纺织废水对斑马鱼造成的急性中毒、基因中毒和氧化应激的描述外文翻译资料

 2022-09-05 05:09

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纺织废水对斑马鱼造成的急性中毒、基因中毒和氧化应激的描述

摘要

纺织工业是有毒物质排放的重要来源,对水劣化有很大的影像,然而人们对纺织废水的毒性排放监管只有很少的关注。我们用生物斑马鱼来评估一家纺织厂的污水处理厂(STP)不同阶段收集的废水样本的毒性。对其理化参数、急性毒性、基因毒性和氧化应激生物标记物进行了分析。纺织厂中经过漂白、冲洗和皂洗的废水样本表现出较高的急性毒性和基因毒性。作为助剂和氧化剂的染料化合物共存成分, 似乎会导致一些不良反应。污水处理厂采用缺氧-好氧处理工艺（A/O）后，颜料和化学需氧量（COD）分别减少到40%和84%，各自都符合中国污水排放的标准。相反，在厌氧池观察时急性毒性与遗传毒性都增加了，说明期间形成了毒性中间体。而废水污水处理厂流入和截取的样本的基因毒性没有明显不同,表明污水处理过程没有有效地去除染料废水的基因毒性。结果表明，废水组成中包含氧化强化剂所以谷胱甘肽（GSH），丙二醛（MDA）、总抗氧化能力（T-AOC）都增强了。此外，观察到超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性减弱可以解释为是由于细胞毒性标志物导致了活性氧(ROS) 的生产过剩。本研究的结果表明,废水处理厂不能够充分降低废水的毒性。进一步的处理需要去除纺织废水对生态系统和人类健康带来的潜在风险,而且必须采用毒性指数对排放法规

关键词：急性毒性；遗传毒性；微核；彗星；纺织废水；

引言

纺织工业是我国传统支柱产业，中国纺织工业是世界上最大的。但与此同时,它消耗大量的水(染1公斤棉花用多达150升的水)，产生大量的废水。在染色的整个过程中使用的各种各样的纤维、染料、表面活性剂、助剂等产品，使纺织废水成为了水恶化的重大来源。即使在非常低的浓度（10–50毫克/升），水溶性偶氮染料也可以引起溪流，河流或池塘高度着色。废水中染料的存在是非常明显的，这对水生生态系统的水体透明度、气体溶度有很大影响。而且，从纺织废水生长的植物通常拥有高浓度的化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）、酸度、氯化物、硫酸盐、和各种重金属。生态系统中有色废水的释放是水体富营养化和水环境扰动的重要来源。

纺织废水对生态系统和人类健康的潜在危害已经引起巨大关注，纺织废水通常含有一些致癌、致突变和致畸的有毒物质,如添加剂、洗涤剂、表面活性剂、染料。因此，一些涉及肾脏、膀胱和肝脏的原发性癌症在染料相关行业的工人中发现较多。此外，据报道偶氮染料和硝基染料化合物在水体沉积物会减少。在还原条件下，偶氮染料可以被切割成潜在致癌的芳香胺，在生态系统中传播。此外，在水中的染料或其降解产物的存在也会导致人体疾病如恶心、出血、皮肤和粘膜溃疡，还可对肾脏、生殖系统、肝引起严重的损害。

这些问题导致了对纺织废水排放的严格法规，使染料生产和污水处理厂的人必须采取更有效的方法。化学分析对水生生态系统生物的功能是无法预测。可能原因是会因为浓度的把握不准确形成有毒的中间体，对检测造成负面的影响。欧盟国家广泛通过定向风险分析（EDA）来进行毒性物质的鉴定及毒性的评价。美国已开始全面开展废水的毒性控制，并制定了相关的有毒污染物排放标准。毒性测试（WET）是美国环境保护局控制有毒化学品和其他材料排放到地表水的毒性控制过程的一个重要的组成部分。因此，我们也有必要采用一种关于管制纺织废水排放的毒性指数。

急性毒性试验被认为可以用于在毒性分层实验的第一步骤用于设定污染物最大可接受浓度，因为毒性试验相对快速，操作简单而且成本低。大多数的管理机构和研究机构使用常规鱼和水蚤进行急性毒性试验。此外，有人提出了环境生物监测研究中环境污染物的遗传毒性，可作为对排出水的遗传毒性物质的生态毒理学风险评估的基础。此外，纺织印染污水的遗传毒性的评价是特别重要的，主要是考虑到染料化合物和它们的中间体的毒性特性。两个微核试验和单细胞凝胶电泳（彗星电泳，也被称为彗星试验），都在bioas的遗传毒性学说中被广泛应用，能够用来检测DNA损伤。此外，氧化应激已被证明与基因毒性是密切相关的。

