞1 号＞5 号＞4 号＞3 号。 （2）多受试动物测试较单一受试动物测试要更为全面，科学。通过比较2 种受试动物的试验结果，其急、慢性毒性测试结果有较好的一致性，如致死、致畸、抑制生命活动等。总体上，大型溞对毒性物质要比唐鱼更为敏感，可利用这一特征，针对不同地区或不同污染物的监测水平挑选最为合适的监测受试动物提供一定的科学根据。（3）水体内含有较多三致作用的毒性物质，初步推测电镀排水对大型溞及唐鱼的毒性主要由金属离子以及各种化学物质联合作用所造成的，其毒性作用机理还有待进一步研究。因此，尽管经过电镀厂污水处理设施处理后的达到排放标准的出水，仍然会对水生生物产生毒性效应。这也从侧面反映了目前单纯以物理化学指标作为排放检测标准的局限性，不能非常全面地去保护水生生态系统，而生物毒性测试能够带来更加全面的评估，在未来是值得去实践与完善的。