联合毒性研究的意义

随着工农业生产的迅猛发展，每年都有大量的有毒有害物质（如农药、工业污染物等）流入环境，其中大多数都是有机污染物或重金属，它们同时或先后进入环境，通过各种物理运输途径直接或间接进入水体，并在水体中共存，对水环境构成了严重的污染。所以有机污染物和重金属对水环境的影响备受关注。长期以来的毒理学研究多数基于单一物质，因为单一物质的毒性研究易于操作，耗资小，而且实验方法和原理相对简单。所以大量的单一有机污染物或重金属的物理化学性质和环境毒性效应被揭示出来，但是在实际环境中通常有多种污染物共存，我们不能只用化学品的单一毒性效应去评价其对环境的影响，因为在有两种或多种化学物质同时作用于生物的情况下，有可能会引起与各物质单独作用时不同的毒性反应，它们彼此影响，产生拮抗、相加或协同作用。

因此对两种或多种化学品的联合毒性效应研究更具实际意义，可以为环境标准的制定和生态风险评价提供更可靠的依据。

人们意识到混合物的联合污染问题可以追溯到上世纪70年代末。研究发现，原本单一毒性较小的化合物，在混合物中，有可能会表现出较高的毒性，因此以单一毒性制定的水质标准受到质疑，环境工作者开展了多方面的联合毒性研究，并以不同的划分方法对混合物的联合毒性进行评价。

重金属联合作用机理

研究者发现：毒物对生物的毒性一方面取决于受试生物的敏感性，另一方面也取决于该毒物的浓度及其生物可利用性；金属化合物的阴离子不同，其生物可利用性有差异，导致相同的重金属离子对同一受试生物的毒性也可能有差异。铜和锌是生物生长所必需的微量元素，一方面它可以与生物体内一系列重要的酶结合，同时也可与一些结构蛋白结合，但是当它们的浓度过高，生物体原始的稳态即受到威胁，铜可对诸如DNA和蛋白质等生物大分子的结构和功能产生不利影响，当二者同时作用于机体时，

二者都可以与生物酶或金属硫蛋白结合，此时可能有两种情况发生：一是二者作用于不同的酶或蛋白，使生物体受到的损伤加大，即产生协同作用或相加作用；另外就是二者竞争相同的活性位点，使对方的可结合性降低，从而减小毒性，即产生拮抗作用。其它金属多数都是非生物体所需的，它们的联合毒性类型与铜和锌相似。具体的联合作用效应因生物受体不同、金属类型不同而有差异，需要通过实际毒性实验来判断。

由于联合毒性在国际上尚未形成统一的评价标准，因此，不同的环境工作者常选用不同的生物受体作为受试生物，进行联合毒性研究。发光菌是目前使用较多的一种生物标志物，这主要是因为该法具有快速、简便、灵敏、廉价和应用广泛等特点，但是发光菌也有细胞发光强度本底差异大，实验再现性差等缺陷。所以林志芬等改进了发光菌生物毒性测试方法，引入了校正因子，结果表明改进后的方法实验重现性好。斑马鱼也是应用较广的受试生物，它是国际标准实验用鱼，对化合物的毒性较敏感，技术成本低、易操作、灵敏度高，特别是具有可记录多项毒性指标的特点，可以此判断污染物的致毒机理。鱼急性毒性实验一直是毒理学实验中传统的方法，利用各种成鱼进行的化合物联合毒性的研究也很多，但是由于经济鱼种较多，各地又有很大差异，所以采用的实验鱼多种多样，得到的结论也有一定差异，其中鲫鱼和鲤鱼是使用最频繁的，根据鱼96h-LC50而计算的化合物安全浓度对实际水环境保护具有很强的指导意义。

联合毒性作用机制与影响因素联合毒性是一类综合性的生态学效应，在作用机制上包括协同、拮抗、竞争、保护、加和、抑制、独立作用以及其他交互作用[23]。影响化合物联合毒性作用的因素较多：环境介质的种类和pH值、受试物浓度和浓度配比、染毒时间长短、受试组分间接触程度和加入的先后顺序、指示生物的类别及其年龄、性别、大小等，在水体中还要考虑盐度、温度和硬度等。

