生物污染監(jiān)測

在自然界中，生物和其生存環(huán)境之間存在著相互影響、相互制約、相互依存的密切關(guān)系，保持著相對的生態(tài)平衡。當環(huán)境受自然因素或人為因素的影響發(fā)生改變時，生物就會隨之發(fā)生各種變化，生態(tài)平衡也會受到破壞。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，三廢大量排放，農(nóng)藥和化肥使用量迅速增加，使大氣、水體、土壤受到污染，而生物在從這些環(huán)境要素中攝取營養(yǎng)物質(zhì)和水分的同時，也攝入了污染物質(zhì)，并在體內(nèi)蓄積，因此受到不同程度的污染和危害。進行生物污染監(jiān)測的目的是通過對生物體內(nèi)有害物質(zhì)的檢測，及時掌握和判斷生物被污染的情況和程度，以采取措施保護和改善生物的生存環(huán)境。這對促進和維持生態(tài)平衡，保護人體健康具有十分重要的意義。生物污染的監(jiān)測方法與水體、土壤污染的監(jiān)測方法大同小異，本章重點介紹有差異的內(nèi)容。

**節(jié)  污染物在生物體內(nèi)的分布

污染物質(zhì)可通過不同的途徑進入生物體內(nèi)，并在體內(nèi)進行傳輸、積累和轉(zhuǎn)化，它們在各部位的分布是不均勻的。掌握這些情況，對正確采集樣品，選擇適宜的監(jiān)測方法和獲得可靠的結(jié)果是十分重要的。

一、生物污染的途徑

生物受污染的途徑主要有表面附著、生物吸收和生物積累三種形式。

（一）表面附著

表面附著是指污染物附著在生物體表面的現(xiàn)象。例如，施用農(nóng)藥或大氣中的粉塵降落時，部分農(nóng)藥或粉塵以物理的方式粘附在植物表面上，其附著量與作物的表面積大小、表面性質(zhì)及污染物的性質(zhì)、狀態(tài)有關(guān)。表面積大、表面粗糙、有絨毛的作物附著量比表面積小、表面光滑的作物大；作物對粘度大的污染物、乳劑比對粘度小的污染物、粉劑附著量大。

附著在作物表面上的污染物，可因蒸發(fā)、風吹或隨雨水流失而脫離作物表面。脂溶性或內(nèi)吸傳導性農(nóng)藥，可滲入作物表面的臘質(zhì)層或組織內(nèi)部，被吸收、輸導分布到植株汁液中。這些農(nóng)藥在外界條件和體內(nèi)酶的作用下逐漸降解、消失，但穩(wěn)定性農(nóng)藥的這種分解、消失速度緩慢，直到作物收獲時往往還有一定的殘留量。試驗結(jié)果表明，作物體上殘留農(nóng)藥量的減少通常與施藥后的間隔時間呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。

（二）生物吸收

大氣、水體和土壤中的污染物，可經(jīng)生物體各器官的主動吸收和被動吸收進入生物體。

主動吸收即代謝吸收，是指細胞利用生物特有的代謝作用所產(chǎn)生的能量而進行的吸收作用。細胞利用這種吸收能把濃度差逆向的外界物質(zhì)引入細胞內(nèi)。如水生植物和水生動物將水體中的污染物質(zhì)吸收，并成百倍、千倍甚至數(shù)萬倍地濃縮，就是靠這種代謝吸收。

被動吸收即物理吸收，這是一種依靠外液與原生質(zhì)的濃度差，通過溶質(zhì)的擴散作用而實現(xiàn)的吸收過程，不需要供應能量。此時，溶質(zhì)的分子或離子借分子擴散運動由濃度高的外液通過生物膜流向濃度低的原生質(zhì)，直至濃度達到均一為止。

1.植物吸收

大氣中的氣體污染物或粉塵污染物，可以通過植物葉面的氣孔吸收，經(jīng)細胞間隙抵達導管，而后運轉(zhuǎn)至其他部位。例如，氣態(tài)氟化物，主要通過植物葉面上的氣孔進入葉肉組織，首先溶解在細胞壁的水分中，一部分被葉肉細胞吸收，大部分則沿纖維管束組織運輸，在葉尖和葉緣中積累，使葉尖和葉緣組織壞死。

