收稿日期:2002-03-25作者简介:苏丽敏(1976-),女,吉林长春人,硕士研究生,主要从事有毒有机污染物生态毒理研究。
・综述・持久性有机污染物(PO Ps )及其生态毒性的研究现状与展望苏丽敏,袁 星(东北师范大学环境科学系,吉林长春130024) 摘 要:持久性有机污染物(PO P s )是一类具有持久性、易于生物富集、对人和生物具有毒性的有机污染物质。
PO P s 已成为全球关注的热点问题,它们对人和生物具有免疫毒性、内分泌毒性、生殖发育影响、致癌性以及其它一些毒性效应。
因此应加强PO P s 生态毒性的研究。
关键词:持久性有机污染物;生态毒性;生物测试;Q SA R 模型 中图分类号:X 171.5 文献标识码:A 文章编号:1001-2141(2003)09-0062-03 在过去的40年中,由于释放到自然环境中的危害环境和人类健康的化学品越来越多,人们对这些化学品的警惕性也在不断提高。
一类被称为持久性有机污染物的物质已引起了各国的普遍关注,因为这类物质给人们带来越来越多的健康和环境问题。
研究持久性有机污染物的生态毒性,对于这类化学品的生态风险评价具有重要意义。
1 持久性有机污染物的定义 持久性有机污染物又称难降解有机污染物(简称PO P s ),联合国欧洲经济委员会(U N ECE )[1]将它们定义为是一类具有毒性,易于在生物体内富集,在环境中能够持久存在,且能通过大气运动在环境中进行长距离迁移,对人类健康和环境造成严重影响的有机化学污染物质。
1997年,联合国环境规划署提出了需要采取国际行动的首批12种PO P s ,即艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、DD T 、氯丹、六氯苯、灭蚁灵、毒杀酚、七氯、PCB s 、PCDD s 和PCD F s ,前9种是农药,PCB s 是工业化学品,PCDD s 和PCD F s 是化学产品的杂质衍生物和含氯废物焚烧的产物。
2 持久性有机污染物的特性2.l 持久性 PO P s 在环境中难于发生化学分解和光解,也难于被生物降解,因此它们一旦排到环境中,可以在水体、土壤和底泥等环境中长久存在,这是PO P s 的一个重要特征。
2.2 具有远距离传输的特性 PO P s 具有半挥发性,这一特性使得它们易于从土壤、生物体和水体中挥发到大气中并以蒸气形式存在或吸附在大气颗粒物上,又由于它们在气相中很难发生降解反应,所以在沉降前,会在大气环境中远距离迁移。
这一特性使PO P s 的影响不仅局限在使用地,而且影响到全球范围,尤其是极地地区。
2.3 具有生物蓄积性 PO P s 是亲脂疏水性物质,又不易发生化学反应和代谢降解,这就意味着它们易于进入生物体的脂肪组织中,并且积累的浓度会随着食物链的延长而升高,即生物放大作用,这种作用可使最高级哺食者体内的PO P s 浓度比环境中的浓度高很多个数量级。
影响PO P s 在生物体内蓄积量的因素主要有:(1)化合物氯取代的位置和氯取代的多少[1]。
总的说来,随着氯的增加,代谢速率减慢,容易蓄积。
氯取代的位置也很重要,邻、对位有氯取代的PO P s 的代谢速度较慢,毒性较大。
(2)与生物体本身有关。
①与生物体在食物链中的位置有关。
营养级别越高,所受的毒害就越大。
②与摄食方式有关。
即使同种生物生活在同样的环境中,由于摄食方式的不同,受污染的程度也会不同。
研究发现:在PCB 、DD T 、毒杀酚和氯丹污染的地区,以高级哺食者海豹为食的加拿大海象要比以软体动物为食的海象受到的污染严重[2]。
