雙齒圍沙蠶對芘的生物可利用性研究

蔡富才，趙歡，李艷楠，張文龍，楊大佐，周一兵

大連海洋大學 遼寧省海洋生物資源恢復與生境修復重點實驗室，大連 116023

雙齒圍沙蠶對芘的生物可利用性研究

蔡富才，趙歡，李艷楠，張文龍，楊大佐，周一兵*

大連海洋大學 遼寧省海洋生物資源恢復與生境修復重點實驗室，大連 116023

為近海岸沉積質中PAHs的生態風險評價及其污染生境的修復提供理論依據，以雙齒圍沙蠶為研究對象，以芘為暴露污染物，開展雙齒圍沙蠶對芘的生物可利用性研究，分別考察了芘對雙齒圍沙蠶抗氧化酶活性的影響以及芘在雙齒圍沙蠶體內的生物富集特征。結果表明，雙齒圍沙蠶SOD、CAT和GSH-PX活性均隨誘導時間的增加而升高，且SOD活性隨芘濃度的增加出現顯著性抑制，CAT和GSH-PX活性則隨芘濃度的增加出現顯著性升高。芘在雙齒圍沙蠶體內的生物富集特征如下：雙齒圍沙蠶體內芘的蓄積量隨暴露濃度的增加而增加，各處理組雙齒圍沙蠶體內芘的蓄積量隨時間的變化均呈類凸形的二次曲線關系，在第10天達到蓄積的最大值，最大蓄積量依次為(6.18±0.62) mg·kg-1、(12.37±1.23) mg·kg-1和(24.76±1.51) mg·kg-1。生物富集系數BCF隨芘濃度的增加而減小，分別為0.0692、0.0684和0.0674。上述研究結果表明，在一定濃度范圍內，雙齒圍沙蠶抗氧化酶活性對芘的暴露具有很好的指示作用；此外，在短期內，雙齒圍沙蠶對芘具有明顯的富集效應。

芘；雙齒圍沙蠶；生物可利用性；抗氧化酶；生物富集

Received14 January 2017accepted13 March 2017

Abstract: In this article, the bioavailablility of pyrene in Perinereis aibuhitensis was studied. The antioxidant enzyme activities and the characteristics of bioconcentration of pyrene in P. aibuhitensis were detected. The results showed that the activities of SOD, CAT and GSH-PX in P. aibuhitensis were significantly up-regulated with prolonged exposure to pyrene. The activity of SOD was significantly decreased with increased concentration of pyrene, in contrast, the activities of CAT and GSH-PX were increased. The characteristics of bioconcentration of pyrene in P. aibuhitensis were as follows: the accumulation amount of pyrene in P. aibuhitensis showed a quadratic curve pattern with exposure time, which was increased with increased concentration of pyrene. At the 10thday of exposure to pyrene, the accumulation amount in each treatment group reached the maximum with (6.18±0.62) mg·kg-1, (12.37±1.23) mg·kg-1and (24.76±1.51) mg·kg-1, respectively. The BCFs in each treatment group was 0.0692, 0.0684 and 0.0674, respectively, which showed negative relationship with pollutant concentration. These results indicated that the activity of antioxidant enzymes in P. aibuhitensis may act as a good indicator for pyrene exposure in a certain concentration range, and furthermore, P. aibuhitensis has the ability to bioaccumulate pyrene. This article will support the further study on ecological risk evaluation and environmental remediation in the coastal sediment polluted by PAHs.

Keywords: pyrene;Perinereis aibuhitensis; bioavailablility; antioxidant enzyme; bioconcentration

多環芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是一類由2個或2個以上芳烴(苯)環以線狀、角狀或簇狀排列構成的碳氫化合物，具有很強的致癌、致畸和致基因突變作用[1-2]。該類物質隨著苯環數量的增多，其辛醇-水分配系數增加，水溶性降低而脂溶性增強[3]，極易吸附于有機顆粒物上，進而蓄積在有機體和沉積質中[4]，并可通過食物鏈的放大作用危害人類健康。近海岸沉積質中的PAHs主要來源于近岸溢油、石化污染以及陸源排放[5-6]。目前已有多種PAHs被美國環境保護署列入優先控制有機污染物，其中包括芘(pyrene, PY)。芘在環境中普遍存在[7]，常作為PAHs的代表物用于各項毒理學和生態風險評價的研究[8-9]。

多毛類是一類廣泛棲居于污染物較為匯集的海陸交錯帶沉積質中具有典型沉積食性的底棲無脊椎動物[10]。多毛類動物的不易長距離遷移的特點，使其極易通過直接接觸和主動攝食接觸到沉積質中的污染物，近年來常被用作海洋沉積質污染評價的物種[11]。研究表明一些種類的多毛類動物對重金屬和石油烴等污染物具有較強的耐受和富集作用[12-13]，可通過一系列分解和轉化作用將有毒有害的污染物排出體外，維持機體對污染物較高的生物可利用性[14]，因此，這些種類的多毛類動物也被用作近海岸污染沉積質生境修復的物種。