植物通過根系從土壤或水體中吸收污染物，其吸收量與污染物的含量、土壤類型及作物品種等因素有關(guān)。污染物含量高，作物吸收的就多；作物在沙質(zhì)土壤中的吸收率比在其他土質(zhì)中的吸收率要高；作物對丙體六六六（林丹）的吸收率比其他農(nóng)藥高；塊根類作物比莖葉類作物吸收率高；水生作物的吸收率比陸生作物高。

2.動物吸收

環(huán)境中的污染物質(zhì)，可以通過呼吸道、消化道和皮膚吸收等途徑進入動物肌體。

空氣中的氣態(tài)毒物或懸浮顆粒物質(zhì)，經(jīng)呼吸道進入人體。從鼻、咽、腔至肺泡整個呼吸道部分，由于結(jié)構(gòu)不同，對污染物的吸收情況也不同，越入深部，面積越大，停留時間越長，吸入量越大。肺部具有豐富的****網(wǎng)，吸入毒物速度極快，僅次于靜脈注射。毒物能否隨空氣進入肺泡，與其顆粒大小及水溶性有關(guān)。直徑不超過3μm的顆粒物質(zhì)能到達肺泡，而直徑大于10μm的顆粒物質(zhì)大部分被粘附在呼吸道、氣管和支氣管粘膜上。水溶性較大的污染物，如氯氣、二氧化硫等，被上呼吸道粘膜所溶解而刺激上呼吸道，極少進入肺泡。水溶性較小的氣態(tài)物質(zhì)，如二氧化氮等，則絕大部分能到達肺泡。

水和土壤中的污染物質(zhì)主要通過飲用水和食物攝入，經(jīng)消化道被吸收。由呼吸道吸入并沉積在呼吸道表面上的有害物質(zhì)，也可以咽到消化道，再被吸收進入肌體。整個呼吸道都有吸收作用，但以小腸較為重要。

皮膚是保護肌體的有效屏障，但具有脂溶性的物質(zhì)，如四乙基鉛、有機汞化合物、有機錫化合物等，可以通過皮膚吸收后進入動物肌體。

二、污染物在生物體內(nèi)的分布和蓄積

污染物質(zhì)通過各種途徑進入生物體后，傳輸分布到肌體的不同部位，并在體內(nèi)進行蓄積。

（一）污染物在植物體內(nèi)的分布

污染物被植物吸收后，在植物體內(nèi)各部位的分布規(guī)律與吸收污染物的途徑、作物品種、污染物的性質(zhì)等因素有關(guān)。

從土壤和水體中吸收污染物的植物，一般分布規(guī)律和殘留含量的順序是：根＞莖＞葉＞穗＞殼＞種子。表6-1列出某研究單位應用放射性同位素¹¹⁵Cd對水稻進行試驗結(jié)果。由表可見，若將整個植株分為地上和根系兩大部分，則根系部分的含鎬量占整個植株含鎘量的84.8％，而地上部分（包括莖、葉、穗、米）含鎘量的總和只占15.2％。表6-2列出某農(nóng)業(yè)大學應用放射性¹⁴C標記的六六六對水稻進行試驗，測得的各部位農(nóng)藥殘留量，反映了同樣的分布規(guī)律，并且在抽穗后施藥，稻殼中的殘留量明顯增加，這主要是由于施藥時稻殼直接受到六六六污染。

表6-1  成熟期水稻各部位中的含鎘量

表6-2 水稻各部位¹⁴C-六六六殘留量及殘留比

試驗表明，作物的種類不同，對污染物質(zhì)的吸收殘留量分布也有不符合上述規(guī)律的。例如，在被鎘污染的土壤上種植的蘿卜和胡蘿卜，其塊根部分的含鎘量低于頂葉部分。

