论文部分内容阅读
围绕污染区土壤生物毒性和生态毒理学评价的核心科学问题，运用多种先进现代化学分析方法和先进的分子生物学技术手段，调查研究了农田土壤环境重金属、多氯联苯和多环芳烃的污染状况；通过系统研究铜、多氯联苯单一和联合作用对赤子爱胜蚓分子水平生态毒性的影响，确定了污染物暴露生物响应的最佳时间和敏感性生物标志物，指出污染物联合暴露对蚯蚓生物指标的作用类型与暴露剂量、生物响应种类有关；通过原位和离位试验，研究了蚯蚓生物标志物对污染土壤生物毒性的指示作用，评价了污染土壤的生境功能风险；应用微生物生态和遗传毒性试验，评价了污染土壤的滞留功能风险；利用分子生态学技术和原理，从分子水平探讨了污染土壤中水稻根际细菌群落的生态毒性效应。本研究率先开展了土壤—植物—动物—微生物系统的生物毒性和生态毒理学评价研究，认为可以通过污染土壤的生境功能和滞留功能来评估土壤复合污染的生态毒性；建立了蚯蚓体腔细胞的体外评价方法，该检测系统与活体体内暴露具有一致性，可快速、简便地筛选大量污染物样品的生物遗传毒性。为长三角洲典型污染区农田土壤的环境质量评价提供了生物毒性和生态毒理学数据，也为污染土壤生态毒理学的研究和发展提供了科学方法和研究实例。
主要研究结论如下：
(1)通过对6个典型污染区土壤样品的持久性有机污染物和重金属污染物分析，发现典型区土壤存在多氯联苯—铜—镉复合污染，多氯联苯含量在0.13～1.71mg·kg-1。土壤铜和镉的最大污染指数分别为6.82和32.93，污染土壤铜和镉之间存在显著相关( R=0.932，p<0.01)。该典型区土壤pH在4.20～5.66，土壤呈现酸化，可能导致重金属污染危害的加剧。
(2)蚯蚓生物富集试验结果显示，背暗异唇蚓和赤子爱胜蚓的多氯联苯生物富集系数(BCF)分别为0.03～0.38和0.04～0.09，铜的BCF分别为0.47～1.54和0.16～0.34；镉的BCF分别为7.42～19.91和6.19～22.35。典型污染区水稻生物富集研究发现，镉的生物富集系数为0.38～2.92，水稻籽粒中镉含量0.1～0.5mg·kg-1，多数样品超过国家粮食标准值0.2mg·kg-1(GB2715-2005)，可通过食物链危害生物和人体的健康。
(3)通过纱布接触试验、人工土壤试验，研究了典型污染物(铜、多氯联苯)对赤子爱胜蚓(Esience fetida)生理和遗传生物指标的影响，发现人工土壤暴露14d，蚯蚓可对铜、多氯联苯单独或复合污染产生最大响应。污染物单独作用时，蚯蚓细胞DNA损伤程度随暴露浓度增加而显著增加(P<0.01)，铜、多氯联苯作用的暴露浓度分别与DNA损伤程度存在良好的剂量一构效关系(P<0.01)；复合污染对蚯蚓DNA损伤产生加和效应。蚯蚓总过氧化物歧化酶活力、过氧化氢酶活力、谷胱甘肽含量、丙二醛含量以及细胞DNA损伤可作为目标污染物的生物标志物。
(4)污染土壤生境功能评价结果显示，在原位暴露和离位暴露2种试验方法下，蚯蚓的生理生物标志物响应率增加，指示污染土壤生物毒性为阳性；遗传生物标志物显示，背暗异唇蚓细胞DNA的损伤程度均为轻度损伤；离位暴露试验表明，赤子爱胜蚓损伤程度达到中度，与土壤多氯联苯含量存在显著正相关(p<0.001)。
(5)通过LBT试验、SOS/umu试验、Ames试验，对典型区污染土壤滞留功能的急性毒性和潜在毒性进行了研究。结果显示，污染土壤样品的急性生态毒性强度在微毒～中度污染(Bolich等级划分标准)，潜在生态毒性风险最大值为8.21(GL>8，德国DIN38421和ISO11348毒性标准)，认为污染土壤滞留功能具有较高的生态毒性风险。土壤潜在遗传毒性结果为阳性，与土壤多氯联苯含量呈显著正相关(p<0.01)。典型区农田上覆水的潜在生态和遗传毒性结果为阳性，具有潜在的生态环境风险。
(6)应用FastPrep DNA提取仪获得了水稻根际土壤的细菌总DNA，并对其16S DNA的V3可变区序列进行聚合酶链反应(PCR)扩增，以及变性梯度凝胶电泳(DGGE)检测。通过DGGE的图谱分析发现，污染土壤细菌群落单一；水稻刺激了土壤细菌群落多样性的增加；水稻根际细菌群落多样性变化与水稻生育期有关，水稻根际微生物群落多样性在水稻苗期、拔节期显著增加，在水稻生长后期，其根际微生物群落多样性降低。