toxy-pam——水質(zhì)總毒性分析熒光儀
schreiber教授因發(fā)明pam系列調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x而獲得首屆光合作用協(xié)會(huì)（ispr）創(chuàng)新獎(jiǎng)

為什么要用葉綠素?zé)晒夥y(cè)水質(zhì)毒性？

目前分析水體中環(huán)境激素的方法主要是氣相色譜/質(zhì)譜法（gc/ms）、液相色譜/質(zhì)譜法（lc/ms）和等離子發(fā)射光譜/質(zhì)譜法（icp/ms）等。這幾種方法的優(yōu)點(diǎn)是精密度高，而且可以對(duì)每種環(huán)境激素的含量分別做出精確測(cè)定；其缺點(diǎn)是儀器昂貴，樣品前處理復(fù)雜，操作需專(zhuān)業(yè)人員，操作費(fèi)時(shí)，不能在野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，且很難對(duì)水體中的總環(huán)境激素做有效的估計(jì)。而在自然水體中通常是多種環(huán)境激素同時(shí)存在，同時(shí)這些環(huán)境激素的效應(yīng)往往有疊加或拮抗作用，因此針對(duì)各種環(huán)境激素做的單獨(dú)分析很難正確評(píng)價(jià)它們對(duì)生物的毒性效應(yīng)。要對(duì)水體的毒性進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的評(píng)估，特別是突發(fā)事件發(fā)生時(shí)的迅速反應(yīng)，上述3種方法很難滿足這方面的需求。

水體中的環(huán)境激素均能直接或間接抑制單細(xì)胞藻類(lèi)的光合作用，其中多數(shù)除草劑就是通過(guò)抑制光合作用來(lái)達(dá)到除草目的的。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)是檢測(cè)活體植物光合作用變化的常規(guī)方法，其優(yōu)點(diǎn)是快速、靈敏、準(zhǔn)確度高、且不破壞樣品的完整性。脈沖振幅調(diào)制（pam）葉綠素?zé)晒鈨x是一種研究活體光合作用的儀器，國(guó)外自1990年代以來(lái)，陸續(xù)有人采用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)進(jìn)行水中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)，并取得了較大進(jìn)展，而國(guó)內(nèi)尚無(wú)人利用單細(xì)胞藻類(lèi)的光合作用來(lái)檢測(cè)環(huán)境激素。conrad等首先利用pam-101/102/103測(cè)量可變熒光的方法研究了用單胞藻檢測(cè)農(nóng)藥含量的可行性，其檢測(cè)限為100 μg•l-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歐盟對(duì)飲用水中總農(nóng)藥含量不超過(guò)0.5 μg•l-1的標(biāo)準(zhǔn)。merschhemke和jensen利用pam-101/102/103測(cè)量葉綠素?zé)晒夂脱蹼姌O測(cè)光合放氧的方法，建立了一種自動(dòng)藻類(lèi)生物檢測(cè)系統(tǒng)（fluox），對(duì)萊茵河的水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。它們以銅綠微囊藻為指示生物，發(fā)現(xiàn)對(duì)阿特拉津（atrazin）的檢測(cè)限為0.85 μg•l-1。snel等分別利用pam-101/102/103和xe-pam測(cè)量大型藻類(lèi)和單細(xì)胞柵藻的電子傳遞速率以及量子產(chǎn)量的方法，來(lái)進(jìn)行農(nóng)藥的生物檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)對(duì)利谷隆（linuron）的檢測(cè)限為0.5-2.5 μg•l-1。trapmann等以類(lèi)囊體為指示生物，用pam-2000對(duì)飲用水進(jìn)行了農(nóng)藥殘留的生物檢測(cè)，他們以量子產(chǎn)量為指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)對(duì)dcmu（diuron，敵草隆）的檢測(cè)限為0.4 μg•l-1。