殘留分布情況也與污染物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。表6-3列舉不同農(nóng)藥在水果中殘留量分布試驗結(jié)果?？梢姡瑵B透性小的P，P′-DDT、敵菌丹、狄氏劑等，95％以上殘留在果皮部分，向果肉內(nèi)滲透量很少。而西維因、倍硫磷向果肉內(nèi)的滲透量分別達78％和30％。

表6-3  水果中殘留農(nóng)藥的分布

表6-4  氟污染區(qū)蔬菜不同部位的含氟量(ppm)

植物從大氣中吸收污染物后，在植物體內(nèi)的殘留量常以葉部分布*多。表6-4列出使用放射性¹⁸F對蔬菜進行試驗的結(jié)果。

（二）污染物在動物體內(nèi)的分布

動物吸收污染物質(zhì)后，主要通過血液和**系統(tǒng)傳輸?shù)饺砀鹘M織發(fā)生危害。按照污染物性質(zhì)和進入動物組織的類型不同，大體有以下五種分布規(guī)律：

（1）能溶解于體液的物質(zhì)，如鈉、鉀、鋰、氟、氯、溴等離子，在體內(nèi)分布比較均勻。

（2）鑭、銻、釷等三價和四價陽離子，水解后生成膠體，主要蓄積于肝或其他網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)。

（3）與骨骼親和性較強的物質(zhì)，如鉛、鈣、鋇、鍶、鐳、鈹?shù)榷r陽離子在骨骼中含量較高。

（4）對某一種器官具有特殊親和性的物質(zhì)，則在該種器官中蓄積較多。如碘對甲狀腺，汞、鈾對腎臟有特殊親和性。

（5）脂溶性物質(zhì)，如有機氯化合物（六六六、  DDT等），易蓄積于動物體內(nèi)的脂肪中。

上述五種分布類型之間彼此交叉，比較復雜。往往一種污染物對某一種器官有特殊親和作用，但同時也分布于其他器官。例如，鉛離子除分布在骨骼中外，也分布于肝、腎中；砷除分布于腎、肝、骨骼中外，也分布于皮膚、毛發(fā)、指甲中。同一種元素，由于價態(tài)和存在形態(tài)不同，在體內(nèi)蓄積的部位也有差異。水溶性汞離子很少進入腦組織，但烷基汞不易分解，呈脂溶性，可通過腦屏障進入腦組織。表6-5列舉一些金屬與類金屬在動物及人體內(nèi)的主要分布部位。

表6-5 一些金屬、類金屬在動物及人體內(nèi)的主要分布部位

試驗結(jié)果說明，有機氯農(nóng)藥如DDT、六六六，在禽畜體內(nèi)的分布均以脂肪組織中含量*高；雞蛋中積累的六六六、蛋黃中的含量遠比蛋白中高。表6-6為某研究單位對同一豬體內(nèi)各器官中脂肪及農(nóng)藥含量測定結(jié)果，數(shù)據(jù)表明影響各器官對六六六、DDT富集能力的主導因素是各器官中脂肪含量的高低。

表6-6  豬體內(nèi)各器官中脂肪及農(nóng)藥的含量

三、污染物在動物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化與排泄

有機污染物質(zhì)進入動物體后，除很少一部分水溶性強、分子量小的毒物可以原形排出外，絕大部分都要經(jīng)過某種酶的代謝（或轉(zhuǎn)化），從而改變其毒性，增強其水溶性而易于排泄。肝臟、腎臟、胃、腸等器官對各種毒物都有生物轉(zhuǎn)化功能，其中以肝臟*為重要。對污染物的代謝過程可分為兩步：**步進行氧化、還原和水解。這一代謝過程主要與混合功能氧化酶系有關(guān)，它具有對多種外源性物質(zhì)（包括化學致癌物質(zhì)、**、殺蟲劑等）和內(nèi)源物質(zhì)（**、脂肪酸等）的催化作用，使這些物質(zhì)羥基化、去甲基化、脫氨基化、氧化等；**步發(fā)生結(jié)合反應，一般通過一步或兩步反應，就可能使原屬活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為惰性物質(zhì)或解除其毒性，但也有轉(zhuǎn)化為比原物質(zhì)活性更強而增加其毒性的情況。例如，1605（農(nóng)藥）在體內(nèi)被氧化成1600，其毒性增大。

