Tenax萃取技術用于養殖底泥中有機氯農藥的生物有效性研究

陳美娜，胡謙，肖強，劉銀歌，李娟英

上海海洋大學水產動物遺傳育種中心協同創新中心，上海 201306

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Tenax萃取技術用于養殖底泥中有機氯農藥的生物有效性研究

陳美娜，胡謙，肖強，劉銀歌，李娟英*

上海海洋大學水產動物遺傳育種中心協同創新中心，上海 201306

本研究以經濟底棲生物菲律賓蛤仔和河蜆為受試生物，分別對不同濃度梯度的海洋和淡水底泥中9種代表性有機氯農藥(OCPs)進行累積實驗；同時采用Tenax連續萃取法研究2類底泥中OCPs的脫附動力學，提供簡單、快速評價養殖底泥中OCPs生物有效性的方法，并將Tenax萃取結果與2種底棲生物的累積結果進行比較。結果表明，菲律賓蛤仔和河蜆對OCPs的生物-底泥富集因子(BSAF)分別為0.31～1.89和0.12～2.12，且底泥中有機碳標化的OCPs濃度與生物體內脂肪標化的OCPs濃度之間的相關性較差。Tenax脫附動力學的結果表明，2類底泥中OCPs的快速脫附比例(Frap)均在50%左右，其快速、慢速和極慢速脫附速率常數數量級分別為10-1、10-2和10-4。Tenax快速脫附組分與2種底棲生物累積結果之間具有良好的相關性(r2=0.75，P<0.0001)，表明Tenax萃取技術可以預測OCPs在底棲生物體內的累積量，并且該方法克服了大型底棲生物累積實驗結果重復性較差等缺點。另外通過與基于熱力學平衡的方法對比發現，Tenax萃取技術更適用于濾食性或可消化底泥的底棲生物對底泥污染物的富集；同時Tenax 6 h和24 h單點萃取技術可以作為簡單快速評價底泥疏水性有機污染物(HOCs)生物有效性的替代方法，進一步為養殖領域的底泥污染狀況以及相關水產品的質量安全和食用風險提供生物有效性評價依據。

有機氯農藥；底泥；經濟底棲生物；Tenax萃取；生物有效性

有機氯農藥(organochlorine pesticides, OCPs)是20世紀70、80年代主要使用的殺蟲劑[1]，屬于疏水性有機污染物(hydrophobic organic contaminants, HOCs)，具有較大的辛醇-水分配系數(Kow)，主要儲存于底泥(沉積物)有機質中[2]。因為OCPs難以降解，在自然環境中存在可以長達數十年甚至上百年，因此盡管大部分OCPs在我國已經停止生產和使用，但是至今在我國部分地區的水體、底泥和食品中仍維持一定量的殘留水平[1]；例如2006年太湖、海河和大沽排污河的表層底泥中OCPs的總濃度分別高達4.22～460.99、8.95～239.92和27.36～250.46 μg·kg-1(干重)[3-4]。近年來有研究表明，養殖區域的底泥中OCPs存在一定的檢出率，如呂贏等[5]的研究結果顯示呂泗漁場海域受到OCPs一定程度上的污染，其中含量最高的為六六六和滴滴涕。由于OCPs具有生物累積性和高毒性，殘留于底泥中的該類污染物可能被棲息于底泥或水體中的生物富集并造成毒性影響，從而影響水產品如魚、蝦和蚌等的生長和食品質量，進一步經食物鏈生物放大作用而危害人類健康[1]。因此，底泥中OCPs生態風險受到廣泛關注，研究底泥中OCPs的殘留風險具有重要意義。

傳統評估底泥質量的化學分析方法通常采用污染物的總量進行評價，但是由于污染物總量沒有考慮到生物有效性或污染物的形態，得到的結果可能會高估其環境風險[6]，進而無法準確反映污染物對生物可能造成的不利影響及相關的生態風險，因而生物有效性的研究很有必要。目前，針對生物有效性的研究方法有生物暴露法，即通過底棲生物的暴露實驗確定從底泥進入到生物體內污染物的量，進而表征該類污染物的生物有效性，但該方法通常存在受試生物飼養過程繁瑣，試驗周期較長，生物個體差異大，耗時費力和實驗重復性較差等缺點[6]。因此，具有快捷簡易、價格相對低廉和重現性好等特點，用于評價底泥中HOCs生物有效性的化學萃取技術成為研究熱點[7]?；瘜W萃取技術大體上可歸納為2類，包括基于熱力學平衡(如SPME固相微萃取技術)和基于脫附動力學過程(如Tenax萃取技術)的評價方法[8]；另外通過2種化學技術得到的底泥中HOCs的萃取濃度與生物累積結果之間的相關性也被廣泛報道[9-12]。