生物可利用性的實質在于研究化學物質與生物體的一種潛在的相互關系，由間接的毒性數據或生物體濃度數據來評價，對生物修復、污染物的生態毒性和生態風險評價具有重要影響[15-16]。目前，近海岸沉積質中PAHs的生物可利用性研究已有相關報道，主要集中在少數多毛類物種上，有關PAHs在我國海陸交錯帶分布廣泛的多毛類動物—雙齒圍沙蠶(Perinereis aibuhitensis)體內的生物可利用性研究尚未多見。

本研究以P. aibuhitensis為研究對象，以芘作為暴露污染物，開展P. aibuhitensis對芘的生物可利用性研究，分別考察了芘對P. aibuhitensis體內主要抗氧化酶活性的影響以及芘在P. aibuhitensis體內的生物富集特征，旨在為近海岸沉積質中PAHs的生態風險評價及其污染生境的修復提供理論依據。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 實驗材料

實驗用P. aibuhitensis采自遼寧大連海域，個體質量為(2.5±0.5) g，將采集的個體放入塑料箱后迅速帶回實驗室進行暫養。暫養期間，每24 h更換一次海水，水溫為(13±0.5) ℃，鹽度為31～32，pH為8.25±0.10。供試土壤采自遼寧金州沿海灘涂，干燥后用40目分樣篩篩去碎石，其相關理化性質測定結果如表1。

實驗用分析純芘購于Sigma公司(純度為99%)，分析純丙酮購于上海國藥集團化學試劑有限公司，分析純無水硫酸鈉購自廣州化學試劑公司，分析純正己烷、二氯甲烷和硫酸溶液以及層析純中性氧化鋁(200～300目)和弗羅里硅土(60～100目)均購自天津科密歐化學試劑有限公司，考馬斯亮蘭試劑盒、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)試劑盒、過氧化氫酶(catalase, CAT)試劑盒和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-PX)試劑盒均購于南京建成生物工程研究所。

1.2 實驗方法

1.2.1 芘的毒性實驗

[17]、[18]中的方法，設置3個不同濃度芘溶液暴露組，分別為5 μg·L-1、25 μg·L-1和50 μg·L-1，另設一空白對照組和體積分數為0.01%的丙酮溶劑對照組，每組設置3個重復。挑取健康P. aibuhitensis個體，放入2 L預先加入500 mL不同濃度芘溶液的塑料杯中，每個杯中放入6尾P. aibuhitensis，每24 h更換一次新的溶液，整個實驗過程不投喂飼料，實驗期間，水溫維持在(13±0.5) ℃。于實驗開始后第4、7和14天分別從各處理組中隨機取3尾P. aibuhitensis，取其體壁肌肉組織立即放入超低溫冰箱(-80 ℃)中保存，用于后續進行P. aibuhitensis酶活的測定。

表1 供試土壤背景值Table 1 Background value of the tested soil

1.2.2 生物富集模型構建與管理

在實驗室條件下構建垂直潛流人工濕地微宇宙生態系統，其由上箱和下箱組成，上箱為規格0.45 m×0.31 m×0.20 m的塑料箱，于塑料箱體頂部一側安裝入水管一支，并于每個塑料箱底部分別鉆9個直徑為0.5 cm的圓孔。每個塑料箱底部鋪墊80～100目篩絹以防止土壤流失，放入5 kg實驗土壤。下箱規格為0.60 m×0.40 m×0.15 m，如圖1所示。

實驗采取“靜態法”[19]將土壤經芘一次性暴露染毒，連續檢測土壤中和P. aibuhitensis體內芘的濃度。參考文獻[20]中的方法，分別設置3個不同濃度芘土壤暴露組，分別為100 mg·kg-1、200 mg·kg-1和400 mg·kg-1，每組設置3個重復。以正己烷作為芘的溶劑，將稱好質量的芘放入適量體積的正己烷中溶解。將配制好的芘溶液噴灑入土壤中，混合均勻，放置7 d，使其與土壤達到充分平衡。實驗微宇宙每箱放置P. aibuhitensis 25尾(按180尾/m2計)，模擬潮汐規律，每日早8時和晚5時用海水澆灌，并收集塑料箱底部滲出海水，重新置入實驗箱內。分別于實驗第2天至第22天，每2天取一次樣，整體取樣，每次分別從各處理組取3條完整P. aibuhitensis，海水清洗后，于-80 ℃冰箱保存，用于后續進行P. aibuhitensis體內芘的蓄積量的測定。

