中國黃海抹香鯨組織多氯聯(lián)苯的分布特征及其毒性分析

黃健生, 張琳玲, 謝翠美, 盧偉華*, 陳海剛

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中國黃海抹香鯨組織多氯聯(lián)苯的分布特征及其毒性分析

黃健生1, 張琳玲1, 謝翠美1, 盧偉華1*, 陳海剛2

(1. 東莞市海洋與漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測站, 廣東 東莞?523888; 2. 廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點實驗室, 中國水產科學研究院 南海水產研究所, 廣東 廣州?510300)

為探討多氯聯(lián)苯(PCBs)在抹香鯨體內的富集情況與組織分布特征, 采用氣相色譜-質譜聯(lián)用儀測定了中國黃海海域抹香鯨體內23種PCBs同系物的含量, 并分析了其組成特征和國際毒性當量。結果表明, 中國黃海抹香鯨4個組織中 PCBs含量為0.0005～1.39 μg/g, 其中腦油中PCBs含量最高, 與脂肪處于同一數量級, 比肌肉中含量高2個數量級, 比血液高4個數量級, 體內PCBs含量大約為20 g; 抹香鯨組織中PCBs組成特征相似, 均以高氯代的PCBs為主, 同系物含量為0.07～324 ng/g, 含量較高的有PCB118、PCB138、PCB153和PCB180等9種物質, 其中PCBs同族物均以含6個氯原子的PCBs含量最高, 占總量的48.1%～58.0%, 含5個以上氯原子的PCBs占總量的86.1％～100.0％; 抹香鯨組織中的TEQs為4.40～1763 pg/g, 其脂肪組織中的PCBs含量與所比較的其他海域抹香鯨的含量同處于一個數量級, 初步推斷中國黃海抹香鯨受PCBs污染程度不重。

抹香鯨; 多氯聯(lián)苯; 分布特征; 毒性評價

0 引 言

抹香鯨(), 屬齒鯨亞目抹香鯨科, 為國家二級保護動物, 是世界上最大的齒鯨, 體重可超60 t, 壽命達80齡, 分布于世界各大海洋, 有在兩極和赤道附近洄游的習性[1], 喜吃大型烏賊、章魚和魚類等, 處在海洋食物鏈頂端, 近年因在中國東海和黃海發(fā)生數起抹香鯨死亡事件而受到廣泛關注。多氯聯(lián)苯(Polychlorinated Biphenyls, PCBs)在20世紀工業(yè)生產中有過廣泛的用途, 分布范圍遍至全球。PCBs具有親脂性和難降解性, 能通過食物鏈作用富集在鯨豚動物體中, 尤其是脂肪含量高、壽命長、食量大的抹香鯨體中, 對其生殖系統(tǒng)、神經系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)等產生危害[2–3]。目前, 國內對抹香鯨組織中的PCBs研究較少, 國際上則主要有Aguilar研究了大西洋東北部海域抹香鯨組織中的PCBs分布[4], Henry.分析了南非海域抹香鯨脂肪內的PCBs殘留情況[5], Godard-Codding.探討了PCBs對大平洋海域抹香鯨皮層組織中的細胞色素P-450表達的影響[6]。本研究擬對死亡于中國黃海海域的抹香鯨體內組織中的PCBs進行分析, 研究其分布規(guī)律和毒性情況, 為保護海洋鯨類哺乳動物及進一步揭示PCBs生物地球化學作用提供科學依據。

1?材料和方法

1.1 儀器與試劑

氣相色譜-質譜聯(lián)用儀, TR-5 MS毛細管柱(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm); 多樣品濃縮儀; 全自動樣品凈化濃縮儀, 配有Biobeads S-X3, 200-400目填料, 70 g; IQ-300VED超聲波; 乙酸乙酯及環(huán)己烷為色譜純, 所檢測的PCBs 標準品購自Dr. Ehrenstorfer公司。

1.2 樣品來源

2008年1月, 在黃海海域(山東榮城海域)發(fā)現1頭死亡的抹香鯨(), 雄性, 體長約19 m, 體重約50 t, 采集了血液、肌肉、脂肪(外層)和腦油等4個組織樣品保存于-20 ℃冰箱直至分析。

1.3?樣品分析

稱取脂肪和腦油0.5 g于試管中, 加入1.0 g無水硫酸鈉、5.0 mL乙酸乙酯/環(huán)己烷(體積比1﹕1), 渦旋5 min, 超聲萃取20 min, 4000 r/min離心10 min (血液和肌肉樣品則稱取10.0 g, 同上步驟, 加乙酸乙酯/環(huán)己烷, 渦旋, 超聲萃取, 離心, 取上層清液, 氮吹濃縮至5.0 mL, 加入1.0 g無水硫酸鈉, 渦旋、離心), 提取液經0.45 μm濾膜抽濾, 移置另一試管中, 再加入5.0 mL乙酸乙酯/環(huán)己烷至原試管, 重復1次, 用乙酸乙酯/環(huán)己烷定容至10.0 mL, 混勻, 取5.0 mL注入全自動樣品凈化濃縮儀凈化, 保持流速4.7 mL/min, 收集第12 min至第14 min淋洗液, 自動濃縮, 并用乙酸乙酯/環(huán)己烷定容到1.5 mL待檢測分析[7]。