本研究以底棲濾食生活的海洋和淡水經濟雙殼類生物菲律賓蛤仔和河蜆為受試生物，利用生物累積實驗測試2種雙殼類底棲生物對養殖底泥中OCPs的生物富集程度。同時利用基于脫附動力學的Tenax萃取技術評價底泥中OCPs的生物有效性，并對Tenax萃取結果與生物累積結果進行相關性分析，進而驗證Tenax萃取技術應用于評價生物有效性和預測生物累積的可靠性和準確性，以期在評價和預測養殖底泥中OCPs的生物有效性和生物累積性時提供更為簡單、可行的方法，同時也為相關水產品質量安全和食用風險提供有力參考依據。

1 材料與方法 (Materials and methods)

1.1 藥品與試劑

甲醇、丙酮、正己烷和二氯甲烷等有機溶劑均為色譜純，購自美國Sigma公司；無水硫酸鈉、Florisil硅土(100～200目)、層析硅膠(80～100目)、氧化鋁和銅粉均為分析純，購自國藥集團。無水硫酸鈉、Florisil硅土、層析硅膠和氧化鋁分別置于馬弗爐中在450 ℃、650 ℃、650 ℃和400 ℃下灼燒6 h，冷卻后轉移到干燥器備用；銅粉在使用前，用5 mol·L-1鹽酸活化5 h后再用丙酮超聲清洗2次備用。Tenax-TA(60～80目)購自美國Supelco公司，使用前分別用丙酮和正己烷超聲清洗3次，75 ℃條件下烘干備用。9種有機氯農藥標準品α-六六六、β-六六六、γ-六六六、δ-六六六、p,p'-DDD、p,p'-DDE、六氯苯、環氧七氯和狄氏劑購自德國Dr.Ehrenstorfer公司。

1.2 實驗設計與方法1.2.1 底泥的采集、分析及加標老化

本實驗中所用底泥分別采自上海洋山港潮間帶表層底泥(海水底泥)和上海蘆潮港引河表層底泥(淡水底泥)，2種底泥的有機碳(OC)和黑碳(BC)含量采用元素分析儀測定，測定結果分別為：w(OC)= 0.53%±0.008%，w(BC)= 0.10%±0.001%和w(OC)= 0.75%±0.043%，w(BC)= 0.14%±0.011%。本研究選擇底泥環境檢出率較高并具有不同梯度Kow值的9種OCPs作為研究對象，并以實際環境底泥中OCPs殘留數據為基礎選擇2個加標濃度梯度，分別為生態效應低值(美國EPA底泥質量基準，lowest effect level，LEL)的2倍和4倍。將以丙酮為載體的9種有機氯農藥混合液加入2種底泥中，攪拌均勻后于4 ℃冰箱內避光條件下老化28 d。

1.2.2 生物累積實驗

分別選取殼長(32±2) mm、殼高(12±2) mm的健壯成年菲律賓蛤仔和殼長(22±2) mm、殼高(20±2) mm的健壯成年河蜆在實驗室條件下馴養3周以上。馴養過程中采用半靜水式方法，水溫控制為(20±1) ℃，連續曝氣，日換水量1/2，每天定時定量投加實驗純培養微藻餌料；其中菲律賓蛤仔和河蜆的養殖用水分別為鹽度25±2的人工海水和在實驗室內曝氣2 d以上的自來水。生物樣品中脂肪的測定采用索氏抽提法，具體操作步驟參考GB/T5009.6—2003《食品中脂肪的測定》；菲律賓蛤仔和河蜆的脂肪含量分別為0.51%±0.157%和1.52%±0.155%。

累積實驗參照EPA方法(EPA 600/R-99/064)，稱取2 kg(濕重)左右的老化底泥，放入8 L玻璃缸中，表面覆蓋6 L左右的養殖用水。靜置1 d后，向盛裝底泥的玻璃缸中放入馴養后活力強、個體大小相近的菲律賓蛤仔和河蜆25～30只，采用半靜水式方法(日換水量1/2)進行累積實驗，條件同馴養，暴露期間不喂食。2種生物的累積實驗分別設置1個空白，每個濃度梯度設置3個平行，持續28 d。實驗結束后，將生物和底泥取出，冷凍干燥磨碎后備用。

