硝基芳烃主要通过废水、粉尘、蒸气等形式污染环境,影响人体健康.从其对水生生物(包括生产者、消费者和分解者)的形态结构、生理生化、分子机制和对水生态系统的影响等方面综述了它们的生态毒害和致毒机理

刘永定

延庆云

张德禄

彭亮

杜庆才

胡春香

Institute of Hydrobiology, Chinese Academy Of Sciences

98 
西 北 师 范 
Journa1 of Northwest 
大 学 学 报 
Normal University 
(自然科 学版 ) 
(Natura1 Science) 
第 43卷 2007年第 5期 
Vo1．43 2007 No．5 
硝基芳烃类污染物 
对水生态系统的毒理研究述评 
张德禄 ，杜庆才 ，彭 亮 ，延庆云 ，刘永定 ，胡春香  ¨
(1．中国科学院水生生物研究所，湖北 武汉 430072； 
2．西北师范大学 生命科学学院，甘肃 兰州 730070) 
摘 要：硝基芳烃主要通过废水、粉尘、蒸气等形式污染环境，影响人体健康．从其对水生生物 (包括生产者、消费 
者和分解者)的形态结构、生理生化、分子机制和对水生态系统的影响等方面综述了它们的生态毒害和致毒机理． 
关键 词 ：硝 基芳烃 ；污染物 ；生 态毒 理 
中图分类号：Q 178．1 文献标识码：A 文章编号：1001—988 X(2007)05—0098—04 
Un ecOtOx1OIOgy O±re tryI arom atic hydrocar bont-x ’ 1 r ’ 1 ‘ ‘ ’ ‘
compounds in water ecos ystem 
ZHANG De—lu ，DU Qing—cai ，PENG Liang ，YAN Qing—yun ， 
LIU Yong—ding ，HU Chun—xiang 
(1．Institute of Hydrobiology。the Chinese Academy of Sciences，W uhan 430072，Hubei，China； 
2．Colege of Life Sciences，Northwest Normal University，Lanzhou 730070，Gansu，China) 
Abstract：Nitryl aromatic hydrocarbon affect environment and human health mainly by waste water，dust 
and smoke． This paper reviewes their ecotoxicolgical effect on hydrobionts(including producers， 
consumers and disintegrators) from cell structure，physiology，biochemistry and molecular biology，and 
aquatic ecosystem from pond microcosm．Meanwhile，their poisonous mechanism is analyzed as well from 
mammalian side． 
Key words： nitryl aromatic hydrocarbon；contamination；ecotoxiology 
硝基芳烃是染料 、炸药 、农药、医药 、塑料 、 
涂料等化学工业的重要生产原料 ，并且随着精细化 
工工业的发展，它们的需求明显在上升．由于这些 
产品的生产流程长、产品收率低、中间体复杂、副 
产品多，使废水中含有大量硝基苯类有毒原料和副 
产品．虽然我国对生产废水排放有严格的限制，对 
这类废水的治理也进行了大量的研究，但有不少污 
染物仍然排人江湖L】3．它们进入水体后，不但引 
起水质感官性状的严重恶化，给地面水自净过程造 
成困难，更重要的是它们对水生生物和水生态系统 
均表现出致毒效应，又都难以自然降解L2]，给生 
态环境和人类健康造成直接或间接的危害．美国环 
境保护局 (EPA)在 1985年将其列为优先控制的环 
境污染物L3]．笔者就该类化合物对水生生物、水 
生态系统的毒性及其致毒机理方面的研究进展作一 
综述． 
1 对初级生产者的影响 
2，4一二 硝 基 甲 苯 等 化 合 物 对 斜 生栅 藻 
(Scenedesmus obliquus)的联合毒性 (48 h)显示， 
收稿日期：2006一10—28；修改稿收到日期：2006—12—3O 
基金项目：国家财政部专项计划课题支持项 目(2005—09) 
作者简介：张德禄 (1963一)，男，甘肃榆中人，副教授，在读博士研究生．主要研究方向为环境毒理学． 
*通讯联 系人 ，E—mail：cxhu@ihb．ac．cn 
