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的敏感性不同的端点在眼虫属股薄肌废水毒性

Donat-P。Hader1,Uzair穆罕默德2和Azizullah Azizullah2,*

1名誉Friedrich-Alexander大学生物学系,Neue Str。9日,91096 Mohrendorf,德国

2植物学、系科哈特科技大学(工业),科哈特,巴基斯坦

*通讯作者:
Azizullah一
部门的植物学
科哈特科技大学(工业)
科哈特,巴基斯坦
电子邮件: (电子邮件保护)

收到:2015年7月15日接受:2015年8月20日发表:2015年8月25日

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文摘

化学分析潜在的污染物在污水受到大量的毒素,时间限制和高成本。因此被用来评估毒性和生物监测污染水平。除了原生动物,无脊椎动物和脊椎动物以及藻类和高等植物、鞭毛虫被用于此目的。单细胞光合鞭毛虫眼虫属股薄肌,是一个优秀的候选人,因为它易于培养,快速增长和快速应对环境压力参数。细胞运动型和应对光和重力和有能力的细胞形态学变化形式。趋光性的精度和gravitaxis受到各种各样的有机和无机毒素。游泳速度和细胞的百分比等污染监测是一个敏感的端点。量子产量和光合色素同样合适的参数在测试环境应力参数。

关键字

水生生态系统、眼虫、鞭毛虫、生物监测、污染。

介绍

地球上人类人口数量的迅速增长是一个主要的可用资源的负担。除了天然来源、工业、家庭和农业生产大量的污染物等2甲烷和烟尘,只有少数的名字,排入大气的(1]。特别是在发展中国家这样做通常是在一个不受控制的方法;但这些物质被风影响全球分布全球空气质量(2]。许多这些物质的发现进入淡水水生生态系统自然栖息地等湖泊、池塘和河流时被雨水冲走了。

此外,许多污染物进入水生生态系统直接从工业、采矿、城市和农业(3- - - - - -5]。污染的程度增加了随着工业化和人口增长。此外,问题是加剧了全球气候变化改变风和降水模式(6]。

水污染物及其来源

重金属是最有毒污染物影响生物群(7]。一方面这些物质是不能生物降解,集中在水和沉积物(8]。在低浓度的话,他们或许甚至是必不可少的生活作为生物分子化合物,但在更高浓度有毒重金属。他们被水生生物和集中在食物网达到有毒浓度影响无脊椎动物,鱼,鸟,最后吃被污染的水生动物(的人9,10]。

作为一个例子,重金属浓度在内瓦沙大湖(Kenia),分析了其造成河流100 - 180 (Pb) 10 (Cd)和30 -(铜)μg / L [11]。这些化学物质通过食物链的生物富集达到高浓度高营养级:在鲤鱼(鲤属carpio)在这个湖里测量浓度5-58 (Pb), 1 - 1.7 (Cd)和-2.3 < 0.03毫克每千克(铜)新鲜的肌肉组织。Cd尤其臭名昭著的积累在食物网和达到的浓度高出102到105倍水的浓度取决于物种(12]。发现了类似的浓度在河流在巴基斯坦和印度13,14]。

在水中的浓度更高一些重金属,如锌和铁、诱导刺激皮肤和粘膜和负责胃紊乱,影响通风和心脏生理(15]。镍、铬、铅、镉和铜也引起心脏问题和与白血病和癌症有关16,17]。

任意排放污水污染的另一个原因也是一个主要的问题在发展中国家。它包含了一个广泛的有机和无机毒素,其中重金属也很大一部分(18]。未经处理的污水可以进入饮用水水库和管道由于破碎的下水道或建筑污水和饮用水管道都在附近。在巴基斯坦大约每天1100立方米的废水废物由各行业排放含有未经处理的毒物(19]。由于污水用于灌溉重金属被农作物导致土壤中植物性毒素的效果和积累和谷类作物(20.,21]。

其他有毒废水通常达到废水未经处理包括持久性有机污染物(POP) (22]。这些污染物中含有化学物质,如有机氯农药((ocp),多氯联苯(pcb)、多溴二苯醚(多溴二苯醚)、多氯dibenzo-p-dioxins和多氯氧芴(PCDD / Fs), perfluorooctane磺酸盐(卵圆孔未闭)和perfluorocotanoate (PFOA)也经常饮用水源和沿海水域,例如,在中国22]。即使浓度水平可能低于国家的监管限制他们可能给人类带来的健康风险。同样滴滴涕的水平在中国的一些河流能超过那些被认为对人类健康造成潜在的威胁。但作为一个整体的数据流行分布在自然生态系统的复杂性以及饮用水水库稀缺。即使在青藏高原偏远地区各种持久性有机污染物已发现可能抵达航空运输(23]。其他来源的持久性有机污染物到达淡水生态系统是土地填充和倾销,威胁饮用水和食物资源。这些垃圾填埋场是一个潜在的风险几十年甚至几个世纪来24]。