1.2.3 Tenax脫附動力學實驗

取4 g(濕重)老化底泥置于40 mL棕色樣品瓶中，加入0.3 g Tenax和35 mL去離子水，再加入約3 mg的HgCl2(相當于底泥干重的0.15%)，搖勻后置于滾軸混合器上連續振蕩。在合適的時間點(1、3、6、12、24、48、96、168、312、480和672 h)分離Tenax，重新加入0.3 g新鮮Tenax，繼續振蕩。將上述步驟中每次分離出的Tenax用10 mL丙酮/正己烷(V/V=1:1)混合液超聲萃取2次，每次10 min，將2次萃取液合并，按3 000 r·min-1離心5 min，輕柔氮氣吹干，用正己烷定容至1 mL，待氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)測定，試驗設置3個平行。

1.3 樣品處理及測定

1.3.1 樣品的萃取和凈化

底泥樣品的萃取和凈化：稱取冷凍干燥后的底泥樣品3 g，加入1 g清洗后的銅粉，用濾紙包好后放入抽提器中，加入100 mL丙酮/正己烷(V/V=1:1)混合液，進行索氏提取，提取溫度65 ℃，連續萃取24 h，萃取結束后，濃縮萃取液至1 mL左右進行凈化。凈化柱從下至上依次填充1 cm無水硫酸鈉、3～5 g Florisil硅土和1 cm無水硫酸鈉，凈化之前需用10 mL正己烷預淋洗凈化柱，然后將濃縮后的萃取液移入凈化柱中，用30 mL正己烷/二氯甲烷(V/V=1:1)混合液淋洗，收集淋洗液，輕柔氮氣吹干，用正己烷定容至1 mL，GC-MS待測。

生物樣品的萃取和凈化：稱取冷凍干燥后的生物樣品1 g，用濾紙包好后放入抽提器中，加入100 mL丙酮/正己烷(V/V=1:1)混合液，進行索氏提取，65 ℃下連續萃取24 h，萃取結束后，萃取液用輕柔氮氣吹至近干，將溶劑置換為4 mL乙腈，再加入4 mL乙腈飽和的石油醚，漩渦振蕩1 min，使其充分混合。于3 000 r·min-1離心5 min，棄去上層石油醚，將乙腈層氮氣吹干。(乙腈飽和的石油醚的配制：參考GB/T5009.132—2003，向100 mL石油醚中加入20 mL乙腈，振蕩1 min，待靜置分層后，上層即為乙腈飽和的石油醚，取其保存備用[13]。)將上述氮氣吹干的生物樣品用1 mL正己烷/二氯甲烷(V/V=1:1)混合液溶解殘留物移入已經預淋洗好的凈化柱中，凈化柱從下至上依次為1 cm無水硫酸鈉、5 g氧化鋁、5 g中性硅膠和1 cm無水硫酸鈉，用30 mL正己烷/二氯甲烷(V/V=1:1)混合液淋洗，收集淋洗液，輕柔氮氣吹干，用正己烷定容至1 mL，GC-MS待測。

1.3.2 色譜分析

采用GC-MS (Agilent7890A/5975C)和DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)色譜柱進行分離分析。選用EI離子源，選擇離子監測模式，以脈沖不分流方式進樣，進樣量為2 μL，載氣流量為1.2 mLmin-1。氣相條件：進樣口溫度280 ℃；色譜柱初始溫度50 ℃，保持3 min；以35 ℃min-1上升到220 ℃，保持1 min；15 ℃min-1上升到300 ℃，保持2 min。質譜條件：離子源溫度為230 ℃，四級桿溫度為150 ℃，傳輸線溫度為300 ℃。

1.4 質量保證與質量控制

通過測定2種受試生物體內有機氯農藥的背景值發現，其背景值均低于檢測限；同時對用于喂食的純培養微藻餌料進行測定，同樣沒有檢測到有機氯農藥的殘留。生物累積試驗期間生物的死亡率控制在15%以內，均無急性毒性，滿足生物累積試驗的要求。底泥和生物樣品提取前，進行加標3個濃度梯度OCPs的樣品回收率實驗，其回收率在70%～120%之間，相對標準偏差為0.2%～15%，方法檢出限為0.10～1.5 μg·kg-1。暴露實驗中設置過程空白、方法空白及3個平行，對底泥和生物樣品的萃取和凈化做全流程空白實驗及3個樣品平行樣。

