吡啶硫酮鋅對水生生物的急性毒性

張旋，劉利民，*，皮鈺珍，本山直樹

1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽110161

2.日本千葉大學(xué)，松戶271-8510，日本

吡啶硫酮鋅對水生生物的急性毒性

張旋1，劉利民1，*，皮鈺珍1，本山直樹2

1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽110161

2.日本千葉大學(xué)，松戶271-8510，日本

在沒有下水處理設(shè)施的地區(qū)，去屑洗發(fā)香波中所含有的吡啶硫酮鋅（zinc pyrithione,ZPT）隨著生活廢水被直接排放到河中.為了考察流入河中的ZPT對水生生物的影響，設(shè)想ZPT最終被底質(zhì)吸附，在添加和未添加底質(zhì)兩種試驗條件下，采用靜水生物測試法對麥穗魚、青鳉、泥鰍魚、直突搖蚊亞科二齡幼蟲、河蜆進行了室內(nèi)急性毒性試驗.結(jié)果表明，添加底質(zhì)時，ZPT對麥穗魚、青鳉、泥鰍魚、直突搖蚊亞科二齡幼蟲、河蜆48h的半致死濃度LC50分別為0.06、0.09、0.27、0.07和5.05mg·L-1；未添加底質(zhì)時，ZPT對麥穗魚、青鳉、泥鰍魚、直突搖蚊亞科二齡幼蟲、河蜆48h LC50分別為0.10、0.11、0.22、0.12和5.34mg·L-1.統(tǒng)計結(jié)果顯示，添加與未添加底質(zhì)，ZPT對上述供試生物的48h LC50值無顯著差異（p>0.05）.根據(jù)我國相關(guān)標準判定ZPT對麥穗魚、青鳉、直突搖蚊亞科2齡幼蟲屬劇毒物質(zhì).

吡啶硫酮鋅；去屑洗發(fā)香波；水生生物；底質(zhì)；LC50

1 引言（Introduction）

吡啶硫酮鋅（Zinc pyrithione,ZPT，分子式C10H8N2O2S2Zn）是一種廣譜抗菌劑和新型防污劑，廣泛應(yīng)用于民用涂料、膠粘劑、船舶防污等領(lǐng)域（Voulvoulis et al.,2002）.同時，ZPT也是一種有效的抗頭皮屑劑，目前已廣泛應(yīng)用于洗發(fā)和護發(fā)化妝品中（彭洪斌，1996）.然而，日本國立環(huán)境研究所Goka（1999）的研究顯示，ZPT能誘發(fā)魚背骨畸形；Kobayashi和Okamura（2002）研究表明ZPT對海膽卵細胞具有生殖毒性.目前，ZPT作為一種新型環(huán)境污染物質(zhì)正日益受到關(guān)注（Bellas et al.,2005）.在日本，ZPT已被環(huán)境部列為水環(huán)境中《要調(diào)查項目》300種物質(zhì)中的一種（Japan Ministry of the Environment,1998）.

目前有關(guān)ZPT的環(huán)境效應(yīng)主要集中在對海洋環(huán)境和海洋生物的影響上（Voulvoulis et al.,2002;Goka,1999;Kobayashi and Okamura,2002;Bellas et al.,2005），對淡水生態(tài)系統(tǒng)的影響尚不多見.實際上，隨著含有ZPT配方的洗發(fā)香波的大量生產(chǎn)和使用，在沒有下水處理設(shè)施的地區(qū)，ZPT隨生活排水被直接排放到河流中的量越來越大，有關(guān)ZPT對淡水生物的影響值得關(guān)注.麥穗魚（Pseudorasbora parva）、青鳉（Oryzias latipes）、泥鰍魚（Mistunes anguillicaudatus）、直突搖蚊亞科幼蟲（Orthocladiinae）和河蜆（Corbicula leana prim）是河流、小溪、水田排水渠常見的幾種水生生物.其中，青鳉是目前檢測水質(zhì)的一種常用指標生物；直突搖蚊亞科幼蟲是一種較常見的底生生物，在生物檢定方法中，常利用其生活習(xí)性來測定底質(zhì)的安全性（TheJapaneseSocietyofEnvironment Toxicology,2003）.為了考察隨生活排水進入河流的ZPT對水生生物的影響，本實驗對上述試驗生物進行了急性毒性試驗，并設(shè)想進入河流的ZPT最終被底質(zhì)吸附，同時進行了帶有底質(zhì)的ZPT溶液的急性毒性研究.

