运用毒代-毒效动力学模型研究盐度对蒙古裸腹蚤重金属生物积累和毒性的影响

论文摘要

河口水体具有丰富的生物资源,是渔业生产的重要区域。同时,河口是各种污染物（包括重金属）经河流输送入海的通道,污染程度与生态风险通常高于其他水体。重金属的生态风险不仅取决于其浓度,还受到水化学条件的重要影响。在径流、潮流的相互作用下,盐度等水化学条件复杂多变,这对制定河口水体重金属水质标准,以及评估河口水体重金属生态风险造成困难。本研究以蒙古裸腹蚤（Moina mongolica）为模式生物,在毒代-毒效动力学（toxicokinetic-toxicodynamic,TK-TD）模型的框架下,研究了盐度对Cu等重金属生物积累与毒性的影响。首先,研究了盐度对Cu生物积累与急性毒性的影响。在10～30盐度范围内,Cu的吸收速率随盐度的升高而降低,说明盐度组分的（络合、竞争等）水化学作用在影响Cu的吸收速率中占主导作用。5盐度条件下,Cu的吸收速率低于预期,说明盐度亦通过影响生物生理改变Cu的吸收速率。在5、15、25盐度条件下,Cu的48h半致死浓度分别为96、153、61 μg L-1。在高盐度条件下（25～30）,Cu对蒙古裸腹蚤的毒性最大,其原因是蒙古裸腹蚤对Cu的内在敏感度在高盐度条件下较高。TK-TD模型可以很好地区分并量化盐度对Cu的双重作用,并模拟各盐度条件下Cu的急性毒性。其次,对比研究了盐度对六种重金属（Ni、Cu、Zn、Ag、Cd、Pb）的生物积累与毒性的影响。根据生物配体模型的预测,升高盐度会持续降低重金属的生物积累。发现盐度对蒙古裸腹蚤重金属吸收速率的影响不完全符合生物配体模型预测。Ni、Cu、Zn、Cd、Pb的吸收速率在中间盐度（10盐度）达到最高值。盐度高于10时,吸收速率随盐度增加而单调递减,说明此时盐度的水化学作用占主导;盐度低于10时,吸收速率随盐度增加而增加,说明此时盐度的生理作用占主导。Ag的吸收速率受盐度的影响与其他重金属有所不同,在20盐度达到最高。盐度对六种重金属的毒性均有显著影响,但影响的程度与趋势各异。Ni、Cu、Zn、Pb的毒性均在中间（15～20）盐度达到最低,Ag和Cd分别在最低和最高盐度达到最低毒性。盐度对重金属生物积累与毒性的影响趋势并不一致,说明盐度同时影响了生物对重金属的内在敏感度。对比研究显示了盐度对多种重金属的毒性均具有双重影响。T再次,研究了不同盐度下Cu的（15 d）慢性毒性及相关机理。实验设置了3个盐度（5、15、30）和3个Cu浓度（0、5、20 μg L-1）。蒙古裸腹蚤的生存率在中间盐度（15盐度）下较高;在5盐度下,20 μg L-1的Cu可显著降低生存率;而在15与30盐度下,20 μtg L-1的Cu对生存率的影响不显著。盐度对蒙古裸腹蚤内禀增长率的影响较小;20μg L-1的Cu仅在5盐度时显著降低内禀增长率。清滤率不受盐度和Cu暴露的影响。盐度和Cu暴露均影响Na+/K+-ATP酶活性:5盐度下酶活性最低,15盐度下酶活性最高;在5和30盐度下,20 μg L-1的Cu暴露可显著降低酶活性。Na+/K+-ATP酶活性的高低可指示蒙古裸腹蚤对Cu胁迫的耐受能力。综上所述,盐度对于重金属的毒性具有双重作用,不仅影响重金属的生物积累,还改变生物对重金属的内在敏感度。盐度对重金属的生物积累亦有双重作用,不仅通过阴离子络合、阳离子竞争等水化学作用,还通过影响生物的生理状态影响吸收速率。运用毒代-毒效动力学可对以上作用进行区分与定量模拟,所建模型可服务于河口水体的水质标准制定与生态风险管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 河口环境重金属污染现状
•     1.1.1 河口环境的特殊性
•     1.1.2 我国河口重金属的污染概况
•   1.2 重金属的水生毒性
•     1.2.1 重金属的生物积累及毒性效应
•     1.2.2 环境因素对重金属积累和毒性的影响
•     1.2.3 重金属对水生生物的毒性机制
•   1.3 与重金属积累和毒性相关的模型
•     1.3.1 生物配体模型
•     1.3.2 毒代-毒效动力学模型
•   1.4 研究内容与意义
•     1.4.1 实验生物介绍
•     1.4.2 研究内容及技术路线
•     1.4.3 研究目的与意义
• 第二章 盐度对蒙古裸腹蚤Cu生物积累和急性毒性的影响
•   2.1 引言
•   2.2 材料与方法
•     2.2.1 蒙古裸腹蚤的培养
•     2.2.2 海水的采集和处理
•     2.2.3 实验条件
•     2.2.4 毒性测试
•     2.2.5 生物积累实验
•     2.2.6 生物及海水样的处理与测定
•     2.2.7 毒代-毒效动力学模型
•     2.2.8 参数估算及数据处理
•   2.3 结果与讨论
•     2.3.1 盐度对Cu毒性的影响
•     2.3.2 盐度对Cu生物积累的影响
•     2.3.3 毒代-毒效动力学模型分析
•     2.3.4 使用毒代-毒效动力学模型拟合毒性测试数据
•   2.4 本章小结
• 第三章 对比研究盐度对六种重金属生物积累和毒性的影响
•   3.1 引言
•   3.2 材料与方法
•     3.2.1 实验生物的培养
•     3.2.2 海水的采集和处理
•     3.2.3 实验条件
•     3.2.4 积累排出实验和毒性测试
•     3.2.5 生物及海水样的处理与测定
•     3.2.6 毒代动力学模型
•     3.2.7 风险比
•   3.3 结果与讨论
•     3.3.1 毒性在低盐度条件下更大的重金属
•     3.3.2 毒性在高盐度条件下更大的重金属
•     3.3.3 盐度对内禀增长率的影响
•   3.4 本章小结
• 第四章 盐度对蒙古裸腹蚤慢性Cu毒性的影响及其机理
•   4.1 引言
•   4.2 材料与方法
•     4.2.1 实验材料的准备
•     4.2.2 实验条件
•     4.2.3 Cu慢性毒性测试
• +/K⁺-ATP酶活性'>    4.2.4 Na⁺/K⁺-ATP酶活性
•   4.3 结果与讨论
•     4.3.1 盐度与Cu暴露对蚤生存繁殖的影响
•     4.3.2 盐度与Cu暴露对清滤率的影响
• +/K⁺-ATP酶的影响'>    4.3.3 盐度与Cu暴露对Na⁺/K⁺-ATP酶的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•     5.1.1 盐度对蒙古裸腹蚤Cu生物积累和急性毒性的影响
•     5.1.2 对比研究盐度对六种重金属生物积累和毒性的影响
•     5.1.3 盐度对蒙古裸腹蚤慢性Cu毒性的影响及其机理
•   5.2 创新性
•   5.3 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王璐

导师: 谭巧国

关键词: 重金属,盐度,河口,毒代毒效动力学

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 厦门大学

分类号: X171.5

总页数: 107

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