太湖贡湖湾水源地蓝藻水华污染结果研究

水是生命所必需的基础性自然资源， 为生态环境的控制性要素。 随着科学技术的进步、 工农业生产的发展， 作为工农业废物汇集点的水体环境， 受到的污染越来越严重。 由于管理不善、 资源匮乏、 环境变化及基础设施投入不足等原因，全球约有1/5 的人无法获得安全的饮用水。 如何为人类提供安全、 清洁的饮用水和生活用水， 是世界各国面临的急迫问题， 因为水不仅是人类赖以生存的生命线，也是世界经济可持续发展的命脉。 为了保护饮用水源和健康的水生生态系统， 通常采用化学方法和生物方法对水质进行监测和评价。

化学方法评价水质是采用各种仪器直接分析测定水体中有害物质的种类及其浓度以及与之有关的参数(如色度、 COD、 BOD 等)， 以所测数据为依据制定出污染物浓度的控制标准。 生物方法是基于生物、 生态和毒理学原理进行水质评价。如生物评价基准(Biocriteria) 就是利用敏感生物来测试化学污染物的生物毒性。

化学方法监测和评价水质时指标体系完善、 依据充分、 消减目标明确， 能准确测定有害物质的种类， 对大多数污染物能精确测定它们的浓度或含量， 因此是普遍采用的方法。 但是， 化学监测方法存在许多不足(Cairns 等， 1989； Persoone，1991)。 水体环境中具有明显生物和生态效应的污染物种类多、 数量大， 现有的化学分析测试手段能够鉴定出的污染物仅占实际存在污染物的很少一部分。 由于大多数污染物不能被检测出， 因此不能根据浓度数据推测这些没有被检测出的污染物的潜在毒性效应。 即使能够测定所有种类的污染物， 但由于污染物之间的拮抗、叠加和协同等综合作用， 很难从不同污染物的浓度分析数据来预测废水的真正毒性。 因此化学分析的数据不能从整体上反映水质的优劣， 或反映污染物对生物和生态系统的影响。 对于污染物在水体中的生物毒性， 并非完全取决于其含量等化学参数的超标。 由于环境条件的复杂性， 与污染物共存的其他物质以及环境条件如pH、 氧化还原状态等的变化， 在很大程度上也影响其生物有效性， 因此需要建立对水质进行监测和综合评价的方法。

监测和综合评价水质的生物毒性实验有慢性毒性实验和急性毒性实验。 生物慢性毒性实验在水生生物从出生到繁殖整个生活周期内观察毒物对其生理活动的影响。 实验持续时间从几周至数年之久。 生物急性毒性实验是在短时间内观察生物对毒物的刺激产生明显反应的实验。 生物急性毒性的指示生物有鱼(Honig 等，1980)、 藻类(Bozeman 等， 1989.)、 底栖软体动物(Soria 和Ochavillo， 1990)、浮游生物和微生物(Jardim 等， 1990) 等。 发光细菌因其独特的生理特性， 易与现代光电检测手段匹配进行快速测试。 由于发光细菌相比于其他生物种类具有快速、 经济、 节省空间和可靠性好等优点而备受关注， 因此发展了利用发光细菌进行水质毒性监测和综合评价的生物毒性测试方法。

发光细菌属革兰氏阴性、 兼性厌氧菌， 宽0.4 ～1.0 μm， 长1.0 ～2.5 μm， 无孢子、 荚膜， 一根或数根端生鞭毛， 最适生长温度为20 ～30 ℃， 最适生长pH 为6.0 ～9.0。 常用于生物毒性测试的海洋发光菌， 其生长介质中含3%的NaCl 或0.3%的甘油， 对发光反应有利。

对发光菌的分类， 目前普遍采用的是美国学者P.Bauman 的分类方法(Bauman 等， 1977； 1980； 1983)。 大部分发光菌的栖息地是海洋。 在发光菌毒性测试中应用较多的是明亮发光杆菌T3， 在正常条件下经培养后能发出肉眼可见的蓝绿色荧光。

