3種重金屬離子對(duì)大型溞的急性毒性效應(yīng)

陳麗萍，吳長興，蒼 濤，徐明飛，賀麗萍，趙學(xué)平

(浙江省植物有害生物防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥殘留檢測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所，浙江 杭州 310021)

近年來，環(huán)境污染問題越來越被人們關(guān)注。隨著人口的急劇增長，工農(nóng)業(yè)與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，生活污水、農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)廢水等各種廢污水使水環(huán)境遭受嚴(yán)重的污染，使得水生生物的生存面臨前所未有的威脅。重金屬作為一類主要的環(huán)境污染物對(duì)水生生物的毒害作用，是一個(gè)不可忽視的難題。各類水體重金屬污染日趨加劇已經(jīng)成為不爭的事實(shí)[1-2]。由于水生生態(tài)系統(tǒng)是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是人類賴以生存的重要環(huán)境條件之一，水生生態(tài)環(huán)境的惡化必然對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，以致對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害[3]，所以重金屬污染問題不容忽視。

大型溞(DaphniamagnaStraus)屬于浮游甲殼類動(dòng)物，是一種常見的水生生物，以藻類為食，同時(shí)還作為魚和無脊椎捕食動(dòng)物的餌料，是水生生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的重要環(huán)節(jié)[4]。由于其具有生活周期短、繁殖快、對(duì)毒物敏感及易于在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，常被用作國內(nèi)外水生生物毒理學(xué)研究的標(biāo)準(zhǔn)測試生物[5-7]，目前已被廣泛應(yīng)用于水體環(huán)境污染監(jiān)測和水生生物毒性試驗(yàn)和評(píng)價(jià)中[8-15]。由于重金屬在位于食物鏈底端的大型溞體內(nèi)具有較強(qiáng)的富集性，可能會(huì)造成食物鏈的逐級(jí)富集，從而威脅高級(jí)生物的健康[13]。而大型溞對(duì)于水體中的有害物質(zhì)如重金屬等比較敏感，在低濃度時(shí)就會(huì)顯著影響它們的生長繁殖、行為反應(yīng)、形態(tài)和生理生化過程等[8-9]。因此，半致死濃度(EC50)法常用于水質(zhì)監(jiān)測，為治理重金屬污染水質(zhì)環(huán)境提供依據(jù)。

目前有許多關(guān)于重金屬對(duì)大型溞急性毒性的研究，筆者曾做過Cu2+、Zn2+和Cd2+3種重金屬離子對(duì)大型溞的毒性效應(yīng)研究，發(fā)現(xiàn)這3種重金屬對(duì)大型溞均具有較強(qiáng)的毒性效應(yīng)[16]，Hg、Ni和Mn也廣泛存在于自然界中，是常見的水體重金屬污染物[17]。本研究采用常見的Hg、Ni和Mn等3種重金屬對(duì)大型溞的急性毒性進(jìn)行研究，并將3種重金屬對(duì)大型溞的急性毒性進(jìn)行綜合比較和分析，明確重金屬對(duì)大型溞的劑量-效應(yīng)關(guān)系，從而為其對(duì)水生生物危害的風(fēng)險(xiǎn)控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

本研究以大型溞為試驗(yàn)對(duì)象，按照我國“化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評(píng)價(jià)試驗(yàn)準(zhǔn)則”[5]和OECD“化學(xué)品測試方法”[6-7]的要求，研究了3種重金屬對(duì)大型溞的急性毒性，并進(jìn)行毒性級(jí)別評(píng)價(jià)，旨在評(píng)價(jià)重金屬在環(huán)境中暴露后對(duì)大型溞的安全性，從而為其對(duì)水生生物的危害的風(fēng)險(xiǎn)控制提供科學(xué)依據(jù)。

1.1 材料

受試生物為大型溞，引自中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全研究所，為62D.M生物株。在良好的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下，使其處于孤雌生殖狀態(tài)，并在實(shí)驗(yàn)室條件下培養(yǎng)3代以上，選用出生6 h～24 h的幼溞進(jìn)行試驗(yàn)。

受試重金屬材料。HgCl2(貴州省銅仁汞礦化學(xué)試劑廠)；NiCl·6H2O(上海精細(xì)化工科技有限公司)；MnSO4·H2O(上海試劑二廠)。

1.2 大型溞急性活動(dòng)抑制試驗(yàn)

