水环境污染是影响人类生存和发展的严重问题^{[1, 2]}。我国水环境污染问题由来已久，水体中氮磷过量、重金属及农药等污染都较为严重^{[3, 4]}。为了保护水环境，欧美国家从20世纪中后期就相继开始建立适宜自身特点的水质基准技术体系，拥有比较完善的理论研究方法^{[5, 6, 7]}。近年来，我国也开始了本土水质基准的研究，借鉴发达国家水质基准技术方法探讨了适用于我国的部分污染物的水质基准阈值，如：张彤和金洪均^{[8, 9, 10]}通过毒性实验研究推导出烯腈、硫氰酸钠和乙腈的基准最大浓度和基准连续浓度；Yin等^{[11, 12]}推导了2，4-二氯苯酚和2，4，6-三氯苯酚的基准；闫振广等^{[13, 14, 15, 16, 17, 18]}采用SSR法（Species sensitivity rank）推导了镉、氨氮、铅和硝基苯的淡水水生生物基准；吴丰昌等^[19]研究了锌的淡水生物毒性特征并对其水质基准进行了推导；杜东阳^[20]对重金属铬和镍的淡水水质基准进行了研究。此外，水质基准技术方法的研究也取得了一定的进展。闫振广等^[21]探索了基因表达效应的物种敏感性；刘征涛等^[22]提出在我国生物毒性数据缺乏的情况下，“三门六科”的最少毒性数据需求具有一定的可行性。但总体来说，我国对水质基准的研究尚属于初步阶段，很多技术方法问题仍需积极探索。对于水生生物基准的研究，美国规定至少选择“三门八科”的水生生物，其中要求至少有一种水生植物的毒性数据^[23]。虽然各国都规定了水质基准受试生物的种类，但对于敏感受试生物的筛选研究国内外却很少有报道。本土物种的筛选和毒性测试是水生生物基准推导的关键要素之一，对我国水质基准的研究有着重要的意义。近期，有研究对鱼类、两栖类、甲壳类、环节动物和昆虫等类别的受试生物开展了筛选研究^{[24, 25, 26, 27]}，但对水生植物受试生物筛选的研究还未见报道。

水生植物作为水生态系统重要组成部分，是保持水体良性发展的关键生态类群，其中大型水生植物是水生植物中的一个重要类群，主要包括水生维管束植物和高等藻类，一般将其按生活型分为挺水植物、沉水植物、浮叶植物与漂浮植物^[28]。大型水生植物在水生态系统中具有重要的作用：一方面大型水生植物可以改善水下的光照和溶氧条件，为水生动物提供栖息地和食物，是水体生物多样性赖以维持的基础^[29]；另一方面，大型水生植物在净化水体及水环境监测等方面也具有重要作用^{[30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39]}。因此，以大型水生植物作为受试物种来开展水环境中污染物的毒性效应研究，可增强对水生植物的保护，并减少污染物通过食物链的生物放大作用对高营养级生物的危害。但是，长期以来关于大型水生植物的毒性试验远少于动物，特别是国内大型水生植物毒性试验的资料极为欠缺，主要是由于在很多情况下大型水生植物对污染物的敏感性要低于水生动物^[40]。可是还有不少水生植物对许多重金属、杀虫剂、表面活性剂、污水、部分有机物的敏感性要比水生动物强^[41]，以水生动物毒性试验推导的水生态基准，并不能有效地保护大型水生植物。因此，研究我国本土大型水生植物的基准研究受试生物，对完善我国水环境基准技术体系有重要的作用。

本文选择在我国分布广泛、具有代表性的大型水生植物，搜集其毒性数据，从中筛选出对大型水生植物毒性最大的污染物，并通过对各污染物进行物种敏感度分析，提出本土大型水生植物的基准受试生物名单，为完善我国水生生物基准体系提供参考，也为进一步明确水生生态保护物种提供重要依据。