2 結果與討論(Results and discussions)

2.1 2種雙殼類底棲生物對養殖底泥中OCPs的生物富集作用

一般認為底泥環境中HOCs的生物富集是HOCs在生物體脂類與底泥之間的分配過程，HOCs在水生生物中的累積主要是通過鰓與表皮的直接吸收和攝食懸浮顆粒物以及其他生物等途徑，通常用生物-底泥富集因子(biota-sediment accumulation factor，BSAF)表示水生生物對底泥HOCs的富集程度，即平衡時生物體內化學物質濃度與底泥中濃度的比值，其大小取決于HOCs在生物脂肪與底泥有機碳之間的相對親和力[14]。為了更好地比較HOCs的生物富集作用，本研究通過計算得到菲律賓蛤仔和河蜆對OCPs的BSAF值(表1)。

由表1可知，菲律賓蛤仔和河蜆對底泥中9種OCPs的生物-底泥富集因子BSAF在0.31～1.89和0.12～2.12之間，這與李天云[15]的研究中河蜆對OCPs的BSAF(1.79±0.22)值接近。有研究認為，當HOCs在底泥、水和生物體內達到分配平衡時，BSAF值一般處于1～4之間[16]，因此本研究中大部分OCPs的BSAF值屬于正常范圍。其中菲律賓蛤仔對六氯苯和p,p’-DDE及河蜆對六氯苯的BSAF值較其他有機氯農藥相對偏低，這可能是由于底泥理化性質和農藥的自身性質等導致了六氯苯和p,p’-DDE類有機氯農藥在生物體內的富集程度偏低。另外國內也有研究報道魚類、蝦、蟹以及烏賊對DDTs的BSAF值分別為0.55、0.26、0.56和0.06，發現本研究中2種底棲生物對p,p’-DDE和六氯苯的BSAF值與之比較接近，這與BSAF值受多種因子如底泥OC含量、粒徑分布和生物相的脂肪含量等的影響有關[15]。

表1 2種濃度梯度下菲律賓蛤仔和河蜆對有機氯農藥(OCPs)的生物-底泥富集因子(BSAF)

另外，實驗中發現，底泥中有機碳標化的OCPs濃度(Cs,oc)與生物體內脂肪標化的OCPs濃度(Cb,lip)之間相關性不顯著關(圖1，r2=0.13和0.12；P>0.05)，這主要是由于底棲生物體內污染物的主要來源是底泥中生物有效部分的污染物[17]，而底泥粒徑分布和OC含量與特性以及污染物本身的理化性質都會影響污染物在底泥和生物體內的分布濃度，從而導致Cs,oc與Cb,lip的相關性較差。

目前在養殖水域和水生生物體內均能檢測到有機氯農藥的殘留[5]，長期以來，研究工作者使用全底泥監測的方法忽視了環境介質中污染物的總濃度與污染物的生物吸收程度的相關性，導致污染物的總濃度往往過高地估計了污染物的生態風險[18]。因此，具有快捷、價格相對低廉和重現性好等特點的基于脫附動力學的Tenax萃取技術，用于評價底泥中HOCs生物有效性成為研究熱點，并且通過Tenax(6 h和24 h)單點萃取技術得到的底泥中HOCs的萃取濃度與生物累積結果之間的相關性也被廣泛報道[10]。

圖1 生物體內OCPs濃度(Cb,lip)和底泥中OCPs濃度(Cs,oc)的關系注：Cb,lip為生物體內脂肪標化的OCPs濃度(μg·kg-1)，Cs,oc為底泥中有機碳標化的OCPs濃度(μg·kg-1)。Fig. 1 The correlation between the concentrations of OCPs in organisms (Cb,lip) and sediments (Cs,oc)Note: Cb,lip, lipid-normalized concentrations in organisms (μg·kg-1); Cs,oc, organic carbon normalized OCPs concentrations in sediments (μg·kg-1).

