三氯生對紅白鯽運動行為的影響

王 凡，劉 飛，劉旭昊，張?zhí)m菲

(洛陽師范學院，河南洛陽 471022)

三氯生對紅白鯽運動行為的影響

王 凡，劉 飛，劉旭昊，張?zhí)m菲

(洛陽師范學院，河南洛陽 471022)

利用視頻跟蹤系統(tǒng)研究三氯生(TCS)對紅白鯽運動行為的影響。將紅白鯽(red-white crucian carp) 暴露在5種不同濃度的TCS (0.50、0.60、0.70、0.80和0.90 mg/L) 水體中，視頻記錄5 min內(nèi)紅白鯽的運動軌跡(運動軌跡線、擺動次數(shù))、游動速度和垂直穿梭次數(shù)的變化。同時，進行TCS(0.60、0.69 mg/L)對紅白鯽的14 d暴露實驗，暴露實驗結(jié)束后，2 min內(nèi)監(jiān)測上述指標。結(jié)果顯示：短期TCS暴露，紅白鯽的運動軌跡條數(shù)、擺動次數(shù)、垂直穿梭次數(shù)、運動速率顯著增加；暴露14 d后的紅白鯽上述運動行為學指標顯著降低。結(jié)果表明：在一定濃度范圍內(nèi)，TCS能夠改變紅白鯽的運動行為。

紅白鯽(red-white crucian carp)；三氯生；染毒；運動行為

三氯生(Triclosan，TCS)，學名“二氯苯氧氯酚”，是一種常見的廣譜抗菌劑，不溶于水，易溶于堿液和有機溶劑，被廣泛應用于護膚用品、洗漱用品、醫(yī)療器具及其紡織品上[1, 2]。過去人們一度認為TCS是安全低毒的，沒有引起足夠的重視。但隨著TCS的廣泛使用，環(huán)境中檢測到的含量越來越高，逐步呈現(xiàn)出一種“持續(xù)性存在”的狀態(tài)。TCS在自然環(huán)境中不易降解、具有生物蓄積性和多種生物毒性[3]，因此，TCS的環(huán)境行為以及毒理學研究已經(jīng)引起了研究者們的極大重視。

關于TCS對水生生物毒性效應的研究已有一些報道。梁惜梅[4]的研究表明，TCS對劍尾魚的生長有顯著的抑制作用。李義剛等[5]研究了TCS對羊角月牙藻的毒性，發(fā)現(xiàn)藻細胞光合作用的原初反應及電子鏈傳遞受到嚴重阻礙，伍筱琳等[6]的研究表明TCS影響了小球藻的生長。迄今為止，TCS對魚類行為學影響方面的研究較少。

紅白鯽 (red-white crucian carp) 是金鯽的一種，具有體質(zhì)強健、適應能力強、食性廣、耐低氧、易繁殖和飼養(yǎng)等優(yōu)點[7]，已被多次應用到毒理學的研究中。因此，本研究采用兩種不同方式進行TCS對紅白鯽染毒試驗，觀察不同濃度及作用時間紅白鯽運動行為的變化，探討短期和長期TCS暴露對紅白鯽行為學的影響，為魚類行為學在環(huán)境污染中的應用提供基礎數(shù)據(jù)，同時也為環(huán)境保護和生物多樣性的維持提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 試驗藥品和器材

TCS為玉潔純(>99.5%，臨沂市蘭山區(qū)森林化工有限公司)，二甲基亞砜 (DMSO)(天津市富宇精細化工有限公司)、 pH計、水族箱(58 cm×28 cm×36 cm)、攝像機(日本佳能XF315)

1.1.2 試驗用魚

紅白鯽購自河南省洛陽市觀賞魚市場,體長(7.7±1.1) cm，體重(11.9±2.5) g，試驗前, 紅白鯽需在水族箱內(nèi)暫養(yǎng)1周，每天早晚2次投喂，微型抽水機連續(xù)抽水充氣并及時清除殘餌及其排泄物。同時，須保證暫養(yǎng)期間魚的活動正常、無病、死亡率低于5%。試驗時選鰭鱗完整、健康活潑、規(guī)格一致的個體作為試驗對象，試驗期間每天投喂1次。