依据《中国植物志》^[42]、《水生生物学》^[28]及公开发表的相关文献，对我国本土常见大型水生植物的分布进行整理，并筛选出具有代表性的本土大型水生植物，筛选原则为：①在我国本土分布或在我国自然水域有分布的外来物种；②对污染物较敏感、毒性数据较多的物种，且毒性数据至少包含3种污染物；③在我国分布较为广泛，一般要求分布于我国多省（5省及以上），具有充分的本土代表性和生态学意义；④在经济上具有重要的价值，且具有良好的可获得性，易于在实验室条件下培养。

水生植物毒性试验数据主要来源于ECOTOX数据库（http：//cfpub.epa.gov/ecotox）以及公开发表的文献，按照基准数据筛选原则^[23]进行毒性试验数据的搜集和筛选：水生植物的急性试验测试终点主要包括LC₅₀、EC₅₀和IC₅₀（LC₅₀是指半数致死浓度，EC50是指半数效应浓度，IC₅₀为半抑制浓度）；要有明确的测试终点、暴露时间及试验条件的相关描述；优先选择流水式及对试验溶液浓度有监控的毒性试验数据，并且试验设计不科学的、生物曾暴露于污染物中的毒性数据均不采用；若同物种急性毒性数据差异过大（超出1个数量级），应被判断为有疑点的数据而谨慎使用；同一物种或同一终点有多个毒性值可用时，使用其几何平均值。

经过筛选获得合格的毒性数据后，对毒性数据进行整理和排序。大致步骤为：利用同一物种的毒性值的几何平均值求出SMV（Species mean values，种平均毒性值），即同物种的EC50和IC₅₀求得的几何平均值为种平均急性毒性值；对污染物的全部SMV从大到小进行排序。数据分析软件为Origin9.0。

筛选过程中关于物种敏感性数值的分级，根据水质基准技术惯例^{[23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43]}，能保护95%生物的污染物浓度为水质基准值，因此如果某生物敏感性排序小于5%，则可将该生物界定为非常敏感。已有研究显示^[44]，当受胁迫的生物分别超过15%和30%时，污染物引起的生态风险可定义为具有明显风险和一定风险，因此可将物种敏感性排序达到此限值的生物分类为敏感和较敏感。此外，根据荷兰公共卫生和环境研究院（RIVM）风险评估技术导则，当受危害生物超过50%时，生态风险等级为“严重”^[45]，可将物种敏感性排序超过50%的物种定为不敏感。

同时，根据《生物监测技术规范（水环境部分）》^[46]中污染物的毒性分级标准，将目标污染物质对水生植物的毒性进行分级，即：LC₅₀<1 mg·L^-1为剧毒；1≤LC₅₀＜100 mg·L^-1为高毒；100≤LC₅₀＜1000 mg·L^-1为中等毒性；1000≤LC₅₀＜10 000 mg·L^-1为低毒；LC₅₀≥10 000 mg·L^-1为微毒或无毒。

我国水系众多，水生植物资源丰富，分布于我国各类淡水水体中的维管束植物有近200种，主要隶属蕨类植物门和被子植物门。其中，一些常见种类（44种）在我国的分布如表 1所示。

表 1 中国常见大型水生植物 Table 1 Species and distribution of widespread aquatic macrophytes in China

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本文按照物种筛选标准，结合毒性数据的初步评估，筛选出8种具有我国本土代表性的大型水生植物。包括漂浮植物浮萍（Lemna minor）、紫萍（Spirodela polyrhiza）和槐叶苹（Salvinia natans）；沉水植物金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、穗状狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、黑藻（Hydrilla verticillata）、菹草（Potamogeton crispus）和篦齿眼子菜（Potamogeton pectinatus）。分别属于浮萍科、槐叶苹科、小二仙草科、水鳖科、金鱼藻科和眼子菜科。大部分物种在全国广泛分布，具有良好的本土代表性。

