污染场地土壤生物毒性测试方法研究进展

四 川 环 境

SICHUAN ENVIRONMENT

第38卷第4期2019年 8月

Vol. 38,No.4

August 2019

•综述• DOI : 10.14034/j. cnki. schj. 2019.04.031

污染场地土壤生物毒性测试方法研究进展

殷娟，范雅伦，李倩，付融冰，陈玲

(同济大学环境科学与工程学院，上海200092)

摘要：生物毒性测试方法在污染场地的土壤质量评价中占据着重要地位。目前的测试方法主要以模式生物的个体或细 胞为受试对象，将其暴露于污染土壤或浸提液中以探究污染物对生物的毒害作用。不同的毒性测试方法都有适用范

围，加上污染场地环境复杂，更应根据实际情况选择合适的测试方法。对不同的生物毒性测试方法进行了综述，为特

定污染类型场地选择合适的测试方法提供一定的参考。关 键词：污染场地；生物可利用性；生物毒性测试方法

中图分类号：X833 文献标识码:A 文章编号= 1001-3644(2019)04-0193-05

Advances in Research on Soil Toxicity Bioassays for Contaminated Sites

YIN Juan , FAN Ya-lun , LI Qian , FU Rong-bing , CHEN Ling

(School of Environmental Science & Engineering , Tongji University , Shanghai 200092, China)

Abstract : Toxicity bioassays play an important role in risk assessment of contaminated sites. Currendy , the test methods

mainly use individuals or cells of model organisms as subjects , and expose them to contaminated soil or extract to study the toxic effects of pollutants. Since different bioassays have their own scope of application , besides the environment of the contaminated

site is complex , the appropriate toxicity bioassays should be selected according to the actual situation. Therefore , this paper reviews different toxicity bioassays in order to provide a reference for selecting suitable test methods for specific sites.

Keywords : Contaminated sites ; bioavailability ; toxicity bioassays

1 前言

污染场地被视为潜在的污染源，不仅会对土壤

生态系统产生不利影响，还可能引发地下水污染。 污染场地土壤的风险评估，传统方法是利用化学分 析手段测定污染物的总量，再与规定的标准值进行

比较，从剂量-反应关系评估其危害。但高的总浓 度并不总能转化为高迁移性、生物利用性和毒 性2],因此单纯依靠化学分析手段有可能会高估 场地的污染情况。同时，我国土壤环境质量标准仅

制定了有限环境项目的管控标准，难以对不同污染 类型场地的污染程度做出准确评价。而生物毒性测 试方法可有效弥补化学分析方法的局限性，反映污

染物质对生物体的综合效应，为特定场地的实际生

态风险评估给予技术支撑。

2生物毒性测试方法

2.1陆生生物毒性测试方法

陆生生物毒性测试方法能够直接接触环境毒

性，被视为诊断场地污染物生物可利用部分危害的

有用工具卩虫。表1归纳了目前比较常用的生物毒 性测试方法，表明不同的受试生物、毒性终点对不

同污染类型的土壤表现出不同的敏感性。具体介绍 如下：

收稿日期:2019-03-01

基金项目：上海市2017年度“科技创新行动计划”社会发展领域科技项目(17DZ1202002)。

作者简介:殷娟(1994 -)，女，江苏苏州人，同济大学环境科学专业2017级在读，硕士研究生，研究方向为土壤生态毒理学。

通讯作者:陈 玲,chenling@ tongji. edu. cn o

194四川环境38卷

表1陆生生物毒性测试方法

Tab.1Terrestrial biological toxicity test methods

测试方法污染物供试生物测试终点毒性终点评价参考文献

高等植物法环丙沙星小白菜(Brassica chinen-

sis)

种子萌发、根伸长抑制、

相比于种子萌发，根伸长是更敏

感的终点[7]玉米(Zea mays')芽伸长抑制

敏感性顺序为：小白菜〉萝卜〉

玉米

萝卜(Raphanus Sativus)

