综述：基于原生生物的淡水生态系统三氯生生物多样性保护基准

这篇综述创新性地将原生生物毒性数据纳入物种敏感度分布模型（SSD），通过多营养级生物毒性测试重新评估了三氯生（TCS）的预测无效应浓度（PNEC）。研究揭示了原生生物Paramecium sp.对TCS的高敏感性（96 h-EC50=149 μg/L），提出短期PNEC为1 μg/L、长期PNEC为0.021 μg/L的淡水生态保护阈值，为TCS环境管理提供了更科学的保守性标准。

　　

摘要

全球三氯生（TCS）消毒剂的广泛使用对淡水生物多样性构成威胁，而传统物种敏感度分布（SSD）模型因忽略次级营养级原生生物数据，导致预测无效应浓度（PNEC）被高估。本研究通过急性与慢性毒性实验获得四种原生生物（Paramecium sp.、Colpoda sp.、Blepharisma sp.和Tetrahymena sp.）的毒性参数，并建立包含64种淡水生物的急性毒性数据集和35种生物的慢性毒性数据集。相对耐受性测试显示，Paramecium sp.的敏感性介于藻类R. subcapitata（EC₅₀=0.97 μg/L）与大型溞D. magna（EC₅₀=208.8 μg/L）之间。Z评分分析证实不同生物类群对TCS的敏感性差异显著，优先选用敏感物种数据构建SSD模型可避免耐受物种主导。最终得出TCS的短期PNEC为1 μg/L，长期PNEC为0.021 μg/L，为淡水生物多样性保护提供了更精准的科学依据。

1. 引言

COVID-19大流行后，抗菌剂使用量激增，TCS作为典型脂溶性抗菌剂，其环境浓度在表层水体中已达1.4-40,000 ng/L。TCS通过抑制烯酰载体蛋白还原酶（ENR）干扰脂质合成，对鱼类胚胎（如斑马鱼心脏畸形）和溞类（氧化应激）等产生毒性。现有PNEC计算因缺乏原生生物数据而存在偏差，例如Wang等基于美国EPA指南得出的急性PNEC（9 μg/L）未能涵盖次级消费者敏感性。原生生物作为生态系统中物质能量传递的关键环节，其高丰度（1089±576.18个体/升）和快速繁殖特性使其成为理想的毒性指示生物。本研究遵循PRISMA框架筛选文献，补充原生生物毒性数据，通过相对耐受性测试（Trel）和Z评分验证数据适用性，最终构建覆盖多营养级的SSD模型。

2. 材料与方法

2.1. TCS对水生生物急性毒性数据收集

通过Web of Science检索2002-2024年文献，筛选标准包括至少涵盖浮游植物、原生生物等七类生物的毒性数据。急性毒性采用24小时（轮虫）、48小时（枝角类）和96小时（鱼类/植物）暴露终点，慢性毒性则需≥7天或敏感生命阶段数据。

2.2. Trel方法评估原生生物数据合理性

以标准测试生物（R. subcapitata、D. magna和D. rerio）为基准，计算非标准物种毒性值的几何均值比值（Trel），<1表示更敏感。

2.3. Z评分分析生物类群敏感性差异

通过标准化公式z=(x-μ)/σ比较浮游植物、原生生物等六类生物对TCS的敏感性离散程度，置信区间宽度反映组内变异。

2.4. SSD模型构建

选用美国EPA的SSD生成工具，基于对数正态分布拟合曲线，通过Kolmogorov-Smirnov检验（p<0.05）验证分布合理性。筛选"三界八科"代表性生物，计算危害浓度（HC₅）后除以评估因子（AF=3）获得PNEC。

3. 结果与讨论

3.1. 多物种毒性数据库构建

补充四种原生生物数据后，急性数据集覆盖64种生物（如Paramecium sp.的EC₅₀=149 μg/L），慢性数据集含35种生物（如Paramecium sp.的EC₁₀=41 μg/L）。原生生物数据显著增强了SSD模型的生态相关性。

3.2. 原生生物数据对PNEC的影响

Trel分析显示Paramecium sp.对TCS的敏感性介于R. subcapitata与D. magna之间，填补了生产者与初级消费者间的敏感性空白。

3.3. 生物类群内敏感性差异

Z评分揭示浮游植物（EC₅₀范围0.97-1441 μg/L）和原生生物（149-1820 μg/L）组内差异显著，证实需选用敏感物种（如A. flos-aquae和Paramecium sp.）构建保守SSD曲线。

3.4. 敏感物种筛选

急性SSD曲线确定A. flos-aquae（藻类）、Paramecium sp.（原生生物）等为各类群最敏感物种；慢性数据因样本量限制仅构建浮游植物和鱼类SSD曲线。

3.5. 修订的生物多样性保护阈值

整合Paramecium sp.数据后，短期PNEC（1 μg/L）较Wang等结果降低89%，长期PNEC（0.021 μg/L）不足Liu等估算值的1/10。该阈值可有效抑制TCS对非目标生物（如产毒蓝藻）的生态干扰。

4. 结论

本研究通过纳入原生生物毒性数据，首次提出TCS的短期与长期PNEC分别为1 μg/L和0.021 μg/L，其保守性显著优于既往研究。建立的跨营养级SSD模型为TCS环境管理提供了全球适用的科学基准，对维持淡水生态系统物种丰富度与生态平衡具有重要实践意义。