基于斑馬魚行為變化的水質(zhì)預(yù)警研究.pdf

1、在水環(huán)境整體質(zhì)量下降的同時,各地頻繁發(fā)生的突發(fā)性水污染事件更是給人們正常的生活和生產(chǎn)帶來了巨大風(fēng)險。利用快速、實時的監(jiān)測手段在水質(zhì)突發(fā)污染初期及時做出預(yù)警尤為重要。本研究以斑馬魚群體行為變化為基礎(chǔ),采用視頻追蹤技術(shù)記錄魚群的運動行為規(guī)律,實現(xiàn)模擬水體突發(fā)性污染事故的在線監(jiān)測和預(yù)警,并結(jié)合類似儀器在使用中存在的誤報警率高、穩(wěn)定性差等問題進行研究,為基于魚類行為變化的水質(zhì)預(yù)警更好的應(yīng)用提供參考和依據(jù)。
　　在確定水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的最佳運行

2、環(huán)境和監(jiān)測條件的基礎(chǔ)上,研究典型重金屬(Cd2+、Cr6+、Hg2+和Cu2+)和農(nóng)藥(敵敵畏、樂果、溴氰菊酯和氯氰菊酯)突發(fā)暴露下斑馬魚行為變化規(guī)律。結(jié)果表明,斑馬魚在0.1TU(Toxic Unit)暴露下即表現(xiàn)出反應(yīng)明顯的行為反應(yīng)。各項行為指標(biāo)的變化具有一定的時序和層次性,即行為強度過度活躍和魚群集群是第一反應(yīng),隨著暴露時間的增長,行為強度不斷下降,魚群失去原有通訊和群體性的同時,運動高度和分形維數(shù)才開始發(fā)生變化。
　　行為

3、強度的變化根據(jù)暴露濃度的不同可分為三種情況:(1)?0.01TU,無調(diào)節(jié);(2)0.01~1TU,剛接觸到污染物時行為強度急劇增大,維持一定時間以后開始下降,最終穩(wěn)定在暴露前或者低于暴露前水平;(3)?2TU,行為強度直接下降。除有明顯顏色和氣味的污染物(如 Cr6+和樂果)暴露外,其他污染物暴露下斑馬魚過度活躍的持續(xù)時間(T1),高度開始變化時間(T2)和濃度呈顯著的對數(shù)相關(guān),且隨著暴露濃度的增大,T1和T2的時間差距越來越小。

4、>　　在幾種典型農(nóng)藥暴露下,斑馬魚通過調(diào)節(jié)腦部乙酰膽堿酯酶(AChE)活性而對神經(jīng)系統(tǒng)的作用與其刺激暴露導(dǎo)致行為強度的變化存在良好的線性關(guān)系(p<0.01,r2=0.7103),而重金屬暴露下并沒有(p>0.05,r2=0.0646)?？寡趸烙?CAT和GSH)活性和脂質(zhì)化水平(MDA)在不同組織的1h附近達到最大值,而同一毒性濃度的行為強度開始下降的時間基本在50~80min,基本發(fā)生在同一時段。說明斑馬魚體內(nèi)能量利用分配機制發(fā)生

5、著改變,同時也證明能量更多的從運動行為轉(zhuǎn)化到組織細胞響應(yīng)的解毒過程中。
　　正常斑馬魚對光照刺激有明顯的驚恐反應(yīng),但受污染物毒性作用影響神經(jīng)或組織損傷的斑馬魚對光照刺激的驚恐反應(yīng)則明顯減弱。利用光照刺激的這一特性,建議以500lx的光照強度,在2min刺激時長下,以速度均值差低于10mm/s,轉(zhuǎn)次均值差低于3n./10s作為驗證毒性反應(yīng)為真的條件。
　　綜合以上,本研究中所監(jiān)測的個體行為指標(biāo)(速度、轉(zhuǎn)次和高度)和群體行為指標(biāo)

6、(平均距離、分散度和分形維數(shù))可有效反應(yīng)斑馬魚的行為響應(yīng)過程,在掌握斑馬魚行為變化規(guī)律的基礎(chǔ)上建立的水質(zhì)預(yù)警模型可實現(xiàn)水質(zhì)預(yù)警和污染水平評估。進一步討論斑馬魚的行為反應(yīng)與魚內(nèi)在調(diào)節(jié)機制的關(guān)系,為利用魚類的行為反應(yīng)進行水質(zhì)監(jiān)測預(yù)警的可靠性及可行性提供毒性基礎(chǔ)及內(nèi)在依據(jù)。并首次提出利用光照刺激反應(yīng)進行毒性行為真假檢驗,降低設(shè)備誤報警率。與傳統(tǒng)的以個體魚和單一行為反應(yīng)為監(jiān)測對象的方式相比,以斑馬魚魚群為基礎(chǔ)的水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)能夠獲得更加全面、