1.2.3 酶活測定方法

SOD、CAT和GSH-PX活性均采用南京建成生物工程研究所試劑盒方法測定。蛋白質含量采用南京建成生物工程研究所試劑盒方法——考馬斯亮藍法測定。

圖1 微宇宙生態系統截面示意圖Fig. 1 Schematic diagram of microcosm ecosystem

1.2.4 雙齒圍沙蠶體內芘的提取

參考文獻[21]中樣品的前處理方法，取肌肉組織勻漿。稱取已制成均勻肉糜的樣品2 g，加入2 g無水硫酸鈉研磨均勻后，將樣品置于10 mL具塞離心管中，以正己烷-二氯甲烷(體積比為2∶1)作為溶劑進行超聲提取，提取液經60%硫酸溶液和中性氧化鋁-弗羅里硅土混合層析柱凈化。用正己烷定容至1 mL，轉移至棕色進樣瓶中，待測。

1.2.5 雙齒圍沙蠶體內芘濃度的測定

利用氣相色譜-質譜聯用儀(gas chromatography-mass spectrometer, GC-MS)進行定性和定量分析，采用外標法，首先對不同濃度芘的標準溶液進行SIM掃描，繪制芘的標準曲線，根據標準曲線來計算芘的濃度。GC-MS配置與參數見表2，升溫程序為：柱初始溫50 ℃，保持1 min，再以20 ℃·min-1升至100 ℃，然后以10 ℃·min-1升至210 ℃，保持1 min，最后以5 ℃·min-1升至290 ℃，保持5 min。

表2 GC-MS配置與參數Table 2 Configuration and parameters of GC-MS

1.3 數據處理與分析

1.3.1 差異顯著性分析

所有實驗數據利用Microsoft Excel 2007和SPSS 19.0進行處理，采用單因素方差(ANOVA)及其Duncan多重比較進行差異顯著性分析，顯著性水平P<0.05或P<0.01表示差異顯著；結果以平均值±標準差(Mean ± SD)形式表示。

1.3.2 雙齒圍沙蠶體內芘生物富集動力學參數的計算

應用生物富集過程動力學模型[22]計算動力學參數得到P. aibuhitensis對芘的生物富集系數，即根據測得的P. aibuhitensis體內芘的蓄積量，通過公式(1)和(2)對不同暴露濃度下P. aibuhitensis芘的蓄積量隨時間變化進行Origin非線性擬合，得到K1和K2的值，再通過公式(3)和(4)計算生物富集系數(biological concentration factor, BCF)和富集平衡狀態下，P. aibuhitensis體內污染物的最大蓄積量(CAmax)。

蓄積階段：CA=C0+CW·K1/K2·(1-e-k2t)

(1)

排放階段(t>t*)：CA=CW·K1/K2·(e-k2t(t-t*)-e-k2t)

(2)

生物富集系數：BCF=K1/K2

(3)

平衡狀態下的最大蓄積量：CAmax=BCF×CW

(4)

式中：K1—生物吸收速率常數，K2—生物排出速率常數，CW—底質污染物濃度(mg·kg-1)，CA—t時刻生物體內污染物濃度(mg·kg-1)，C0—初始時刻生物體內污染物濃度(mg·kg-1)，t—實驗進行的時間。

2 結果(Results)

2.1 芘脅迫對雙齒圍沙蠶抗氧化酶活性的影響

2.1.1 芘脅迫對雙齒圍沙蠶SOD活性的影響

從圖2至圖4可以看出，溶劑對照組與空白對照組的3種抗氧化酶活性均無明顯差異(P>0.05)，表明丙酮作為助溶劑對P. aibuhitensis沒有明顯的毒性效應。從圖2可以看出，各濃度梯度芘脅迫下，P. aibuhitensis SOD活性均隨時間的增加而逐漸升高。在5 μg·L-1芘中暴露4、7和14 d時，SOD活性分別為溶劑對照組的1.38、1.7和2.08倍；在25 μg·L-1芘中暴露4、7和14 d時，SOD活性分別為溶劑對照組的1.21、1.46和1.66倍；50 μg·L-1芘中暴露4、7和14 d時，SOD活性分別為溶劑對照組的1.12、1.25和1.32倍。對同一時間不同處理組進行單因素方差分析，發現在第4、7和14天時，各濃度梯度芘脅迫下，P. aibuhitensis SOD活性較溶劑對照組均出現顯著升高(P<0.01)；經Duncan多重比較后，發現在第4、7和14天時，5 μg·L-1芘脅迫下SOD活性均顯著高于25 μg·L-1芘脅迫下SOD活性(P<0.01)，25 μg·L-1芘脅迫下SOD活性均顯著高于50 μg·L-1芘脅迫下SOD活性(P<0.01)，SOD活性隨芘濃度的升高出現顯著下降。

圖2 芘脅迫對雙齒圍沙蠶SOD活性的影響Fig. 2 The effect of pyrene on activities of SOD in P. aibuhitensis

