热带河流系统中城市工业污染导致斑马鱼早期生命阶段的发育毒性

《Environmental Pollution》：Urban-industrial contamination drives developmental toxicity in Danio rerio early life stages in a tropical river system

　　

•斑马鱼生物测定是检测环境样本中毒性的一种合理方法。
•城市热带河流水在斑马鱼中引发了严重的致畸效应。
•城市径流和未经处理的废水损害了鱼类的发育和生存。
•多环芳烃（PAHs）在下游浓度增至五倍，与超过85%的幼鱼死亡率同时发生。
• swim bladder功能衰竭和循环停滞与高氨浓度相关。

**引言**

历史上，河流盆地因提供水资源（如食物和淡水供应）、休闲和农业活动，以及作为人类活动产生废水的接收体，一直是文明建立的首选地点。然而，无序的人口指数式增长导致生活污水、工业废水以及营养盐和农药向这些水资源的渗漏量增加至不可持续的水平（López-Doval et al., 2013; Wanhong et al., 2020）。河流盆地的生物健康状况与城市化及人为开发的忽视呈负相关，这对水生生态系统产生了后果（Miltner et al., 2004）。城市河流或大部分河道流经大城市的河流通常因人类对废物处置的需求而受到影响（Li and Liu, 2019），伊波茹卡河（Ipojuca River）就是这一情况的明显例证。

伊波茹卡河位于巴西东北部，自西向东流经323公里，穿过佩拉恩布哥州（Pernambuco）的24个城市。伊波茹卡河流域（IPRB）排水面积为3,514.25平方公里，总人口为568,630人，其中81%居住在城市地区，19%居住在农村地区（CPRH, 2024）。沿IPRB排放着农药和糖醇残留物，以及纺织和冶金废水（CPRH, 2020a; CPRH, 2020b），导致高生化需氧量（BOD），其值可达22 mg O? L?1（IBGE, 2010; SECTA/PNMA, 2003）。BOD代表微生物分解有机物所消耗的氧气，是有机污染的指标。在该系统中，约67.3%的BOD负荷归因于生活污水，6%归因于工业活动，26.7%归因于农业工业来源（SECTA/PNMA, 2003）。BOD是纳入美国国家卫生基金会（NSF）开发的水质指数（WQI）的九个变量之一，该指数还包含溶解氧、pH值、温度、粪大肠菌群、总磷、硝酸盐、浊度和总固体等指标（Noori et al., 2019）。根据WQI，巴西地理与统计局（IBGE）将伊波茹卡河评为巴西11条主要河流中污染程度第三高的河流，凸显其危急状况（IBGE, 2010）。

然而，BOD和WQI都存在固有局限，因为它们既不评估生态毒理学终点，也不评估具有显著毒性潜力的主要有机和无机污染物（如农药、药物、重金属和工业化学品）。近期研究表明，基于WQI的评估可能低估生态风险，因为其未能纳入生物完整性指标，且往往忽视高风险新兴污染物的存在（Zhao et al., 2024a）。此外，传统理化指标通常对所有参数赋予相同权重，可能掩盖了具有慢性毒性的污染物对健康的重要性（Hsieh et al., 2025）。仅依靠传统化学监测也不足以捕捉复杂污染物混合物所施加的水生生态毒理学风险的时间与空间变化（Boonstra et al., 2025）。在许多河流系统中，生物测定中观察到的生物效应仅在少数情况下可归因于已检测到的化学物质，其余则由未检测或未表征的化合物驱动（Boonstra et al., 2025; Novák et al., 2018）。

利用生态毒理学测试的效果基准方法提供了关于对生物体特定毒性效应的信息，并为复杂污染物混合物所施加的生态风险提供了见解，被认为对更全面的水质监测方法至关重要（Cristiano et al., 2019）。效果基准与化学分析相结合的方法越来越多地被倡导用于评估水生生态系统中化学物质混合物的潜在生态毒理学风险，因为它能够检测到仅依靠化学分析可能遗漏的效应（Boonstra et al., 2025; Novák et al., 2018）。对多瑙河等主要河流系统的研究表明，即使检测到的化学物质仅能解释所观察生物活性的一小部分，生物测定反应也能揭示生物效应（Novák et al., 2018）。同样，在热带河流盆地中，将亚致死和行为的终点纳入虹银汉鱼（*Danio rerio*）生物测定已被证明比传统基于死亡率的评估能更灵敏地检测水质退化（Sonkar et al., 2025）。虹银汉鱼早期生命阶段（ELS）模型特别有价值，因为胚胎和幼鱼是灵敏的生物传感器，能够检测到与水质相关的微妙表型、行为、再生和分子变化（Santos-Villadangos et al., 2025）。胚胎的光学透明性使得可以直接观察器官发育并检测发育畸形（Alves et al., 2023; Alves et al., 2021; Santos-Villadangos et al., 2025）。

