溶解态与颗粒态微污染物混合体在里约热内卢地表水中的体外与化学评估及全球趋势对比

推荐：针对发展中国家水体微污染物复合效应研究不足的问题，研究人员采用AhR、PPARγ、ERα等7种体外生物检测技术结合化学分析，系统评估了巴西瓜杜河流域水相与悬浮颗粒相(SPM)的生态风险。发现雌激素活性(ERα)是最主要风险驱动因子，SPM对细胞毒性贡献显著，检测到的269种化学品仅能解释1%的生物效应，揭示了热带发展中国家水体污染与全球趋势的相似性。

　　

在人口增长和工农业发展的双重压力下，地表水中新兴污染物(CECs)的混合暴露已成为全球性环境挑战。虽然欧美国家已建立较完善的监测体系，但发展中国家特别是拉丁美洲地区仍存在显著研究空白。更棘手的是，传统化学分析方法仅能识别有限数量的优先污染物，而悬浮颗粒物(SPM)相常被忽视，导致对水体总毒性负荷的低估。巴西里约热内卢作为人口超千万的超级都市，其核心水源瓜杜河流域正面临污水处理不足、农业径流和气候变化的多重威胁，2020年曾爆发严重水质危机。

针对这一严峻现状，里约热内卢州立大学联合德国亥姆霍兹环境研究中心(UFZ)的科研团队，在《Environment International》发表了突破性研究成果。研究创新性地结合7种高通量体外生物检测(AhR-CALUX、PPARγ-GeneBLAzer、ERα-GeneBLAzer等)与高分辨质谱(LC-HRMS)技术，对瓜杜河干流及两条关键支流进行了干湿季采样，同步分析水相和SPM相中600余种污染物。通过效应基准触发值(EBT)评估和"冰山模型"分析，首次系统揭示了热带发展中国家水体微污染物混合效应的特征谱。

关键技术方法包括：1) 同步富集水相(0.45μm过滤)和SPM相(超声萃取)样品；2) 应用SH-SY5Y细胞神经毒性、AREc32细胞氧化应激等新型生物检测体系；3) 建立相对效能因子(REP)数据库进行化学-生物效应关联分析；4) 采用自动化生物检测数据评估流程(R-workflows)处理高通量数据。

研究结果

3.1 生物检测结果
所有样本均显示神经毒性和AhR激活效应，ERα活性(EEQ 0.50-30.76 ng_E2/L)成为最敏感且超标最严重的终点，特异性比值(SR)最高达10倍。SPM对细胞毒性贡献率达10-50%，但对特定效应的贡献普遍低于水相。

3.3 特异性效应
瓜杜河干流BEQ_bio,water显著高于支流，其中ERα活性超标达16.2倍(干流)和91.6倍(支流)。SPM相贡献率f_SPM在AhR(3-50%)、PPARγ(中值>10%)等端点表现突出，但很少成为EBT超标的决定性因素。

3.5 微污染物赋存特征
检出的269种化学品中，药品(29%)和农药(26%)占比最高。双氯芬酸(Diclofenac)、卡马西平(Carbamazepine)等药物标记物检出率>75%，但SPM相中聚合物添加剂显著富集。

3.6 冰山模型与毒性驱动因子
目标化学物仅能解释<1%的生物效应，其中1,2-苯并异噻唑啉酮(神经毒性)、敌草隆(Diuron)(AhR激活)和苯并噻唑(SPM相AhR激活)被鉴定为关键驱动因子。

3.7 全球水质对比
ERα活性在全球范围内普遍超标(10-100倍EBT)，而氧化应激(AREc32)和PPARγ激活风险较低。巴西水体的生物效应谱与欧亚地区高度相似。

这项研究首次证实：1) 热带发展中国家水源面临的微污染挑战与发达国家具有同质性，ERα激活是普适性风险指标；2) SPM相是毒性负荷不可忽视的组成部分，尤其在暴雨事件中可能增强风险；3) 传统化学监测会严重低估实际生态风险，亟需推广效应导向分析。研究建立的综合评估框架为SDG6(清洁饮水和卫生设施)目标实现提供了科学工具，特别为缺乏完善监测体系的发展中国家指明了水质管理优化方向。团队建议将SPM相纳入常规监测，并优先管控雌激素活性物质，这对保障里约热内卢千万人口饮水安全具有重大实践价值。