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2007年第 5期 
2007 NO．5 
张德禄 等 ：硝基芳烃类污染物对水 生态 系统的毒理学研究述评 
On ecotoxiology of nitryl aromatic hydrocarbon compounds in water ecosystem 
2，4一二硝基甲苯和对硝基苯胺 、2，4-二硝基 甲苯和 
对二硝基苯 、2，4一二硝基甲苯和对硝基苯 甲醚均表 
现为协同毒性作用．2，4一二硝基甲苯和对硝基苯 
酚、2，4一二硝基甲苯和对硝基 甲苯 、2，4一二硝基甲 
苯和对硝基氯苯均表现为拮抗作用．但它们均能使 
有机体似亲孢子释放受阻，产生异形巨细胞，细胞 
核、细胞器甚至原生质解体 ]．硝基苯、苯胺与 
1一硝基芘的混合毒性也呈协同作用，而苯酚、甲苯 
与 1一硝基芘混合则呈拮抗作用 ]．从其致毒机理 
来说，单硝基取代物的毒性取决于其疏水性，而二 
硝基取代物的毒性取决于其电子属性 ]． 
苯酚、硝基苯和苯胺等 l1种麻醉型污染物对 
蛋白核小球藻 (Chlorella pyrenoidosa)生长抑制实 
验表明，细胞内污染物在 0．1～1．6，0．5～17 mmol 
·kg 浓度时可抑制 10 ～50 的细胞生长，这与 
0．7～2．3，2～14 mmol·kg 浓 度下抑制羊 角月牙 
藻(Selenastrum capricornutum)的情 况完全一致． 
针对污染物直接作用于生物膜的理论，建立的结构 
活性相关模型显示，随着污染物疏水性和氢结合供 
体能力的强化、氢结合受体能力的弱化，其毒性会 
有所增强[8]．另外 ，2，4-二硝基苯胺 、2，4一二硝基 
氯苯、间二硝基苯等均使盐藻(Dunaliela salina) 
致毒，混合时毒性有相加作用．且随浓度的增大， 
逐渐使细胞体积变小，形状不规则，直至破裂解 
体[9]．硝 基 苯 对 莱 茵 衣 藻 (Chlamydomonas 
reinhardtii)的生长和光合生理有明显抑制作用， 
主要表现在其明显降低光合色素的含量、光能转换 
效率 (F ／Fm)、电子传递速率(ETR)、净光合速 
率(P )方面u ． 
氯代芳香族化合物对羊角月牙藻(Selenastrum 
carpricornutum)的急性毒性实验表明，分子总能 
量 丁E是决定该组化合物毒性的关键参数，丁E越 
高，反应活性越高，对藻的毒性也越大．其致毒的 
关键步骤包括由疏水性所决定的传输分配过程和生 
化反应过程[1 ． 
2 对消费者的影响 
2．1 对浮游动物的影响 
硝基苯类化合物对大型蚤(Daphnia magna) 
的急性毒性试验表明，因取代基的不同或取代位置 
的不同而使化合物表现出不同的毒性．在王阳峰 
等[1。]研究的 13种污染物中，对二硝基苯 的毒性最 
强，属极毒类物质．而化合物的毒性与分子的立体 
效应有关，二硝基化合物比单硝基化合的毒性强， 
相同取代基邻位比间位毒性大，不同取代基间毒性 
顺序为Br>cl≈N0 >CH。>NH。L1引．对隆线蚤 
(Daphnia carinata)的毒性主要与分子的轨道能有 
关；硝基苯类可以作为亲电试剂，在细胞内发生还 
原反应，从而产生潜在的毒性更强的亚硝基化合 
物，而部分含有氨基和羟基的化合物，其毒性亦与 
疏水性有关口 ． 
2．2 对鱼类的影响 
硝基苯对鱼类的毒性主要表现于内脏器官．例 
如，在一定浓度范围内，硝基苯类污染物对鲤鱼肝 
微粒体 ERoD(7-乙氧基一异吩唑酮一脱 乙基酶)的活 
性有诱导作用，而且剂量效应关系明显Ds]；对氯 
硝基苯(P—NCB)因产生大量过剩的活性氧中间体， 
使 cAT上的一SH巯基氧化成 S0S，从而造成对 
草鱼肝胰脏过氧化氢酶 (CAT)活性 的明显抑制口引． 
硝基苯对鱼类的分子毒性表现在对 DNA 的影 
响．例如，它可引起鲫鱼血细胞 DNA单链断裂， 
出现拖尾的彗星细胞，而且呈现明显的剂量一效应 
关系E17]．在腓鱼精子 DNA杂交过程中，对硝基苯 
酚显示对 DNA的毒性，而且其损伤主要表现在生 
物半保 留复制过程 中[1引． 实验 证明，硝 基苯类化 
合物对鱼类的急性毒性不是受化合物在鱼体内的富 
集决定，而主要是受化合物的亲电反应性决定，而 
化合物的亲电性主要受苯环上硝基的数目和位置影 
响 ． 
3 对分解者的影响 
分解者本是水生态系统中有机物的降解者，对 
清除硝基芳烃有很重要的功能．但事实上仅部分微 
生物有降解硝基芳烃的功能口 ，不少微生物也受 
它们的毒害．生物发光菌 Vibrio harveyi的毒性检 
测可以用于硝基苯和二硝基苯及其它混合毒物的生 