2.1.2 芘脅迫對雙齒圍沙蠶CAT活性的影響

從圖3可以看出，各濃度梯度芘脅迫下，P. aibuhitensis CAT活性均隨時間的增加而逐漸升高。在5 μg·L-1芘中暴露4、7和14 d時，CAT活性分別為溶劑對照組的1.15、1.2和1.35倍；在25 μg·L-1芘中暴露4、7和14 d時，CAT活性分別為溶劑對照組的1.31、1.47和1.62倍；50 μg·L-1芘中暴露4、7和14 d時，CAT活性分別為溶劑對照組的1.64、1.74和1.9倍。對同一時間不同處理組進行單因素方差分析，發現在第4、7和14天時，各濃度梯度芘脅迫下，P. aibuhitensis CAT活性較溶劑對照組均出現顯著升高(P<0.01)；經Duncan多重比較后，發現在第4、7和14天時，25 μg·L-1芘脅迫下CAT活性均顯著高于5 μg·L-1芘脅迫下CAT活性(P<0.01)，50 μg·L-1芘脅迫下CAT活性均顯著高于25 μg·L-1芘脅迫下CAT活性(P<0.01)，CAT活性隨芘濃度的升高出現顯著升高，這一變化趨勢與SOD相反。

圖3 芘脅迫對雙齒圍沙蠶CAT活性的影響Fig. 3 The effect of pyrene on activities of CAT in P. aibuhitensis

2.1.3 芘脅迫對雙齒圍沙蠶GSH-PX活性的影響

從圖4可以看出，各濃度梯度芘脅迫下，P. aibuhitensis GSH-PX活性變化趨勢與SOD和CAT相類似，均隨時間的增加而逐漸升高。在5 μg·L-1芘中暴露4、7和14 d時，GSH-PX活性分別為溶劑對照組的2.33、3.55和3.86倍；在25 μg·L-1芘中暴露4、7和14 d時，GSH-PX活性分別為溶劑對照組的2.58、3.86和4.18倍；50 μg·L-1芘中暴露4、7和14 d時，GSH-PX活性分別為溶劑對照組的3.27、4.37和4.68倍。對同一時間不同處理組進行單因素方差分析，發現在第4、7和14天時，各濃度梯度芘脅迫下，P. aibuhitensis GSH-PX活性較溶劑對照組均出現顯著升高(P<0.01)；經Duncan多重比較后，發現在第4、7和14天時，25 μg·L-1芘脅迫下GSH-PX活性均顯著高于5 μg·L-1芘脅迫下GSH-PX活性(P<0.01)，50 μg·L-1芘脅迫下GSH-PX活性均顯著高于25 μg·L-1芘脅迫下GSH-PX活性(P<0.01)，GSH-PX活性隨芘濃度的升高出現顯著升高，這一變化趨勢與CAT相類似，與SOD相反。

圖4 芘脅迫對雙齒圍沙蠶GSH-PX活性的影響Fig. 4 The effect of pyrene on activities of GSH-PX in P. aibuhitensis

2.2 芘在雙齒圍沙蠶體內的生物富集特征

2.2.1 雙齒圍沙蠶體內芘的蓄積變化規律

在不同暴露濃度下，P. aibuhitensis體內芘的蓄積量隨時間的變化趨勢如圖5。由圖5可見，總體來看，P. aibuhitensis體內芘的蓄積量隨暴露濃度的增加而增加，各處理組P. aibuhitensis體內芘的蓄積量隨時間的變化趨勢均呈類凸形的二次曲線關系且各處理組均在第10天達到蓄積的最大值。暴露濃度為100、200和400 mg·kg-1時最大蓄積量依次為(6.18±0.62) mg·kg-1、(12.37±1.23) mg·kg-1和(24.76±1.51) mg·kg-1，分別相當于各處理組P. aibuhitensis體內初始濃度的6.06、10.06和18.21倍，較初始濃度有顯著差異(P<0.01)。在0～10 d，各處理組P. aibuhitensis體內芘的日均累積量隨暴露濃度增加依次為(0.62±0.06) mg·kg-1、(1.24 ±0.12) mg·kg-1和(2.48±0.15) mg·kg-1。第10天之后，各處理組P. aibuhitensis體內芘的蓄積量均呈下降趨勢。在第10～22天，P. aibuhitensis體內芘的日均下降量隨暴露濃度增加依次為(0.52±0.05) mg·kg-1、(1.03±0.10) mg·kg-1和(2.06±0.13) mg·kg-1。暴露實驗至第22天時，各處理組P. aibuhitensis體內芘的蓄積量已接近初始濃度，隨暴露濃度依次為(1.06±0.21) mg·kg-1、(2.13±0.31) mg·kg-1和(4.28±0.82) mg·kg-1。

圖5 各處理組雙齒圍沙蠶體內芘的蓄積量隨時間的變化Fig. 5 The accumulation amount of pyrene in P. aibuhitensis in different treatment groups at different exposure times

