随着生产力和经济的高速发展,人类活动对环境的影响与日剧增,煤、石油等化石燃料的大量燃烧,导致了全球变暖、土壤污染和水污染等一系列的环境问题。多环芳烃一类是造成污染的主要持久性有机污染物之一,具有致癌性,致畸性和致突变性的特性,能够在生物体内蓄积,严重威胁到水生生物和人类的生命安全。监测水环境中的污染状况能够对水环境的质量进行评价,进一步评估污染物健康风险,是进行水污染防控及治理的首要任务。与传统的物理-化学监测相比,生物监测因具有及时性、持续性、非破坏性等优点受到广泛关注,被应用于河流、湖泊等水体的水质监测。在线生物监测技术的不断发展完善,使其应用于水质监测的比例不断增加,同时与传统的理化监测方法有机结合,已逐渐成为监测和评估水污染对生物体影响的有效途径。本文以多环芳烃的模型化合物菲和芘作为受试污染物,以具有体积小、对污染物敏感,遗传背景清晰、与人类基因组相似性高等特点的模式生物斑马鱼为监测指示生物,分别对斑马鱼的行为强度、昼夜节律、耗氧率、二氧化碳代谢率和氨氮代谢率进行测定,利用SOM、自相关分析对斑马鱼的行为响应和新陈代谢进行综合分析。主要结果如下:1.菲和芘对斑马鱼行为强度的抑制作用存在剂量-效应的关系。在不同浓度的菲(Phe)和芘(Pyr)暴露下,斑马鱼行为强度的平均值分别为0.52±0.13(10.2μg/L Phe)、0.42±0.11(102.0μg/L Phe)、0.35±0.10(1020.0μg/L Phe)、0.56±0.08(7.6μg/L Pyr)、0.43±0.09(76.0μg/L Pyr)、0.34±0.12(760.0μg/L Pyr),与对照组(0.75±0.08)相比,斑马鱼的行为强度均显著降低(p<0.001),随浓度的增加,斑马鱼的行为强度显著降低(p<0.05)。斑马鱼的行为活动规律符合逐级行为响应模型,从刺激阶段到调节以及再调节阶段均有明显体现。斑马鱼的行为强度对污染物敏感且规律性强,适合用作监测水环境中PAHs的指标。2.菲和芘的短期暴露不影响斑马鱼的昼夜节律。斑马鱼的行为强度在不同的光周期均具有显著性差异(p<0.001),在对照组中,光照阶段行为强度(0.8±0.06)高于黑暗阶段(0.68±0.06),菲和芘暴露8天内,斑马鱼的行为强度也存在相似的差异。经SOM与自相关分析,斑马鱼的行为强度在24h内呈现白天升高,夜晚降低的趋势,并在暴露期内呈现周期变化。这可为评估水环境中PAHs的生态毒理及健康风险提供新的评价指标。3.菲和芘对斑马鱼的耗氧率和二氧化碳代谢率具有抑制作用,对氨氮代谢率具有促进作用。菲和芘暴露下斑马鱼的耗氧率分别为243.78±72.68 mg/kg/h和268.52±66.80 mg/kg/h,与对照组(582.09 mg/kg/h)相比,显著降低(p<0.001)。不同处理下斑马鱼的二氧化碳代谢率也具有显著差异(p<0.01),分别为242.01±73.54 mg/kg/h(对照组)、187.33±87.42 mg/kg/h(1020μg/L Phe)和203.52±72.17 mg/kg/h(760μg/L Pyr)。菲和芘对斑马鱼氨氮代谢率促进作用显著(p<0.001),从309.29±37.34 mg/kg/h(对照组)分别增加至530.07±57.37 mg/kg/h(1020μg/L Phe)和506.80±60.62 mg/kg/h(760μg/L Pyr)。斑马鱼新陈代谢的三个指标在白天和黑夜存在显著差异(p<0.001),自相关分析表明其具有昼夜节律。斑马鱼的耗氧率及氨氮代谢率对污染物更敏感,适合用作污染初期的监测指标,二氧化碳代谢率适合用作监测污染加剧及污染物在生物体内产生积累放大效应时的指标。4.菲和芘的暴露导致斑马鱼的呼吸熵和氨熵急剧增加。对照组斑马鱼的呼吸熵和氨熵分别在0.05-0.48和0.19-1.91范围内变化,在168h内保持稳定。菲和芘暴露下,斑马鱼的呼吸熵变化较大且高于对照组,分别为0.09-0.80和0.12-0.82;斑马鱼的氨熵变化更为剧烈且高于对照组,分别在0.85-9.0和0.59-7.13之间变动。呼吸熵作为耗氧率和二氧化碳代谢率的综合指标,更清晰直观地反映菲和芘对斑马鱼呼吸作用的抑制情况,氨熵能够综合反映斑马鱼代谢的促进情况。综上,通过监测斑马鱼的行为强度和新陈代谢指标能够连续评估生物体的生理状态,还能够及时反映水环境的污染程度,结合生物的昼夜节律,实现从模式生物到对人体健康风险的毒理学评价。菲和芘对斑马鱼行为响应和新陈代谢的影响研究可为今后发展在线水生监测技术监测环境中的多环芳烃提供理论依据。