物检测[2¨．但在等剂量配比下，2，4一DNT与其它 
种类硝基苯衍生物混合，有明显的毒性相加作用． 
而且在单一毒性的 3．5 ～8．7 时就可引起发光 
菌 50 的发光抑制，只有单一毒性监测并不合 
理 [22]． 
4一硝基联苯可造成细菌的突变，而且致突变性 
的强弱与分子大小和苯环的数量无关．当分子不完 
全饱和时 ，致突变活性 明显减弱 ；硝基苯位 于分子 
结构长轴上的致突变性强于位于短轴上的情况．致 
突变过程一般包括还原生成 N一羟基芳香胺和酯化 
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Journal of Northwest Normal University(Natural Science) 
第 43卷 
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过程，偶尔也包括形成脱氧腺苷加合物的过程_2引． 
硝 基 芳 香 烃 化 合 物 对 酵 母 菌 (Saccharomyces 
cerevisiae)也造成毒害_2 ． 
4 对水体生态系统的影响 
由于单物种测试结果不足以反映复杂的自然环 
境，近年来广泛应用微宇宙法(microcosm)和多种 
生物测试 (multispecies test)研究污染物 的生态效 
应．而微宇宙法由于是在生物种群、群落、生态系 
统和生物圈水平上研究生物效应的方法，又被称之 
为模型生态系统法(model ecosystem)．研究发现 ， 
在模型生态系统中，l，4一二硝基苯 (1，4一DNB)对浮 
游植物、浮游动物及细菌均造成不同程度的损伤与 
破坏，使浮游动植物数量明显降低，叶绿素含量下 
降，细菌总数减少．同时，系统的净光合生产量减 
少，呼吸量增加．而且 l，4一DNB浓度越高，系统 
代谢变幅越大．但一定时间后各方面均会有好转， 
个别指标可恢复到污染 以前 的水平 ，但浓度越 
大，恢复时间越长，恢复期间的风险越大．从硝基 
苯对莱茵衣藻的影响机理来看 ，它主要通过影响光 
合色素合成、降低光合作用电子传递，降低了藻类 
的光合作用，继而引起生长抑制的[1¨． 
硝基苯取代物(硝基酚、硝基苯、硝基 甲苯和 
苯胺等 )及其它污染物对水生态系统中不 同营养水 
平水生生物(绿藻、水蚤、鲤鱼和罗非鱼等)的急性 
毒性试验显示 ，氯酚的毒性与苯环上氯原子间没有 
关系，但多氯取代物较单氯酚毒性更高．水蚤和鲤 
鱼对氯代烷烃的耐受性高于绿藻．蒽醌的单氯取代 
物对鲤鱼的毒性较氨基、羟基和二氯基较弱，但在 
P位具有取代基的硝基苯化合物对水蚤和鲤鱼的毒 
性极大[2 ]．2，6一二硝基甲苯与 4一硝基甲苯在等毒 
性比条件下对虹鳝鱼的致毒也呈协同作用 ． 
5 结语 
硝基芳烃属低毒或中等毒性类化合物．当含有 
氨基、羟基、卤素取代基时，毒性增加；当含有烷 
基、羟基、磺酸基时，毒性则减弱．而且一般硝基 
越多，毒性越强．主要致毒机理是化合物亲电中心 
与受体分子亲核活性中心发生反应，苯环上硝基的 
数目和位置的差别引起化合物亲电结合能的变化， 
从而影 响 了其生 物活性_2引．硝 基苯 、硝基 甲苯 、 
硝基苯甲醚等因反应活性较弱，毒性较低；二硝基 
苯类化合物因反应活性较高，易发生亲核取代反 
应 ，毒性较高[293． 
由于精细化学工业正在以越来越快的速度增 
长，硝基芳烃类化合物的市场需求仍在飞速增长， 
因此，加强工厂的安全生产、设立缓冲带、实现达 
标排放，并对该类污染物排放水体进行长期的安全 
评价、跟踪监测、有效监管和应急处理，是政府相 
关部门治理环境问题的关键．为了保证水产品的安 
全和方便检测，加强污染水体中底栖生物对该类污 
染物的利用、转化效率，污染物代谢响应机制、水 
产品的代谢积累及可能的遗传问题也是水生态安全 
研究的核心．另外，虽然该类污染物的活性可依据 
其结构有所估计 ]，但随着取代结构的变化和受 
试生物的不同，它们的致毒机理更加复杂多样，而 
且很多深层次的致毒机理仍然是未知的，如间一二 
硝基苯等污染物的遗传毒性、三硝基苯酚的生殖毒 
性等都是非常致命和危险的，但有关它们在水环境 
中的迁移转化规律等知之甚少．因此，进一步深入 
地从食物链角度研究该类 污染物的致毒机理及可能 
的解毒、降毒探索是科学解决该类污染物的有效途 
径． 
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(责任编辑 陈广仁 ) 
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硝基芳烃类污染物对水生态系统的毒理研究述评

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