水生毒理学视角/第一部分：绪论

水生生物对我们的星球至关重要。浮游植物、藻类浮游生物和海带是地球氧气的主要来源。它们吸收并储存二氧化碳，维持适宜的气候。它们还在全球氮循环中发挥着重要作用，并支持水生动物，如鱼类、软体动物、海绵和珊瑚。水生生物有助于维持地球的生态系统，并有助于保护其丰富的生物多样性，以及提供食物、医药、生计、旅游和休闲机会1。

因此，保护地球丰富而多样化的水生生物，并应对水生生物面临的许多威胁，包括气候变化、栖息地破坏、过度捕捞、入侵物种的引入和化学污染2，至关重要。本章将重点关注化学污染。通过了解化学物质如何影响水生生物，可以最大限度地减少和更好地管理对水生生物的风险。

环境中存在超过140,000种人造化学物质3，仅美国每年就生产2000种新化学物质4。可以想象，水生生物在急性（短期）和慢性（长期）基础上暴露于许多这些化学物质，尽管缺乏数据表明有多少这些化学物质被释放到各种水体中。化学暴露会影响生物体的生长、发育、繁殖力、行为和存活等多种生物过程。因此，在将化学物质释放到环境之前对其进行毒性测试非常重要，以确定可接受的最大毒物浓度（参见本章第二部分），并保护物种免受潜在的危害。

毒性测试是为了确定化学物质在受控环境中对生物体的损害程度。它有四个主要目标

a.    获取各种化学物质的毒性和暴露数据

b.    帮助估计和管理各种化学物质带来的风险

c.     帮助制定化学品法规和环境标准

d.    根据化学物质对各种物种的毒性程度对化学物质进行分类

剂量决定毒性。几乎每种化学物质都能够确定安全和不安全剂量或浓度。例如，地球上毒性最强的物质肉毒杆菌毒素，是由细菌产生的，即使是微量剂量也可能致人死亡，但它可以在肉毒杆菌毒素中安全使用5。

风险是毒性和暴露的函数。一种化学物质可能具有很高的毒性，但如果它从未进入水体（即没有暴露），它对水生生物的风险为零。环境中允许的最大化学物质浓度是基于它对各种物种的风险。可接受的“安全”浓度通常是不会伤害95%物种的浓度。

通过进行毒性测试可以解答许多问题

a.    在什么浓度下，化学物质对生物体无毒？在什么浓度下是有毒的？

b.    短期和长期化学暴露可以观察到哪些影响？

c.     对于一个生物体来说，哪些化学物质的毒性最大和最小？

d.    哪些生物体对某种化学物质最敏感或最不敏感？

e.    一个生物体的某些生命阶段是否更敏感？

f.     某些环境条件是否会使化学物质毒性更强？

g.    化学物质在实验室和外部环境中的毒性是否相似？

h.    混合化学物质的影响是什么？

等等。

当废水和污水排放到水体中时，水生生物可能会接触到化学物质。有时，化学物质会通过石油泄漏或农业田地的径流意外进入水中。空气中存在的化学物质可以直接沉积到水体中（干沉降），也可以通过降雨、降雪和雾（湿沉降）沉积到水体中。水体中常见的化学物质包括洗涤剂、肥料、杀虫剂、药物、食品和化妆品防腐剂、厨房用具和塑料中使用的化学物质以及金属6-8。水生动物，如鱼类，可以通过它们的鳃摄取这些化学物质，通过它们的体表吸收它们，或吞食它们。具有维管束系统的陆生植物可以通过它们的表皮表面或根部吸收化学物质。没有完全浸没在水中的植物可以通过气孔吸收空气中的化学物质。

化学性质和水生生物类型决定了化学物质的摄取、分布、储存、代谢和排泄方式。疏水性（亲脂性）化学物质更容易进入鱼类的体内，而温暖的温度通常会增加摄取量，因为脂肪会变得更像液体。较小、不带电荷的分子也更容易穿过细胞膜。亲水性（亲水性）化学物质更容易通过循环系统运输。另一方面，疏水性化学物质更容易与分子结合并在脂肪体中积累。虽然化学物质的储存从短期来看是具有保护作用的（它们不能自由移动和起作用），但它们可能会在以后释放并引起毒性。这种情况通常发生在生物体为了更大的能量需求而分解脂肪时，例如，在疾病、饥饿或繁殖期间。

物种的代谢酶通常会改变化学物质，以解毒其影响，但这种改变有时会使化学物质的毒性更强。含有大量卤素原子（如氯和氟）的化学物质通常很难改变。许多水生动物通过它们的鳃或皮肤排出化学物质。有关化学物质生物转化的更多详细信息，请参阅本书中的“异生物质生物转化”一章。

化学物质暴露可以通过诸如生长减少、发育延迟、生育力下降和行为改变等方式直接杀死或伤害水生生物，或者通过杀死其猎物来减少或消除其食物供应，或者通过栖息地破坏来限制其庇护所。这会导致对食物和庇护所的竞争加剧，扰乱食物网，并改变生态平衡。