試驗(yàn)按照GB/T 31270.13—2014“化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評(píng)價(jià)試驗(yàn)準(zhǔn)則第13部分：溞類急性活動(dòng)抑制試驗(yàn)”[5]的方法要求進(jìn)行。試驗(yàn)前用蒸餾水將各試驗(yàn)藥物配成一定濃度的母液備用。經(jīng)預(yù)備試驗(yàn)，確定各試驗(yàn)藥物質(zhì)量濃度范圍后，按等比設(shè)置6個(gè)質(zhì)量濃度梯度組[18]。設(shè)處理組和對(duì)照組，將50 mL試驗(yàn)藥液加入到干凈容器中，然后放入試驗(yàn)溞，試驗(yàn)用溞至少20只，分成4組，每組5只。每組試驗(yàn)液50 mL，隨機(jī)排列。試驗(yàn)藥液與空白對(duì)照均用ISO標(biāo)準(zhǔn)稀釋水配制，試驗(yàn)期間水質(zhì)保持穩(wěn)定，滿足pH為6.0～9.0，硬度(以CaCO3計(jì))為140～250 mg·L-1，溶解氧>3.0 mg·L-1。不喂食，不曝氣，培養(yǎng)箱內(nèi)日光燈光照，溫度控制主要通過培養(yǎng)箱調(diào)節(jié)，光照/黑暗時(shí)間比為16 h/8 h。試驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)，應(yīng)測定對(duì)照組和試驗(yàn)液的pH和溶解氧的濃度。試驗(yàn)液中的pH值不能調(diào)節(jié)。處理后24 h和48 h，觀察大型溞的受抑制情況并記錄受抑制數(shù)。大型溞中毒癥狀表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)異常，繼而失去自由游動(dòng)的能力，沉在器皿的底部，最后心跳停止、死亡，大型溞急性活動(dòng)抑制試驗(yàn)的受抑制標(biāo)準(zhǔn)為晃動(dòng)燒杯15 s后不運(yùn)動(dòng)(但允許附肢微弱活動(dòng))。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)試驗(yàn)藥液濃度和各處理組大型溞的受抑制數(shù)，運(yùn)用寇氏法求出其EC50值及95%置信區(qū)間[19]，以EC50值95%置信限是否有重疊作為判斷不同種重金屬毒性差異是否顯著的標(biāo)準(zhǔn)。重金屬對(duì)大型溞急性毒性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參照我國“化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評(píng)價(jià)試驗(yàn)準(zhǔn)則”[5]中農(nóng)藥對(duì)溞類的毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(EC50≤0.1 mg·L-1為劇毒，0.1 mg·L-110 mg·L-1為低毒)，分為劇毒、高毒、中毒和低毒4個(gè)等級(jí)。

2 結(jié)果與分析

對(duì)試驗(yàn)溶液的水溫、pH值、硬度、溶解氧含量進(jìn)行定期監(jiān)測表明，水體中溶解氧含量均在5.8 mg·L-1以上，水溫、pH值和硬度均滿足試驗(yàn)方法的要求。試驗(yàn)期間實(shí)驗(yàn)室條件均符合準(zhǔn)則要求，且空白對(duì)照組死亡率<10%，表明本實(shí)驗(yàn)室的條件、設(shè)備、方法及試驗(yàn)水生生物的質(zhì)量均符合試驗(yàn)要求。

從表1可以看出，不同重金屬對(duì)大型溞的急性毒性存在顯著差異。供試的3種重金屬離子中，Hg2+對(duì)大型溞毒性作用最高，對(duì)大型溞毒性表現(xiàn)為劇毒性；其次為Ni+，表現(xiàn)為中毒性；Mn2+對(duì)大型溞毒性作用最低，表現(xiàn)為低毒性。Hg2+、Ni+和Mn2+重金屬離子處理大型溞后，受試大型溞表現(xiàn)為沉底，游動(dòng)少，不靈活。48 h半抑制濃度EC50和95%置信區(qū)間分別為0.0211(0.0203～0.0219)、2.18(1.81～2.62)和35.6(34.2～37.0)mg·L-1。

