光照刺激识别斑马鱼异常行为在水质预警中的真伪研究

１８给水排水Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．８２０１５光照刺激识别斑马鱼异常行为在水质预警中的真伪研究韩小波１黄毅２凌睿３张金松１（１深圳市水务（集团）有限公司，深圳５１８０３１；２西安工业大学，西安７１００２１；３哈尔滨工业大学深圳研究生院，深圳５１８０５５）摘要研究利用光照的短暂刺激来判断斑马鱼毒性行为反应的真假，并通过试验确定其检验条件和判断标准，以增强类似仪器在实际使用中的稳定性和准确性。即选择光照强度为５００ｌｘ，刺激时长为２ｍｉｎ，在暴露后的２～３ｈ内可间隔１０～３０ｍｉｎ刺激１次。比较刺激前后２ｍｉｎ内的平均速度差和平均转次差，若平均速度差低于１０ｍｍ／ｓ，平均转次差低于３次／１０ｓ，则认为报警为真，即确定是水质污染事件。关键词生物监测回避反应游动速度游动深度ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆａｂｎｏｒｍａｌｚｅｂｒａｆｉｓｈｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｗａｒｎｉｎｇｂｙｌｉｇｈｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎＨａｎＸｉａｏｂｏ１，ＨｕａｎｇＹｉ２，ＬｉｎｇＲｕｉ３，ＺｈａｎｇＪｉｎｓｏｎｇ１（１．ＳｈｅｎｚｈｅｎＷａｔｅｒＧｒｏｕｐ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＸｉａｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉａｎ７１００２１，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｈｅｎｚｈｅｎＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０５５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｗａｒｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｈｏｒｔｌｉｇｈｔｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎａｂｎｏｒｍａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｚｅｂｒａｆｉｓｈｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｔｅｓｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｃｒｉｔｅｒｉａｏｆｌｉｇｈｔｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆ５００ｌｘ，ｔｈｅｂｅｓｔｄｕｒａｔｉｏｎｆｏｒｓｔｉｍｕｌａｔｅｗａｓ２ｍｉｎｕｔｅｓａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｔｉｍｅｉｎｔｅｒ－ｖａｌｗａｓ１０～３０ｍｉｎａｆｔｅｒ２～３ｈｅｘｐｏｓｕｒｅ．Ｔｈｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｏｆａｌａｒｍｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓｔｈｅａｖｅｒａｇｅｓｐｅｅｄｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆ１０ｍｍ／ｓａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｔｕｒｎｓｏｆ３ｎ／１０ｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｂｉｏ－ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；Ａｖｏｉｄａｎｃｅｒｅａｃｔｉｏｎ；Ｓｗｉｍｍｉｎｇｓｐｅｅｄ；Ｓｗｉｍｍｉｎｇｄｅｐｔｈ广东省教育部产学研结合项目（２０１２Ｂ０９１０００１１０）。监测污染胁迫下斑马鱼的行为变化是进行水质预警的有效手段［１］。与其他生物监测仪器相比，以鱼类行为变化为基础的水质生物在线预警系统具有更好的稳定性、可靠性、管理方便且运行费用低，是水源地、河流、污水处理厂等监测水质变化的最佳选择［２］。但在实际环境中，因被监测水质不断波动变化，如浊度、溶解氧、水箱水更新时间等都有可能成为导致鱼的行为发生变化的物理胁迫因子，这些胁迫因子能够引起鱼类机体神经、内分泌调节等一系列的应急和应激反应［３］。且其行为响应方式和化学污染物暴露下相似，即表现出速度和转次在第一时间内突然增大的逃避反应，从而给水质监测系统提供错误信号，严重影响监测的准确和稳定性。因此，找到合理的方法能够辨别出斑马鱼毒性行为反应的真假对其在水质监测中的实际应用具有重要作用。惊恐反应是指斑马鱼在经过一短时间的适应后，当其所在区域中光线突然变亮或变暗时会有一个迅速逃离该区域的行为反应［４］。而在污染物暴露下，斑马鱼因直接与化学物质接触，可吸收累积并对其神经或组织系统造成不可逆的损伤，使其对于光照刺激的反应强度明显降低或无反应［５］。故考虑利用光照的短暂刺激来判断毒性反应的真假，通过试DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2015.0260给水排水Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．８２０１５１９验确定验证方法和判断条件。１试验材料和方法１．１斑马鱼的培养斑马鱼由中国科学院武汉水生所提供，本实验室饲养繁殖。采用流水式培养，养殖用水为脱氯自来水，水温为（２８±１）℃，溶解氧为（６．５±０．２）ｍｇ／Ｌ，光照周期为１０ｈ∶１４ｈ，每天投食２～３次。选择鱼龄为６～８个月，体长为（３０±０．２）ｍｍ，体重为（３００±０．２）ｍｇ的斑马鱼，每组试验用鱼５条，雌雄比例为３∶２，试验前２４ｈ不喂食。１．２试验试剂氯化镉（ＣｄＣｌ２，分析纯，阿拉丁），溴氰菊酯（ＤＭ，２．５％悬浮剂，中国标准物质中心）；使用前先用二甲基亚砜配置成浓