1.2 方法

1.2.1 母液配制

取TCS白色晶狀粉末0.2 g溶解到100 mL的二甲基亞砜溶劑(DMSO)中，配置成2 g/L的母液，試驗時按比例用曝氣后的自來水稀釋至所需濃度。

1.2.2 實驗設計

通過24、48 h預備試驗確定出TCS試驗液質(zhì)量濃度的上、下限為0.50和1.50 mg/L。進一步試驗得出96 h LC50為1.11 mg/L。根據(jù)上述結(jié)果進行兩種系統(tǒng)設計：

一種是在上限和96 h LC50間按等差數(shù)間距分別設5個濃度梯度組(0.50、0.60、0.70、0.80、0.90 mg/L)，同時設定溶劑對照(0.1% DMSO)和空白對照，然后隨機選取5尾暫養(yǎng)后的紅白鯽，依次放入不同的濃度梯度中進行視頻跟蹤錄像，為了防止突發(fā)環(huán)境變化而導致的行為變化，錄像7 min,記錄時間為后5 min。

另一種是設定在下限和96 h LC50間設置0.60 mg/L和0.69 mg/L兩個濃度組，進行紅白鯽14 d的暴露實驗，同時設定空白對照和溶劑對照(0.1% DMSO)。每個魚缸隨機放10尾。為使試驗液中TCS的質(zhì)量濃度保持穩(wěn)定并有充足的溶氧，試驗液每隔24 h換1次。暴露試驗期間，水體pH值為(7.0±0.2),溶氧值DO (8.5±1.2) mg/L,水溫(15±3) ℃。14 d暴露試驗結(jié)束后，每個濃度梯度隨機取5尾魚放入清水中進行視頻跟蹤錄像，記錄時間為2 min。

1.2.3 紅白鯽運動學指標的測定

游動速度和垂直位置是在線生物監(jiān)測系統(tǒng)的重要指標，TCS對紅白鯽的行為影響從游動速度和垂直位置兩個方面進行分析，用以下3個指標來表征紅白鯽的異常行為響應：(1)運動軌跡，從魚的擺動(尾鰭的擺動次數(shù))、狀態(tài)變化進行闡述；(2)游動速度，在游動速度方面統(tǒng)計了魚的游動速度；(3)垂直穿梭次數(shù)(從水的垂直方面位置分析，魚在水中從上到下或從下到上的游動次數(shù))，在垂直位置方面統(tǒng)計魚的運動行為改變。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示。SPSS17.0軟件進行單因素方差分析，采用最小顯著差數(shù)法(LSD)，統(tǒng)計學檢驗水平設為0.05，P<0.05表示有顯著差異。

2 結(jié)果

2.1 短期暴露對紅白鯽運動行為的影響

2.1.1 對運動軌跡的影響

運動軌跡觀察顯示見圖1，空白對照組紅白鯽上下來回穿梭，軌跡線為(21.00±2.23)條，行為軌跡較為一致；溶劑對照組、0.50、0.60、0.70、0.80和0.90 mg/L濃度組，軌跡線先增加后減小，分別為(22.00±2.31)、(37.00±3.21)、(44.00±2.48)、(51.00±3.36)(48.40±2.05)和(40.00±2.45)條，各染毒組和空白對照相比極顯著增加(P<0.01)，而空白對照和溶劑對照之間無顯著性差異(P>0.05)。

圖 1 TCS短期暴露對紅白鯽運動軌跡的影響Fig.1 Effect of short-term exposure to TCS on movement track of red-white crucian carp邊框表示水族箱，中間線表示水位線，細線條表示運動軌跡

由記錄數(shù)據(jù)分析得到，空白對照組和溶劑對照組擺動次數(shù)分別為(44.00±7.24)和(49.00±6.58)次；在不同濃度組(低濃度到高濃度)中的擺動次數(shù)依次為：(63.80±2.71)、(71.00±3.27)、(86.80±2.99)、(82.40±2.06)、(93.20±5.49)次，與空白對照相比顯著增大(P<0.05)，而空白對照和溶劑對照之間無顯著性差異(P>0.05)。因此可知，經(jīng)TCS短期染毒后，在一定濃度范圍內(nèi)，從運動軌跡方面分析得知，魚的行動變得活躍，隨著濃度增加出現(xiàn)增加的趨勢。