無機污染物質(zhì)，包括金屬和非金屬污染物，進入動物體后，一部分參加生化代謝過程，轉(zhuǎn)化為化學形態(tài)和結(jié)構(gòu)不同的化合物，如金屬的甲基化和脫甲基化反應，發(fā)生絡合反應等；也有一部分直接蓄積于細胞各部分。

各種污染物質(zhì)經(jīng)轉(zhuǎn)化后，有的將排出體外。其排泄途徑主要通過腎臟、消化道和呼吸道，也有少量隨汗液、乳汁、唾液等分泌液排出，還有的在皮膚的新陳代謝過程中到達毛發(fā)而離開肌體。有毒物質(zhì)在排泄過程中，可在排出的器官造成繼發(fā)性損害，成為中毒表現(xiàn)的一部分。

**節(jié)  生物樣品的采集和制備

進行生物污染監(jiān)測和對其他環(huán)境樣品監(jiān)測大同小異，首先也要根據(jù)監(jiān)測目的和監(jiān)測對象的特點，在調(diào)查研究的基礎上，制訂監(jiān)測方案，確定布點和采樣方法、采樣時間和頻率，采集具有代表性的樣品，選擇適宜的樣品制備、處理和分析測定方法。生物樣品種類繁多，下面介紹動、植物樣品的采集和制備方法。

一、植物樣品的采集和制備

（一）植物樣品的采集

1.樣品的代表性、典型性和適時性

采集的植物樣品要具有代表性、典型性和適時性。

代表性系指采集代表一定范圍污染情況的植株為樣品。這就要求對污染源的分布、污染類型、植物的特征、地形地貌、灌溉出入口等因素進行綜合考慮，選擇合適的地段作為采樣區(qū)，再在采樣區(qū)內(nèi)劃分若干小區(qū)，采用適宜的方法布點，確定代表性的植株。不要采集田埂、地邊及距田埂地邊2米以內(nèi)的植株。

典型性系指所采集的植株部位要能充分反映通過監(jiān)測所要了解的情況。根據(jù)要求分別采集植株的不同部位，如根、莖、葉、果實，不能將各部位樣品隨意混合。

適時性系指在植物不同生長發(fā)育階段，施藥、施肥前后，適時采樣監(jiān)測，以掌握不同時期的污染狀況和對植物生長的影響。

2.布點方法

在劃分好的采樣小區(qū)內(nèi)，常采用梅花形布點法或交叉間隔布點法確定代表性的植株。

3.采樣方法

采集樣品的工具有小鏟、枝剪、剪刀、布袋或聚乙烯袋、標簽、細繩、登記表、記錄簿等。

在每個采樣小區(qū)內(nèi)的采樣點上，采集5—10處的植株混合組成一個代表樣品。根據(jù)要求，按照植株的根、莖、葉、果、種子等不同部位分別采集，或整株采集后帶回實驗室再按部位分開處理。

應根據(jù)分析項目數(shù)量、樣品制備處理要求，重復測定次數(shù)等需要，采集足夠數(shù)量的樣品。一般樣品經(jīng)制備后，至少有20—50g干重樣品。新鮮樣品可按含80—90％的水分計算所需樣品量。

表6－7 植物樣品采集登記表

若采集根系部位樣品，應盡量保持根部的完整。對一般旱作物，在抖掉附在根上的泥土時，注意不要損失根毛；如采集水稻根系，在抖掉附著泥土后，應立即用清水洗凈。根系樣品帶回實驗后，及時用清水洗（不能浸泡），再用紗布拭干。如果采集果樹樣品，要注意樹齡、株型、生長勢、載果數(shù)量和果實著生的部位及方向。如要進行新鮮樣品分析，則在采集后用清潔、潮濕的紗布包住或裝入塑料袋，以免水分蒸發(fā)而萎縮。對水生植物，如浮萍、藻類等，應采集全株。從污染嚴重的河、塘中撈取的樣品，需用清水洗凈，挑去其他水草、小螺等雜物。