2.2.2 雙齒圍沙蠶對芘的生物富集動力學參數

根據圖5所得數據，應用生物富集過程動力學模型對不同暴露濃度下P. aibuhitensis體內芘的蓄積量隨時間的變化進行非線性擬合，結果如圖6所示，各處理組P. aibuhitensis的K1變動于0.00966～0.01343，K2變動于0.13967～0.19921，通過公式(3)計算得出，P. aibuhitensis的BCF隨土壤中芘濃度的增加而減小，分別為0.0692、0.0684和0.0674。通過公式(4)計算得出，在平衡狀態下，P. aibuhitensis的CAmax隨土壤中芘濃度的增加而增加，分別為6.92 mg·kg-1、13.68 mg·kg-1和26.96 mg·kg-1。

3 討論(Discussion)

3.1 芘脅迫對雙齒圍沙蠶抗氧化酶活性的影響

污染物進入到生物體內會經過一系列的生物轉化，在此過程中會產生一定量的活性氧自由基，機體若不及時清除會產生氧化損傷。機體在氧化損傷過程中，SOD、CAT和GSH-PX是3種起主要作用的酶，SOD是生物體內唯一一種以自由基為底物的抗氧化酶，可將超氧陰離子歧化為H2O2和O2，以避免細胞受到氧自由基的損害[23-24]；CAT是生物體內抗氧化體系中又一關鍵非特異性抗氧化酶，能清除SOD催化活性氧自由基所產生的H2O2，使其轉化為無毒的H2O和O2，從而使機體免受氧自由基的攻擊[25]；GSH-PX也是生物體內一種普遍存在的抗氧化酶，可以降低內外有毒物質對機體產生的毒性作用，又可分解H2O2以及清除細胞內的脂質和機體過氧反應的產物，以達到保護細胞機構和功能完整的作用[26]。本實驗結果顯示在不同濃度芘的暴露下，P. aibuhitensis的這3種抗氧化酶活性均隨著芘暴露時間的增加呈明顯的上升趨勢，表明隨著暴露時間的增加，機體內產生大量的活性氧自由基，SOD活性的升高可以消除氧自由基。CAT活性變化趨勢與GSH-PX相類似，這2種酶活性的升高可以去除代謝過程中產生的H2O2，從而減少生物體受到氧化損傷的風險。這一變化趨勢與其他研究結果相類似[27-30]。

圖6 各處理組雙齒圍沙蠶對芘的生物富集曲線注：A, B, C中芘初始濃度分別為100、200和400 mg·kg-1。Fig. 6 The bioconcentration curves of pyrene in P. aibuhitensis at different treatment groupsNote: The initial concentration of pyrene were 100, 200 and 400 mg·kg-1respectively in A, B and C.

本實驗結果中SOD與CAT和GSH-PX活性隨暴露濃度的變化趨勢并不一致，在25 μg·L-1芘誘導下，P. aibuhitensis SOD活性的上升趨勢明顯低于5 μg·L-1濃度組；在50 μg·L-1芘誘導下，P. aibuhitensis SOD活性的上升趨勢明顯低于25 μg·L-1濃度組，P. aibuhitensis SOD活性隨暴露濃度的增加而降低，而CAT和GSH-PX活性則隨暴露濃度的增加而升高。不少研究表明SOD與CAT和GSH-PX隨暴露濃度的變化趨勢存在相似性，也有研究發現SOD與CAT和GSH-PX隨暴露濃度的變化趨勢相反。本實驗中產生這一現象的原因可能與CYP家族參與PAHs的代謝有關。Livingstone等[31]在研究沙丁魚(Limanda limanda)的抗氧化酶活性時發現SOD和CAT的變化趨勢并不一致，推斷原因是由于H2O2的來源除來自SOD催化外，還可來自氨基酸和細胞色素P450氧化酶(cytochrome p450, CYP450)的激活。趙歡等[18]在研究苯并芘對P. aibuhitensis的抗氧化酶活性時也發現SOD與CAT和GSH-PX隨暴露濃度的變化趨勢并不一致，在進行苯并芘對P. aibuhitensis抗氧化酶活性影響研究的同時，也進行了苯并芘對P. aibuhitensis CYP450基因表達的影響分析，發現苯并芘會顯著誘導該基因的表達。故推斷本實驗中，SOD與CAT和GSH-PX的變化趨勢相反是由于P. aibuhitensis體內H2O2的來源有一部分是通過CYP450激活產生的。綜合上述研究結果，在一定濃度范圍內，P. aibuhitensis體內SOD、CAT和GSH-PX活性與芘之間存在明顯的“時間-效應”和“劑量-效應”關系。

