PFOS對(duì)斑馬魚(yú)的急性毒性及安全濃度評(píng)價(jià)

郭晉姝 王金有 武佳琪 曹謹(jǐn)玲

摘要 [目的]探討全氟辛烷磺酸（PFOS）對(duì)斑馬魚(yú)的生態(tài)毒性效應(yīng)。[方法]采用靜態(tài)染毒法研究不同濃度的PFOS暴露對(duì)斑馬魚(yú)的急性毒性效應(yīng)。[結(jié)果]不同濃度PFOS暴露條件下斑馬魚(yú)出現(xiàn)魚(yú)體側(cè)翻、失去平衡、游泳能力和和呼吸能力減弱等中毒現(xiàn)象，隨著PFOS暴露濃度的增加和暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，斑馬魚(yú)的死亡率也相應(yīng)增加，存在明顯的劑量效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)關(guān)系。PFOS對(duì)斑馬魚(yú)24、48、72、96 h的半致死濃度（LC50）分別為26.09、9.08、3.91和2.58 mg/L，安全濃度為0.258 mg/L。根據(jù)急性毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，判斷PFOS對(duì)斑馬魚(yú)的毒性為高毒。[結(jié)論]該研究結(jié)果可為掌握PFOS的生態(tài)毒性以及評(píng)價(jià)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和危害提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 PFOS；斑馬魚(yú)；急性毒性；安全濃度；LC50

中圖分類號(hào) S94；X174 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）07-0092-04

Acute Toxicity and Safe Concentration Assessment of Perfluorooctane Sulfonate（PFOS） to Danio rerio

GUO Jin-shu， WANG Jin-you，WU Jia-qi，CAO Jin-ling*

（College of Animal Science and Technology， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi 030801）

Abstract [Objective] To investigate the ecological toxicity effects of perfluorooctane sulfonates （PFOS） on Danio rerio. [Method] The acute toxicity effects of different concentrations of PFOS on D. rerio were studied by using static exposure method. [Result] The toxic symptoms of D. rerio appeared under the exposure of different concentrations of PFOS such as body roll， loss of equilibrium， declined swimming ability and respiratory ability. The death rate of D. rerio enhanced with increase of PFOS concentration and prolonging of exposure time， and there were obvious dose-response and time-response correlations. LC50 of PFOS to D. rerio at 24 ， 48 ， 72 ， 96 h were 26.09， 9.08， 3.91， 2.58 mg/L， respectively. The safe concentration of PFOS to D. rerio was 0.258 mg/L. According to the grading standard of acute toxicity， the toxicity of PFOS to D. rerio belonged to high toxicity. [Conclusion] The research results can provide scientific basis for studying the ecological toxicity of PFOS and evaluating its ecological risk and hazards.

Key words PFOS；Danio rerio；Acute toxicity；Safe concentration；LC50

全氟辛烷磺酸（Perfluorooctane sulfonate，PFOS）是全氟化合物中最具有代表性的一種物質(zhì)。PFOS中具有極高化學(xué)鍵能的C-F共價(jià)鍵，使其具有很高的熱和化學(xué)穩(wěn)定性[1]，同時(shí)PFOS具有疏油疏水的特性，因此被廣泛應(yīng)用于紡織、皮革、造紙、潤(rùn)滑油、緩濁劑、洗滌劑和泡沫滅火劑等工業(yè)民用領(lǐng)域[2-3]。目前，水環(huán)境中PFOS的濃度數(shù)量級(jí)為ng/L，其中我國(guó)河海流域PFOS濃度達(dá)到1.11～7.65 ng/L[4]。近年來(lái)，PFOS在環(huán)境水體、野生生物、沉積物甚至人的血清和母乳中都有檢出[2，5-7]。PFOS是一種能在環(huán)境介質(zhì)和生物體內(nèi)積累、影響性激素水平的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物[8]。PFOS具有肝臟毒性，使肝臟變小，影響能量代謝[9]；PFOS引起肝臟內(nèi)的過(guò)氧化物增加，造成氧化損傷，直接或間接損害遺傳物質(zhì)，引發(fā)腫瘤[10-11]；PFOS破壞血清中皮質(zhì)酮和瘦素水平的平衡，影響去甲腎上腺素的濃度，干擾動(dòng)物的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)[12]；PFOS誘使胎兒中毒，造成幼齡動(dòng)物畸形，延緩幼齡動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育等[13-14]。