联合毒性作用机制

联合毒性作用机理研究是进行化合物联合毒性作用研究的重点和难点，经过环境工作者多年的研究，主要有以下几种作用机理：

（l）影响生物细胞结构

两种或多种化合物通过影响生物的细胞结构，特别是膜结构而发生相互作用。膜结构是污染物相互作用的优先部位，它的改变使膜的通透性发生变化，从而影响物质向生物体内的运输。Stewart等发现Cu可改变原生质膜中可溶性部分的渗滤性，从而造成细胞膜的损伤，使得膜体变得很脆弱，重金属更易进入。对细胞器结构功能的改变也会影响复合污染物对生物体的毒性。杨志敏等认为Ca2+是通过使细胞膜表面致密，或在细胞膜表面形成保护膜的方式，抑制Zn2+的毒性，即对Zn2+产生解毒作用。湛灵芝研究了Cr6+和乙草胺对少根紫萍的96h联合毒性作用，发现它们对少根紫萍产生协同作用是由于它们均能破坏少根紫萍的细胞膜结构与功能，由于其中一种污染物对细胞膜的作用，使得另一种污染物更容易进入植物体内，加剧了对植物细胞的伤害，从而表现出协同作用。Moreau等认为菲对Zn在生物体内蓄积的拮抗作用可能是因为菲改变了溶酶体膜的稳定性及功能，从而影响了溶酶体解除Zn毒害的作用。

（2）竞争活性部位

根据“受体”学说，化学物质在生物体内都有特异性的活性反应靶位。物理化学性质相近的污染物在细胞表面及代谢系统的活性部位存在着竞争作用，从而影响污染物的相互作用。对吸附位点的竞争会导致一种污染物从结合位点上取代另一种处于竞争弱势的污染物，这种竞争的结果在很大程度上取决于参与竞争的各污染物的种类、浓度比和各自的吸附特性。致毒的污染物浓度比并不就是污染物总浓度的比值，在土壤化学水平上金属离子竞争性吸附的相互作用，导致了金属在固相和水相间的分配，这一过程也改变了金属离子的生物可利用性，使其生物可利用性与联合毒性紧密相连。

重金属在生物体吸收和生物体靶位点上也存在着相互作用，当两种或多种金属同时暴露在土壤中时，重金属竞争结合位，从而改变了实际可生物利用的重金属浓度，由此会以一种与暴露于单一金属完全不同的方式影响微生物。Stewart等研究发现，Cu、Zn、Pb、Ni等会与Cd一起竞争植物表面的吸收位点，从而影响植物组织对Cd的吸收。刘清等发现锌和锡等毒性混合共同作用于青海弧菌（Q67菌株）时，锡的浓度大，可以占据细胞表面的结合位，降低了锌的结合机会，从而毒性降低，显示出拮抗效应。这种竞争的结果很大程度上取决于参与竞争的各污染物的种类、浓度比和各自的吸附特性。

（3）影响酶的活性

污染物联合作用会影响与污染物代谢有关的酶的活性，改变污染物在生物体内的代谢速度和转化情况等，从而增加或降低污染物的毒性，产生不同的联合毒性作用。有些化合物可以抑制生物体内自由基的产生，从而降低过氧化胁迫，使其他共存的毒物的毒性降低。孙金秀[31]等认为有机磷增加了拟除虫菊酯的水解酶而出现毒性增加的结果。Posthuma等[32]将金属结合蛋白被特定金属激活后表现出的作用视作金属间的复合作用，缺少这些金属会增加其它某些金属的毒性。

Morley等以夏口吸虫(Diplostomumspathaceum)作指示生物研究锌-锡的联合作用，由于参与糖元利用的酶的活性被抑制，导致有限的糖元储存利用率的降低，从而摇尾幼虫的存活率上升。