2 材料與方法（Materials and methods）

2.1 試驗生物

試驗用麥穗魚平均體重為每條0.11g；青鳉為每條0.25g；泥鰍魚為0.35g；河蜆平均殼長2.0cm，均購自日本埼玉縣朝霞養(yǎng)魚場，實驗室內(nèi)馴養(yǎng)1周以上.直突搖蚊亞科幼蟲為實驗室連續(xù)培養(yǎng)三代以上的二齡幼蟲，身長0.6cm左右.上述試驗生物均未分雌雄.

2.2 試驗藥品

ZPT水懸浮液（有效成分50%）由日本獨立行政法人國立環(huán)境研究所五箇博士提供.

2.3 底質(zhì)

底質(zhì)是2004年9月從茨城縣北浦周邊水田的排水路的底部采集并運回實驗室，在避光條件下，自然風(fēng)干、碾碎后，經(jīng)2mm的篩子篩后備用.該土樣的密度、含水量、粒度實驗根據(jù)有關(guān)標準分別進行測定（Japanese Industrial Standards Committee,1999a;1999b;2000）.總有機碳測定采用重鉻酸外加熱法.底質(zhì)基本理化性質(zhì)如表1所示.本試驗所用底質(zhì)為有機碳含量較高的粘土.

表1 土樣的基本性質(zhì)Table 1Properties of sediment samples

2.4 試驗條件

試驗用水為事先放置1d的井水，水質(zhì)標準：pH 7.0～8.0；溶解氧DO不低于4.5mg·L-1.恒溫槽水溫（22±1）℃.因為水中的ZPT易見光分解（Thomas,1999），故本試驗在避光條件下進行.

2.5 試驗方法

試驗在日本千葉大學(xué)園藝學(xué)部的生態(tài)制御實驗室進行.采用靜水生物測試法（周永欣和章宗涉，1989）.試驗期間不更換試驗液，不喂餌料.通過預(yù)備試驗找出各自的致死濃度范圍.正式試驗時，分別于24h、48h記錄試驗生物的死亡數(shù)（河蜆只記錄了48h的死亡數(shù)），并檢測pH、DO.試驗重復(fù)3次，均設(shè)無ZPT處理的空白對照組.對于直突搖蚊亞科二齡幼蟲的死亡判斷，在高倍放大鏡下進行.對于河蜆的死亡判斷為刺激它的腹足時無反應(yīng)或貝殼緊閉的河蜆放入清水30～60min內(nèi)無生命跡象的即認為死亡.

2.5.1 ZPT溶液的毒性試驗

對麥穗魚、青鳉、泥鰍魚的試驗，在玻璃皿（Ф25cm×30cm）里分別配制表2所示的各濃度的ZPT溶液2000mL后投入試驗魚15尾.對直突搖蚊亞科二齡幼蟲、河蜆的試驗，在高腰玻璃皿（Ф15cm×6cm）里配制ZPT溶液（濃度如表2所示）500mL后，投入試驗生物18只.

表2 不帶底質(zhì)的ZPT急性毒性試驗濃度設(shè)置Ta）張旋.2006.家庭雑排水に含まれる抗菌物質(zhì)ジンクピリチオンが水生生物に及ぼす影響［D］.千葉大學(xué)大學(xué)院自然科學(xué)研究科平成18年度修士論文ble 2The concentration gradient of ZPT in acute toxicity test without sediment

2.5.2 帶有底質(zhì)的ZPT溶液的毒性試驗

對麥穗魚、青鳉、泥鰍魚的試驗，在玻璃皿（Ф25cm×30cm）中放入樣土40g，再倒入表3所示的各濃度的ZPT溶液2000mL，攪拌1min，靜置30min后投入試驗魚15尾.對直突搖蚊亞科二齡幼蟲、河蜆的試驗，在高腰玻璃皿（Ф15cm×6cm）中放入樣土10g，倒入ZPT溶液（濃度如表3所示）500mL攪拌1min，靜置30min后投入試驗生物，直突搖蚊亞科二齡幼蟲15只，河蜆18只.因直突搖蚊亞科二齡幼蟲在底質(zhì)筑巢，該試驗只記錄了48h的死亡數(shù).

