3種離子液體與甲霜靈二元混合物的聯(lián)合毒性

王成林 ,張 瑾 ,劉樹(shù)深 *,劉海玲 (.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,長(zhǎng)江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海0009；.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 0009)

3種離子液體與甲霜靈二元混合物的聯(lián)合毒性

王成林1,張 瑾1,劉樹(shù)深1*,劉海玲2(1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,長(zhǎng)江水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200092；2.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200092)

選擇3種咪唑類(lèi)離子液體(ILs): C10H19ClN2(IL1), C12H23ClN2(IL2), C16H31ClN2(IL3)和一種殺菌劑甲霜靈(MET)為混合物組分,以直接均分射線(xiàn)法構(gòu)建3組二元混合物體系:MET-IL1, MET-IL2和MET-IL3. 應(yīng)用微板毒性分析法(MTA)測(cè)定二元混合物對(duì)青?；【鶴67 (Vibrio qinghaiensis sp.–Q67)的聯(lián)合毒性.通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)毒性數(shù)據(jù)與濃度加和(CA)參考模型分析混合物的毒性相互作用,并利用半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)水平下的等效線(xiàn)圖分析毒性變化規(guī)律.結(jié)果表明 3組二元混合物的相互作用明顯不同.在 MET-IL1和 MET-IL2 2組二元體系中,MET濃度比例越高,拮抗作用越明顯;在MET-IL3二元體系中,隨著MET濃度比例的減小,MET與IL3的相互作用由加和變?yōu)閰f(xié)同,并且MET比例越小,協(xié)同作用越明顯.

離子液體(ILs)；甲霜靈；二元混合物；協(xié)同；拮抗；聯(lián)合毒性

離子液體(ILs)是一類(lèi)在室溫下具有蒸汽壓低、不易燃、不揮發(fā)、不污染大氣等優(yōu)良特性的有機(jī)液態(tài)鹽[1-2].因而, ILs被作為一種“綠色”溶劑取代傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑而廣泛應(yīng)用于合成、提取、催化等化工領(lǐng)域中[3].有關(guān) ILs的毒性研究,目前的研究工作主要集中在以下兩個(gè)問(wèn)題:一是 ILs對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中各類(lèi)生物的毒性作用情況;二是ILs的各部分組成對(duì) ILs毒性的影響[4-6].盡管多種 ILs對(duì)水生生物的毒性效應(yīng)已有報(bào)道,然而水環(huán)境中與ILs共存的其他污染物對(duì)ILs的毒性有何影響或 ILs與這些污染物共存時(shí)毒性如何變化卻很少報(bào)道.本課題組曾就 ILs與農(nóng)藥二元混合物對(duì)Q67的發(fā)光抑制毒性做過(guò)初步研究[7],發(fā)現(xiàn)有些ILs對(duì)農(nóng)藥產(chǎn)生拮抗或者協(xié)同作用.

本文選擇了 3種結(jié)構(gòu)相似的咪唑類(lèi) ILs:1-己基-3-甲基咪唑氯鹽(IL1),1-辛基-3-甲基咪唑氯鹽(IL2),1-十二烷基-3-甲基咪唑氯鹽(IL3)和一種酰苯胺類(lèi)高效內(nèi)吸性殺菌劑甲霜靈(MET)[8]為混合物組分,應(yīng)用直接均分射線(xiàn)法(EquRay)[9]構(gòu)建了3組二元混合物:MET-IL1、MET-IL2和MET-IL3;以青?；【鶴67為檢測(cè)生物,應(yīng)用微板毒性分析法(MTA)[10]測(cè)定這 4個(gè)組分及其二元混合物(15組)的濃度-效應(yīng)數(shù)據(jù),結(jié)合基于濃度加和(CA)參考模型下的二元混合物等效線(xiàn)圖,分析各組二元混合物的毒性效應(yīng)變化,以期為 ILs與其他污染物的相互作用提供參考.

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

PowerWave微孔板分光光度計(jì)(美國(guó)BIO-TEK公司);實(shí)驗(yàn)所用菌種為青?；【?Q67 (Vibrio qinghaiense sp.–Q67),購(gòu)自北京濱松光子技術(shù)股份有限公司;3種ILs全部購(gòu)自德國(guó)Merck公司,甲霜靈(MET)購(gòu)自德國(guó) Dr Ehrenstorfer GmbH公司,它們的基本信息見(jiàn)表1.

