0 引言
随着科技的发展和工业的进步，人类的生活水平得到了很大的提高。而与此同时，环境问题也成为人类粗放式经济发展模式下不得不面临的重大问题。其中，水质安全问题与生态安全和人类健康息息相关。
水污染问题产生的原因主要有以下两点：①工业废水。工业废水未经处理直接排放到自然水体中，其污染物有重金属离子、高浓度有机物、放射性物质等。②生活污水。生活污水的排放在农村地区尤为严重，农药兽药除草剂的滥用、垃圾的倾倒、含磷洗衣粉的使用等让与人们生产生活密切相关的河流常常受到污染。在水质问题上，各国政府对地表水、地下水、饮用水等都制定了一系列标准，规定了大量物理、化学和生物指标。例如，我国在2006年颁布的生活饮用水标准中就规定了106项指标。然而，随着科技和工业的进一步发展，人类合成的化学物质种类越来越多，污染物之间的效应也变得更加复杂，目前规定的指标已经无法全面地判断水质是否真正安全。为了更好地建立起水质与生态安全和人体健康之间的联系，科学家们开始探索采用生物试验法检测水体的综合毒性这一途径。
目前已开发的生物毒性检测技术有急性毒性试验、慢性毒性试验、细胞毒性试验、遗传毒性试验和内分泌干扰效应试验等，采用的生物主要包括鱼类、大型蚤、原生动植物、细菌、哺乳动物细胞等。尽管目前生物毒性检测技术本身存在可靠性、重复性、可对比性等问题，但由于其能综合地评估水体水质的安全性，在未来水质检测中具有非常大的应用前景。本文通过对文献的综述，简单介绍不同毒性试验的研究进展，希望能为该领域的研究提供一些参考。
1 急性毒性试验
急性毒性试验是通过污染物在与生物体接触后短时间内引起的一系列不利的反应，来直观地反映出污染物的危害。急性毒性试验中通常采用半致死剂量以及安全剂量来评估水质安全。所谓半致死剂量（LC），指的是在一定时间内使实验生物死亡一半的剂量；所谓安全剂量，指的是生物可以在特定浓度下持续存活的剂量。
1.1 鱼类急性毒性试验
鱼是食物链的重要部分，若鱼的体内存在有害物，通过食物链积累到人类体内有害物质的浓度将会更高，水中污染物对鱼类的危害，能在一定程度上反映对人体的危害。有关鱼类毒性试验的方法已经很多，国际常用的被试对象为斑马鱼，国内也有使用青鱼或草鱼来做实验。早在1946年，David等人曾使用食蚊鱼进行毒性检测取得了不错的成果。采用鱼类进行生物急性检测可直观地反映出污染物在短时间内对生物体的影响，更贴近人类。但其也有着一定缺点，如成本较高、统计数据量不足、存在伦理问题等。
1.2 蚤类毒性试验
蚤类是一种体形较小的浮游生物，对毒性较为敏感，很适合作为急性毒性试验的对象。其因具有数量多、繁殖速率快、取材容易等优点，成为国际上普遍采用的标准毒性试验生物。通常可以通过观察蚤类的行为、存活率等对水质进行评估。
1.3 微生物毒性试验
在微生物毒性试验中，技术最为成熟的是发光菌毒性试验。发光菌含有LUX基因，在正常条件下可发射出可见光。其优点有：数量多，繁殖能力强，成本较低等。由于发光菌对外界十分敏感，因此在污染物中发光菌所发出的光的强度，通过观察发光强度的变化来对水质进行评估。1978年美国Backman公司研发的“Microtox”发光菌在水质急性毒性检测的试验中效果可与鱼类相媲美。我国学者从青海湖中发现的青海弧菌由于能在淡水中正常发光，成为了此类试验良好的材料。
1.4 原生动物毒性试验
在水生生态系统中，原生生物将微生物和后生生物连接起来。原生动物是单细胞生物，却也是一个完整的生命体。可以通过测量其存活时长，细胞内部细胞器以及结构的改变及损伤来测定水质。生物标志物在毒性试验中的进一步应用，对于原生生物的研究已经到了分子水平。例如，可以通过测定原生生物体内的荧光素、有机磷、氨基甲酸酯类等反映水质问题。因此，该试验最大的优点是可以大大缩短测试时间。
2 遗传毒性检测方法
遗传毒性指的是污染物破坏生物的遗传物质（DNA或RNA）从而发生变异的现象以及对其后代的遗传效应。很多水体中的污染物，如抗生素、农药、除草剂等已被证实对水中的生物具有遗传毒性效应。目前，遗传毒性检测方法大概有200多种，但用于水质检测的还很少，国内外主要用的水质检测方法有Ames试验、Ara实验、微核试验、SOS/umu试验等。
2.1 Ames试验