采好的樣品裝入布袋或聚乙烯塑料袋，貼好標簽，注明編號、采樣地點、植物種類、分析項目，并填寫采樣登記表。

樣品帶回實驗室后，如測定新鮮樣品，應立即處理和分析。當天不能分析完的樣品，暫時放于冰箱中保存，其保存時間的長短，視污染物的性質(zhì)及在生物體內(nèi)的轉(zhuǎn)化特點和分析測定要求而定。如果測定干樣品，則將鮮樣放在干燥通風處晾干或于鼓風干燥箱中烘干。

（二）植物樣品的制備

從現(xiàn)場帶回來的植物樣品稱為原始樣品。要根據(jù)分析項目的要求，按植物特性用不同方法進行選取。例如，果實、塊根、塊莖、瓜類樣品，洗凈后切成四塊或八塊，據(jù)需要量各取每塊的1/8或1/16混合成平均樣。糧食、種子等經(jīng)充分混勻后，平攤于清潔的玻璃板或木板上，用多點取樣或四分法多次選取，得到縮分后的平均樣。*后，對各個平均樣品加工處理，制成分析樣品。

1.鮮樣的制備

測定植物內(nèi)容易揮發(fā)、轉(zhuǎn)化或降解的污染物質(zhì)，如酚、氰、亞硝酸鹽等；測定營養(yǎng)成分如維生素、氨基酸、糖、植物堿等，以及多汁的瓜、果、蔬菜樣品，應使用新鮮樣品。鮮樣的制備方法如下：

（1）將樣品用清水、去離子水洗凈，晾干或拭干。

（2）將晾干的鮮樣切碎、混勻，稱取100g于電動高速組織搗碎機的搗碎杯中，加適量蒸餾水或去離子水，開動搗碎機搗碎1—2min，制成勻漿。對含水量大的樣品，如熟透的西紅柿等，搗碎時可以不加水；對含水量少的樣品，可以多加水。

（3）對于含纖維多或較硬的樣品，如禾木科植物的根、莖桿、葉子等，可用不銹鋼刀或剪刀切（剪）成小片或小塊，混勻后在研缽中加石英砂研磨。

2.干樣的制備

分析植物中穩(wěn)定的污染物，如某些金屬元素和非金屬元素、有機農(nóng)藥等，一般用風干樣品，這種樣品的制備方法如下：

（1）將洗凈的植物鮮樣盡快放在干燥通風處風干（莖桿樣品可以劈開）。如果遇到陰雨天或潮濕氣候，可放在40—60℃鼓風干燥箱中烘干，以免發(fā)霉腐爛，并減少化學和生物變化。

（2）將風干或烘干的樣品去除灰塵、雜物、用剪刀剪碎（或先剪碎再烘干），再用磨碎機磨碎。谷類作物的種子樣品如稻谷等，應先脫殼再粉碎。

（3）將粉碎好的樣品過篩。一般要求通過1mm篩孔即可，有的分析項目要求通過0.25mm的篩孔。制備好的樣品貯存于磨口玻璃廣口瓶或聚乙烯廣口瓶中備用。

（4）對于測定某些金屬含量的樣品，應注意避免受金屬器械和篩子等污染。因此，*好用瑪瑙研缽磨碎，尼龍篩過篩，聚乙烯瓶保存。

（三）分析結(jié)果的表示

植物樣品中污染物質(zhì)的分析結(jié)果常以干重為基礎表示（mg/kg·干重），以便比較各樣品某一成分含量的高低。因此，還需要測定樣品的含水量，對分析結(jié)果進行換算。含水量常用重量法測定，即稱取一定量新鮮樣品或風干樣品，于100—105℃烘干至恒重，由其失重計算含水量。對含水量高的蔬菜、水果等，以鮮重表示計算結(jié)果為好。

二、動物樣品的采集和制備

動物的尿液、血液、唾液、胃液、乳液、糞便、毛發(fā)、指甲、骨骼和臟器等均可作為檢驗環(huán)境污染物的樣品。

（一）尿液

絕大多數(shù)毒物及其代謝產(chǎn)物主要由腎臟經(jīng)膀胱、尿道隨尿液排出。尿液收集方便，因此，尿檢在醫(yī)學臨床檢驗中應用較廣泛。尿液中的排泄物一般早晨濃度較高，可一次收集，也可以收集8h或24h的尿樣，測定結(jié)果為收集時間內(nèi)尿液中污染物的平均含量。采集尿液的器具要先用稀硝酸浸泡洗凈，再依次用自來水、蒸餾水清洗，烘干備用。