表1 3種咪唑類(lèi)離子液體和甲霜靈的基本性質(zhì)及EC50Table 1 The properties and median effective concentrations (EC50) of ILs and MET

1.2 毒性測(cè)試與濃度-效應(yīng)曲線(xiàn)擬合

發(fā)光菌Q67的培養(yǎng)方法,毒物對(duì)Q67發(fā)光抑制率采用微板毒性分析法(MTA)測(cè)定[10].單個(gè)化合物或混合物對(duì)發(fā)光菌的濃度-響應(yīng)曲線(xiàn)(CRC)非線(xiàn)性模擬參照文獻(xiàn)[11]進(jìn)行.

1.3 混合物設(shè)計(jì)方法

為系統(tǒng)考察混合物的毒性變化規(guī)律,對(duì)每組二元混合物采用直接均分射線(xiàn)法[9]設(shè)計(jì)5條具有不同濃度比(pi, i=1,2,3,4,5)的混合物射線(xiàn)(Ri),每條射線(xiàn)安排12個(gè)濃度點(diǎn)(表2).

1.4 混合物毒性相互作用分析

以 CA模型為加和參考模型,從整個(gè)混合物的CRC曲線(xiàn)分析比較不同濃度范圍內(nèi)的毒性相互作用,如觀(guān)測(cè)毒性符合加和參考模型預(yù)測(cè)毒性的為加和作用,大于加和參考模型預(yù)測(cè)毒性的為協(xié)同作用,小于加和參考模型預(yù)測(cè)毒性的為拮抗作用.

CA模型公式表達(dá)為[12-13]:

式中: ci表示混合物中產(chǎn)生某一效應(yīng)x%時(shí)組分i的濃度, ECx,i表示混合物中第i個(gè)化合物單獨(dú)存在時(shí)所產(chǎn)生的效應(yīng)與混合物總效應(yīng)x%相同時(shí)的濃度.

等效線(xiàn)圖[14]以直角坐標(biāo)系統(tǒng)表達(dá)二元混合物在某個(gè)效應(yīng)(如半數(shù)效應(yīng)等)時(shí)各混合物組分的濃度分布,以加和參考模型預(yù)測(cè)線(xiàn)為基礎(chǔ)分析混合物的聯(lián)合作用類(lèi)型(加和、協(xié)同或拮抗).

2 結(jié)果與討論

2.1 3種ILs與MET對(duì)Q67的毒性

通過(guò)MTA法測(cè)得的3種咪唑類(lèi)ILs和甲霜靈(MET)對(duì)Q67的濃度-效應(yīng)關(guān)系如圖1,對(duì)4種物質(zhì)均采用Logit函數(shù)[6]擬合,其相關(guān)參數(shù)及根據(jù)擬合曲線(xiàn)得到的EC50值見(jiàn)表1.結(jié)果表明,3種ILs對(duì)Q67的毒性具有烷基鏈越長(zhǎng),其毒性越大的規(guī)律,這也與文獻(xiàn)[6,15]中報(bào)道的結(jié)果吻合.

2.2 混合物的濃度-效應(yīng)分析

通過(guò)MTA法測(cè)得的MET-IL1,MET-IL2和MET-IL3等二元混合物射線(xiàn)(共 15條)的濃度-效應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)及擬合曲線(xiàn)如圖 2,其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2.為更好地比較不同濃度配比(pi)下二元混合體系的擬合濃度-效應(yīng)曲線(xiàn),在擬合誤差沒(méi)有顯著性差異的情況下,對(duì)所有的二元混合物體系采用相同的擬合函數(shù).由表2可知,MET-IL1, METIL2和MET-IL3的所有混合物射線(xiàn)均可用Logit函數(shù)擬合.所有混合物射線(xiàn)的 R均大于 0.994, RMSE均在 0.034以下,說(shuō)明擬合具有顯著的統(tǒng)計(jì)意義.

