鉛、鎘和鋅３種重金屬離子對水螅的聯合毒性研究

摘 要：以水螅為實驗生物，采用相加指數法，研究了鉛、鎘和鋅3種重金屬離子復合污染物的聯合毒性。結果表明：鉛和鋅共存時的聯合毒性為拮抗作用，而鎘和鋅，鎘和鉛共存時主要表現為毒性劇增的協同作用。鉛、鎘和鋅三者共存時的聯合毒性較為復雜，三者濃度比1：1：1時表現為協同作用，而毒性比1：1：1時表現為拮抗作用。

關鍵詞：鉛；鎘；鋅；聯合毒性；水螅

中圖分類號：S912

文獻標識碼：A

文章編號：1007-7847(2006)01-0091-04

重金屬污染對生態系統的影響是當今世界上普遍關注的環境問題之一。作為環境“五毒”之一，Pb²⁺、Cd²⁺的污染尤為突出，自20世紀60年代以來，PL²⁺、Cd²⁺污染及由此引來的諸如“鎘米”，“鉛中毒”等等中毒已成為全球環境和人類發展的重要問題．Zn²⁺雖是人體必需微量元素，但超量或與其它有害金屬共存也會給機體帶來危害，Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺是水體中常見的金屬污染物，它們在水體中共同存在，對各種水生生物均有不同程度的毒性，近些年，國內外對Pb²⁺、Cd²⁺與Zn²⁺等對水生動物的研究做了大量的工作，但大多集中較高等的水生動物如魚、蝦的研究，對于較低等水生動物的重金屬污染狀況的研究，尤其是重金屬聯合污染的研究并不多見。

腔腸動物水螅(Hydrasp，)是常見的小型淡水生物，它們易采集和培養，是動物學教學和科研不可缺少的試驗材料。近年來的研究結果表明，水螅在生物學研究的若干領域具有重要的研究價值；在醫學領域，它是快速檢測化學物的致畸性的良好實驗材料；在生態學領域，水螅在環境檢測方面具有重要的應用價值。迄今，國內已有人就洗衣粉對水螅的毒害作用進行過較為詳細的探討。但有關于重金屬離子對水螅的急性毒理研究，尤其是聯合毒性研究在國內少見報道。為此我們以水螅為實驗對象，采用相加指數法，對鉛、鎘、鋅三者共存時發生的聯合毒性效應進行了初步的探討，以期為水生生態毒理的研究提供參考。

1 材料和方法

1，1 實驗藥品

實驗用藥Pb(N0₃)₂，2.5H₂O，ZnS0₄，7H₂O均為分析純，分別由合肥工業大學化學試劑廠和上海亭新化工試劑廠生產，按離子濃度分別配制成1g／L的母液備用。

1．2 實驗生物

試驗所用水螅(Hydra sp．)采自安徽蕪湖市郊。實驗室內在(25±0．5)℃，自然光照下對水螅進行單個體培養。培養液為：無水CaClz 1，47g；TES(N—三(羥)甲基—2-氨基乙磺酸)1，15g；EDTA(乙二胺四乙酸鈉)0．04g，加蒸餾水至10L，調節pH至(6．9±0.1)．所用餌料采自蕪湖市東郊的西洋湖，是多刺裸腹活(Moinamacrocopa)為主的枝角類。實驗室內培養一個月以上。

1．3 實驗方法

1．3．1 急性毒性實驗

實驗在恒溫條件下，于50mL的燒杯中進行，具體做法是，將禁食4h后的水螅(不帶芽體)隨機挑取12只，放人盛有50mL試驗液的燒杯中，燒杯置于水浴(25+0，5℃)中恒溫培養。實驗期間不投餌，不喂食，不更換培養液。每24h在解剖鏡下觀察并記錄每組水螅的死亡數，將已消亡的或對針刺激無反應的水螅個體定為死亡，參照幾率單位法求得Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺對水螅24、48、96h的半致死濃度(LCso)。

1．3．2 聯合毒性實驗

聯合作用評價方法按Marking的相加指數法引，在完成pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺，單一毒性實驗的基礎上，進行了3種離子在兩種不同濃度配比下(濃度1：1和毒性1：1)兩兩配對的聯合毒性實驗；然后以同樣的方法測出三者共存時的聯合毒性，按下列公式分別求出各自的生物毒性相加作用之和(S)：S：Am／A₁+Bm／B₁+Cm／C₁，式中：A₁、B₁、C₁為單一毒物毒性的LC₅₀值；Am、Bm、Cm為混合毒物毒性的LC₅₀。

由S求得相加指數AI，其中，當S1時，Al=S(-1)+1。用AI判斷聯合毒性，當AI=O時為毒性相加作用；AIO時為協同作用。

以上實驗每組均設對照組和平行組，以減少實驗誤差。

2 結果

2．1 急性毒性實驗

單一急性毒性實驗方法求得Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺24h的LC₅₀分別為9．95、0，95、4，8mg／L；48h的LC50分別為5.6、0.45、2.1 mg／L；96h的LC₅₀分別為2.46、0.28、0.39 mg／L．由公式A=96hLC₅₀x0．1求得的Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺安全濃度分別為0．25、0．028、0．039 mg／L．以安全濃度為基準，三者的毒性大小順序為Cd²⁺>Zn²⁺>Pb²⁺。