持久性有机污染物污染与肥效应(25]。尤其在老年人群肥胖和死亡率之间有很强的关联与血清浓度的持久性有机污染物(26]。另一个广泛的不良健康效应是与胎盘和神经管缺陷的风险被发现在中国人口(27]。类似的观察是o p′ddt及其代谢物,α-HCH,γ-HCHα-endosulfan。

最后,种植水生栖息地的环境污染的另一个主要来源是农业。农药和化肥使用的不断增加导致自然生态系统日益增长的这些物质的浓度和饮用水水库(28,29日]。现代农业严重依赖于使用杀虫剂如除草剂,杀虫剂,螺剂,确定、灭藻剂和杀菌剂30.,31日]。这些物质往往是应用于过剩,因此达到地下水和开放水库径流。当进入饮用水供应他们可以导致牲畜的健康问题和给人类带来急性或延迟的风险32]。这些问题从皮肤和眼睛刺激到更严重的神经和生殖系统的影响和可能诱发癌症33]。他们甚至可能导致表观遗传基因表达的变化不改变DNA序列本身,如DNA甲基化、组蛋白修饰和微rna表达的严重程度取决于环境暴露条件和个体易感性(34]。

化肥和粪肥也经常应用于数量过多导致径流洗过量的化学物质到附近的水库,河流和地下水(35]。氮是罪魁祸首之一,利奇的农田水溶性的不形式3——当大量应用。过载引起藻类生长在河流、湖泊和沿海水域,危害饮用水质量以及渔业和旅游业,甚至可能导致死区缺乏氧气。也可以从大气污染及水生生态系统氮N2啊,没有x气体。过度使用氮增加气候变化和影响人类健康36]。

需要Bioassessment

传统上,水质由化学分析决定。然而,大量的潜在的有毒有机和无机分子阻止了一个严格的分析,所以,化学家只能监视整个类或化学物质组。即使是这样一个系统分析超出了常规监测由于时间和金融约束甚至与现代设备耦合色谱和质谱等技术(37]。一个典型的例子是化学灾难在1976年萨化工公司ICMESA(工业Chimiche梅达公司Azionaria)无意中释放了毒素TCCD (tetrachloridibenzodioxine)到大气中38]。主要问题是物质的毒性严重低估了其次日常监控未能发现的化学。另一个例子就是居民的水俣事故遭受长期接触甲基汞金矿开采导致心理症状(39]。

因此环境科学家开始寻找替代化学分析来确定污染和暴露于毒素在水生生态系统。一个显而易见的选择是采用生物信号潜在的毒性。该方法固有的缺点是,它不会导致有毒化学物质的识别,但是他们表明潜在的污染问题这可能对环境和人类健康构成危害40]。因此,当一个潜在的问题是由生物监测信号的系统,一个化学家需要找出罪魁祸首,不过这种方法需要耗费大量的时间和成本远低于独有的化学分析。

生物监测的一个早期的例子是观察鱼的游泳行为和死亡率当暴露于潜在的有毒的水41]。除了耗时,这对生物监测方法是人类倾向于主观偏见的翻译。因此,由计算机控制的方法是确定游泳行为图像分析(42]。时间约束和生命伦理问题导致搜索其他有机体生物监测的水生生态系统的收益率寡毛纲动物,microcrustaceans和原生动物作为潜在的生物43,44]。水蚤建立了作为一个公认的生物对污染物的生物监测和广泛的毒物,使用游泳行为、繁殖和死亡率作为端点(45]。

低和高等植物也用作生物第器预警。重金属被水生植物在尼罗河监控(46)和水生苔藓地衣和用于检测持久性有机污染物在水生生态系统47]。生长和繁殖,死亡率和光合性能以及色素、DNA和蛋白质成分是常见的端点为生物监测的目的。

自由浮动的水上大型植物浮萍属小l .(浮萍)已经被认为是一个敏感的指标范围广泛的有毒物质(48]。根长度、叶生长和色素作为指标的潜在污染。测试是由ISO定义,EPA和经合组织的标准(49]。然而,标准测试持续时间浮萍生物测定是7天,这被认为是太长立即生物监测的目的。一个相关的水生植物Spirodela也被使用在浮萍microbiotests例如蓝藻美国检测饮用水中的农村污水处理厂。发芽的徒长枝在测试板非常简单,不需要多少台空间和测试在3天完成。计算机分析的增长率叶子提供了独立于主观分析和统计学意义(50]。

