北方伟业计量集团有限公司
近年来,全球海洋污染状况日益严重。工农业废水和生活污水排入海洋,导致近海、港湾富营养化程度日趋严重,赤潮频繁发生;重金属、有机氯等污染物随着食物链积累;海洋原油的生物毒性随着食物链损伤捕食者的DNA(Lemiereetal,2005);受污染的海洋食品给人们的健康带来潜在危害。随着人们对海洋环境保护意识的加强,海洋环境监测技术逐步发展。美国的Goldberg等(1978)提出“贻贝监测”(或贻贝观察,MusselWatch),首次提出在全球尺度内进行海洋环境监测的计划。
我国于20世纪80年代后期开始“南海贻贝观察”体系研究,利用该体系进行多种海洋污染物的监测,如Hg(宗志伦和贾晓平,1996)、Zn(贾晓平等,2000)和多氯联苯(PCBs)(甘居利等,2009)等。“贻贝观察”计划,主要反映耐污生物(如贻贝等)对于污染物的富集作用,而往往不能直接“监视”和评价水体对生物即时毒性的大小。现在较为流行的生物毒性检测方法是以一些代表性生物为实验生物进行生物毒性检测,以某些特定的生物学效应指标来计算半致死浓度或半效应浓度,并以此来评估污染水体的生物毒性。
例如用虾虎鱼(goby)、卤虫(Artemia)等生物进行重金属离子、消油剂等生物毒性检测研究(王颖等,2008;王国栋等,2011)。这种生物毒性检测方法较为直观地反映污染水体的生物毒性,但在短期内有些潜在的亚致死生物毒性效应往往不能表现出来。而利用生物标志物进行海洋环境污染监测,可以作为环境污染物毒性效应早期预警的工具。本文对几种常用的海洋环境污染监测的生物标志物特点及应用中需注意的问题进行综述,并对其后续研究中要重点关注的问题进行展望。
1生物标志物概述
生物标志物或生物标记物(Biomarker)是指由于生物体与环境因子相互作用而引起的任何可以测定的变化,包括生化、生理、免疫和遗传等多方面。理想的生物标志物必须可定量测定,具有一定的敏感性和特异性,并且测定值与真实剂量效应相关。近年来,人们在利用动物、植物以及微生物来进行环境监测的时候,越来越多地使用生物标志物进行环境污染物毒性效应的早期预警。目前,一些生物标志物已应用于土壤(刘宛等,2004)、水体(么宗利和陈玲,2008)以及空气(牛静萍等,2005)等环境毒性监测,也用于职业病(唐国慧等,1997;曹文俊和简乐,2002;段小丽等,2008)和重大疾病(郭会芹和潘秦镜,2004)等的监测。而随着人们对海洋环境保护意识的提高,生物标志物在海洋环境监测中的应用也日趋广泛。
2生物标志物在海洋污染监测中的应用
刘日先等(2003)重点介绍了几种常见生物标志物的检测方法,但生物标志物的应用特点和在应用中需要注意的问题仍需引起注意。生物体在接触到非正常环境时,会产生应激反应,导致一些酶类等的表达量升高或者降低。海洋污染监测相关的生物标志物主要包括一些酶类、蛋白以及核酸物质等,主要有以下几种常见的生物标志物。
2.1乙酰胆碱酯酶
乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)能催化乙酰胆碱水解为胆碱和乙酸,在神经冲动传递过程中起重要作用。早在19世纪60年代初,Weiss(1961)就提出以鱼类脑组织AChE的活性来检测有机磷农药污染水体的毒性,这个方法已被广泛接受。其抑制与有机磷和氨基甲酸酯类的毒性作用密切相关,因此它在脑、血液或其他组织里的活性已经成为有机磷和氨基甲酸酯类毒物暴露和毒性效应的生物标志物。一般认为,20%以上的AChE抑制证明暴露作用的存在,50%以上的AChE抑制表明对生物的生存有危害。如,2.4μg/L的硫丹染毒斑马鱼(Daniorerio)成鱼96h,脑AChE活性抑制率可达40%左右,并能损害鱼的探索能力,如减少线形交汇点、游动距离、平均游速和身体转角,表现出一定的神经毒性(Pereiraetal,2010)。
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