表1 重金屬對(duì)大型溞的急性毒性作用

從圖1可以看出，隨著重金屬濃度的增加，大型溞的死亡率整體表現(xiàn)為增加趨勢，且隨著曝光時(shí)間的延長，大型溞的死亡率也隨之增加。曝光24 h時(shí)，對(duì)大型溞的急性毒性順序?yàn)镠g2+>Ni+>Mn2+；隨著曝光時(shí)間的延長，重金屬對(duì)大型溞的急性毒性表現(xiàn)出增加的趨勢，暴露48 h時(shí)，除Hg2+處理組在低濃度0.0 176 mg·L-1引起大型溞的死亡率為5%之外，其他重金屬離子在低濃度時(shí)均未表現(xiàn)出對(duì)大型溞的急性毒性作用。但隨著濃度增加，各種重金屬離子均表現(xiàn)出對(duì)大型溞的毒性作用。48 h時(shí)各種重金屬對(duì)大型溞的急性毒性順序?yàn)镠g2+>Ni+>Mn2+，與曝光24 h時(shí)對(duì)大型溞的毒性次序一致。

圖1 3種重金屬對(duì)大型溞急性毒性作用

3 討論

本研究測定結(jié)果表明，不同重金屬對(duì)大型溞的急性毒性存在顯著差異，其中Hg2+對(duì)大型溞的急性毒性明顯高于Ni+和Mn2+，且Hg2+對(duì)大型溞的急性毒性是Mn2+對(duì)大型溞的急性毒性的1 687倍(48 h結(jié)果)。

露凌霞等[20]研究表明，Hg2+對(duì)大型溞具有較強(qiáng)的毒性，毒性隨濃度增加而增強(qiáng)，Hg2+的48 h的EC50值為0.023 mg·L-1，此結(jié)果與本研究中Hg2+的48 h的EC50值為0.021 mg·L-1結(jié)果相近，Hg2+對(duì)大型溞毒性屬于劇毒級(jí)毒。霍元子等[21]報(bào)道，Ni2+對(duì)西藏?cái)M溞的48 h的EC50值為66.09 mg·L-1，與本試驗(yàn)Ni2+對(duì)大型溞48 h的EC50為2.18 mg·L-1差距較大，從毒性數(shù)據(jù)判斷，大型溞對(duì)Ni2+比西藏?cái)M溞更敏感。通過其他重金屬離子對(duì)西藏?cái)M溞的急性毒性數(shù)據(jù)(如Cu2+、Zn2+的EC50)與董曉曉等[22-24]對(duì)大型溞毒性研究比較可以發(fā)現(xiàn)，大型溞對(duì)大多數(shù)重金屬離子的敏感性均高于西藏?cái)M溞。

Mn2+對(duì)大型溞毒性雖然較低，為低毒級(jí)，但在工業(yè)廢水、礦區(qū)水體等領(lǐng)域中存在，對(duì)水生生物的影響仍然嚴(yán)峻[25]。

在水生生態(tài)環(huán)境中，溞是水生生物食物鏈中重要的一員，重金屬污染水體后，勢必對(duì)水生生物造成危害。重金屬的性質(zhì)、重金屬實(shí)際污染量以及當(dāng)時(shí)的環(huán)境條件狀況等都會(huì)影響重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境的安全性[13]。本研究中測定的3種重金屬離子中除Mn2+對(duì)大型溞的毒性為低毒級(jí)以外，其他離子對(duì)大型溞均表現(xiàn)出不同等級(jí)的毒性，可見重金屬離子對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)大型溞產(chǎn)生較強(qiáng)的毒性效應(yīng)。本試驗(yàn)測定了3種重金屬在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)大型溞的急性毒性水平，反映了3種重金屬以單一形態(tài)存在于環(huán)境條件下對(duì)水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的急性毒性和環(huán)境效應(yīng)。而在自然生態(tài)環(huán)境中，重金屬等污染物往往是以復(fù)合形態(tài)存在的，對(duì)自然界造成復(fù)合污染。因此，應(yīng)加強(qiáng)重金屬等污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境的聯(lián)合毒力效應(yīng)、亞慢性和慢性毒性的風(fēng)險(xiǎn)等方面的研究，為全面評(píng)價(jià)其對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害風(fēng)險(xiǎn)控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

[1] 刁維萍，倪吾鐘，倪天華，等. 水環(huán)境重金屬污染的現(xiàn)狀及其評(píng)價(jià)[J]. 廣東微量元素科學(xué)，2004，11(3)：1-5.