3.2 芘在雙齒圍沙蠶體內的生物富集特征

本實驗考察了芘在P. aibuhitensis體內的生物富集特征，結果發現在0～10 d，P. aibuhitensis體內芘的蓄積量隨暴露時間和暴露濃度的增加均呈升高趨勢且均在第10天時達到蓄積的最大值，較體內初始濃度存在顯著性差異(P<0.05)，這表明P. aibuhitensis暴露于芘后，在初始階段的生物富集效應較為顯著。陶宇[32]在研究P. aibuhitensis對菲的生物富集時也曾發現類似現象，P. aibuhitensis在暴露于菲濃度為400 mg·kg-1的土壤中時，其體內菲的蓄積量隨暴露時間的增加而增加，在第9天時達到蓄積的最大值，較體內初始濃度存在顯著性差異(P<0.05)。

在10～22 d，各處理組P. aibuhitensis體內芘的蓄積量隨時間的增加均呈降低趨勢。在第18天時，各處理組P. aibuhitensis體內芘的蓄積量開始趨于初始濃度水平，至22 d時，各處理組P. aibuhitensis體內芘的蓄積量雖仍高于初始濃度，但已與初始濃度無顯著性差異(P>0.05)。顯然在第10天后，P. aibuhitensis對芘的代謝大于蓄積。已有研究表明海洋多毛類動物在去除體內蓄積的PAHs時，其重要方式就是通過生物轉化的多個代謝途徑使疏水性PAHs轉化為親水性化合物，從而排除體外，這一反應分為2個階段，第一階段主要由CYP450作用下使PAHs發生羥基化反應；第二階段由二磷酸尿核苷葡萄糖醛氨酰轉移酶和磺基轉移酶參與，與羥基化的PAHs反應生成水溶性代謝產物[14]。由此推斷實驗最初的0～10 d內，P. aibuhitensis對芘的蓄積速率大于代謝速率，表現為蓄積作用；在10～22 d內，P. aibuhitensis對芘的代謝速率大于蓄積速率，表現為排泄作用。

Meador等[33]在總結大量已報道文獻的基礎上認為BCF決定了生物體對污染物的富集能力，在污染物低暴露水平時，BCF值較高；在高暴露水平時，BCF值較低。本研究得到的結果與該規律一致，即隨著土壤中芘濃度的增加，BCF逐漸下降，P. aibuhitensis對芘的富集能力逐漸降低。此外，本實驗所得BCF值與紫貽貝(Mytilus edulis)和菲律賓蛤仔(Ruditapes philippinarum)等海洋無脊椎生物對石油烴的生物富集所得BCF值具有較大差異[34-35]。推斷可能是由于PAHs、石油烴等持久性有機污染物在生物組織中的富集受到諸多因素的影響，如食物可獲性、生物體的生理狀態以及生物組織的脂肪含量等，因此不同種類間所得BCF值可能存在較大差異[34-35]。

參考文獻(References)：

[1] Tsai W T, Mi H H, Chang Y M, et al. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in bio-crudes from induction-heating pyrolysis of biomass wastes [J]. Bioresource Technology, 2007, 98(5): 1133-1137

[2] Durant J L, Busby Jr W F, Lafleur A L, et al. Human cell mutagenicity of oxygenated, nitrated and unsubstituted polycyclic aromatic hydrocarbons associated with urban aerosols [J]. Mutation Research/Fundamental & Molecular Mechanisms of Mutagenesis, 1996, 371(3-4): 123-157

[3] Chen Y Y, Zhu L Z, Zhou R B. Characterization and distribution of polycyclic aromatic hydrocarbon in surface water and sediment from Qiantang River, China [J]. Journal of Hazardous Materials, 2007, 141(1): 148-155

[4] 梁慧姣, 劉小龍, 白莉, 等. 多環芳烴在水生環境食物鏈中的研究進展[J]. 安徽農業科學, 2014, 29: 10261-10265

Liang H J, Liu X L, Bai L, et al. Research progress of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in food chain of aquatic environment [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2014, 29: 10261-10265 (in Chinese)

[5] Haritash A K, Kaushik C P. Biodegradation aspects of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): A review [J]. Journal of Hazardous Materials, 2009, 169(1-3): 1-15

[6] Zhang J, Lin X G, Zeng J, et al. In-situ phytoremediation of PAHs contaminateds soils in a mixed cropping system [J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2012, 6(1): 341-346

[7] Keith L, Telliard W. ES&T special report: Priority pollutants: I-a perspective view [J]. Environmental Science & Technology, 1979, 13(4): 416-423

[8] 宋玉芳, 周啟星, 許華夏, 等. 菲、芘、1,2,4-三氯苯對蚯蚓的急性毒性效應[J]. 生態與農村環境學報, 2003, 19(1): 36-39

Song Y F, Zhou Q X, Xu H X, et al. Effect of acute toxicity of phenanthrene, pyrene and 1,2,4-trichlorobenzene on earthworms in soils [J]. Rural Eco-Environment, 2003, 19(1): 36-39 (in Chinese)

[9] 吳爾苗, 王軍良, 趙士良, 等. 菲和芘單一及復合污染對蚯蚓抗氧化酶活性和丙二醛含量的影響[J]. 環境科學學報, 2011, 31(5): 1077-1085