表3 帶底質(zhì)的ZPT急性毒性試驗濃度設(shè)置Ta）張旋.2006.家庭雑排水に含まれる抗菌物質(zhì)ジンクピリチオンが水生生物に及ぼす影響［D］.千葉大學(xué)大學(xué)院自然科學(xué)研究科平成18年度修士論文ble 3The concentration gradient of ZPT in acute toxicity test with sediment

2.6 數(shù)據(jù)處理

通過概率單位法求出48h的半數(shù)致死濃度（LC50）以及95%置信區(qū)間，并通過配對t檢驗進行統(tǒng)計分析.

3 結(jié)果（Results）

在急性毒性試驗過程中，除了曝露在帶有底質(zhì)的空白溶液中的河蜆有5.6%的死亡率外，其他對照組的死亡率均為0.兩種處理條件下，ZPT溶液對5種水生生物的48h急性毒性試驗結(jié)果如表4所示.

表4 ZPT溶液48h急性毒性試驗結(jié)果Ta）張旋.2006.家庭雑排水に含まれる抗菌物質(zhì)ジンクピリチオンが水生生物に及ぼす影響［D］.千葉大學(xué)大學(xué)院自然科學(xué)研究科平成18年度修士論文ble 4Effects of ZPT on the five aquatic organisms under with or without sediment condition

從表4可以看出，添加底質(zhì)時，ZPT對麥穗魚、青鳉、泥鰍魚、直突搖蚊亞科二齡幼蟲、河蜆48h的半致死濃度LC50分別為0.06、0.09、0.27、0.07和5.05mg·L-1；未添加底質(zhì)時，ZPT對麥穗魚、青鳉、泥鰍魚、直突搖蚊亞科二齡幼蟲、河蜆48h LC50分別為0.10、0.11、0.22、0.12和5.34mg·L-1.統(tǒng)計結(jié)果顯示，無論是否添加底質(zhì)，ZPT溶液對各試驗生物的48h LC50值無顯著差異（p>0.05）.ZPT對麥穗魚、青鳉、直突搖蚊亞科二齡幼蟲的48h LC50均小于或等于0.1mg·L-1.根據(jù)日本農(nóng)藥法對魚毒性的分類標準（KinKi Technologica）張旋.2006.家庭雑排水に含まれる抗菌物質(zhì)ジンクピリチオンが水生生物に及ぼす影響［D］.千葉大學(xué)大學(xué)院自然科學(xué)研究科平成18年度修士論文l Work Office,KinKi Regional Development Bureau,1996），ZPT對上述生物有著和安特靈、碩丹等劇毒農(nóng)藥同等的毒性.根據(jù)我國有毒物質(zhì)對魚類的毒性標準（張志杰和張維平，1991），可以判斷ZPT對麥穗魚、青鳉、直突搖蚊亞科二齡幼蟲屬劇毒物質(zhì).