圖1 3種ILs和MET的濃度-效應(yīng)關(guān)系Fig.1 The concentration-response data and fitted curves of three ILs and MET

表2 3組二元混合物的濃度比和擬合CRC模型Table 2 The concentration ratios and fitted CRC models of three binary mixture rays

以 CA為加和參考模型,如果實(shí)驗(yàn)擬合效應(yīng)高于、等于與低于 CA預(yù)測(cè)效應(yīng),則混合物呈協(xié)同、加和與拮抗作用.從圖2可知,在不同的濃度配比下,擬合的CRC偏離CA模型預(yù)測(cè)線(xiàn)的程度不同,即相互作用不同.在 MET-IL1二元混合物中,4條射線(xiàn)(MET-IL1-R1, MET-IL1-R2,METIL1-R3和MET-IL1-R4)在整個(gè)CRC范圍內(nèi),均表現(xiàn)出拮抗作用,而MET-IL1-R5則表現(xiàn)為低濃度和高濃度呈加和作用,其余濃度范圍內(nèi)呈拮抗作用.在 MET-IL2二元混合物中,4條射線(xiàn)(MET-IL2-R1,MET-IL2-R2,MET-IL2-R3 和MET-IL2-R4)也表現(xiàn)出較明顯的拮抗作用, MET-IL2-R5則表現(xiàn)出加和作用.在MET-IL3二元混合物中,2條射線(xiàn)(MET-IL3-R1, METIL3-R2)表現(xiàn)出加和作用,而另外 3條射線(xiàn)(MET-IL3-R3,MET-IL3-R4和MET-IL3-R5)則表現(xiàn)為明顯協(xié)同作用.

由上述結(jié)果可知,在MET-IL1和MET-IL2兩組二元體系中,MET所占的濃度比例越大,即IL的濃度比例越小,MET與IL的拮抗作用越明顯.在MET-IL3的二元混合物體系中,隨著IL的濃度比例的增加,MET與IL的相互作用由加和變?yōu)閰f(xié)同作用.

2.3 等效線(xiàn)圖評(píng)價(jià)混合物的毒性效應(yīng)

從圖3中可以看出,在不同濃度配比下,ILs與MET的相互作用呈明顯不同.這種現(xiàn)象文獻(xiàn)中也曾報(bào)道過(guò),即2種藥物以一種比例混合時(shí)表現(xiàn)為相加,而以另一種比例混合時(shí)表現(xiàn)為協(xié)同或拮抗[16].從圖3中可以看出,隨著 ILs濃度的增加,MET與IL1,MET與IL2的相互作用表現(xiàn)為拮抗作用逐漸減弱,MET與IL3的相互作用則是由加和變?yōu)閰f(xié)同.

3 結(jié)論

3.1 不同烷基鏈的3種咪唑類(lèi)ILs(C10H19ClN2, C12H23ClN2和C16H31ClN2)對(duì)發(fā)光菌Q67的發(fā)光抑制毒性具有烷基鏈越長(zhǎng)其毒性越大的規(guī)律.

3.2 不同濃度比例下, IL與MET的相互作用會(huì)明顯不同,在 MET-C10H19ClN2和 METC12H23ClN2兩組二元體系中,MET濃度比例越高,拮抗作用越明顯,在 MET-C16H31ClN2二元體系中,隨著 MET濃度比例的減小,MET與 C16H31ClN2的相互作用由加和變?yōu)閰f(xié)同,并且 MET比例越小,協(xié)同作用越明顯.

圖2 3組二元混合物5種濃度配比下的濃度-效應(yīng)曲線(xiàn)Fig.2 The concentration-response relationship of 15 mixture rays for three sets of binary mixtures

圖3 3組二元混合物半數(shù)效應(yīng)濃度水平下的等效線(xiàn)Fig.3 Isobolograms of binary mixtures at the median effect concentration (EC50) levels

[1] Brennecke J F, Maginn E J. Ionic liquids: innovative fluids for chemical processing [J]. AIChE J, 2001,47(11):2384-2389.

[2] Bernot R J, Brueseke M A, Evans-White M A, et al. Acute and chronic toxicity of imidazolium-based ionic liquids on Daphnia magna [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 2005, 24(1):87-92.

[3] Endres F. Ionic liquids: solvents for the electrodeposition of metals and semiconductors [J]. Chemphyschem, 2002,3(2):144-154.

[4] 盧珩俊,陸 胤,徐冬梅,等.咪唑類(lèi)離子液體系列對(duì)鹵蟲(chóng)的急性毒性研究 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2011,31(3):454-460.

[5] 劉 芳,劉樹(shù)深,劉海玲.部分離子液體及其混合物對(duì)發(fā)光菌的毒性作用 [J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2007,2(2):164-171.