用于Bioassessment眼虫属股薄肌

眼虫属股薄肌是一个能动的淡水鞭毛虫的门裸藻门植物和被发现在许多水生栖息地,特别是浅水富营养的池塘(图1)。细胞分裂繁殖与性无关,通常需要大约2到4 h (51]。它在各种各样的媒体可以培养。如果光可用,股薄肌生长autotrophically和展品形似植物的新陈代谢,但没有光线可以住heterotrophically各种碳源显示代谢[身上52]。眼虫属的细胞没有细胞壁,但包围薄膜,一个灵活的外壳,提供机械支撑和稳定53]。大卵圆形核(5 - 7μm,宽3 - 5μm)周围存在双层核膜与核仁内(54]。大量线粒体的形状从球杆状的存在。线粒体是分散在整个细胞,但在该地区最丰富的叶绿体和薄膜(54]。许多叶绿体被发现在整个细胞。与高等植物的叶绿体和绿藻,两膜包围,眼虫的叶绿体膜包围三个(55]。在光,叶绿体和线粒体,线粒体只有当在黑暗中生长56]。

environmental-sciences-Light-microscopic-image

图1:光显微图像的眼虫属股薄肌与flagellae清晰可见(400 x)。

的能动性眼虫属股薄肌是由单个鞭毛插入在前端(第二个起源于水库,但没有达到表面)。活跃的生物响应光和重力趋光性和gravitaxis57]。它朝向自己利用光和重力环境提示水柱达成地区最佳的生长和繁殖。鞭毛虫能够改变其细胞形状从圆形的细长的形式如等外部压力下的化学物质。除了正常的游泳运动它可以移动使用眼虫滑翔运动(58]。渗透胁迫下,像盐度增加,眼虫属细胞形式暂时不定群体阶段和恢复删除的压力59]。

眼虫属Bioassessment中使用的参数

因为他们的营养水平、快速增长和无处不在的发生,微藻是好环境压力指标和水生生态系统的健康60]。毒性评估在水生环境中,不同的藻试验正在使用的手机号,新鲜或干重、蛋白质和核酸含量,叶绿素荧光,光合作用有限公司2固定、ATP生产、形态或重要的可染性端点(61年]。单一藻类测试得到了流行是因为他们的简单性和敏感性62年]。

e .股薄肌很容易种植和处理;它是否一个理想人选用于生物分析63年]。由于其高灵敏度不同的环境压力,不同的有机和无机污染物,重金属,紫外线辐射和盐度等。e .股薄肌广泛被用于bioassessment污染在水生环境中(56,63年- - - - - -72年]。许多生理、行为、生化和形态学参数眼虫可以作为结束点在生物监测。细胞生长在眼虫属监控在很多研究中评估不同物质的影响(65年,67年,68年,73年]。活性、细胞e .股薄肌的密实度和gravitactic取向研究等评估水污染物的毒性有机物质,有毒金属和废水63年,66年,71年,74年]。同样,光合效率和聚光色素的浓度在眼虫属监控作为不同的化学污染物的毒性评估结束点(66年,69年- - - - - -71年,75年]。作为结论,大肠股薄肌已被推荐为敏感生物ecotoxicological研究。

比较不同参数的敏感的大肠股薄肌废水

眼虫属已广泛被应用于不同性质的水污染物的生态毒性评估在短期和长期测试通常从7天24小时。ecotoxicological研究的结果通常是通过计算描述EC50值(浓度,导致50%的最大效应)或NOEC值(最高浓度测试,没有观察到显著的影响)为一个特定的污染物。在废水中,NOEC值可以相当于G值代表最高浓度(最低稀释)测试生物体没有显著的影响。的几个例子NOEC / G值和废水污染物或水的EC50值获得不同参数的眼虫属在短期和长期的测试中所示12