在以上這些研究的基礎(chǔ)上，

2001年，schreiber教授設(shè)計(jì)了一種用于檢測(cè)水中毒性物質(zhì)的雙通道水體毒性熒光儀ToxY-PAM，稱(chēng)為toxy-pam。以三角褐指藻為指示生物，toxy-pam對(duì)dcmu的檢測(cè)限達(dá)到甚至低于0.1 μg•l-1，這已可以滿足歐盟對(duì)飲用水中單種農(nóng)藥含量不超過(guò)0.1 μg•l-1的標(biāo)準(zhǔn)。自從toxy-pam出現(xiàn)后，schreiber教授先后與歐盟institute for reference materials and measurements（iemm）和澳大利亞環(huán)境毒理研究中心（nrcet）合作，試圖將這種方法發(fā)展成為一種水質(zhì)檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法。目前他與nrcet的合作已取得顯著進(jìn)展。他們?cè)谒畼訙y(cè)試前加了一個(gè)預(yù)濃縮步驟，從而將toxy-pam的檢測(cè)限提高到0.1 ng•l-1。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境激素的檢測(cè)仍采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析技術(shù)，盡管結(jié)果準(zhǔn)確、靈敏度高，但儀器昂貴、耗時(shí)且不能現(xiàn)場(chǎng)操作。由于幾乎所有環(huán)境激素均可直接或間接抑制光合作用，因此以單細(xì)胞微藻為指示生物，利用水體毒性熒光儀ToxY-PAM對(duì)水體總毒性進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于水中環(huán)境激素的快速現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和預(yù)警具有重要意義。

特點(diǎn)與功能
1）雙通道熒光儀，以微藻為指示生物，檢測(cè)水中毒性物質(zhì)（主要是環(huán)境激素）含量

2）可現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，測(cè)量迅速

3）指示生物（微藻）可自己培養(yǎng)，方法簡(jiǎn)單，造價(jià)極便宜

4）特別適合于水質(zhì)預(yù)警

5）毒性物質(zhì)以dcmu當(dāng)量表示（類(lèi)似于cod）

6）可單機(jī)操作，可連接電腦操作

7）可觀察毒性物質(zhì)對(duì)指示生物抑制作用的動(dòng)力學(xué)變化

測(cè)量參數(shù)
f1、fm1、y1、f2、fm2、y2、inh.%和dcmu當(dāng)量等。

應(yīng)用領(lǐng)域
以微藻為指示生物，檢測(cè)水中有毒物質(zhì)（主要是環(huán)境激素）的含量（總毒性），主要應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、水生生物學(xué)、水質(zhì)預(yù)警、水域生態(tài)學(xué)、污染生態(tài)學(xué)、海洋學(xué)與湖沼學(xué)、毒理學(xué)等領(lǐng)域。


技術(shù)參數(shù)
測(cè)量光：藍(lán)色led，470 nm，標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)10 μmol m-2 s-1 par，升高到高頻時(shí)光強(qiáng)可升高20倍

信號(hào)檢測(cè)：兩個(gè)pin光電二極管，帶選擇性鎖相放大器（設(shè)計(jì)）

飽和脈沖：藍(lán)色led，470 nm，持續(xù)時(shí)間0.4 s，強(qiáng)度2000

μmol m-2 s-1 par

微處理器：cmos 80c52

部分文獻(xiàn)
1. escher bi, bramaz n, mueller jf, quayle p, rutishauser s, vermeirssen elm: toxic equivalent concentrations (teqs) for baseline toxicity and specific modes of action as a tool to improve interpretation of ecotoxicity testing of environmental samples. journal of environmental monitoring 2008;10:612-621.

2. knauert s, knauer k: the role of reactive oxygen species in copper toxicity to two freshwater green algae. journal of phycology 2008;44:311-319.

3. lópez-rodas v, marvá f, rouco m, costas e, flores-moya a: adaptation of the chlorophycean dictyosphaerium chlorelloides to stressful acidic, mine metal-rich waters as result of pre-se-lective mutations. chemosphere 2008;72:703-707.

4. lópez-rodas v, perdigones n, marvá f, rouco m, garcía-cabrera ja: adaptation of phytoplankton to novel residual materials of water pollution: an experimental model analysing the evolution of an experimental microalgal population under formaldehyde contamination bulletin of environmental contamination and toxicology 2008;80:158-162.

