基于斑馬魚行為變化的水質預警研究.pdf

1、在水環(huán)境整體質量下降的同時,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帶來了巨大風險。利用快速、實時的監(jiān)測手段在水質突發(fā)污染初期及時做出預警尤為重要。本研究以斑馬魚群體行為變化為基礎,采用視頻追蹤技術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)測和預警,并結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預警更好的應用提供參考和依據(jù)。
　　在確定水質監(jiān)測設備的最佳運行

2、環(huán)境和監(jiān)測條件的基礎上,研究典型重金屬(Cd2+、Cr6+、Hg2+和Cu2+)和農藥(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。結果表明,斑馬魚在0.1TU(Toxic Unit)暴露下即表現(xiàn)出反應明顯的行為反應。各項行為指標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,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,且隨著暴露濃度的增大,T1和T2的時間差距越來越小。

4、>　　在幾種典型農藥暴露下,斑馬魚通過調節(jié)腦部乙酰膽堿酯酶(AChE)活性而對神經系統(tǒng)的作用與其刺激暴露導致行為強度的變化存在良好的線性關系(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化到組織細胞響應的解毒過程中。
　　正常斑馬魚對光照刺激有明顯的驚恐反應,但受污染物毒性作用影響神經或組織損傷的斑馬魚對光照刺激的驚恐反應則明顯減弱。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,轉次均值差低于3n./10s作為驗證毒性反應為真的條件。
　　綜合以上,本研究中所監(jiān)測的個體行為指標(速度、轉次和高度)和群體行為指標

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