③与生物的代谢特征有关。
生物体代谢特征的差异会导致PO P s 在不同生物体内的滞留时间有较大的差异。
如二恶英在鼠体内的半衰期只有几周,而在人体内却长达7-9第25卷 第9期 重 庆 环 境 科 学2003年9月年[3]。
此外,同一生物体对不同的PO P s代谢能力也不同,这些对于研究生物放大作用很重要[4]3 持久性有机污染物的生态毒性效应3.1 对免疫系统的毒性效应 PO P s会抑制生物体免疫系统的功能。
PO P s对免疫系统的影响包括抑制免疫系统正常反应的发生,影响巨噬细胞的活性,降低生物体对病毒的抵抗能力。
研究人员通过测试F lo rida海岸的宽吻海豚的肝血发现海豚的T细胞淋巴球增殖能力的降低和体内富集的有机氯相关显著[5]。
B rouw er等研究也发现海豹食用了被PCB污染的鱼会导致维生素A和甲状腺激素的缺乏,而这两种物质的缺乏使它们更易感染细菌[6]。
PO P s对人的免疫系统也有重要影响。
W eisglas2 Kup eru s等研究发现,人免疫系统的失常与婴儿出生前和出生后暴露于PCB s和PCDD s的程度有关[7]。
由于PO P s易于迁移到高纬地区,PO P s对于生活在极地地区的人和生物影响较大。
生活在极地地区的因纽特人由于日常食用鱼、鲸、海豹等海洋生物的肉,而这些肉中的PO P s通过生物放大和生物积累已达到很高的浓度,所以因纽特人的脂肪组织中含有大量的有机氯农药、PCB s和PCDD s[8]。
通过对加拿大因纽特人婴儿研究发现,母乳喂养和奶粉喂养婴儿的健康T细胞和受感染T细胞的比率和母乳的喂养时间及母乳中有机氯的含量相关[9]。
3.2 对内分泌系统的影响 研究表明,人和其它生物的许多健康问题都与各种人为或自然产生的内分泌干扰物质有关。
通过体外实验已证实PO P s中有几类物质是潜在的内分泌干扰物质[10]。
如果一种PO P能与雌激素受体有较强的结合能力,并影响受体的活动,进而改变基因组成,那么这种PO P被认为是内分泌干扰物质。
PCB的混合物A roclo r1221,1232,1242和1248在体内试验中就表现一定的雌激素活性。
此外,男性精子数量的减少,生殖系统的功能紊乱和畸形,睾丸癌及女性乳腺癌的发病率都与长期暴露于低水平的类激素物质有关[11]。
Falck等发现患恶性乳腺癌的女性要比患良性乳腺肿瘤的女性的乳腺组织中PCB s和DD E 水平高[12]。
3.3 对生殖和发育的影响 生物体暴露于PO P s会产生生殖障碍、畸形、器官增大,机体死亡等现象。
如鸟类暴露于PO P s,会引起产卵率降低,进而使鸟的种群数目不断减少[13]。
实验研究发现生活在荷兰西部W adden海地区的海豹生殖能力下降主要是由于这些海豹措食的鱼受到了PCB 的污染,进而影响了它们生殖系统的功能[14]。
PO P s对鸡的毒性实验表明:PCB可诱发鸡胚的死亡和不同程度的水肿,使种蛋的死亡率明显升高[15]。
Peterson等实验表明,当把子宫和乳腺暴露于2,3,7,82TCDD中会减轻性器官的重量,抑制精子的产生,甚至会使雌性个体雄性化[16]。
PO P s同样会影响人的生长发育,尤其会影响到孩子的智力发育。
对200个孩子进行研究,其中有3 4孩子的母亲在怀孕期间食用了受到有机氯污染的鱼,结果发现这些孩子出生时体重轻、脑袋小,在7个月时认知能力较一般孩子差,4岁时,读写和记忆能力较差,在11岁时测得他们I Q值较低,读、写、算和理解能力都较差[17-19]。
3.4 致癌作用 实验表明几种PO P s会产生毒性,促进肿瘤的生长。