5. magnusson m, heimann k, negri ap: comparative effects of herbicides on photosynthesis and growth of tropical estuarine microalgae marine pollution bulletin 2008;56:1545-1552.

6. muller r, schreiber u, escher bi, quayle p, nash smb, mueller jf: rapid exposure assessment of psii herbicides in surface water using a novel chlorophyll a fluorescence imaging assay science of the total environment 2008;401:1-3.

7. sánchez-fortún s, marvá f, d"ors a, costas e: inhibition of growth and photosynthesis of se-lected green microalgae as tools to evaluate toxicity of dodecylethyldimethyl-ammonium bromide ecotoxicology 2008;17:229-234.

8. vallotton n, eggen ril, chèvre n: effect of sequential isoproturon pulse exposure on scenedesmus vacuolatus archives of environmental contamination and toxicology 2008:in press.

9. 王麗, 應(yīng)波, 鄂學(xué)禮: 水中敵草隆的葉綠素?zé)晒鈾z測(cè)法. 環(huán)境與健康雜志 2008;25:539-541.

10. costas e, flores-moya a, perdigones n, maneiro e, blanco jl, garcía me, lópez-rodas v: how eukaryotic algae can adapt to the spain"s rio tinto: a neo-darwinian proposal for rapid adaptation to an extremely hostile ecosystem. new phytologist 2007;175:334-339.

11. knauer k, sobek a, bucheli td: reduced toxicity of diuron to the freshwater green alga pseudokirchneriella subcapitata in the presence of black carbon. aquatic toxicology 2007;83:143-148.

12. muller r, tang jy, thier r, mueller jf: combining passive sampling and toxicity testing for evaluation of mixtures of polar organic chemicals in sewage treatment plant effluent. journal of environmental monitoring 2007;9:104-109.

13. ralph pj, smith ra, macinnis-ng cmo, seery cr: use of fluorescence-based ecotoxicological bioassays in monitoring toxicants and pollution in aquatic systems: review toxicological & environmental chemistry, 2007;89:589-607.

14. bengtson nash sm, goddard j, muller jf: phytotoxicity of surface waters of the thames and brisbane river estuaries: a combined chemical analysis and bioassay approach for the comparison of two systems. biosensors and bioelectronics 2006;21:2086-2093.

15. seery cr, gunthorpe l, ralph pj: herbicide impact on hormosira banksii gametes measured by fluorescence and germination bioassays. environmental pollution 2006;140:43-51.

16. 王麗, 應(yīng)波, 鄂學(xué)禮: 水質(zhì)毒性分析熒光儀檢測(cè)水中毒性物質(zhì)的應(yīng)用. 衛(wèi)生研究 2006;35:254-256.

17. bengtson nash sm, mcmahon k, eaglesham g, muller jf: application of a novel phytotoxicity assay for the detection of herbicides in hervey bay and the great sandy straits. marine pollution bulletin 2005;51:351-360.

18. bengtson nash sm, quayle pa, schreiber u, muller jf: the se-lection of a model microalgal species as biomaterial for a novel aquatic phytotoxicity assay. aquatic toxicology 2005;72:315-326.

19. bengtson nash sm, schreiber u, ralph pj, müllera jf: the combined spe:toxy-pam phytotoxicity assay; application and appraisal of a novel biomonitoring tool for the aquatic environment. biosensors and bioelectronics 2005;20:1443-1451.

20. escher bi, bramaz n, eggen ril, richter m: in vitro assessment of modes of toxic action of pharmaceuticals in aquatic life. environmental science and technology 2005;39:3090-3100.

21. niederer c, behra r, harder a, schwarzenbach rp, escher bi: mechanistic approaches for evaluating the toxicity of reactive organochlorines and epoxides in green algae. environmental toxicology and chemistry 2004;23:697-704.

22. schreiber u, müller jf, haugg a, gademann r: new type of dual-channel pam chlorophyll fluorometer for highly sensitive water toxicity biotests. photosynthesis research 2002;74:317–330.