toxy-pam——水質總毒性分析熒光儀
schreiber教授因發(fā)明pam系列調制葉綠素熒光儀而獲得首屆光合作用協(xié)會（ispr）創(chuàng)新獎

為什么要用葉綠素熒光法測水質毒性？

目前分析水體中環(huán)境激素的方法主要是氣相色譜/質譜法（gc/ms）、液相色譜/質譜法（lc/ms）和等離子發(fā)射光譜/質譜法（icp/ms）等。這幾種方法的優(yōu)點是精密度高，而且可以對每種環(huán)境激素的含量分別做出精確測定；其缺點是儀器昂貴，樣品前處理復雜，操作需專業(yè)人員，操作費時，不能在野外現(xiàn)場進行，且很難對水體中的總環(huán)境激素做有效的估計。而在自然水體中通常是多種環(huán)境激素同時存在，同時這些環(huán)境激素的效應往往有疊加或拮抗作用，因此針對各種環(huán)境激素做的單獨分析很難正確評價它們對生物的毒性效應。要對水體的毒性進行快速、準確的評估，特別是突發(fā)事件發(fā)生時的迅速反應，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胞藻類的光合作用，其中多數(shù)除草劑就是通過抑制光合作用來達到除草目的的。葉綠素熒光技術是檢測活體植物光合作用變化的常規(guī)方法，其優(yōu)點是快速、靈敏、準確度高、且不破壞樣品的完整性。脈沖振幅調制（pam）葉綠素熒光儀是一種研究活體光合作用的儀器，國外自1990年代以來，陸續(xù)有人采用葉綠素熒光技術進行水中農藥殘留的檢測，并取得了較大進展，而國內尚無人利用單細胞藻類的光合作用來檢測環(huán)境激素。conrad等首先利用pam-101/102/103測量可變熒光的方法研究了用單胞藻檢測農藥含量的可行性，其檢測限為100 μg•l-1，遠遠高于歐盟對飲用水中總農藥含量不超過0.5 μg•l-1的標準。merschhemke和jensen利用pam-101/102/103測量葉綠素熒光和氧電極測光合放氧的方法，建立了一種自動藻類生物檢測系統(tǒng)（fluox），對萊茵河的水質進行連續(xù)監(jiān)測。它們以銅綠微囊藻為指示生物，發(fā)現(xiàn)對阿特拉津（atrazin）的檢測限為0.85 μg•l-1。snel等分別利用pam-101/102/103和xe-pam測量大型藻類和單細胞柵藻的電子傳遞速率以及量子產量的方法，來進行農藥的生物檢測，發(fā)現(xiàn)對利谷?。╨inuron）的檢測限為0.5-2.5 μg•l-1。trapmann等以類囊體為指示生物，用pam-2000對飲用水進行了農藥殘留的生物檢測，他們以量子產量為指標，發(fā)現(xiàn)對dcmu（diuron，敵草隆）的檢測限為0.4 μg•l-1。

在以上這些研究的基礎上，

2001年，schreiber教授設計了一種用于檢測水中毒性物質的雙通道水體毒性熒光儀ToxY-PAM，稱為toxy-pam。以三角褐指藻為指示生物，toxy-pam對dcmu的檢測限達到甚至低于0.1 μg•l-1，這已可以滿足歐盟對飲用水中單種農藥含量不超過0.1 μg•l-1的標準。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)展成為一種水質檢測的標準方法。目前他與nrcet的合作已取得顯著進展。他們在水樣測試前加了一個預濃縮步驟，從而將toxy-pam的檢測限提高到0.1 ng•l-1。

目前國內外對環(huán)境激素的檢測仍采用傳統(tǒng)的化學分析技術，盡管結果準確、靈敏度高，但儀器昂貴、耗時且不能現(xiàn)場操作。由于幾乎所有環(huán)境激素均可直接或間接抑制光合作用，因此以單細胞微藻為指示生物，利用水體毒性熒光儀ToxY-PAM對水體總毒性進行檢測，對于水中環(huán)境激素的快速現(xiàn)場檢測和預警具有重要意義。

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

2）可現(xiàn)場測量，測量迅速

3）指示生物（微藻）可自己培養(yǎng)，方法簡單，造價極便宜

4）特別適合于水質預警

5）毒性物質以dcmu當量表示（類似于cod）

6）可單機操作，可連接電腦操作

7）可觀察毒性物質對指示生物抑制作用的動力學變化

測量參數(shù)
f1、fm1、y1、f2、fm2、y2、inh.%和dcmu當量等。

應用領域
以微藻為指示生物，檢測水中有毒物質（主要是環(huán)境激素）的含量（總毒性），主要應用于環(huán)境科學、水生生物學、水質預警、水域生態(tài)學、污染生態(tài)學、海洋學與湖沼學、毒理學等領域。


技術參數(shù)
測量光：藍色led，470 nm，標準光強10 μmol m-2 s-1 par，升高到高頻時光強可升高20倍

信號檢測：兩個pin光電二極管，帶選擇性鎖相放大器（設計）

飽和脈沖：藍色led，470 nm，持續(xù)時間0.4 s，強度2000

μmol m-2 s-1 par

微處理器：cmos 80c52

部分文獻
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, 應波, 鄂學禮: 水中敵草隆的葉綠素熒光檢測法. 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, 應波, 鄂學禮: 水質毒性分析熒光儀檢測水中毒性物質的應用. 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.