珞甘蓝(Brassica oleracea)种子萌发、根伸长、有

丝分裂指数和微核实验

与种子萌发和有丝分裂相比，根

伸长和微核试验更适合于指示土

壤中锯的毒性；

[8]

萬苣(Lactuca satwa)萬苣是用于指示受污染的土壤最敏感的植物种类

小麦(Triticum aestivum)

陆生无脊椎动物法铜、锌、镉蚯蚓(Eiseniafetida)

蚯蚓存活、回避行为、

繁殖

回避行为相比于蚯蚓存活是更为

敏感时指标；[3,11-12]

相比于蚯蚓存活，繁殖是更为敏

感的测试终点

农药

神、镉、铅

蚯蚓(Eiseriiafetida)

线虫

(Caenorhabditis elegans)

生物标志物

基因表达、脂肪酸代谢

和寿命

彗星试验比其他生物标志物更敏

感，DA4损伤程度随剂量和时间

的改变而变化

改变的应激反应和脂肪代谢与在

所有暴露的线虫中观察到的寿命

缩短呈现出很好的相关性

[14]

[20]

农药跳虫(Folsomia Candida)存活、繁殖、基因表达

农药诱导的基因水平表达效应先

于个体水平反应并且能在更低的

浓度表现出来。

[13]

土壤微生物法除草剂、重金

属铜、铅、锌

土壤微生物

群落多样性、活性和群

落结构

基于16S rRNA的高通量测序与代

谢组学方法的结合是评估土壤污

染对土壤微生物群落的生态毒理

学影响的有力方法。

[16-17,21]铜、铅、锌土壤酶土壤酶活性

芳基硫酸酯酶在该实验中是最敏

感的土壤酶（ED50=0. 99）[18]

烟碱土壤细菌功能酶土壤酶活性

烟碱污染对土壤细菌功能酶（过

氧化氢酶、蛋白酶、眼酶和磷酸

酶）活性均有不同程度的影响

[22]

2.1.1高等植物法

高等植物测试方法被视为评价污染土壤质量的重要方法，尤其当有植物毒性相关污染物存在时,植物测定就更为相关［5-6］o小麦、白菜、萝卜、萬苣等具有较高经济价值的作物常被用于毒性测试,较为成熟的测试方法主要有根伸长抑制、种子萌发和植物早期生长等。根系由于直接与土壤接触，通常可以快速灵敏地反映污染物的生态毒性，而且许多研究发现植物的根生长抑制通常比种子萌发更为敏感［7T。高等植物测试方法操作简单、成本低,作为生产者其生长状况是评价土壤质量的重要指标。但植物生长过程容易受到其他因素的影响，且测试时间长（至少需一周左右时间），因此不建议用于场地污染的快速诊断。

2.1.2陆生无脊椎动物法

陆生无脊椎动物物种丰富，相对容易采样，并且可以快速响应土壤干扰⑼。对于土壤污染，蚯蚓因其与土壤的紧密接触及其在陆地食物网中的重要性而被广泛用作试验物种。除蚯蚓外，其他动物物种如鞘翅目、弹尾虫、蠟虫、等足类动物、线虫和原生动物等在土壤生态毒性评估中也显示出良好的潜力［如。主要的测试终点有死亡率、生长发育相关指标（如体重损失）、繁殖及回避行为等［331~13］0生物标志物如超氧化物歧化酶活性、活性氧水平、脂质过氧化水平和DNA损伤程度等也越来越多地用于生态毒理学［13-14］o在较低层次的生态风险评估中，回避试验（测试周期＜48h）作为早期筛选工具具有很大的潜力，因为它们敏感、成本效益高且具有生态相关性。而且Gainer 等人发现［⑸在受石油坯污染的土壤中，土壤无脊椎动物的回避行为能够达到与敏感植物物种生长测量对污染物相似的响应范围。但是陆生无脊椎动物法也有一些局限性，如试验成本较高、需要特殊仪器装置等。