该试验在1975年被提出，全称为沙门氏菌回复突变试验，现已被各国使用。由于可以有效地水源水和饮用水的遗传毒性，美国派斯净水器就通过了Ames试验，效果较为显著。岳舜琳对水厂进行研究发现Ames试验中MR值和COD，Euv有关，可以通过此特点对水质安全进行检测，保证水质安全。Ames试验的优点有：再现性好，敏感等。缺点有：微生物的遗传物质修复系统比哺乳动物简单，没有的全面性，重复性不高，没有可靠性，时间长。
2.2 SOS/umu显色法
SOS/umu显色法是20世纪80年代著名日本科学家Oda创造的遗传毒性检测方法。该方法使用基因工程菌株作为被试对象，污染物造成细胞DNA损伤后会激发细胞产生SOS反应，进而产生β-半乳糖苷酶，该酶在分解底物邻硝基苯β-D-半乳吡喃糖苷时会产生黄色可溶性色素，可通过酶标仪进行显色测定。SOS的主要优点为快速、敏感、廉价、对试验环境要求较低。近年来，该方法成功采用微孔板进行实验后，已经发展成高通量的检测方法，应用更加广泛。目前SOS/umu显色法已被列为ISO标准检测方法，被许多国家和地区广泛应用于各类水质和污染物的毒性评估。
2.3 微核试验
外源污染物对细胞内的染色体产生破坏时，会影响纺锤丝和中核的正常生理活动，从而产生微核。外源污染物的剂量与微核的关系十分密切，因此，微核试验也被应用于毒性实验中。美国西依诺大学马德修利用紫露草花粉细胞来进行微核试验，四分体微核系统由此提出。在我国，由华中师范大学筛选的松滋青皮豆测试法也已经被纳入我国水环境生物检测规范。
3 细胞毒性
当外源污染物与细胞接触时细胞发生的死亡、溶解和生长抑制即为细胞毒性，常见的测量方法有MTT法、LDH法等。在环境领域，除了对水质进行评估外，也可以用此方法对其他环境污染物如PM2.5等进行毒理学检测。2011年，姜淑卿等对我国某市的各类水域的有机提取物进行细胞毒性评价，发现回用水的细胞毒性较大，应该引起广泛重视。2009年，科学家也发现污水处理后会导致细胞毒性的升高。此外，也有研究表明，氯消毒能引起细胞毒性的升高。
3.1 MTT法
MTT是一种水溶液显黄橙色的盐，可通过观察其颜色的变化检测细胞毒性的大小。例如当小鼠的脾细胞受到ConA的作用后发生增殖，其胞内线粒体中的琥珀酸脱氢酶会有所升高，而这种酶可以通过与MTT发生显色反应，产生蓝色物质分布在细胞周围，在使用盐酸-异丙醇溶解后可产生蓝色溶液，从而可通过测定溶液的吸光度（OD值）来测量细胞毒性。MTT法具有的优点有：灵敏度高、重复性好、经济性好、效果明显等；缺点有：产物不溶于水，需要被溶解后才能被检测，有可能会对试验结果产生影响，并且实验中所用到的试剂会对实验者造成危害。
3.2 LDH法
LDH在正常情况下不能穿过细胞膜，但是当细胞损伤后膜的通透性改变，LDH就会被释放到介质中，在催化乳酸生成丙酮酸的过程中，会产生有色的甲簪类化合物，通过测量其OD值可得细胞毒性大小。该方法可用于测定纤维蛋白胶对人脂肪干细胞的细胞毒性，在获取到脂肪干细胞后分别做成50%，100%浸提取液以及设立阴阳对照组，使用LDH检测试剂盒测量纤维蛋白培养液中LDH的含量，从而得出纤维蛋白对脂肪干细胞是否存在细胞毒性。LDH法的优点有：准确性高、操作简单方便等。
4 结论
生物毒性试验法相较于物理化学方法有着明显的优点：与生命体息息相关，可以直观反映污染物质对生物的种种危害。但其也存在着需要改进的地方，如方法的安全性、准确性、可靠性、简便性等需要进一步改进。生物毒性试验在未来的发展中是十分光明的，若与大数据结合，能够更加全面地了解水质问题，研究水中的毒性与水体各种污染物的关系，找到其主要污染物并进行重点监控。此外，生物毒性法还可与传感器结合实现在线实时监控，随时了解环境的水质情况，有利于突发事故的及时应对，防止其进行大范围扩散；同时生物传感器还可以利用野外监测，节省了大量成本。在未来，还需要探索与人体危害最相关的生物毒性检测方法，更加准确地研究污染物对人类的危害，从而采取手段对相关污染物进行有效控制。
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收稿日期：2018-08-09
作者简介：李钧泽（2000-），男，北京人，北京市第十二中学学生，研究方向：环境科学。