2.2 Tenax萃取技術評價底泥中OCPs的生物有效性

Tenax(商品名)是一種多孔的高分子聚合物，化學名為聚2,6-二苯基對苯醚(poly(2,6)-diphenyl-p-phenylene oxide)，具有孔隙多、比表面積大和吸收容量大等性質，對HOCs具有良好的吸附和脫附能力，可以源源不斷地萃取孔隙水中的HOCs，從而促進底泥有機質中的HOCs向孔隙水中轉移，最終達到完全提取的目的[6]。Cornelissen等[19]較早使用Tenax連續萃取結果擬合三相脫附方程(下述式1和2)來研究底泥中HOCs的脫附動力學，根據HOCs與底泥的結合能力不同，分為快速、慢速和極慢速脫附部分，并用快速脫附組分所占比例(Frap)來表征底泥中HOCs的生物有效性，其中快速脫附部分容易脫附下來進入到水相中，因而易于被生物吸收富集。

(1)

Frap+Fslow+Fvs= 1

(2)

其中：S0、St分別表示初始點和t (h)時間點測得的底泥中HOCs的含量(ng)；Frap，Fslow和Fvs分別表示快速、慢速和極慢速脫附組分的量占總量的比例(%)；krap、kslow和kvs分別表示快速、慢速和極慢速脫附組分的脫附速率常數(h-1)。

2.2.1 有機氯農藥的脫附動力學

本文通過Tenax連續萃取實驗研究底泥中OCPs的脫附動力學，得出各脫附動力學參數(表2)，以期為養殖底泥中OCPs的生物有效性提供簡單快捷、有效的評價方法。

由表2可知，海水和淡水2種底泥中OCPs的快速脫附組分所占比例(Frap)最大，均在50%左右，范圍處于40%～70%之間，慢速脫附比例(Fslow)約在10%～40%之間，極慢速脫附比例(Fvs)約在10%～30%之間。說明底泥中接近一半的OCPs屬于快速脫附組分，較容易脫附下來被生物所利用，而慢速和極慢速脫附組分之和約占總量一半。其他研究對底泥中OCPs的脫附動力學也作出了報道，如Agustina等[27]的研究顯示，底泥中DDTs的Frap在30%～45%之間，Yang等[28]的研究中DDTs的Frap在25%～45%之間，本研究中DDTs的Frap(40%～50%)與兩者相比均較高，這可能是由于不同理化性質的底泥對DDTs的生物有效性有所差異。You等[29]的研究證明了底泥有機碳(OC)含量的不同會影響HOCs的生物有效性，該研究通過模擬OC含量分別為1.31%和7.85%的2種底泥中DDE的脫附動力學，得出OC含量較低的底泥中DDE的Frap(40%～60%)明顯高于OC含量較高的底泥中的值(20%～30%)，這是由于OC含量較高的底泥表面具有更多的吸附位點，污染物更難脫附下來，因而表現出較低的生物有效性。Yang等[28]的研究中底泥的OC含量為2.2%，本研究中海水底泥和淡水底泥的OC含量(0.53%和0.75%)均比其較低，因此本研究底泥中OCPs較容易脫附下來被生物利用，表現出了更高的生物有效性。所以OC含量較低的底泥中HOCs具有較高的生物有效性，導致了其較高的環境風險，尤其在養殖底泥中容易被經濟底棲生物所富集進而危害到人類健康。

由表2可知，對于大部分的OCPs，其快速、慢速和極慢速脫附速率常數大小順序描述為10-1>10-2>10-4(h-1)，這與Yang等[28]的研究結果一致。Liu等[30]的研究顯示，PBDEs的快速和慢速脫附速率常數與本研究中的OCPs比較接近分別為10-1和10-2～10-3(h-1)，而PBDEs的極慢速脫附速率常數(10-5h-1)比OCPs小一個數量級；這是由于具有更強疏水性的PBDEs (lgKow值的范圍5.9～10.33)的極慢速脫附組分更難從底泥中脫附下來，進而更難以被生物所利用。因此通過Tenax萃取技術模擬脫附動力學，可以得到底泥中HOCs各組分的脫附比例和相應脫附速率常數，進而使用快速脫附比例(Frap)評價底泥中HOCs的生物有效性，尤其對養殖底泥更具有實踐意義。