在水质研究中使用鱼作为模型生物的优点，包括鱼依赖于水环境生存这个事实，随着环境污染物的排放量发生显著沉积，它们会对环境产生敏感的变化。在一些研究中把鱼作为遗传毒性评价的生物监测物是有特殊原因的，鱼类对这些生物毒剂的回应类似于高等脊椎动物，能发现那些会在人身上产生作用的具有潜在危害的致畸、致突变和致癌的物质。而且由于鱼类的快速繁殖及其胚胎的外部生长，斑马鱼已经成为了遗传和发育研究的主要模型，以及毒理基因组学研究的主要模型。

在目前的研究中，从纺织业和污水处理厂均采用综合指标评价毒理特性，包括急性毒性试验、小鼠核的频率和彗星试验评价遗传毒性和氧化应激。斑马鱼作为监测生物体。这些方法对水生态系统提出潜在的风险评价。

1，材料和方法

1.1染料废水采样

我们从一个辽宁省的典型的海城印染厂里得到了经过漂白，纤维精练，水洗和皂洗的染料污染废水。这家工厂是中国东北最大的纺织厂之一。此外，与印染废水处理厂的废水处理工艺不同。这个工厂接收附近地区34家纺织企业印染废水，每天处理40000吨左右的废水。工厂采用缺氧-好氧（A / O）处理工艺，对缺氧池、好氧池的水力停留时间（HRT）约2小时和4.5小时。我们根据复合采样方法在24小时内收集了附近的废水。污水样品来源于进水池，厌氧池、好氧池、二沉池、絮凝池。样品在同一天被送到实验室。然后通过玻璃纤维过滤器进行过滤。

1.2物理化学参数测量

水质参数，包括pH值、颜色，盐度、COD（国家环境政策法案）。纺织厂和污水处理厂不同工艺处理阶段的污水的理化特征（STP）在表1中给出。

纺织厂废水有比较高的化学需氧量，范围从311到578毫克/升（表1）。除漂洗过程中的废水外，其他阶段废水都具有较高的色度，从17到38。污水处理厂在采用A/O工艺处理后，无论是色度还是COD都有效降低了。在污水的色度和COD分别降低40%和84%之后，从STP排出的废水的颜色达到一级B标准的污水排放标准。这个标准是色度：30，COD： 60mg/L。

1.3斑马鱼培养

斑马鱼分别购自中国大连的香炉礁水族馆市场，养在200 L水族馆提供的充气水中。水的温度是（25plusmn;1）°C。在他们被驯化的试验室条件下的暴露充气水7天，饲喂商品鱼食，在毒性试验期间不要喂食。

1.4曝光

在毒性检测中，废水用充气水稀释到不同浓度（V/V）。斑马鱼暴露于水样4天，鱼的密度是1克鱼/升水。无毒物充气水作为阴性对照（NC）组。阳性对照采用重铬酸钾和4 硝基喹啉氧化物（4-NQO），用充气水稀释。重铬酸钾和4 硝基喹啉氧化物是典型的遗传毒性化合物。

1.5急性毒性试验

致死性是最常用的急性毒性试验端点，因为它是一个明确的反应尺度。计算在各种浓度的毒性中的死亡率，并确定最大耐受浓度来用于遗传毒性试验。在阴性对照组中，观察到了100%的存活率。

1.6彗星试验

彗星实验只需要少量的组织，使这项技术适用于非常小的鱼的检测。一个斑马鱼被放置在过滤器中，通过切割尾除去血液。每个毒素浓度取三条鱼解剖取出肝脏放入离心管，冲洗（PBS）三次，然后用400micro;L胰蛋白酶消化成单个细胞。消化后的细胞分散到培养基中（DMEM），通过一个74micro;m尼龙布过滤到离心管。收集细胞，1000 r / min离心5 min后用培养基孵化。调整细胞密度，产生的细胞悬液用于彗星实验。

三十微升细胞悬液混合90micro;L 0.7%低熔点琼脂糖（LMA）,在37℃的条件下加入到被100micro;L 1%正常熔点琼脂（NMA）覆盖的完全磨砂的固定容器中。凝固后，切片浸入裂解液（2.5 mol/L NaCl，10 mmol/L Tris，100 mmol/L EDTA，pH 10，1%钠肌氨酸，10%二甲基亚砜（DMSO）和1%的Triton X-100）中1.5小时。然后把切片孵育在含300 mmol/LNaOH和1 mmol/L EDTA的电泳槽中20 min，然后25 V（300毫安）电泳20分钟。然后，中和切片（0.4 mol/L Tris，pH 7.5）用40micro;L GelRed（0.2micro;L／ml）染色，用荧光显微镜观察，使用数字成像系统分析。

1.7微核实验

将从斑马鱼尾部获得的外围红细胞加入到含有胎牛血清并干燥的切片中。然后将红细胞固定在无水甲醇中20分钟，空气干燥，用10％吉姆萨染色10分钟，用PBS洗涤。并在室温下干燥之后，用光学显微镜的1000times;油浸透镜观察。微核是与粒子颜色和结构类似的真核类生物细胞中的一种异常结构，无光亮或折射，大约为1 / 5和1 / 100的主核的大小，在主核的旁边但不触及主核