空白對照組和溶劑對照組魚的運動狀態(tài)基本為圖2 A、B兩種狀態(tài)；在暴露于低濃度(0.50，0.60 mg/L)時，魚的運動狀態(tài)基本與對照組相同，偶爾出現(xiàn)C、D、E、F幾種狀態(tài)；暴露于0.70 mg/L和0.80 mg/L時，魚的運動狀態(tài)趨向于C、D、K三種狀態(tài)；暴露于0.90 mg/L時，魚出現(xiàn)側(cè)游現(xiàn)象(G、F)，偶爾出現(xiàn)I、J狀態(tài)。可以看出TCS可以影響魚的運動狀態(tài)。

2.1.2 對運動速率的影響

由圖3可以看出，TCS在低濃度范圍(0～0.70 mg/L)，魚的速度逐漸上升；超過0.70 mg/L范圍，速度緩慢下降；不同濃度下紅白鯽的游動速度都大于對照組。分析結(jié)果可知，紅白鯽在溶劑對照組、0.50、0.60、0.80和 0.90 mg/L濃度組運動速度分別為(2.56±0.61)、(2.81±0.60)、(3.07±0.54)、(3.04±0.63)和(2.95±0.65)cm/s，與空白對照相有小幅增大，但差異不顯著(P>0.05)；而0.70 mg/L濃度組運動速度為(3.30±0.65)cm/s，與空白對照相比顯著增大(P<0.05)。由此可知，紅白鯽短期暴露染毒，在低濃度范圍內(nèi)，魚受到藥物刺激速度有增加趨勢。

2.1.3 對垂直穿梭次數(shù)的影響

結(jié)果見圖4，隨著TCS濃度的增加，在一定濃度范圍內(nèi)，魚的垂直穿梭次數(shù)隨著濃度的增加而增加；超出一定濃度范圍，垂直穿梭次數(shù)有減小的趨勢。紅白鯽在溶劑對照組中垂直穿梭次數(shù)為(28.00±6.23)次，與空白對照組相比差異不顯著(P>0.05)。各濃度組垂直穿梭次數(shù)分別為(47.00±6.86)、(62.80±7.76)、(71.40±7.96)、(53.00±6.52)和(45.20±7.79)次，和空白對照相比較極顯著增大(P<0.01)。

2.2 暴露14 d后對紅白鯽運動行為的影響

2.2.1 對運動軌跡的影響

運動軌跡見圖5，TCS染毒組紅白鯽的運動軌跡呈現(xiàn)不規(guī)律現(xiàn)象。0.60 mg/L和0.69 mg/L濃度組軌跡線分別為(7.00±1.01)條，(6.00±1.06)條，與空白對照組(10.00±1.12)條相比差異極顯著(P<0.01)，而溶劑對照和對照之間并無顯著性差異(P>0.05)。同時，可以觀察到高濃度組的軌跡線上下浮動變小。由此可見，紅白鯽暴露染毒14 d后運動行為出現(xiàn)變緩趨勢。

圖5 長期TCS暴露對紅白鯽運動軌跡的影響Fig.5 Effect of long-term exposure to TCS on movement track of red-white crucian carp邊框表示水族箱，中間的線表示水位線，細線條表示運動軌跡

2.2.2 對運動速率的影響

由圖6可以看出， 0.60 mg/L TCS濃度組運動速度為(2.29±0.60)cm/s，與空白對照相比差異不顯著(P>0.05)；0.69 mg/L濃度組運動速度為(1.20±0.59) cm/s，與空白對照相比極顯著降低(P<0.01)。結(jié)果表明，染毒組紅白鯽的游動速度會出現(xiàn)變小現(xiàn)象，暴露染毒14 d，TCS可以使紅白鯽運動速度受到抑制。

圖6 TCS暴露染毒14 d后對紅白鯽運動速率影響Fig.6 Effect of 14 days’ exposure to TCS on movement speed of red-white crucian carp

2.2.3 對垂直穿梭次數(shù)的影響

結(jié)果顯示見圖7，TCS染毒組的紅白鯽垂直穿梭次數(shù)變小。在測量的時間內(nèi)，空白對照和溶劑對照組垂直穿梭次數(shù)分別為(11.20±1.30)次和(9.98±1.43)次，0.60 mg/L濃度組垂直穿梭次數(shù)為(8.00±1.22)次，與空白對照組相比顯著降低(P<0.05)；0.69 mg/L濃度組垂直穿梭次數(shù)為(5.60±1.14)次，與空白對照相比差異極顯著(P<0.01)。

圖7 暴露染毒14 d后垂直穿梭次數(shù)的變化Fig.7 Effect of 14 days’ exposure to TCS on vertical shuttle times of red-white crucian carp