斑馬魚(yú)，俗稱藍(lán)條魚(yú)、花條魚(yú)，隸屬鯉科短魚(yú)丹屬。斑馬魚(yú)身體細(xì)長(zhǎng)，尾部稍側(cè)扁從微尖，臀鰭較長(zhǎng)。尾鰭呈叉形，體側(cè)有像斑馬一樣的縱向條紋，具有一定的觀賞價(jià)值，是一種亞熱帶水觀賞魚(yú)類。斑馬魚(yú)除了具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值和觀賞價(jià)值外，因其具有個(gè)體小、產(chǎn)卵周期短、產(chǎn)卵量高、卵大、體外受精、體外發(fā)育等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于胚胎學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、毒理學(xué)、分子生物學(xué)等研究，被當(dāng)作理想的分子生物學(xué)和免疫學(xué)研究的脊椎動(dòng)物模型，具有較高的科研價(jià)值和良好的應(yīng)用前景[15]。PFOS對(duì)水生生物的毒性在以前僅有少量致死效應(yīng)的報(bào)道[16-17]，但缺乏深入細(xì)致的研究。筆者以斑馬魚(yú)為研究對(duì)象，研究PFOS對(duì)斑馬魚(yú)的半致死濃度，并對(duì)其進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，旨在為掌握PFOS的生態(tài)毒性以及評(píng)價(jià)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和危害提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用斑馬魚(yú)體長(zhǎng)（3.2±0.5） cm，體重（0.38±0.50） g，購(gòu)自太原市花鳥(niǎo)魚(yú)市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)12 d暫養(yǎng)后，選擇健康斑馬魚(yú)作為受試材料。試驗(yàn)期間，水溫保持在25 ℃，溶解氧≥5 mg/L，pH在7.0左右，光照周期14 L∶10 D，每天定時(shí)定量投喂斑馬魚(yú)專用飼料。PFOS濃度40%，貨號(hào)77283，購(gòu)自Sigma-Aldrich貿(mào)易有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 預(yù)試驗(yàn)。

正式試驗(yàn)前，斑馬魚(yú)在經(jīng)曝氣的自來(lái)水中馴養(yǎng)12 d，在此期間自然死亡率低于5%。選擇健康活潑、反應(yīng)靈敏、大小一致的斑馬魚(yú)用于試驗(yàn)。在試驗(yàn)開(kāi)始前1 d，停止對(duì)斑馬魚(yú)喂食。在同一規(guī)格的玻璃缸中分別加入10 L PFOS稀釋液，濃度分別為1 000.0、100.0、10.0、1.0、0.1 mg/L。為保證試驗(yàn)濃度的準(zhǔn)確性，試驗(yàn)液每天更換1次。同時(shí)，及時(shí)記錄斑馬魚(yú)的行為、中毒癥狀以及24、48、72、96 h的死亡數(shù)量（輕觸斑馬魚(yú)尾部，若無(wú)任何反應(yīng)，則視為死亡），及時(shí)撈出死魚(yú)，以免污染水質(zhì)。