。

1.8质量控制/质量保证

毒性试验使用阴性和阳性两组实验之间的对照进行了验证得出结果。对照试验与每个系列实验的实际样品平行。在毒性试验中，充气水被用作阴性对照，而参照化合物重铬酸钾（K2Cr2O7）和4-硝基喹啉-1-氧化物（4-NQO）被作为阳性对照。阳性对照的结果表明，彗星试验比微核试验（图1）更敏感。把斑马鱼暴露在 5 mg/L 和 20 micro;g/L 的 4-NQO中与对照组相比引发了更显著地DNA损伤，而20 mg/L 和30 micro;g/L的浓度与阴性对照组相比都分别对微核频率产生了很显著的影响。

1.9氧化应激生物标志物

肝脏是在冰冷的生理盐水（0.9%）中匀浆。取5%的匀浆离心（2000 r/min，10 min，4°C），上清液用市售试剂盒测定超氧化物歧化酶（SOD）活性、谷胱甘肽-s转移酶（GST）活性、谷胱甘肽（GSH）含量，丙二醛（MDA）含量、和总抗氧化能力（T-AOC）的测定。

1.10统计分析

用于量化损伤程度的参数是尾矩，这是尾部的相对荧光强度的综合值，乘以鱼的脱氧核糖核酸片段的迁移距离。对100个细胞的尾矩进行了测量统计，并将结果求为平均值。平行阴性对照和处理组之间进行比较，和两组不同处理组之间采用单因素方差分析组均值比较。平均微核率，表示为每1000个红细胞的微核数，计算各组的。采用单因素方差分析比较了废水样品的微核率。

2结果与讨论

2.1急性毒性的废水

在纺织工厂采集的水样品对斑马鱼的急性毒性结果在表2。

除了纤维的精练工艺中采集的水样，漂白池、漂洗池和皂洗池采集的水样都引起对斑马鱼不同程度地致命性。在20%的浓度，从漂白废水池中采集的水样显示了100%的致死率，而最大的非致死剂量为5%。与其他处理过程相比，漂白过程的废水的急性毒性最高。考虑到漂白过程中废水的颜色与其他处理（表1）的颜色相类似，表明染料化合物的浓度类似，漂白过程中所用的助剂可能导致高浓度的急性毒性。助剂是最常用在纺织工业中用作乳化剂和增溶、润湿、分散剂。此外，漂白过程中也有过氧化氢。从以前的阶段中的所有残留的试剂在纤维精炼工艺中被排除了的。漂洗染料污水被认为是含有比较少的毒性，50%浓度可以造成 100%致死。额外的助剂用来优化在皂洗过程中织物的颜色，这是有毒的，可能会导致皂洗过程的急性毒性。

从污水处理厂收集到的不同浓度的废水，对斑马鱼的急性毒性见表2。进水浓度为50%时，引起了20%的致死率。然而，在厌氧池中观察到急性毒性的增加，表明在染料废水厌氧反应中产生了一些有毒的中间体。应该指出的是，在暴露在废水后污水仍然表现出对斑马鱼的急性毒性， 50%浓度会引起20%的致死率。似乎污水处理厂目前的技术是无法去除染料废水的急性毒性的，无法对进一步处理的安全性做出保证。观察纺织废水的好氧池发现无明显的急性毒性，二次沉淀池和絮凝池低于50%的浓度，这意味着较低的急性毒性。

2.2遗传毒性的纺织废水

根据图2，随着所有样品中的浓度的增加，观察到一个逐渐增加的尾矩。来自于暴露于纤维精炼、漂白、水洗和皂洗废水的鱼标本的红细胞的尾矩的增加，与阴性对照相比分别显著高于2.5%、10%、5%，10%。而纤维的精练工艺废水造成的急性毒性低，10%浓度废水才会引起遗传毒性。纺织厂最低浓度废水没有对尾矩造成重大影响，为了比较水样品的基因毒性与阴性对照相比来确定稀释倍数，（图3A），漂白过程中的废水表现出最高潜力的DNA损伤，稀释80倍才能消除其毒性。此外，微核试验的结果显示了类似的趋势，彗星试验表明，在降低污水毒性的比较中：漂白gt;皂=漂洗gt;纤维精练序列（图3B）。

类似的急性毒性试验，虽然染料及其中间体是主要的关注对象，但是助剂，氧化剂和盐在纺织废水的存在似乎对遗传毒性会有影响。由于纺织污水的特点，许多污染物作为化学物质的混合物进入水生生态系统。染料化合物及其共存组分的结合则需要进一步研究。

从印染污水处理厂收集的污水样本中也观察到了随着浓度增加而逐渐增加的平均尾矩（图4）。进水染料废水具有明显的毒性，而在10%浓度集中曝光相对于阴性对照引起了较高的肝细胞的尾矩（P＜0.01）。与来自污水处理厂的30％相同浓度的收集的废水样品进行DNA损伤的比较（图5）。在污水处理厂的

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