佩拉恩布哥州环境局（CPRH）在IPRB的14个采样点监测地表水质，使用理化参数、WQI以及基于大型溞（*D. magna*）急性效应的单一生态毒理学试验，其特征为暴露于水样48小时后新生体不动（OECD, 2004）。然而，亚致死效应的缺失可能低估了水资源的毒性潜力。本研究聚焦于使用虹银汉鱼ELS终点评估伊波茹卡河9个站点地表水的生态毒性，涵盖农村和城市化地区。评估了致死（死亡率）和亚致死效应，后者基于综合一般形态评分（GMS）、病理频率以及游泳速度作为行为终点。具体测试了以下假设：伊波茹卡河生态毒性的增加与基于化学指标（WQI和营养状态指数[TSI]）的水质退化相关，或与未解离氨（NH?）和多环芳烃（PAHs）浓度的增加相关。此外，还评估了使用*D. rerio*作为生态毒理学模型来表征热带河流系统地表水生态毒性的效果。

**研究区域与采样点**

从巴西东北部佩拉恩布哥州伊波茹卡河沿岸的9个站点采集地表水样（图1A、B）。前两个站点（IP01和IP38）位于间歇性河流段（图1C；表S1）。在卡拉鲁（Caruaru）城市横截面上建立了3个站点：城市上游（U-CC）、城市内（CC）和城市下游（IP49），该城市人口为378,048人，是流域内城市化程度最高的区域（图1C-E）。其余站点（IP55、IP64、IP85、IP90）位于常年性河流段。

**死亡率**

除IP01外，所有站点均表现出比对照统计上更高的致死率。其中，IP38、IP49和IP55表现出最大的毒性潜力，IP38导致高达55%的死亡率，IP49在大多数采样时间持续导致85%-100%的死亡率，IP55导致高达55%的死亡率。IP49尤为严重，在7次采样中有6次记录到100%致死率。因此，死亡率是我们数据集中的主要因素，特别是在IP49站点，其……

**讨论**

伊波茹卡河长期以来被认为是对环境影响最严重的佩拉恩布哥州河流之一，原因是沿河道持续排放未经处理的家用、工业和农业工业废水（CPRH, 2001; CPRH, 2014）。本研究结果支持了流域水质退化主要由城市化、富营养化和有机污染塑造的假设，对水生生物群落产生明显后果。重要的是，这些发现突出表明……

**结论**

伊波茹卡河的地表水质因未经处理的家用、工业和农业工业废水而严重受损，在整个流域检测到对虹银汉鱼的毒性，最严重的效应出现在城市中心内或其下游。与氨、PAHs以及心肺功能障碍相关的反应表明，虹银汉鱼亚致死生物测定提供了一种灵敏的、基于效果的检测工具，用于检测多胁迫热带……

**CRediT作者贡献声明**

Romulo Nepomuceno Alves：方法论、调查。
Lino Angel Valcarcel Rojas：验证、方法论、形式分析。
Eliete Zanardi-Lamardo：撰写—审阅与编辑、可视化、验证、资源、方法论、调查、形式分析、概念化。
Paulo S. M. Carvalho：撰写—审阅与编辑、撰写—原始草稿、可视化、验证、监督、软件、资源、方法论、调查、资金获取、形式分析、概念化。

**未引用参考文献**

CETESB, 2017; Christophe et al., 2015; CPRH, 2001; CPRH, 2018; CPRH et al., 2020a; CPRH et al., 2020b; CPRH, 2024; Donnelly et al., 2004; Mariz Jr et al., 2023; Mariz Jr et al., 2025a; Mariz Jr et al., 2025b; OECD, 2004; OECD, 2013; SECTA/PNMA, 2003; Santos-Villadangos et al., 2025a; Silva et al., 2019; Zhao et al., 2024b.

**利益冲突**

作者声明，他们没有已知可能影响本论文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

**数据可用性**

本文所依据的数据将在合理要求下向通讯作者共享。

**动物对象**

本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。无需伦理委员会批准。巴西国家动物实验控制委员会采用与国际指导方针一致的准则，包括涉及鱼类胚胎和幼鱼发育阶段的2010/63/EU指令。根据这些准则，120至168 hpf（受精后小时数）之间的幼鱼，在此期间的……

**资金支持**

Célio F. Mariz Jr.博士感谢PELD-TAMS（441632/2016-5）。Paulo S. M. Carvalho感谢科学与技术创新国家委员会（CNPq）的研究生产力资助（Grant 312308/2016-7）。L. A. V. Rojas由CAPES-PELD（PDJ152416/2020-0）资助。E. Zanardi-Lamardo感谢CNPq的研究生产力资助（grants 311771/2019-0和313891/2023-0）及ILTER站点18 PELD-TAMS（441632/2016-5）。

**竞争利益声明**

? 作者声明，他们没有已知可能影响本论文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

Célio Freire Mariz Jr | Maria Gabriella Neri Cavalcanti | Maria Karolaine de Melo Alves | Romulo Nepomuceno Alves | Lino Angel Valcarcel Rojas | Eliete Zanardi-Lamardo | Paulo S.M. Carvalho