1.2.2 正式試驗(yàn)。

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，在斑馬魚(yú)96 h全部存活的最高濃度和96 h全部死亡的最低濃度之間設(shè)置6個(gè)PFOS濃度：0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L，每個(gè)濃度設(shè)3個(gè)平行。試驗(yàn)溶液調(diào)至相應(yīng)溫度后，從馴養(yǎng)魚(yú)群中隨機(jī)取出魚(yú)并迅速放入各試驗(yàn)容器中，每個(gè)容器中放入15條斑馬魚(yú)，轉(zhuǎn)移期間處理不當(dāng)?shù)聂~(yú)均應(yīng)棄除。分別在PFOS暴露后3和6 h觀察斑馬魚(yú)的行為，并記錄試驗(yàn)魚(yú)的異常行為和中毒狀況，此后每隔6 h觀察1次，直至96 h結(jié)束。及時(shí)撈出死魚(yú)，并分別在24、48、72、96 h記錄斑馬魚(yú)的死亡數(shù)。試驗(yàn)期間，每天定期檢測(cè)水質(zhì)。為避免試驗(yàn)器材對(duì)斑馬魚(yú)產(chǎn)生的影響，試驗(yàn)前用高錳酸鉀對(duì)所有器材進(jìn)行消毒處理。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

根據(jù)PFOS對(duì)斑馬魚(yú)的急性毒性試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)線性回歸方法得到回歸方程[18]，計(jì)算PFOS暴露對(duì)斑馬魚(yú)24、48、72、96 h的半致死濃度（LC50）。按照以下公式計(jì)算安全濃度：SC=96 h LC50×0.1。式中，SC為安全濃度，96 h LC50為PFOS暴露96 h后斑馬魚(yú)的半致死濃度[19-20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 斑馬魚(yú)PFOS中毒癥狀

斑馬魚(yú)中毒癥狀如下：初期斑馬魚(yú)表現(xiàn)異常，略顯焦躁，游泳速度加快，無(wú)規(guī)律地游動(dòng)，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，斑馬魚(yú)的游泳能力減弱，呼吸能力下降，有些魚(yú)體發(fā)生側(cè)翻現(xiàn)象，失去平衡，在水體中不停旋轉(zhuǎn)，浮在水面或沉在水底，最后魚(yú)體死亡，腹部出現(xiàn)白色絮狀物。

2.2 PFOS對(duì)斑馬魚(yú)的急性毒性

2.2.1 預(yù)試驗(yàn)結(jié)果。

PFOS暴露96 h后，斑馬魚(yú)全部死亡的最低濃度和全部存活的最高濃度分別為10.0和0.1 mg/L。1 000.0 mg/L PFOS組在暴露6 h后魚(yú)體無(wú)規(guī)律地快速游動(dòng)，呼吸頻率異常，9 h時(shí)尾鰭擺動(dòng)緩慢，游動(dòng)明顯緩慢，出現(xiàn)魚(yú)體側(cè)翻和魚(yú)體旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，失去平衡，腹鰭的擺動(dòng)頻率下降，沉于水底不動(dòng)。12 h后開(kāi)始出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，24 h內(nèi)魚(yú)體全部死亡。100.0 mg/L PFOS組在暴露20 h后斑馬魚(yú)出現(xiàn)異常反應(yīng)，有死亡現(xiàn)象，存活魚(yú)體不停旋轉(zhuǎn)，浮在水面，出現(xiàn)呼吸困難、呼吸能力減弱的現(xiàn)象，游泳速度也大大降低，甚至浮在水面或沉在水底不動(dòng)。在暴露26 h后，100.0 mg/L PFOS組斑馬魚(yú)全部死亡。10.0 mg/L PFOS組在暴露24 h后出現(xiàn)魚(yú)體中毒癥狀，34 h后出現(xiàn)魚(yú)體死亡，48 h內(nèi)全部死亡。1.0 mg/L PFOS組暴露24 h后出現(xiàn)魚(yú)體旋轉(zhuǎn)、側(cè)翻、失去平衡的現(xiàn)象，開(kāi)始有魚(yú)體死亡，30 h內(nèi)死亡2條，其余存活魚(yú)的游泳速度緩慢，游泳能力減弱，此后魚(yú)體活力有所恢復(fù)和上升。