对在沉积物中PCB s含量高地区的大头鱼进行研究,发现大头鱼皮肤损害,肿瘤和多发性乳头瘤等病的发病率明显升高[20]。
2,3,7,82TCDD对小鼠、大鼠、仓鼠、田鼠进行19次染毒试验,致癌性均为阳性[21]。
国际癌症研究机构在大量的动物实验及调查基础上,在1997年将2,3,7,82TCDD定为人类 级致癌物, PCB s、PCD F s定为 级致癌物[22]。
3.5 其它毒性 PO P s还会引起一些其它器官组织的病变。
如TCDD暴露可引起慢性阻塞性肺病的发病率升高;也可以引起肝脏纤维化以及肝功能的改变,出现黄疸、精氨酶升高、高血脂;还可引起消化功能障碍[23]。
此外PO P s对皮肤还表现一定的毒性,如表皮角化、色素沉着、多汗症和弹性组织病变等[24]。
PO P s中的一些物质还可能引起精神心理疾患症状,如焦虑、疲劳、易怒、忧郁等[25]。
4 持久性有机污染物的生态毒性研究方法及展望4.1 PO P s的毒性测试方法 测试PO P s毒性效应的方法总体分为两个方面:体内测试(In vivo test)和体外测试(In vitro test)。
体外测试方法简便易行,费用也较低,而且易阐明机理,但体外测试只能体现受试生物某一部分机能或敏感参数的改变,不能体现整个生物体的变化,所以当把测试结果外推到实际环境时相关性较差。
体内实验结果具有相对权威性,但该方法耗资、耗时和耗力,而且对环境低浓度暴露时,不易获得正确反应。
PO P s的结构和作用方式多样,需用一组相互补充的体外和体内测试369期 苏丽敏:持久性有机污染物PO P s)及其生态毒性的研究现状与展望方法来全面评价PO P s的生态毒性。
目前倾向于利用组合分层式检测方法(T iered test)进行筛选和测试,如美国国立环境健康研究所推荐的两层试验方法,一层可测PO P s所引起的敏感参数的改变,另一层可更精确地测定生物体机能的改变。
4.2 PO P s的生物效应研究 单个PO P物质对人和试验生物的急性毒性效应己有相关报导,而对于由某种事故导致的大剂量排放后的长期效应以及在低剂量的PO P s中长期暴露所产生效应的研究不是很多,对于生物体暴露在多种PO P s物质中的研究也很少。
事实上,在环境中,生物体是暴露在许多化学污染物之中的,所产生的毒性效应是这些物质相互作用产生的,而不单是由某种单独物质产生的,许多PO P s混合在一起并不只是简单的相加作用,有时还会产生拮抗或协同作用,所以应加强联合毒性的研究。
4.3 PO P s的预测模型4.3.1 PO P s的生物降解模型[26] PO P s在生物体内的降解速率是很低的,只通过生物降解实验来收集能反映PO P s在生物体内降解转化的速率数据是不容易的。
将来的研究重点可以放在降解模型的建立,即利用生物、物理、化学等学科的知识和现代化的模拟、计算手段把一些多变的信息综合成生物降解动力学速率常数,建立有效的生物降解模型。
4.3.2 生物吸收富集模型 描述有机化学品被生物吸收的模型有很多,但对PO P s来说许多模型可能太复杂,因为PO P s是非极性的,易于蓄积在脂肪中,迁移流动性不强。
而且要不断完善生物吸收模型还需要知道生物体的生物能转化、繁殖方式、生长速率等方面的信息,虽然这些一直是自然科学的基础研究,但还需进行细致精确的研究。
4.3.3 PO P s的Q SA R模型 定量构效关系法(Q SA R)是目前研究化学品生物毒性效应的一种较好方法,它的原理是根据具有相似结构的化学品应有相似的活性,所以化学品的特异毒性效应与它们的结构和理化特性有关。