[2] 王素娟. 水體重金屬污染現(xiàn)狀及其治理方法研究[J].中國化工貿(mào)易，2015(19)：151.

[3] 程燕，周軍英，單正軍. 美國農(nóng)藥水生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)，2005，7(4)：293-298.

[4] 劉國光，徐海娟，王莉霞，等. 環(huán)境有機(jī)污染物對(duì)溞的毒性研究[J]. 環(huán)境與健康雜志，2003，20(6)：369-371.

[5] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 31270.13—2014 化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評(píng)價(jià)試驗(yàn)準(zhǔn)則 第13部分：溞類急性活動(dòng)抑制試驗(yàn)[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[6] OECD. OECD guidelines for testing of chemicals，201 Alga，growth inhibition test[M]. Paris：OECD，Adopted 27 July 2011.

[7] OECD. OECD guidelines for testing of chemicals，202 Daphnia sp. Acute immobilization test and reproduction test[M]. Paris：OECD，Adopted 13 April 2004.

[8] 胡雙慶，尹大強(qiáng)，陳良燕. 吡蟲清等4種新農(nóng)藥的水生生態(tài)安全性評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2002，18(4)：23-26.

[9] 王宏，沈英娃，盧玲，等. 幾種典型有害化學(xué)品對(duì)水生生物的急性毒性[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2003，9(1)：49-52.

[10] 王慧珠，羅義，徐文青，等. 四環(huán)素和金霉素對(duì)水生生物的生態(tài)毒性效應(yīng)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27(4)：1536-1539.

[11] 江敏，吳昊，羅春芳，等. 溴氯海因在水環(huán)境中的降解及其對(duì)4種水生生物的急性毒性[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2008，3(6)：570-576.

[12] 張榜軍，劉坤. Cu2+對(duì)大型溞生長和繁殖的影響[J]. 水生態(tài)學(xué)雜志，2009，2(1)：128-130.

[13] LI L，U Z，WU J，et al. Bioaccumulation of heavy metals in the earthworm EiseNia fetida in relation to bioavailable metal concentrations in pig manure[J]. Bioresource Technology，2010，101(10)：3430-3436.

[14] 李軼，殷亞遠(yuǎn)，WANG Chao，等. 納米二氧化鈦和銅對(duì)大型溞的聯(lián)合毒性[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，44(2)：95-100.

[15] 李爽，徐靜波.鎘脅迫對(duì)大型溞的毒性效應(yīng)[J]. 華北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2017，18(1)：116-120.

[16] 陳麗萍，吳聲敢，王彥華，等. 第十二屆全國農(nóng)藥學(xué)科教學(xué)科研研討會(huì)論文集[C]. 2012：146-150.

[17] 陳明梅，姚曄，李良. 霞灣港生態(tài)修復(fù)研究[J]. 湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，28(2)：101-105.

[18] 陳佳榮. 水化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1996.

[19] 中國農(nóng)業(yè)百科全書總編輯委員會(huì)農(nóng)藥卷編輯委員會(huì). 中國農(nóng)業(yè)百科全書·農(nóng)藥卷[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1993：163.

[20] 露凌霞，梁雪梅，林錦炎. 汞、砷離子對(duì)大型溞的毒性實(shí)驗(yàn)報(bào)告[J]. 廣東衛(wèi)生防疫，1993，19(13)：89-91.

[21] 霍元子，趙文，魏杰. Cu2+、Zn2+、Co2+、Ni2+、Li+對(duì)西藏?cái)M溞的急性與聯(lián)合毒性效應(yīng)[J]. 中國水產(chǎn)科學(xué)2011，18(2)：466-47l

[22] 董曉曉. 銅、錫、硒對(duì)大型溞的毒性效應(yīng)及機(jī)理研究[D]. 濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2012.

[23] 丁嬋娟. 銅、鉛、鋅對(duì)大型溞毒性效應(yīng)研究[D]. 濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2013.

[24] 張融，范文宏，唐戈，等. 重金屬Cd和Zn對(duì)水生浮游動(dòng)物大型溞(Daphniamagna)聯(lián)合毒性的研究初探[J]. 蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，39(6)：704-709.

[25] 王儉，吳永貴，劉方，等. 貴州省典型煤礦區(qū)水體水質(zhì)分析及其急性生物毒性[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，30(4)：68-73.