细胞活性(%等) 速度 细胞形状 Gravitaxis 方向(热阻) 阵线/ Fm 参考
玻璃工业废水(%) 34 / nd 34 / nd 6 / nd 6 / nd 3 / nd 21 / nd [77]
陶瓷工业废水(%) nd nd Nd 6/0 6/0 < 6 * / nd [77]
制药工业废水(%) nd 34 / nd 21 / nd 3 / nd 2 / nd 6 * / nd [77]
匹配工业废水(%) nd nd 12个/ nd 3 / nd 3 / nd 6 * / nd [77]
纺织工业废水(%) nd 21 / nd 6 / nd 6 / nd 3 / nd nd [85]
肥皂工业废水(%) 21 / nd nd 3 / nd 6 / nd 3 / nd nd [85]
油墨化工行业废水(%) nd 34 / nd 12个/ nd 3 / nd 3 / nd nd [85]
制糖工业废水(%) nd 2 * / nd 34 / nd 2 / nd 2 / nd nd [78]
城市污水DI汗,巴基斯坦(%) nd 6 * / nd 6 / nd 12个/ nd 12个/ nd 21 * / nd [78]
橡胶工业废水(%) 34 / nd nd 12个/ nd 6 / nd 6 / nd nd [77]
工业废水集水沟,白沙瓦(%) 6 / nd 3 / nd 1.26 / nd 1.26 / nd 0.36 / nd nd [77]
污水处理厂(%) nd / 174.3 nd / 245.5 nd nd / 189 nd / 80 nd [66]
铜(毫克/升) nd - / 19.09 nd - / 23.09 nd nd - / 50 nd / 20.4 5 / nd [80]
Cd(毫克/升) /和/ 202 nd nd nd nd / 183 nd [82]
倪(毫克/升) nd / 235 nd nd nd / 292 nd / 221 nd [82]
阿里尔洗涤剂(毫克/升) 90/181 90/193 10.8/225 90/253 nd 250 / nd [72]
绿色保健洗涤剂(%) 0.04/0.227 0.04/0.14 nd / 0.027 < 0.02/0.6 nd 0.1/1.4 (75、86)
尿素(g / L) 6/14.973 3/13.361 6/18.514 6/16.517 6/16.327 nd [60]
DAP (g / L) 1.8/3.46 0.63/1.91 3.6/6.896 1.8/5.486 1.5/7.547 nd [60]
五氯苯酚(毫克/升) nd / 26.8 nd nd nd / 34.5 nd 1.56 / nd [87]
二氯苯酚(毫克/升) nd / 205 nd / 125 nd nd / 205 nd / 200 12个/ nd [87]

表1:NOEC和电子商务50值(G值而不是NOEC在废水)对废水和水污染物对不同参数的获取眼虫。给定的值%,g / L或mg / L为每个物质如前所述。曝光后立即获得的价值除了量子产率的PSⅱ(阵线/ Fm)曝光时间是24小时。给出的值前斜杠(/)是NOEC而削减后EC50。nd意味着价值不是确定。星号(*)表示效果刺激而不是抑制。

细胞活性(%等) 速度 细胞形状 Gravitaxis 方向(热阻) 阵线/ Fm 参考
玻璃工业废水(%) 34 / nd 34 / nd 6 / nd 6 / nd 3 / nd 21 / nd [77]
陶瓷工业废水(%) nd nd nd 6/0 6/0 < 6 * / nd [77]
制药工业废水(%) nd 34 / nd 21 / nd 3 / nd 2 / nd 6 * / nd [77]
匹配工业废水(%) nd nd 12个/ nd 3 / nd 3 / nd 6 * / nd [77]
纺织工业废水(%) nd 21 / nd 6 / nd 6 / nd 3 / nd nd [85]
肥皂工业废水(%) 21 / nd nd 3 / nd 6 / nd 3 / nd nd [85]
油墨化工行业废水(%) nd 34 / nd 12个/ nd 3 / nd 3 / nd nd [85]
制糖工业废水(%) nd 2 * / nd 34 / nd 2 / nd 2 / nd nd [78]
城市污水DI汗,巴基斯坦(%) nd 6 * / nd 6 / nd 12个/ nd 12个/ nd 21 * / nd [78]
橡胶工业废水(%) 34 / nd nd 12个/ nd 6 / nd 6 / nd nd [77]
工业废水集水沟,白沙瓦(%) 6 / nd 3 / nd 1.26 / nd 1.26 / nd 0.36 / nd nd [77]
污水处理厂(%) nd / 174.3 nd / 245.5 nd nd / 189 nd / 80 nd [66]
铜(毫克/升) nd - / 19.09 nd - / 23.09 nd nd - / 50 nd / 20.4 5 / nd [80]
Cd(毫克/升) /和/ 202 nd nd nd nd / 183 nd [82]
倪(毫克/升) nd / 235 nd nd nd / 292 nd / 221 nd [82]
阿里尔洗涤剂(毫克/升) 90/181 90/193 10.8/225 90/253 nd 250 / nd [72]
绿色保健洗涤剂(%) 0.04/0.227 0.04/0.14 nd / 0.027 < 0.02/0.6 nd 0.1/1.4 (75、86)
尿素(g / L) 6/14.973 3/13.361 6/18.514 6/16.517 6/16.327 nd [60]
DAP (g / L) 1.8/3.46 0.63/1.91 3.6/6.896 1.8/5.486 1.5/7.547 nd [60]
五氯苯酚(毫克/升) nd / 26.8 nd nd nd / 34.5 nd 1.56 / nd [87]
二氯苯酚(毫克/升) nd / 205 nd / 125 nd nd / 205 nd / 200 12个/ nd [87]

