[发明专利]一种不同淡水环境中铜离子对斜生栅藻毒性效应的确定方法及应用

说明书

本发明提供了一种不同淡水环境中铜离子对斜生栅藻毒性效应的确定方法及应用，本发明综合考虑了铜的形态和浓度、竞争性阳离子和pH对斜生栅藻毒性的影响，所获的毒性预测模型在实验中得到了验证，在pH>7的弱碱性淡水中具有很好的准确性。

(一)技术领域

本发明属生态重金属毒性预测领域，更具体地说，涉及一种不同淡水环境中铜离子对斜生栅藻毒性效应的确定方法及应用，是一种考虑了水中阳离子与重金属离子在生物膜配体上竞争性、阳离子的形态、溶解性有机质、温度、硬度、碱度和pH值来计算生物毒性的方法。

(二)背景技术

铜是所有动物和植物的必需元素，存在于生物体的所有器官和组织之中，通常能与蛋白质及一些有机物结合。生物体新陈代谢的过程中很多关键酶，都需要铜的参与和活化，才能维持其正常生理机能。另一方面，过量铜的摄入则会产生铜中毒，对人的表现为胃部不适、恶心、呕吐和腹泻等症状。铜对自然界的其他生物也存在类似的生理现象。而对于环境水体而言，我们不仅要考虑人，更要考虑其他生物，如鱼类，水溞和藻类。整个生态系统由低级到高级组成了一个完整的生物链，相互依存，不可分割。如果某一个部分受到危害，会对其他部分产生影响，从而使生态系统遭到破坏，人类将不可避免的成为最后的受害者。

自然水体中铜的标准应该如何确定？早期，人们将不同种类的水生生物暴露在不同浓度的硫酸铜溶液中，观察这些生物的生殖和生理变化及死亡情况，并在所得到的实验毒性数据基础上建立最早的铜水质标准，以铜的总浓度作为指标。后来，在不同实验室的不同实验条件的重复下，发现铜的毒性不仅与浓度有关，而且还与水的硬度、碱度、水中有机物含量、水中其他离子和pH值有关。后来更多的实验工作表明实验室得到的结果与实际情况差别很大。例如，在美国发现一些湖泊河流的铜的浓度远远超过铜水质标准所规定的上限，但水生生物依然能正常生长发育。这说明以铜的总浓度为制定铜水质标准的指标有很大的缺陷，铜的浓度大并不能说明一定对生物的毒性大。

研究工作一个重要发现是证明了铜对水生生物的毒性与水环境有关，不同的水质会使铜对水生生物表现出不同的毒性。本发明主要探究水质中可与铜产生竞争作用的阳离子对铜在水环境中对斜生栅藻毒性的影响，并在此基础上构建不同水质下预测铜对斜生栅藻毒性的模型。

近年来随着研究不断深入，人们在形态分析和生物效应关系的基础上提出了预测铜毒性的数学模型。其中在水环境中用的最为广泛的为生物配体模型。尽管以往文献中有关于一些重金属对藻类毒性的预测方法，但重金属在不同淡水环境水域中，水生生物对重金属的毒性的反应并不完全相同，预测方程和参数不能套用，因此需要针对性的建立毒性预测方程和毒性参数。

Biotic Ligand ModelInterface,Research(Version 3.1.2.37)程序由Windward环境公司开发，用于预测水环境中金属形态、生物有效性和毒性，并将其他竞争离子的拮抗效应纳入计算之中。该程序中包含了CHESS模型中关于计算不同水环境中铜形态的方法和WHAM模型中计算铜与溶解性有机碳络合物的方法。

美国环保署已推荐将生物配体模型用于淡水系统中铜水质标准的制定。BioticLigand ModelInterface,Research(Version 3.1.2.37)程序由已能够预测淡水中铜、锌、镉和银对虹鳟鱼、黑头呆鱼、蚤状溞、模糊网纹溞和大型溞的生物急性毒性。该程序还有适用于其他生物物种的方法。即通过金属对某一生物的急性毒性试验，获得一定水质条件下金属对生物的LC₅₀或者EC₅₀。在确定各个阳离子的稳定常数后，利用该程序中“Speciation”功能，计算出有毒形态金属与生物配体形成配合物的浓度，各个配合物之和就是该生物的LA₅₀。得到某一生物的LA₅₀，就可以应用该程序中“User-defined”功能预测不同水质中金属对该生物的LC₅₀或EC₅₀。

(三)发明内容