根據(jù)我們進一步的研究，在避光條件下，上述添加底質(zhì)的試驗中，ZPT溶液中加入底質(zhì)，攪拌1min后，靜置5min、30min所測得的液相中ZPT濃度分別減少了78%和82.5%a）張旋.2006.家庭雑排水に含まれる抗菌物質(zhì)ジンクピリチオンが水生生物に及ぼす影響［D］.千葉大學(xué)大學(xué)院自然科學(xué)研究科平成18年度修士論文）.換言之，添加底質(zhì)的急性毒性試驗開始時，液相中的ZPT濃度已下降了82.5%.但是，其試驗結(jié)果并沒有顯示出和無底質(zhì)試驗結(jié)果的差異，特別是對麥穗魚、青鳉、直突搖蚊亞科二齡幼蟲.根據(jù)已有的研究得知，見光條件下ZPT的分解很快，其半減期在純凈水中為10～20min；在海水中為25～30min（Water Environment ManagementDivision,JapanMinistry of the Environment,1999）；在井水中為30～35mina）.但如上所述，ZPT也極易被底質(zhì)吸附.另外，在亞洲通常有夜晚入浴的習(xí)慣，因此在沒有下水道設(shè)施的地域，去屑洗發(fā)香波中的ZPT隨著下水排入河流中，并在見光分解前吸附于底質(zhì).魚類、底生生物在攝取食物的同時攝取底質(zhì)或吸附著ZPT的懸浮粒，有引起中毒的可能性.

ZPT是應(yīng)用于洗發(fā)、護發(fā)、染發(fā)及其他發(fā)用品中最有效的抗頭皮屑劑之一.1981年，美國FDA公布了被認可的29種含有ZPT成分的制劑；歐盟（EEC）法令規(guī)定，作為抗頭皮屑劑的ZPT用于洗發(fā)香波及護發(fā)產(chǎn)品中的最大使用濃度分別為0.5%和1.0%（Wang,2000）.根據(jù)我國衛(wèi)生部關(guān)于對《化妝品衛(wèi)生標準》中ZPT的最大允許濃度的限定，作為防腐劑使用，化妝品中最大允許濃度為0.5%；作為去頭屑洗發(fā)產(chǎn)品使用，化妝品中最大允許濃度為1.5%（中華人民共和國衛(wèi)生部，1987）.隨著含有ZPT配方的洗發(fā)產(chǎn)品的大量生產(chǎn)和使用，在沒有生活用水處理系統(tǒng)的地區(qū)，隨生活排水排放到環(huán)境中的ZPT對生態(tài)環(huán)境的影響應(yīng)引起人們的重視.本試驗為ZPT的水生態(tài)風(fēng)險評價提供了部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù).目前ZPT的魚類毒性機理、吸附于底質(zhì)的ZPT的穩(wěn)定性等的研究尚不完善，今后將加強這些方面的研究.

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Acute Toxicity Effects of Zinc Pyrithione on Aquatic Organisms

ZHANG Xuan1，LIU Li-min1，*，PI Yu-zhen1，Motoyama Naoki2

1.Shenyang Agricultural University,Shenyang 110161
2.Faculty of Horticulture,Chiba University,Matsudo City,271-8510,Japan

Zinc pyrithione（ZPT）is an effective antidandruff agent,and is employed in several hair shampoos and hair care products.In certain areas ZPT is released through household waste into rivers without treatment.On two test condition（with sediment and without sediment）,the acute effects of ZPT on five aquatic organisms were investigated using laboratory toxicity tests.Results showed that the 48h LC50values of ZPT with sediment were 0.06,0.09,0.27,0.07 and 5.05mg·L-1,and the values without sediment were 0.10,0.11,0.22,0.12 and 5.34mg·L-1,to Oryzias latipes,Pseudorasbora parva,Mistunes anguillicaudatus,2nd instar larvae of Orthocladiinae and Corbicula leana prim,respectively.There were no significant differences in 48h LC50values of ZPT between without and with sediment for each test organism.It indicates that ZPT remains toxic even when adsorbed by sediment,which is extremely toxic to Oryzias latipes,Pseudorasbora parva,Mistunes and 2nd instar larvae of Orthocladiinae.

zinc pyrithione；anti-dandruff shampoo；aquatic organisms；sediment；LC50

18 March 2009accepted23 May 2009

1673-5897（2010）1-083-04

X171.5

A

2009-03-18錄用日期：2009-05-23

教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金（No.2008890）；遼寧省教育廳科研項目基金（No.2008640）；遼寧省博士啟動基金（No.20081068）

張旋（1968—），女，碩士研究生，工程師，E-mail：zhxllm@163.com；*通訊作者（Corresponding author），E-mail：l-limin@hotmail.com

劉利民，男，教授，主要從事生態(tài)環(huán)境方面的研究.