Wu E M, Wang J L, Zhao S L, et al. Effect of single and combined pollution of Phe, Pyr on SOD, CAT activities and MDA content of Eisenia foeada in soils [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2011, 31(5): 1077-1085 (in Chinese)

[10] Lopez G R, Levinton J S. Ecology of deposit-feeding animals in marine sediments [J]. The Quarterly Review of Biology, 1987, 62(3): 235-260

[11] Matozzo V, Gagné F, Marin M G, et al. Vitellogenin as a biomarker of exposure to estrogenic compounds in aquatic invertebrates: A review [J]. Environment International, 2008, 34(4): 531-545

[12] Amiard J C, Geffard A, Amiard-Triquet C, et al. Relationship between the lability of sediment-bound metals (Cd, Cu, Zn) and their bioaccumulation in benthic invertebrates [J]. Estuarine Coastal & Shelf Science, 2007, 72(3): 511-521

[13] Tian Y L, Liu H J, Wang Q X, et al. Acute and chronic toxic effects of Pb2+on polychaete Perinereis aibuhitensis: Morphological changes and responses of the antioxidant system [J]. Journal of Environmental Sciences, 2014, 26(8): 1681-1688

[14] J?rgensen A, Giessing A M, Rasmussen L J, et al. Biotransformation of polycyclic aromatic hydrocarbons in marine polychaetes [J]. Marine Environmental Research, 2008, 65(2): 171-186

[15] 崔艷芳, 滕彥國, 劉晶, 等. 生物可利用性及其在重金屬污染生態風險評價中的作用[J]. 環境保護科學, 2008, 34(1): 44-46

Cui Y F, Teng Y G, Liu J, et al. Bioavailability and its significance for ecological risk assessment of heavy metal pollution [J]. Environmental Protection Science, 2008, 34(1): 44-46 (in Chinese)

[16] Juhasz A L, Megharaj M, Naidu R. Bioavailability: The major challenge (constraint) to bioremediation of organically contaminated soils [M]// Wise D L. eds. Bioremediation of Contaminated Soils. New York: Marcel Dekker Inc, 2000: 217-242

[17] 宋瑩瑩, 袁秀堂, 張升利, 等. 苯并(a)芘、鎘單一及復合污染對雙齒圍沙蠶3剛節疣足幼體發育的影響[J]. 海洋環境科學, 2011, 30(3): 333-336

Song Y Y, Yuan X T, Zhang S L, et al. Single and joint toxic effects of benzo(a) pyrene and cadmium on development of three-setiger juvenile of polychaete Pernereis aibuhitensis Grube [J]. Marine Environmental Science, 2011, 30(3): 333-336 (in Chinese)

[18] 趙歡, 趙新達, 岳宗豪, 等. 苯并(a)芘對雙齒圍沙蠶抗氧化酶活性和細胞色素P450基因表達的影響[J]. 大連海洋大學學報, 2014(4): 342-346

Zhao H, Zhao X D, Yue Z H, et al. Effects of B(a) P exposure on antioxidant enzyme activity and CYP450 gene expression in sandworm Perinereis aibuhitensis [J]. Journal of Dalian Fisheries University, 2014(4): 342-346 (in Chinese)

[19] Fornari R E, Alessi P, Kikic I. ChemInform Abstract: High pressure fluid phase equilibria: Experimental methods and systems investigated (1978-1987) [J]. ChemInform, 1990, 57(47): 1-33

[20] 陶宇, 蔡富才, 趙歡, 等. 沙蠶對翅堿蓬-降油細菌系統降解菲效果的影響[J]. 應用與環境生物學報, 2016, 22(5): 891-896

Tao Y, Cai F C, Zhao H, et al. Effect of Perinereis aibuhitensis on the degradation of phenanthrene in Suaeda heteroptera and oil-degradation bacteria system [J]. Journal of Applied & Environmental Biology, 2016, 22(5): 891-896 (in Chinese)

[21] 孫閏霞, 柯常亮, 林欽, 等. 超聲提取/氣相色譜-質譜法測定海洋生物中的多環芳烴[J]. 分析測試學報, 2013, 32(1): 57-63

Sun R X, Ke C L, Lin Q, et al. Determination of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in marine organisms by ultrasonic extraction and gas chromatography-mass spectrometry [J]. Journal of Instrumental Analysis, 2013, 32(1): 57-63 (in Chinese)

[22] Phillips D J H. The common mussel Mytilus edulis as an indicator of pollution by zinc, cadmium, lead and copper. I. Effects of environmental variables on uptake of metals [J]. Marine Biology, 1976, 38(1): 59-69

[23] Pastor A, Medina J, Del R J, et al. Determination of lead in treated crayfish Procambarus clarkii: Accumulation in different tissues [J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 1988, 41(3): 412-418