3 討論

魚類行為學是研究魚類行為規(guī)律的一門新興學科，常見的魚類行為有繁殖、集群、遷移、趨光、學習記憶能力、回避、捕食、社交、游動行為等[8]。環(huán)境中的污染物對幾乎所有魚的行為都能夠產(chǎn)生影響。正常水體水質(zhì)保持一致，因無外來刺激的干擾，魚類的行為變化比較穩(wěn)定，運動軌跡、游動速度、高度、垂直穿梭次數(shù)和分散度等指標都在均值上下穩(wěn)定波動。因此，魚類行為的異常變化能夠?qū)λw水質(zhì)的變化起到一定的預警作用[9]。

本研究發(fā)現(xiàn)，短期的TCS暴露下，隨著濃度的增大，紅白鯽的運動軌跡線、擺動次數(shù)、垂直穿梭次數(shù)顯著增大，且游泳速度也有增大的趨勢。表明TCS短期暴露刺激敏銳的感覺器官，此時，紅白鯽可感知水體突變的狀況，表現(xiàn)出慌亂不安的過度活躍。此結(jié)果與氯氰菊酯和溴氰菊酯聯(lián)合突發(fā)暴露下，斑馬魚行為變化相一致[10]。同時，Barry[11]的研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的化學藥品刺激下，魚類的游泳速度明顯提高。這種急劇的運動被稱為“回避反應”，是魚對水環(huán)境污染所產(chǎn)生的第一層行為變化，其表現(xiàn)形式和維持時間的長短受到暴露化合物的種類及濃度的影響[12]。TCS暴露14 d后，紅白鯽的運動軌跡線、垂直穿梭次數(shù)、游泳速度降低，且在最高濃度組極顯著降低，由此推測出紅白鯽在14 d的染毒過程中，隨著染毒時間的延長，其行為機制而導致的行為反應逐漸變化，最初表現(xiàn)為“回避反應”，然后逐步適應，在14 d時，行為又出現(xiàn)了遲緩現(xiàn)象，此時可能因為TCS或者其次生產(chǎn)物在魚體內(nèi)大量累積毒性得到爆發(fā)而導致的。三甲氧苯乙胺和苯環(huán)己哌啶能夠使斑馬魚的運動速率減少，個體之間碰撞率增加[13]。此結(jié)果和本實驗的結(jié)果相一致。同時也有研究表明，TCS具有一定的神經(jīng)毒性，其毒性機制有待進一步探討。

本研究的結(jié)果表明，魚類受到污染物的刺激，會表現(xiàn)出驚恐、慌亂或相對靜止，接觸到污染物的前一段時間，往往出現(xiàn)急劇運動，隨著污染物暴露時間的延長，魚類可能會不斷通過行為、代謝調(diào)節(jié)等適應環(huán)境的變化，游動高度、游動速度、運動軌跡、垂直穿梭次數(shù)等逐漸恢復甚至低于暴露前水平。

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(責任編輯：鄧 薇)

Effects of triclosan on movement behavior of red-white crucian carp

WANG Fan，LIU Fei，LIU Xu-hao，ZHANG Lan-fei

(LuoyangNormalCollege，Luoyang471022，Henan,China)

The behavioral responses of red -white crucian carp exposed to triclosan (TCS) were monitored by video tracking system. The carps were randomized into five TCS concentration exposure groups (0.50, 0.60, 0.70, 0.80and 0.90 mg/L), a blank control group and DMSO (0.1%) solvent control group. Then swimming speed, movement trace and vertical shuttle times of the carps were recorded by video tracking system for five minutes. Meanwhile, the other carps were randomly assigned to two TCS concentration groups (0.60、0.69 mg/L), a blank control group and DMSO (0.1%) solvent control group for 14 days semi-static exposure. After 14 days exposure, behavioral indicators of the carps were also recorded by video tracking system for two minutes. Results showed that swimming speed, swimming tracks and vertical shuttle times of the carps were significantly increased by short-term TCS exposure, while behavioral indicators were significantly decreased by long-term TCS exposure. TCS could significantly change the movement behavior of the crucian carp.

red-white crucian carp; triclosan; toxicity; movement behavior

2016-08-02；

2016-11-09

NSFC-河南人才培養(yǎng)聯(lián)合基金(U1504303)

王 凡(1976-)，男，副教授，主要從事生態(tài)毒理學研究。E-mail:wangfan7677@163.com

S948

A

1000-6907-(2017)02-0091-05