[6] 張 瑾,劉樹(shù)深,竇容妮,等.30種離子液體對(duì)青?；【鶴67的毒性效應(yīng) [J]. 環(huán)境科學(xué), 2011,32(4):1108-1113.

[7] 張 晶,王金承,劉樹(shù)深,等.中心復(fù)合設(shè)計(jì)射線(xiàn)法考察離子液體C16H31ClN2與樂(lè)果的毒性相互作用 [J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2009, 4(3):353-358.

[8] 萬(wàn)積成,王金花,徐超一,等.甲霜靈試紙實(shí)地檢測(cè)與液相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用比對(duì)結(jié)果分析 [J]. 農(nóng)藥, 2008,47(10):743-745.

[9] Dou R N, Liu S S, Mo L Y, et al. A novel direct equipartition ray design (EquRay) procedure for toxicity interaction between ionic liquid and dichlorvos [J]. Environmental Science and Pollution Research, 2011, 18(5):734-742.

[10] 劉保奇,葛會(huì)林,劉樹(shù)深.測(cè)定環(huán)境污染物對(duì)青海弧菌發(fā)光強(qiáng)度抑制的微板發(fā)光法研究 [J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2006,1(2):186-191.

[11] 葛會(huì)林,劉樹(shù)深,劉芳.多組分苯胺類(lèi)混合物對(duì)發(fā)光菌的抑制毒性 [J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2006,1(4):295-302.

[12] Liu S S, Song X Q, Liu H L, et al. Combined photobacterium toxicity of herbicide mixtures containing one insecticide [J]. Chemosphere, 2009,75(3):381-388.

[13] Ge H L, Liu S S, Zhu X W, et al. Predicting hormetic effects of ionic liquid mixtures on luciferase activity using the concentration addition model [J]. Environmental Science and Technology, 2011,45(4):1623-1629.

[14] Altenburger R, Nendza M, Schuurmann G.Mixture toxicity and its modeling by quantitative structure-activity relationships [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 2003,22(8):1900-1915.

[15] Costello D M, Brown L M, Lamberti G A. Acute toxic effects of ionic liquids on zebra mussel (Dreissena polymorpha) survival and feeding [J]. Green Chemistry, 2009.11(4):548-553.

[16] 張 凌,張馬忠,杭燕南.等效線(xiàn)圖解法在藥效學(xué)相互作用研究中的應(yīng)用 [J]. 國(guó)際麻醉學(xué)與復(fù)蘇雜志, 2007,28(5):472-476.

Joint toxicities of three binary mixture between metalaxyl and ionic liquid.

WANG Cheng-lin1, ZHANG Jin1, LIU Shu-shen1*, LIU Hai-ling2(1.Key Laboratory of Yangtze River Water Environment, Ministry of Education, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China；2.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2012,32(11)：2090～2094

Selecting three imidazolium-based ionic liquids (ILs), C10H19ClN2(IL1), C12H23ClN2(IL2), and C16H31ClN2(IL3), and metalaxyl (MET) as the mixture components, three groups of binary mixture, MET-IL1, MET -IL2, and MET-IL3, were designed by using the direct equipartition ray design procedure. The toxicities of the individual chemicals and binary mixtures to Vibrio qinghaiensis sp.–Q67 were determined by the microplate toxicity analysis (MTA). The toxicity interaction was evaluated by comparing the toxicity observed to that predicted by the concentration addition (CA) model and employing the isobologram at median effect concentration (EC50). The toxicity interactions of three groups of binary mixtures were significantly different. In the binary mixtures of MET-IL1 and MET-IL2, the higher the concentration ratio of MET was, the more obvious the antagonism. However, the toxicity interaction in the MET-IL3 mixtures was additive for the high concentration ratio of MET and synergistic for the low concentration ratio of MET. The lower the ratio of MET was, the stronger the synergistic action was.

ionic liquids (ILs)；metalaxyl；binary mixture；synergism；antagonism；joint toxicities

2012-03-13

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20977065, 21177097)

* 責(zé)任作者, 教授, ssliuhl@263.net

X503.225

A

1000-6923(2012)11-2090-05

王成林(1987-),男,河南鄭州人,同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生,主要從事混合污染物毒理研究.發(fā)表論文1篇.