生物标志物法判别抗生素废水毒性及其生态风险评价研究

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环境中残留的过量抗生素可能对人类造成严重危害。本文通过研究链霉素废水进出水、青霉素废水和土霉素废水对斑马鱼和锦鲤鱼的急性毒性效应,对其环境安全性进行了初步评估,并在急性毒性试验的基础上开展慢性毒性试验,通过包括超微细胞结构、抗氧化酶(SOD、POD等)和脂质过氧化等一组生物标志物,初步探究了链霉素废水进出水、青霉素废水和土霉素废水对斑马鱼和锦鲤鱼的慢性毒性效应,筛选对抗生素废水敏感的标志物;并通过计算综合生物标志物响应指数(IBR)值,得到抗生素废水的生态风险水平。急性毒性试验结果表明,链霉素废水进出水对斑马鱼和锦鲤鱼都没有急性毒性。利用改良寇氏法和概率单位法计算青霉素废水对斑马鱼的96h LC50分别为13.46%(体积分数)和13.66%(体积分数);土霉素废水对斑马鱼的96h LC50分别为0.34%和0.27%。本试验中的青霉素废水属于中等毒性物质,土霉素废水属于极毒物质。亚急性毒性试验试验结果表明,当斑马鱼暴露于链霉素废水进水中时,POD并未出现明显的剂量-效应关系。所有浓度组中SOD活性随着暴露天数的变化几乎都呈“先抑制后诱导”的趋势;从总体上看,每天各浓度组MDA含量呈现出“降低-升高-降低”的趋势。当锦鲤鱼暴露于链霉素废水进水中时,各浓度组锦鲤鱼的T-AOC值在试验周期中主要呈现先升高后降低的变化趋势,最后恢复至正常水平,达到氧化—抗氧化平衡的状态;SOD活性主要呈现先降低后升高再降低的趋势,但是最后没有恢复至正常水平;MDA含量相对于空白组均呈现显著性变化,总体呈现先诱导后抑制至无显著性差异的趋势,达到氧化—抗氧化平衡的状态;POD活性不具有明显的剂量-效应关系。在亚急性毒性试验基础上,使用电镜技术,对暴露在链霉素废水进水中的锦鲤鱼肝细胞超微结构进行观察分析,发现对照组与实验组无明显差别。因此,链霉素废水进水并未对锦鲤鱼肝细胞超微结构造成影响。暴露于链霉素废水出水中,斑马鱼肌肉组织中POD酶活性影响不显著;而SOD活性随着暴露浓度与暴露时间的不同,被不同程度地诱导或抑制;肌肉中MDA含量基本呈现增加-减少-增加的趋势。当锦鲤鱼暴露于链霉素废水出水中时,低浓度组(浓度小于30%)废水对POD表现为诱导效应。当浓度大于30%时,废水对POD的效应表现为抑制-诱导-抑制效应。SOD变化并未呈现显著剂量-效应关系。随着暴露浓度升高,MDA含量变化表现为“双谷型”趋势;实验的第16天,MDA含量呈现出逐渐下降趋势,最后与对照组含量基本持平,说明鱼体达到了新的氧化—抗氧化平衡状态。当斑马鱼受到青霉素废水胁迫时,染毒初期(4d和8d)POD活性被诱导,并且有先升高后降低的趋势。中高浓度组(1/6496h LC50、1/1696h LC50、1/496h LC50)青霉素废水对斑马鱼诱导更为显著,在染毒中期(12d和16d),高浓度废水(1/496hLC50、1/296h LC50)POD活性先表现为显著诱导(P<0.01),又被显著抑制(0.01<P<0.05);SOD活性基本呈现“双峰型”变化趋势。全部浓度组的斑马鱼MDA含量均高于对照组,并且随着浓度的增加有先升高后降低的趋势。实验期间POD活性并未表现出明显的剂量关系。SOD活性在第16天,随浓度增加呈现“U型趋势”。第20天,各浓度组均被不同程度诱导,其中1/25696h LC50和1/1696h LC50表现为显著诱导(0.01<P<0.05)。实验各浓度组MDA含量均相对于对照组有所增加。其中第12天,各浓度组MDA含量显著增加(0.01<P<0.05)。第16天,1/6496h LC50、1/1696h LC50浓度组MDA含量显著增加(0.01<P<0.05)。比较几种生化指标的敏感性可以发现,SOD、MDA和T-AOC可作为抗生素废水胁迫的生物标志物。暴露于链霉素废水进水中的斑马鱼和锦鲤鱼IBR值在0.1102.987之间,暴露于链霉素废水出水中的斑马鱼和锦鲤鱼IBR值在8.9654.26之间,暴露于青霉素废水中的斑马鱼IBR值在0.4813.753之间,暴露于青霉素废水中的斑马鱼IBR值在0.4813.753之间,由此可知,本试验中所使用的链霉素废水出水对环境造成的风险最大。
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