2.2.2 Tenax萃取結果與生物累積結果的相關性分析

Tenax萃取技術被廣泛應用于評價底泥中HOCs的生物有效性，同時發現Tenax萃取部分與底棲生物累積量之間存在良好的相關性，并且污染物濃度經有機碳標化后其相關性更為顯著。本研究分析了快速脫附組分經有機碳標化后OCPs濃度Cs,rap(μg·kg-1)與雙殼類經濟底棲生物菲律賓蛤仔和河蜆體內經脂肪標化后OCPs濃度Cb,lip(μg·kg-1)之間的關系。結果表明，lgCs,rap與lgCb,lip之間的相關性達到極顯著水平(圖2，P<0.0001)，表明Tenax萃取技術可以預測OCPs在雙殼類經濟底棲生物菲律賓蛤仔和河蜆體內的累積量。這與其他研究結果類似，如Tricia等[9]研究了基于Tenax萃取的lgCs,rap與通過底棲無脊椎動物Lumbriculus variegates富集PCBs得到的lgCb,lip之間的線性關系，即lgCb,lip=0.94 lgCs,rap+ 0.83，r2=0.91。本研究與其他研究中Tenax萃取結果與生物累積結果之間均具有良好的相關性，因此使用Tenax萃取技術可以準確、有效地評價底泥中HOCs的生物有效性，進而為養殖底泥中HOCs的環境質量和相關水產品的質量評估提供科學依據。

圖2 生物體內OCPs濃度(Cb,lip)和Tenax萃取快速脫附濃度(Cs,rap)的關系Fig. 2 The relationship between concentrations of OCPs in Ruditapes philippinarum and Corbicula fluminea (Cb,lip) and concentrations in sediments in the rapidly desorbing fraction (Cb,lip) measured by Tenax extraction

圖3 Frap與F6、F24的相關性注：F6，F24表示Tenax單點萃取6 h或24 h獲得組分所占比例。Frap 為快速脫附比例。Fig. 3 The relationship between Frap and F6/F24Note: F6, F24 stand for the desorbing fraction after 6 h or 24 h Tenax extraction; Frap stands for rapidly-desorbing fraction.

2.3 Tenax單點萃取技術評價底泥中OCPs的生物有效性

由上述脫附動力學可知，快速脫附比例(Frap)是基于完整的脫附動力學擬合而來，要獲得底泥中的快速脫附組分一般需要1～100 h，實驗耗費時間長，故有研究認為采用Tenax單點萃取(如6 h和24 h)獲得的組分所占比例(如F6和F24)可以代替Frap來評價底泥中HOCs的生物有效性[8]。本研究通過對Frap與F6和F24進行相關性分析發現，Frap與F6、F24相關性極顯著(圖3，P<0.0001)，其中F6、F24與Frap的比值分別為0.59和1.15。與其他研究類似，如Liu等[30]的研究中，F6/Frap的值為0.60±0.024，F24/Frap的值為1.01±0.015，Yang等[28]的研究發現F6/Frap的范圍在0.47～0.54之間。另外通過Tenax(6 h和24 h)單點萃取技術得到的底泥中HOCs的萃取濃度與生物累積結果之間的相關性也被廣泛報道，Mehler等[10]研究了基于Tenax萃取6 h的結果lgCs,6h與底棲無脊椎動物Lumbriculus variegates富集PCBs、DDTs和PBDEs 3種HOCs得到的lgCb,lip之間的線性關系，結果為lgCb,lip=1.06 lgCs,6h+ 0.74， r2=0.89；Landrum等[31]研究了基于Tenax萃取24 h的結果lgCs,24h與通過2種生物Diporeia spp.和Oligochaetes富集PAHs和PCBs的實驗結果lgCb,lip之間的線性關系，分別為lgCb,lip=0.032 lgCs,24h+ 1.06，r2=0.63和lgCb,lip=0.626 lgCs,24h+ 0.71，r2=0.63。因此Tenax 6 h和24 h的單點萃取技術可以作為簡單快速測定底泥HOCs生物有效性的方法，進而使用F6和F24實現了在評價上更加簡單快速而有效(lgCb,lip=1.28 lgCs,6h- 1.01，r2=0.54，P<0.0001；lgCb,lip=1.41 lgCs,24h- 1.60，r2=0.57，P<0.0001)；同時還可以快速預測棲息于海洋和淡水2類底泥中的雙殼類經濟底棲生物對HOCs的累積程度，為養殖領域的底泥環境質量和污染狀況以及相關水產品的質量安全和食品風險評價提供更為快捷、有效的參考依據。