依据毒性数据筛选原则获得8种大型水生植物的毒性数据后，对化学物质的毒性值进行排序，得到针对每种大型水生植物毒性最大的3种污染物（即毒性值最小），结果如表 2所示。对8种大型水生植物毒性最大的污染物共有15种，其中包括3种重金属（铊、镉和铜）以及12种除草剂（甲磺隆、利谷隆、百草枯、特丁净、扑草净、特丁津、异丙甲草胺、2，4-滴二甲胺盐、氟啶酮、敌草隆、2，4-滴和苄嘧磺隆），其中2，4-滴二甲胺盐和氯化镉对槐叶苹属于高毒物质，其他污染物对相应大型水生植物的毒性值均小于1 mg·L^-1，属剧毒物质。

表 2 对8种代表性大型水生植物毒性最大的污染物 Table 2 The most toxic pollutants to eight aquatic macrophytes

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根据上述数据原则对表 2中15种化学物质的毒性数据进行搜集筛选，绘制物种敏感度分布曲线，如图 1所示（毒性数据中涉及到的大型水生植物在散点图中以箭头标示）；计算大型水生植物对不同污染物的累积概率并对其敏感性进行评价，如表 3所示。

图 1 15种污染物的物种敏感度分布 Figure 1 Species sensitivity distribution of fifteen pollutants

图选项

表 3 8种大型水生植物对污染物的累积概率及敏感性 Table 3 Cumulative probability and sensitivity of eight aquatic macrophytes to pollutants

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由图 1和表 3可知，在15种化学物质的物种敏感度分布中，表现不敏感的包括：浮萍对2，4-滴；穗状狐尾藻和浮萍对特丁净；浮萍对百草枯和敌草隆；紫萍对氯化铜；浮萍、紫萍对扑草净；菹草和紫萍对特丁津。敏感的包括：菹草对2，4-滴；槐叶苹对2，4-滴二甲胺盐；紫萍对百草枯；黑藻对苄嘧磺隆和氟啶酮；菹草、紫萍对甲磺隆；浮萍和金鱼藻对利谷隆；金鱼藻对氯化铜；金鱼藻和槐叶苹对异丙甲草胺。非常敏感的包括：篦齿眼子菜对2，4-滴、利谷隆和异丙甲草胺；浮萍对铊。

上述表现出敏感及非常敏感的物种可作为相应污染物的敏感性受试物种。由此，得出我国水生态基准的7种本土受试大型水生植物及其对应的10种污染物（表 4）。

表 4 我国水生态基准研究本土受试大型水生植物名单 Table 4 List of tested native aquatic macrophytes for aquatic life criteria

表选项

由于各类大型水生植物的特点不同，易获得性等因素不同，毒性数据丰度也存在一定的差异性。其中，数据丰度最大的是浮萍，有68种污染物毒性数据；而丰度最小的槐叶苹仅有3种污染物的毒性数据。在有毒性数据的污染物中，部分大型水生植物只有1个毒性数据。 数据丰度的欠缺为筛选结果带来了一定的不确定性，需要在后续的研究中进一步验证。

许多国家和区域在制定水生生物基准时，通常要求至少使用1种淡水藻类或淡水维管束植物。浮游藻类是水生态系统中重要的水生植物类群，与大型水生植物具有同样重要的地位，但是在水质基准研究中关于浮游藻类的筛选研究较少。 梁丽君等^[51]筛选出6种对水生植物毒性较大的优控污染物，且对其敏感性较高的物种几乎都是浮游藻类。本研究也发现，筛选的15种对大型水生植物毒性较大的污染物中，有6种污染物（特丁净、百草枯、敌草隆、镉、扑草净、特丁津）在其物种敏感性排序中，浮游藻类的敏感性排序位于大型水生植物之前，如：对百草枯最为敏感的生物为四尾栅藻，在敏感性排序中位于首位，而最为敏感的大型水生植物紫萍则位于第四位。表明对于这些污染物，浮游藻类比大型水生植物更加敏感，可作为相应污染物基准研究的浮游藻类受试生物，并且在污染物的水生生物基准制定过程中，可能将替换相应的大型水生植物做为受试生物。但由于分布范围不同，对同种污染物敏感的浮游藻类与大型水生植物可能不在同一水体，因此利用大型水生植物作为污染物基准受试生物是不可或缺的。