[24] Papadimitriou E, Loumbourdis N S. Exposure of the frog Rana ridibunda to copper: Impact on two biomarkers, lipid peroxidation, and glutathione [J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 2002, 69(6): 885-891

[25] Sarkar S, Yadav P, Trivedi R, et al. Cadmium-induced lipid peroxidation and the status of the antioxidant system in rat tissues [J]. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 1995, 9(3): 144-149

[26] 閆博, 王蘭, 李涌泉, 等. 鎘對長江華溪蟹肝胰腺抗氧化酶活力的影響[J]. 動物學報, 2007, 53(6): 1121-1128

Yan B, Wang L, Li Y Q, et al. Effects of cadmium on hepatopancreatic antioxidant enzyme activity in a freshwater crab Sinopotamon yangtsekiense [J]. Current Zoology, 2007, 53(6): 1121-1128 (in Chinese)

[27] Solé M, Porte C, Albaigés J. Mixed-function oxygenase system components and antioxidant enzymes in different marine bivalves: Its relation with contaminant body burdens [J]. Aquatic Toxicology, 1994, 30(3): 271-283

[29] 任加云, 潘魯青, 苗晶晶. 苯并(a)芘和苯并(k)熒蒽混合物對櫛孔扇貝毒理學指標的影響[J]. 環境科學學報, 2006, 26(7): 1180-1186

Ren J Y, Pan L Q, Miao J J. Effects of benzo (a)pyrene and benzo (k)fluoranthene mixture on the toxicology parameter of scallop Chlamys farreri [J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2006, 26(7): 1180-1186 (in Chinese)

[30] 丁正峰, 薛暉, 王曉豐, 等. 樂斯本對克氏原螯蝦肝胰臟抗氧化系統的影響[J]. 大連海洋大學學報, 2013, 28(1): 72-76

Ding Z F, Xue H, Wang X F, et al. Effects of Lorsban on antioxidant system in hepatopancreas of red swamp crayfish Procambarus clarkii [J]. Journal of Dalian Fisheries University, 2013, 28(1): 72-76 (in Chinese)

[31] Livingstone D, Archibald S, Chipman J, et al. Antioxidant enzymes in liver of dab Limanda limanda from the North Sea [J]. Marine Ecology Progress, 1992, 91(1-3): 97-104

[32] 陶宇. 沙蠶對翅堿蓬-降油細菌組合降解三種多環芳烴效果的影響[D]. 大連: 大連海洋大學, 2016: 15-17

Tao Y. Effect of Perinereis aibuhitensis on the degradation of three kinds of PAHs in Suaeda heteroptera and oil-degradation bacteria models [D]. Dalian: Dalian Ocean University, 2016: 15-17 (in Chinese)

[33] Meador J P, Ernest D W, Kagley A N. A comparison of the non-essential elements cadmium, mercury, and lead found in fish and sediment from Alaska and California [J]. Science of The Total Environment, 2005, 339(1-3): 189-205

[34] 薛秋紅, 孫耀. 紫貽貝對石油烴的生物富集動力學參數的測定[J]. 漁業科學進展, 2001, 22(1): 32-36

Xue Q H, Sun Y. Determination of kinetic parameters for bioconcentration of petroleum hydrocar bons by Mytilus edulis [J]. Marine Fisherics Research, 2001, 22(1): 32-36 (in Chinese)

[35] 姜朝軍, 喬慶林, 蔡友瓊, 等. 菲律賓蛤仔對石油烴的污染動力學和閾值研究[J]. 海洋漁業, 2006, 28(4): 314-320

Jiang C J, Qiao Q L, Cai Y Q, et al. Kinetic features and threshold value of petroleum hydrocarbons for Ruditapes philippinarum [J]. Marine Fisheries, 2006, 28(4): 314-320 (in Chinese)

◆

BioavailablilityofPyreneinthePerinereisaibuhitensis

Cai Fucai, Zhao Huan, Li Yannan, Zhang Wenlong, Yang Dazuo, Zhou Yibing*

Key Laboratory of Marine Bio-resources Restoration and Habitat Reparation in Liaoning Province, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China

10.7524/AJE.1673-5897.20170114006

2017-01-14錄用日期2017-03-13

1673-5897(2017)3-620-09

X171.5

A

國家自然科學基金資助項目(41306138)；海洋公益性行業專項(201305002，201305043)；遼寧省教育廳一般項目(L201608)

蔡富才(1991-)，男，碩士，研究方向為海洋生態毒理學及海洋污染生境修復，E-mail: caifucai520@126.com；

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

蔡富才, 趙歡, 李艷楠, 等. 雙齒圍沙蠶對芘的生物可利用性研究[J]. 生態毒理學報，2017, 12(3): 620-628

Cai F C, Zhao H, Li Y N, et al. Bioavailablility of pyrene in the Perinereis aibuhitensis [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2017, 12(3): 620-628 (in Chinese)