水体毒性荧光仪ToxY-PAM

toxy-pam——水质总毒性分析荧光仪
schreiber教授因发明pam系列调制叶绿素荧光仪而获得首届光合作用协会（ispr）创新奖

为什么要用叶绿素荧光法测水质毒性？

目前分析水体中环境激素的方法主要是气相色谱/质谱法（gc/ms）、液相色谱/质谱法（lc/ms）和等离子发射光谱/质谱法（icp/ms）等。这几种方法的优点是精密度高，而且可以对每种环境激素的含量分别做出精确测定；其缺点是仪器昂贵，样品前处理复杂，操作需专业人员，操作费时，不能在野外现场进行，且很难对水体中的总环境激素做有效的估计。而在自然水体中通常是多种环境激素同时存在，同时这些环境激素的效应往往有叠加或拮抗作用，因此针对各种环境激素做的单独分析很难正确评价它们对生物的毒性效应。要对水体的毒性进行快速、准确的评估，特别是突发事件发生时的迅速反应，上述3种方法很难满足这方面的需求。

水体中的环境激素均能直接或间接抑制单细胞藻类的光合作用，其中多数除草剂就是通过抑制光合作用来达到除草目的的。叶绿素荧光技术是检测活体植物光合作用变化的常规方法，其优点是快速、灵敏、准确度高、且不破坏样品的完整性。脉冲振幅调制（pam）叶绿素荧光仪是一种研究活体光合作用的仪器，国外自1990年代以来，陆续有人采用叶绿素荧光技术进行水中农药残留的检测，并取得了较大进展，而国内尚无人利用单细胞藻类的光合作用来检测环境激素。conrad等首先利用pam-101/102/103测量可变荧光的方法研究了用单胞藻检测农药含量的可行性，其检测限为100 μg•l-1，远远高于欧盟对饮用水中总农药含量不超过0.5 μg•l-1的标准。merschhemke和jensen利用pam-101/102/103测量叶绿素荧光和氧电极测光合放氧的方法，建立了一种自动藻类生物检测系统（fluox），对莱茵河的水质进行连续监测。它们以铜绿微囊藻为指示生物，发现对阿特拉津（atrazin）的检测限为0.85 μg•l-1。snel等分别利用pam-101/102/103和xe-pam测量大型藻类和单细胞栅藻的电子传递速率以及量子产量的方法，来进行农药的生物检测，发现对利谷隆（linuron）的检测限为0.5-2.5 μg•l-1。trapmann等以类囊体为指示生物，用pam-2000对饮用水进行了农药残留的生物检测，他们以量子产量为指标，发现对dcmu（diuron，敌草隆）的检测限为0.4 μg•l-1。

在以上这些研究的基础上，

2001年，schreiber教授设计了一种用于检测水中毒性物质的双通道水体毒性荧光仪ToxY-PAM，称为toxy-pam。以三角褐指藻为指示生物，toxy-pam对dcmu的检测限达到甚至低于0.1 μg•l-1，这已可以满足欧盟对饮用水中单种农药含量不超过0.1 μg•l-1的标准。自从toxy-pam出现后，schreiber教授先后与欧盟institute for reference materials and measurements（iemm）和澳大利亚环境毒理研究中心（nrcet）合作，试图将这种方法发展成为一种水质检测的标准方法。目前他与nrcet的合作已取得显著进展。他们在水样测试前加了一个预浓缩步骤，从而将toxy-pam的检测限提高到0.1 ng•l-1。

目前国内外对环境激素的检测仍采用传统的化学分析技术，尽管结果准确、灵敏度高，但仪器昂贵、耗时且不能现场操作。由于几乎所有环境激素均可直接或间接抑制光合作用，因此以单细胞微藻为指示生物，利用水体毒性荧光仪ToxY-PAM对水体总毒性进行检测，对于水中环境激素的快速现场检测和预警具有重要意义。

特点与功能
1）双通道荧光仪，以微藻为指示生物，检测水中毒性物质（主要是环境激素）含量

2）可现场测量，测量迅速

3）指示生物（微藻）可自己培养，方法简单，造价极便宜

4）特别适合于水质预警

5）毒性物质以dcmu当量表示（类似于cod）

6）可单机操作，可连接电脑操作

7）可观察毒性物质对指示生物抑制作用的动力学变化

测量参数
f1、fm1、y1、f2、fm2、y2、inh.%和dcmu当量等。

应用领域
以微藻为指示生物，检测水中有毒物质（主要是环境激素）的含量（总毒性），主要应用于环境科学、水生生物学、水质预警、水域生态学、污染生态学、海洋学与湖沼学、毒理学等领域。


技术参数
测量光：蓝色led，470 nm，标准光强10 μmol m-2 s-1 par，升高到高频时光强可升高20倍

信号检测：两个pin光电二极管，带选择性锁相放大器（设计）

饱和脉冲：蓝色led，470 nm，持续时间0.4 s，强度2000

μmol m-2 s-1 par

微处理器：cmos 80c52

部分文献
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. 王丽, 应波, 鄂学礼: 水中敌草隆的叶绿素荧光检测法. 环境与健康杂志 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. 王丽, 应波, 鄂学礼: 水质毒性分析荧光仪检测水中毒性物质的应用. 卫生研究 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.