20 世纪70 年代， Bulich (1979) 设计了一种以发光细菌(photobacterium) 冻干制剂为基础的仪器测定水体污染物毒性的方法， 方法的可靠性、 灵敏性超过了传统的水质毒性诊断方法。 该快速测试环境样品生物毒性的检测方法被各国的环境监测和研究机构普遍采用(Wang 等， 2002)。 当前， 许多国家包括加拿大、 法国、 德国、 意大利、 墨西哥、 荷兰、 西班牙、 瑞典和美国已将发光菌方法作为标准的毒性测试方法(ASMT， 1997)。 1995 年我国也已建立了应用发光细菌进行水质毒性测试的国家标准。 中国科学院南京土壤研究所长期以来一直推广类似的测试方法， 并设计制造了专用发光测定仪(GDJ 系列)。

发光菌毒性测试具有如下优点：

(1) 适用范围广泛： 对空气、 土壤、 水样品均可进行分析。

(2) 灵敏度高： MicrotoxR 技术比刃天青还原试验(resazurin reduction test) 和溶解氧消耗试验 (dissolved oxygen depletion test) 更为灵敏、 可靠 (Greene，1985)。

(3) 相关性好： 发光菌毒性测试结果与传统的鱼类毒性实验有良好的相关性。

(4) 反应速度快： 一般可在30 min 内得出结果。

(5) 自动化程度高， 人为错误少： Beckman 公司所发展的MicrotoxR 仪器配有计算机处理系统， 能自动设定毒物测定程序、 计算结果和作图， 避免了人为主观判定的偏差。(www.xing528.com)

发光菌毒性测试法存在着一些不足：

(1) 在各种对毒性敏感的细菌中， 发光菌灵敏度较高， 但再现性欠佳。

(2) 发光菌毒性测试系统由于具有快速、 简便、 经济的特点而得到广泛应用。但由于明亮发光杆菌是一种海洋生物， 正常发光需要3%的NaCl 存在， 这对海洋污染的毒性测试比较合适， 对淡水体系样品也需加入3%的NaCl。 如此高浓度的Cl-的存在会影响水样中的一些污染物， 尤其是影响重金属污染物的生物可利用性和毒性顺序。

(3) 明亮发光杆菌的pH 适应范围窄， 必须将样品pH 调至7.3 ～7.5 后才能测定， 影响了样品中有毒组分毒性的真实性。 因此海水和淡水体系的测试结果存在差异， 因此有必要发展一种更适合于淡水体系的发光菌测试体系。

1985 年8 月， 朱文杰等从青海湖的裸鲤(Gymnocypris przewalskii) 体表分离出一种淡水发光菌。 经过多次分离纯化、 表型特性测定、 发光光谱测定、 凝胶双向扩散试验和弧菌抑制试验， 确定该发光菌为一新种(朱文杰等， 1994)。 根据采集地点将该菌命名为青海弧菌(Vibrio qinghaiensis sp.nov)， 典型菌株是Q67。 该菌不仅具备一般海洋发光细菌的可应用特性， 还具有海洋发光细菌所缺乏的性能：

(1) 它无须NaCl 的存在即可良好发光(对Na+的依赖性是海洋细菌的重要特征)。

(2) 温度适应范围广， 10 ～35 ℃均能发光。

(3) 非致病的淡水发光细菌。 实验室进行的青海弧菌对金鱼 (Carassius auratus) 进行的感染实验未发现明显的病理改变(马梅等， 1998)。

青海弧菌具有在淡水体系中正常发光的特点， 经过多年的淡水环境样品污染物的急性生物毒性测试研究表明， 完全可以弥补传统海水发光菌的不足。

微囊藻毒素已经成为热带和亚热带湖泊、 水库水源地蓝藻水华水体的主要污染物， 对水体环境和人类健康造成极大的威胁。 在以地表水为饮用水源的太湖湖区， 对蓝藻水体的生物毒性进行快速诊断， 是及时建议自来水厂是否启动藻毒素特殊处理工艺的有效途径。

2007 年初夏的“无锡水危机” 事件警示必须加强饮用水源水中微囊藻毒素与异味化合物的急性毒性常规监测。 在水质的急性毒性测试中， 研究较多的是重金属和持久性污染物， 对富营养化水体中微囊藻毒素与异味化合物的生物毒性的研究鲜见报道。 MC-LR 是藻毒素中分布最广、 毒性最强的生物毒素， 以MC-LR 作为单一污染物进行抑制发光实验具有典型的代表性。 本研究拟基于微囊藻毒素标准品溶液和实际水样建立微囊藻毒素急性生物毒性测试方法， 并在此基础上确定太湖贡湖湾水源地水质快速诊断方法。