根据图 1和表 3可知，不同物种不仅敏感污染物的种类有差别，其所处的污染物敏感度分布的位置也不同。 浮萍对重金属铊和镉及除草剂扑草净的敏感性大于其他所有水生植物；百草枯对紫萍和浮萍有毒性作用，且对紫萍的毒性作用远大于浮萍；穗状狐尾藻对特丁净、敌草隆和特丁津的敏感性大于其他水生植物；菹草对甲磺隆，及金鱼藻对氯化铜有较强的敏感性；篦齿眼子菜对2，4-滴、利谷隆、异丙甲草胺非常敏感，其敏感性排在第一位，强于所有水生生物。不同种群对同一污染物的敏感性不同，及其对不同污染物的敏感性，对进一步选择受试物种以及确定水生态重点保护对象有重要意义^[52]。

物种对污染物敏感性的差异，还体现在污染物对水生植物的毒性值以及敏感物种数量上。筛选的15种污染物中，氯化镉和2，4-滴二甲胺盐的毒性最低。重金属铊只表现出对浮萍有很强的毒性。除草剂甲磺隆、利谷隆和异丙甲草胺对所筛选的大型水生植物普遍具有较强的毒性，且所对应的敏感物种的数量也较多。此外，重金属污染物的SMV要普遍高于除草剂，本文筛选出的15种污染物中只有3种重金属污染物对大型水生植物有较强的毒性作用，说明大型水生植物对重金属污染物的耐受能力要高于除草剂，主要由于大型水生植物能够转移、富集水环境中一定的重金属污染物^[53]。而绝大多数除草剂会抑制大型植物根、茎生长，其LC₂₅和LC₅₀在EEC以下，甚至比水生动物更为敏感^[54]。因此，所筛选的大型水生植物对除草剂类污染物有较好的指示作用。我国自20世纪80年代中期以来，除草剂的使用范围大幅增长，其增长率居农药之首^[55]，由此引发的生态效应受到越来越多的关注。大型水生植物对除草剂灵敏的指示作用，无疑将为水生生态系统提供重要的保护依据。

目前国内外对于大型水生植物研究比较匮乏，现有的毒性数据多为重金属污染物和除草剂一类有机化合污染物，数据量也不够丰富，特别是由于我国水生态基准的研究仍处于起步阶段。因此，基准研究受试生物的筛选仍然需要大量毒性数据的积累。另外，由于毒性数据的缺乏，大量本土大型水生植物未进行物种敏感性评价，因而未列入目前的受试大型水生植物名单中。随着大型水生植物毒性数据的不断积累，仍将有敏感的本土大型水生植物陆续加入到该名单中来。

（1）通过对本土代表性大型水生植物敏感性分析，筛选出5科7属7种大型水生植物作为相关污染物水质基准研究的受试生物，包括漂浮植物浮萍、紫萍和槐叶苹以及沉水植物金鱼藻、黑藻、菹草和篦齿眼子菜。

（2）大型水生植物对重金属有一定的敏感性，其中浮萍和金鱼藻分别对铊和铜敏感，可作为相应重金属的基准研究受试生物。

（3）大型水生植物对除草剂敏感，可作为其基准研究的受试生物，其中：浮萍可作为利谷隆的受试生物；紫萍可作为百草枯和甲磺隆的受试生物；槐叶苹可作为2，4-滴二甲胺盐和异丙甲草胺的受试生物； 篦齿眼子菜对2，4-滴、 利谷隆和异丙甲草胺非常敏感，可作为其基准研究的受试生物； 菹草可作为2，4-滴和甲磺隆的受试生物；黑藻可作为苄嘧磺隆和氟啶酮的受试生物；金鱼藻可作为利谷隆、氯化铜和异丙甲草胺的受试生物。