（二）血液

檢驗血液中的金屬毒物及非金屬毒物，如微量鉛、汞、氟化物、酚等，對判斷動物受危害情況具有重要意義。一般用注射器抽取10mL血樣于洗凈的玻璃試管中，蓋好、冷藏備用。有時需加入抗凝劑，如二溴酸鹽等。

（三）毛發(fā)和指甲

蓄積在毛發(fā)和指甲中的污染物質(zhì)殘留時間較長，即使已脫離與污染物接觸或停止攝入污染食物，血液和尿液中污染物含量已下降，而在毛發(fā)和指甲中仍容易檢出。頭發(fā)中的汞、砷等含量較高，樣品容易采集和保存，故在醫(yī)學和環(huán)境分析中應用較廣泛。人發(fā)樣品一般采集2—5g，男性采集枕部發(fā)，女性原則上采集短發(fā)。采樣后，用中性洗滌劑洗滌，去離子水沖洗，*后用乙醚或丙酮洗凈，室溫下充分晾干后保存?zhèn)溆谩?/span>

（四）組織和臟器

采用動物的組織和臟器作為檢驗樣品，對調(diào)查研究環(huán)境污染物在肌體內(nèi)的分布、蓄積、毒性和環(huán)境毒理學等方面的研究都有一定的意義。但是，組織和臟器的部位復雜，且柔軟、易破裂混合，因此取樣操作要細心。

以肝為檢驗樣品時，應剝?nèi)”荒?，取右葉的前上方表面下幾公分纖維組織豐富的部位作樣品。檢驗腎時，剝?nèi)ケ荒ぃ謩e取皮質(zhì)和髓質(zhì)部分作樣品，避免在皮質(zhì)與髓質(zhì)結(jié)合處采樣。其他如心、肺、等部位組織，根據(jù)需要，都可作為檢驗樣品。

檢驗較大的個體動物受污染情況時，可在軀干的各部位切取肌肉片制成混合樣。

采集組織和臟器樣品后，應放在組織搗碎機中搗碎、混勻，制成漿狀鮮樣備用。

（五）水產(chǎn)食品

水產(chǎn)品如魚、蝦、貝類等是人們常吃的食物，也是水污染物進入人體的途徑之一。

樣品從監(jiān)測區(qū)域內(nèi)水產(chǎn)品產(chǎn)地或*初集中地采集。一般采集產(chǎn)量高、分布范圍廣的水產(chǎn)品，所采品種盡可能齊全，以較客觀地反映水產(chǎn)食品的被污染水平。

從對人體的直接影響考慮，一般只取水產(chǎn)品的可食部分進行檢測。對于魚類，先按種類和大小分類，取其代表性的尾數(shù)（如大魚3—5條，小魚10—30條），洗凈后瀝去水分，去除魚鱗、鰭、內(nèi)臟、皮、骨等，分別取每條魚的厚肉制成混合樣，切碎、混勻，或用組織搗碎機搗碎成糊狀，立即分析或貯存于樣品瓶中，置于冰箱內(nèi)備用。對于蝦類，將原樣品用水洗凈，剝?nèi)ノr頭，甲殼、腸腺，分別取蝦肉搗碎制成混合樣；對于毛蝦，先撿出原樣中的雜草、砂石、小魚等異物，晾至表面水分剛盡，取整蝦搗碎制成混合樣。貝類或甲殼類，先用水沖洗去除泥沙，瀝干，再剝?nèi)ネ鈿?，取可食部分制成混合樣，并搗碎、混勻，制成漿狀鮮樣備用。對于海藻類如海帶，選取數(shù)條洗凈，沿中央筋剪開，各取其半，剪碎混勻制成混合樣，按四分法縮分至100—200g備用。