2.4 Tenax萃取技術與基于熱力學平衡方法的比較

由于底泥中HOCs的生物有效性是一個復雜的問題，因此正確理解其環境影響有賴于生物有效性評價方法的不斷發展?；跓崃W平衡的方法是利用平衡被動采樣技術測定HOCs的化學活性或底泥孔隙水中HOCs的自由溶解態濃度(freely dissolved concentration，Cfree)來評價生物有效性(指“即手可得”部分，是環境中現成的，在一定時間內可穿過膜進入生物體的那部分污染物)；而另一種方法則是使用不完全萃取技術估計底泥中HOCs的潛在生物有效性(指“即手可得”與“潛在可給”部分之和，“潛在可給”部分是指暫時難以被生物所利用，但是在一定條件下可以從底泥中釋放出來而被生物所吸收的那部分污染物)[8]?；?種方法得到的“現成”和“潛在”的生物有效性，可以在理論上從2個不同的方面很好地進行描述[12,18,32]。本研究已通過以上結果驗證了基于脫附動力學的Tenax萃取技術在評價底泥中HOCs生物有效性的準確性。為了更好地比較該技術與固相微萃取技術在量化生物有效性的區別及相應的適用范圍，本研究通過固相微萃取實驗得到的基于熱力學平衡狀態下的生物有效性與基于Tenax脫附動力學方法得到的結果進行比較(圖4)。FAEP(本課題同期未發表實驗數據，即底泥中HOCs在平衡分配過程中有效態濃度占總濃度的比例(the fraction available for equilibrium partitioning，FAEP)[8])與基于Tenax萃取技術中得到的快速脫附比例(Frap)的相關性分析，有助于對2類化學技術在評價生物有效性方面進行較為直觀的比較。

圖4 FAEP與Frap的相關性分析Fig. 4 The relationship between the fraction available for equilibrium partitioning (FAEP) measured by matrix solid-phase microextraction and the rapidly desorbing fraction (Frap) measured by Tenax extraction

由圖4可知，FAEP與Frap相關性非常顯著(FAEP=0.50Frap+0.02，r2=0.78，P<0.0001)，這與You等[8]的研究結果一致(FAEP=0.47Frap+0.02，r2=0.77)，斜率接近且均小于1，說明基于Tenax萃取技術得到的Frap總體上高于基于固相微萃取技術得到的FAEP值，并且兩者之間存在良好的相關性，2種技術都能很好地評價底泥中HOCs的生物有效性。由此可知，在評價生物有效性上，基于熱力學平衡的固相微萃取技術測定的底泥孔隙水中自由溶解態濃度反映了相對較低的環境風險，有研究證明該技術可模擬生物吸收污染物的過程，適用于原位的測定，可作為一種評價現場底泥污染物生物有效性的原位被動采樣技術[8]。但是由于底泥中污染物的平衡時間通常較長，且隨著污染物疏水性增強，平衡時間可達到數月，甚至更長，因此該方法在應用上相對比較耗時、費力。另外，由于部分底棲生物通過攝取底泥結合態污染物而進行累積，并通過各種途徑將有毒物質傳遞到食物鏈的上一級，進而影響到相關水產品質量安全和人類健康[15]；因此使用Tenax萃取技術得到的生物有效性污染物組分在底泥的環境風險評價上更加保守，尤其對濾食性或可以消化底泥的底棲生物所棲息的養殖底泥的環境質量和污染狀況分析及相關水產品質量評估等方面更具有意義。而Tenax 6 h和24 h單點萃取技術使其在生物有效性評價的應用中大大縮短了實驗時間，同時該方法的樣品、溶劑等使用量耗費較少使其在實驗操作上更加簡單、快捷；因此使用Tenax單點萃取技術不僅能快速、準確評價和預測養殖底泥中HOCs生物有效性和生物累積性，為養殖領域底泥污染管理和科學修復提供有力科學依據；同時也能克服大型底棲生物累積實驗結果重復性和準確性較差的缺點，并及時反映養殖底泥中HOCs污染狀況，為相關水產品的質量安全和食用風險提供早期預警。

綜上可知：

(1)通過2種雙殼類底棲生物的累積實驗得到，菲律賓蛤仔和河蜆對9種OCPs的生物-底泥富集因子(BSAF)為0.31～1.89和0.12～2.12；且發現底泥中OC標化的OCPs濃度與生物體內脂肪標化的OCPs濃度之間相關性不顯著，說明用全底泥監測的方法忽視了底泥中污染物的生物有效性與生物吸收的影響。