2，2 聯合毒性實驗

2，2，1 Pb²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺兩兩混合對水螅的毒性

在急性毒性實驗的基礎上，在相同實驗條件下，分別對Pb²⁺和Zn²⁺，Pb²⁺和Cd²⁺以及Cd²⁺和Zn²⁺共三組各設毒性1：1及濃度1：1兩種不同濃度配比下的聯合毒性實驗，所得到的實驗結果見表1、表2、和表3．

2．2．2 Pb²⁺，Cd²⁺和Zn²⁺三者共存時對水螅的聯合毒性

實驗條件同2．2．1，對PL²⁺，Cd²⁺和Zn²⁺設毒性1：1：1及濃度1：1：I兩種不同濃度配置下的聯合毒性實驗，所得到的實驗結果見表4。

3 討論

3．1 單一毒性實驗

研究表明，Pb²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺單獨存在時，各自對水螅產生毒性。高濃度處理的水螅個體，幾分鐘后就會出現個體萎縮等明顯的中毒癥狀， 幾小時后個體就消解。其中，Pb²⁺和Cd²⁺處理過的水螅個體中毒癥狀類似，中毒后體色發黑，縮成一團，對機械刺激無反應；而Zn²⁺處理后的水螅個體卻表現出一種截然不同：身體(觸手)松弛伸展，體色變淡呈灰白色，內部結構逐漸消解，但外部形狀卻維持完好，對機械刺激也無反應。可見，3種金屬對水螅的急性毒性機理存在著差異，這種差異的存在，一方面可能是由于3種侖屬的化學結構不同，產生的毒性作用機制不同引起的；另一方面，也有可能由于侵入途徑不同，導致各重金屬在水螅體內吸收速度不同而引起。

3．2 聯合毒性實驗

3．2．1 Pb²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺兩兩聯合毒性實驗

由表1、表2和表3可以看出，雖然在不同濃度配置下的兩種金屬混合時，毒性大小各有差異，但總的說來，Ph²⁺與Cd²⁺和Cd²⁺與Zn²⁺共存時。聯合毒性為毒性劇增的協同作用，而Pb²⁺與Zn²⁺共存時，聯合毒性為毒性下降的拮抗作用．

近些年，有關Pb²⁺與Cd²⁺的聯合毒性對各種生物的毒性研究，國內外做了大量的工作。較為普遍的觀點認為，兩者共存表現為毒性劇增的協同作用，本實驗得出的結論與此基本一致。然而，有關Cd²⁺和Zn²⁺對水生生物的聯合毒性作用，各研究結果報道并不一致，本實驗研究結果與修瑞琴等以斑馬魚(Brachydaniorerio)。Speharl等用美國旗魚(jordanella floridae)，以及王銀秋等以泥鰍(Misgurnus anguillicaudatus)和鯽魚(Carassius auratus)為實驗材料所得結果具有一致性，但與江敏等以羅氏沼蝦仔蝦(Macrobrachiumrosenbergiipostlarva)為實驗材料的結果相反；同樣的矛盾結果也存在于植物的毒理實驗研究中，周啟星等對土豆(Solanum tuberosum)，大白菜(Brassia pekinensis Rupr)及野生莧(Amaranthusretrofiexus)的研究結果表明：在土豆體內，Cd²⁺和Zn²⁺之間由于具有相互促進吸收積累的機制，兩者呈協同作用；但在大白菜和野生莧中，Cd²⁺由于具有抑制Zn²⁺吸收積累的機制，兩者呈拮抗作用。可見，實驗材料不同，各種毒物的聯合毒性也有差異。

協同作用產生機制，可能是這些金屬共同存在于生物體內，使其細胞膜的通透性加大，從而毒性增強。協同作用對環境安全有重大威脅，也使得利用聯合毒性研究成果來評價化合物潛在毒性及制定某些元素背景值具有重要意義。

pb²⁺和Zn²⁺對水螅的聯合毒性在兩種不同濃度配置下均表現為拮抗作用，這一結果與王銀秋等用泥鰍和鯽魚為實驗材料所得的結果一致。本實驗室曾以水螅為材料對pb²⁺－Cu²⁺、Hg²⁺-Pb²⁺、Cu²⁺-Zn²⁺、Hg²⁺-Ag²⁺等進行過類似實驗(結果另文發表)，得出的結果也均表現為拮抗作用。

3．2，2 Pb²⁺、Zn²⁺和Cd²⁺三者聯合毒性實驗

由表4可見，3種以上毒物共存時，各種不同濃度組合的毒物，其聯合毒性是不同的，3種毒物在毒性1：1：1-(濃度比約為10：5：1-)情況下，表現為毒性下降的拮抗作用，但在濃度比1：1：1的情況下，卻表現為毒性劇增的協同作用。究其原因，可能是因為濃度1：1：1時，混合毒物中Cd²⁺組分相對于毒性1：1：1時的Cd²⁺組分為多而導致的結果，因而，Pb²⁺、Cd²⁺和Zn²⁺共存時的協同作用產生與三者的濃度組合有關，對于同一種生物，不同濃度組合下的各種金屬的聯合毒性結果也不一樣，由此可見，多種污染物的聯合作用有一定的復雜性。