2.2.2 正式試驗(yàn)結(jié)果。

正式試驗(yàn)濃度設(shè)置5個(gè)PFOS濃度：0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L。試驗(yàn)剛開(kāi)始時(shí)，魚(yú)體無(wú)明顯異常現(xiàn)象，基本適應(yīng)水環(huán)境。由表1可知，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，魚(yú)體從低濃度到高濃度出現(xiàn)中毒癥狀和死亡現(xiàn)象，且隨著PFOS濃度的增加，斑馬魚(yú)的死亡率逐漸增加。空白對(duì)照組斑馬魚(yú)無(wú)中毒和死亡現(xiàn)象，魚(yú)體表現(xiàn)正常。當(dāng)PFOS暴露濃度為2.0～8.0 mg/L時(shí)，魚(yú)體在24 h內(nèi)均出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，暴露96 h后8.0 mg/L PFOS組魚(yú)體全部死亡，斑馬魚(yú)死亡率為100%；4.0 mg/L PFOS組斑馬魚(yú)死亡率高達(dá)93%，僅存活1條；2.0 mg/L PFOS組斑馬魚(yú)的死亡率為53%，存活的其他7條魚(yú)體游泳速度降低，魚(yú)體沉在水底或浮在水面緩慢移動(dòng)，魚(yú)體旋轉(zhuǎn)或側(cè)翻，失去平衡，呼吸能力下降，呼吸表現(xiàn)困難，聚集在氧氣石周圍不動(dòng)或浮在水表面。0.5 mg/L PFOS組和1.0 mg/L PFOS組在48 h出現(xiàn)魚(yú)體死亡，96 h后0.5 mg/L PFOS組斑馬魚(yú)的死亡率20%，1.0 mg/L PFOS組斑馬魚(yú)的死亡率達(dá)到33%，存活魚(yú)體有活動(dòng)能力受阻的現(xiàn)象。隨著PFOS濃度的增加和暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，斑馬魚(yú)的死亡率也有所增加，且PFOS濃度越高，斑馬魚(yú)的死亡率越高，呈現(xiàn)出劑量-效應(yīng)關(guān)系和時(shí)間-效應(yīng)關(guān)系。

2.2.3 半致死濃度和安全濃度。

由表2可知，PFOS暴露24、48、72、96 h斑馬魚(yú)的LC50值依次為26.09、9.08、3.91、2.58 mg/L，表明PFOS對(duì)斑馬魚(yú)的毒性隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而顯著增加。根據(jù)魚(yú)類急性毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[21]：若96 h LC50<1 mg/L，為極高毒；若96 h LC50為1～10 mg/L，為高毒；若96 h LC50為10～100 mg/L，為中毒；若96 h LC50>200 mg/L，為低毒。PFOS對(duì)斑馬魚(yú)96 h的 LC50介于1～10 mg/L，為 高毒；按照美國(guó)華盛頓州化學(xué)品毒性分級(jí)，屬于B級(jí)，即為高毒性（表3）。PFOS對(duì)斑馬魚(yú)96 h的安全濃度為0.258 mg/L。