(2)Tenax脫附動力學的結果表明，海水和淡水底泥中OCPs的快速脫附比例(Frap)均在50%左右，說明底泥中約有一半的OCPs具有生物有效性，其快速、慢速和極慢速脫附速率常數數量級分別為10-1、10-2和10-4；Tenax快速脫附組分與2種底棲生物累積結果之間具有顯著的相關性，表明Tenax萃取技術可以預測OCPs在底棲生物體內的累積量，并且該方法克服了大型底棲生物累積實驗結果重復性和準確性較差的缺點，使得其在評價生物有效性時更加準確、有效。

(3)Tenax 6 h和24 h的單點萃取技術可以代替完整的脫附動力學評價生物有效性，F6和F24使得在評價上更加簡單快速而有效。

(4)與基于熱力學平衡的評價生物有效性的方法對比發現，Tenax萃取技術更適用于濾食性或可以消化底泥的底棲生物所棲息的養殖底泥的環境質量和污染狀況分析，并為養殖領域的底泥污染狀況以及相關水產品的質量安全和食用風險提供早期預警。

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Research on Bioavailability of Sediment-associated Organochlorine Pesticides of Aquaculture Zone Based on Their Desorption Kinetics with Tenax Extraction

Chen Meina, Hu Qian, Xiao Qiang, Liu Yinge, Li Juanying*

Shanghai Collaborative Innovation Center for Aquatic Animal Genetics and Breeding, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China

Received 8 September 2015 accepted 10 October 2015

In the present study, we used two economic benthic organisms Ruditapes philippinarum and Corbicula fluminea to study the bioaccumulation of nine organochlorine pesticides (OCPs) from marine or freshwater sediment with different concentration gradients. In parallel, we applied Tenax-based sequential extraction to assess the desorption kinetics of these OCPs from the tested sediment samples in comparison with their bioaccumulation characteristics in the two model organisms. This approach provided a simple, rapid way to evaluate the bioavailability of these aquaculture sediment-associated chemicals. The results showed that the biota-sediment accumulation factor (BSAF) for Ruditapes philippinarum and Corbicula fluminea were within the range of 0.31-1.89 and 0.12-2.12, respectively. A poor correlation was observed between organic carbon normalized concentrations of OCPs in the sediment studied and the lipid-normalized concentrations of OCPs in organisms. The Tenax desorption kinetics study showed that the rapidly-desorbing fraction (Frap) of OCPs was approximately 50% for both marine and freshwater sediments, and the rate constants for the rapidly-, slowly- and very slowly-desorbing fractions were of the order of magnitude of 10-1, 10-2and 10-4, respectively. The lipid-normalized concentrations of OCPs in the test organisms were significantly correlated with their concentrations of the rapidly-desorbing fraction in Tenax extraction (r2=0.75, P<0.0001), suggesting the predictive power of Tenax-based extraction for the bioaccumulation of OCPs in benthic organisms. This method overcomes the poor reproducibility of conventional bioaccumulation studies using benthic organisms. Compared with themodynamic equilibrium-based predictions, Tenax extraction is more suited to predict the bioaccumulation of sediment-associated chemicals in filter feeders that can ingest sediment particles. 6-h and 24-h Tenax extractions can therefore serve as a simple, rapid altemative to evaluate the bioavailability of hydrophobic organic contaminants in sediment, providing a sound basis for assessing aquatic product safety and human health risks associated with its consumption.

organochlorine pesticides; sediment; economic benthic animal; Tenax extraction; bioavailability

上海海洋大學科技發展專項資助(A2-0209-14-200055)；農業部淡水水產種質資源重點實驗室(B1-4901-13-000151)

陳美娜(1990—)，女，碩士，研究方向為底泥中有機污染物的生物有效性，Email: 915024130@qq.com

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: jyli@shou.edu.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20150908001

2015-09-08 錄用日期：2015-10-10

1673-5897(2016)4-079-11

X171.5

A

簡介：李娟英(1978—)，女，博士，副教授，主要從事底泥中有機污染物生物有效性研究。

陳美娜, 胡謙, 肖強, 等. Tenax萃取技術用于養殖底泥中有機氯農藥的生物有效性研究[J]. 生態毒理學報，2016, 11(4): 79-89

Chen M N, Hu Q, Xiao Q, et al. Research on bioavailability of sediment-associated organochlorine pesticides of aquaculture zone based on their desorption kinetics with Tenax extraction [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(4): 79-89 (in Chinese)