表2:NOEC / EC50值不同的合成污染物获得不同参数的眼虫属7天后毒物的增长。给定的值在%或mg / L为每个物质如前所述。值前斜杠(/)是NOEC而削减后EC值50
nd意味着价值不确定。

本文的主要目的是强调大肠股薄肌废水的适用性评估。几项研究显示其废水毒性评估申请短期测试(后立即暴露),但很少有研究存在长期的评估与眼虫属废水。研究评估的直接毒性废水(曝光后立即)眼虫属通常涉及能动性,细胞形状和取向参数鞭毛虫的端点。这些参数显示暴露于废水的直接响应,但细胞生长等其他参数不能用于直接测试这些参数需要很长时间来回应。文学的一项调查显示,大量的市政和工业废水样品评估应用眼虫的能动性和取向参数作为结束点(66年,74年- - - - - -77年]。这些研究的作者得出结论,gravitactic取向(取向对地球的重力场)眼虫属是最敏感的参数对废水的毒性。例如,Azizullah et al。77年)评估废水样本收集从一个流在白沙瓦,巴基斯坦和报道,取向参数(向上gravitactic取向和游泳)眼虫属G值低得多(分别为1.26和0.36%的废水)比活性和细胞速度(分别为6 3%)。类似的结果被报道为几十种不同的废水样品(66年,76年- - - - - -78年]。这些观察被其他研究报告支持,短期测试gravitactic取向眼虫属比其他参数更敏感水污染物如重金属和某些合成污染物(63年,72年,79年,80年]。使用gravitactic取向在bioassessment眼虫属敏感的端点最近审查(81年]。取向的高灵敏度眼虫属股薄肌归因于mechano-sensitive细胞膜的离子通道的存在作为重力感受器(80年]。也称眼虫的能动性和取向参数更敏感比光合作用对废水通过荧光技术测量。例如,废水样本来自不同来源的受损的能动性和取向在曝光后立即眼虫属但并不影响量子产量PSII 24 h后接触(76年,77年]。同样,重金属的短期毒性试验显示,能动性和gravitactic取向的眼虫属比光合参数更敏感重金属包括Cd和倪82年]。第二gravitactic方位,细胞形状眼虫的报道非常敏感,废水接触了实验与大量的废水样品(76年,77年]。细胞形状的变化也可能归因于存在敏感的细胞膜离子通道触发细胞形状的改变,以应对外部压力(82年]。

废水毒性测试眼虫属通常涉及短期测试除了极少数研究利用眼虫属光合性能作为一个终点在长期(7天)废水的毒性评估83年]。在他们的短期测试(24小时接触),Azizullah et al。76年,77年)报道,废水不影响光合作用眼虫属而是有刺激作用。同样,政委和Ekelund [84年]报道刺激废水对光合作用的影响在眼虫属短期测试。但是,在曝光(7天)的长期研究中,Azizullah [83年)报道,50%的测试样本(10)总额的5个负面影响眼虫的量子产率。结果表明,曝光时间的长度是工业废水毒性评估的一个重要因素。然而,没有其他参数眼虫属本研究进行比较的目的。

除了废水,几种不同污染物的水生生态系统评估了他们的生态毒性眼虫属端点(使用不同的参数给出了几个例子12)。在长期的测试中,细胞生长和光合色素眼虫属也被发现是非常敏感的不同的毒物。整体研究显示不同NOEC和电子商务50测试物质不同的端点的值显示,相同的参数可能并不总是最敏感的所有污染物。敏感性可能取决于污染物的性质,曝光时间和其它环境条件。

结论

许多研究支持眼虫属的应用在废水毒性评估在不同实验条件下不同的参数作为端点截然不同的结果。可能不容易得出广义声明参数眼虫属的水生生态系统对污染更加敏感,但从整个调查的文学很明显,直接接触实验,gravitactic定位眼虫可以用作废水质量评估的最敏感的参数。第二个gravitactic方位,细胞形状可以应用在污水质量评估作为一个敏感的端点直接接触。在长期的测试中,细胞生长和光合色素可以给不错的效果。然而,结果很大程度上取决于污染物的性质测试和通行条件。因此,使用多个参数端点可能是最好的策略在评估废水或特定污染物的生态毒性。

引用

全球技术峰会