3 討論

3.1 不同種類水生生物對(duì)PFOS的敏感性不同

不同水生動(dòng)物對(duì)PFOS的敏感性存在差異。LC50值越高，說(shuō)明敏感性越低。PFOS對(duì)水生生物有較大的急性毒性，魚(yú)類的LC50為4.20～81.18 mg/L[22-24]，藻類的EC50值為81.60～305.00 mg/L[22，25-26]，蚤類的LC50值為4.17～78.09 mg/L[22，24，27]。不同水生生物對(duì)水質(zhì)的要求及環(huán)境的適應(yīng)能力存在差異，從而導(dǎo)致不同水生生物對(duì)PFOS的耐受性不同。一般認(rèn)為，魚(yú)類中的不同種屬會(huì)因生物學(xué)特征的差異而對(duì)污染物損傷的敏感性不同。該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1.0 mg/L的PFOS暴露24 h后斑馬魚(yú)體出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、側(cè)翻、失衡的中毒現(xiàn)象，開(kāi)始有魚(yú)體死亡，但此后存活斑馬魚(yú)魚(yú)體活力有所恢復(fù)和上升，這可能是斑馬魚(yú)對(duì)水環(huán)境的一種適應(yīng)能力和適應(yīng)行為。根據(jù)急性毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[21]，PFOS對(duì)斑馬魚(yú)表現(xiàn)為高毒，這可能是因?yàn)镻FOS在水生生物食物鏈中有明顯的生物蓄積效應(yīng)[28]，而在通常情況下魚(yú)類在食物鏈中有毒物質(zhì)的富集程度較大，所以食物鏈中魚(yú)類的PFOS含量較高[29]，魚(yú)類對(duì)PFOS較為敏感，毒性較大。因此，斑馬魚(yú)的LC50值較低，表現(xiàn)為敏感性較高，呈高毒。

3.2 PFOS對(duì)斑馬魚(yú)的安全濃度評(píng)價(jià)

PFOS在生物體內(nèi)主要分布于肝臟和血液，并能引起器官病變、發(fā)育過(guò)程、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)的毒性和致癌性等[30-35]。此外，PFOS具有較強(qiáng)的生物積累性，在哺乳動(dòng)物、蚤類和其他水生生物食物鏈等高生態(tài)位的水生生物中都具有很強(qiáng)的生物富集作用[28]。該研究結(jié)果表明，PFOS對(duì)斑馬魚(yú)的96 h LC50值為2.583 0 mg/L，安全濃度為0.258 3 mg/L，根據(jù)魚(yú)類急性毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[21]，魚(yú)類的96 h LC50介于1～10 mg/L，判斷 PFOS對(duì)斑馬魚(yú)為高毒性。按照美國(guó)華盛頓州化學(xué)品毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，PFOS毒性為B級(jí)，屬于高毒性物質(zhì)。2種毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的判斷結(jié)果一致。目前，PFOS在我國(guó)海河流域中的濃度為1.11～7.65 ng/L[4]，在美國(guó)加利福尼亞洲河流中PFOS濃度高達(dá)30～127 ng/L[36]，而PFOS對(duì)水生生物存在較高急性毒性的研究報(bào)道很少。同時(shí)，現(xiàn)階段我國(guó)尚未制定PFOS對(duì)魚(yú)類的安全濃度標(biāo)準(zhǔn)，而PFOS在水環(huán)境中的持久性、在生物體內(nèi)的富集性以及對(duì)動(dòng)物和人體潛在的毒性引起了廣泛關(guān)注。因此，為了保護(hù)水生生物免受PFOS的危害，有必要開(kāi)展PFOS對(duì)魚(yú)類的急性毒性研究，為進(jìn)一步確定PFOS對(duì)水生生物的安全濃度提供依據(jù)。

4 結(jié)論

筆者開(kāi)展了水環(huán)境中不同濃度PFOS對(duì)斑馬魚(yú)的急性毒性試驗(yàn)，確定了PFOS對(duì)斑馬魚(yú)24、48、72、96 h的半致死濃度依次為26.09、9.08、3.91和2.58 mg/L，并計(jì)算出PFOS對(duì)斑馬魚(yú)96 h的安全濃度為0.258 mg/L。根據(jù)急性毒性的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，判斷PFOS對(duì)斑馬魚(yú)為高毒。該試驗(yàn)對(duì)PFOS的毒性進(jìn)行了初步判斷，豐富了PFOS對(duì)水生生物毒性的研究資料，為更好地掌握PFOS的生態(tài)毒性，評(píng)價(jià)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和危害提供了科學(xué)依據(jù)。

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