氣相色譜載氣為高純氦氣; 初始柱溫65 ℃, 保持1.0 min后, 以50 ℃/min升溫至170 ℃, 以10 ℃/ min升至200 ℃, 以5 ℃/min升至210 ℃, 以2 ℃/ min升至225 ℃, 以20 ℃/min升至280 ℃保持10 min。質譜離子源溫度為250 ℃, 傳輸線溫度為270 ℃, 離子化方式為EI, 電子能量為70 eV, 選擇離子監(jiān)測定性和定量[7]。

1.4 質量控制

選擇PCB18、PCB52、PCB118和PCB194等4種標準品加標(分別加45.0 ng和180.0 ng標準濃度)測定, 外標法定量, 按照1.3、1.4中的方法分析測得的回收率為83.90%～95.70%, 變異系數為2.64%～9.81%, 可以滿足分析研究。

1.5 毒性當量評估

2?結果與討論

2.1?組織的PCBs含量

分析結果表明, 黃海海域抹香鯨的血液、肌肉、脂肪、腦油組織中23種PCBs同系物的含量分別為0.0005、0.017、1.16和1.39 μg/g。腦油的PCBs含量最高, 與脂肪處于同一數量級, 比肌肉高2個數量級, 比血液高4個數量級, 可見不同組織內PCBs含量差別顯著。據Hoolsbeek.對北大西洋雄性抹香鯨的報道, 肌肉和脂肪組織的PCBs濕重含量分別在0.112～0.414 μg/g 和2.50～4.00 μg/g之間[9], Aguilar對西班牙海域抹香鯨的肌肉、脂肪和腦油組織的測定含量為0.325、6.59和9.48 μg/g[4], 其組織間的差異性與本研究基本一致。PCBs屬于極性低、親脂性化學物質, 有報道認為PCBs的含量水平和甘油三酸酯呈正相關關系[5]。因此, 各組織的甘油三酸酯含量不同應是導致各組織PCBs含量差異的主要因素。在國際上, 脂肪組織方面的研究較多, 如在1962年南極洲海域的抹香鯨未檢出PCBs[4], 在1975年加勒比海域、1980年西班牙西北部海域、1995年比時利海域的抹香鯨脂肪中檢出的PCBs含量分別為2.35、8.32和3.00 μg/g[4,9], 與本研究脂肪組織PCBs含量同處一個數量級, 污染程度相當。參考Hoolsbeek.的計算方法[9], 即肌肉和脂肪各占抹香鯨體重的三分之一, 得出抹香鯨體中的PCBs含量大約為20 g。

2.2 組織的PCBs組成特征

在抹香鯨血液、肌肉、脂肪和腦油組織中檢出22種PCBs同系物, 含量為0.07～324 ng/g, 含量較高的有PCB118、PCB138、PCB153和PCB180等9種物質, 見圖1。在血液中, 檢出5種PCBs, 其中PCB180和PCB153含量最高, 分別占總量的27.4%和25.6%, 其次是PCB149、PCB118、PCB138, 分別占總量的18.5%、14.7%和13.8%。在肌肉中, 檢出11種PCBs, 其中PCB153含量最高, 占總量的22.0%, 其次是PCB138、PCB170、PCB101和PCB149, 分別占總量的15.1%、12.2%、12.1%和11.0%。在脂肪中, 檢出22種PCBs, 其中PCB153含量最高, 占總量的22.4%, 其次是PCB138、PCB101和PCB149, 分別占總量的15.8%、11.6%和10.9%。在腦油中, 檢出21種PCBs, 其中PCB153含量最高, 占總量的23.3%, 其次是PCB138、PCB101和PCB149, 分別占總量的17.0%、12.3%和11.4%, 其余PCBs占總量的比例低于10%。在本次研究的血液、肌肉、脂肪和腦油組織中, PCBs同族物均以含6個氯原子的PCBs含量最高, 分別占總量的58.0%、48.1%、55.5%和54.4%, 其次分別是含5個和7個氯原子的同族物, 所占比例分別為14.7%～26.0%和10.4%～27.4%, 其中含5個以上氯原子的PCBs在4個組織中分別占總量的86.1%～100.0%, 見圖2?？梢? 各組織的PCBs以高氯代的化合物為主, 組成特征相似。這與中國東海中華白海豚和澳大利亞南部海域抹香鯨的脂肪組織, 以及中國南海糙齒海豚和北大西洋海域的抹香鯨的脂肪和肌肉等組織中PCBs的殘留特征相符, 均以PCB 153、PCB138、PCB118等含5個氯原子以上的PCB同系物為主[7,9–12]。這種組成特征應與環(huán)境中高氯代的PCBs同系物比低氯代的更穩(wěn)定更難降解, 尤其在苯環(huán)上2, 3, 4位或2, 4, 5位被氯原子取代的PCBs同系物最難降解有關[13], 推斷在較長的一段時期內抹香鯨體內殘留的PCBs仍將以上述幾種較難降解的污染物為主。

圖1?中國黃海抹香鯨組織中多氯聯(lián)苯同系物的組成比例

圖2?中國黃海抹香鯨組織中多氯聯(lián)苯同族物組成比例

2.3 組織的PCBs毒性分析

在本次分析中檢出PCB126、PCB169和PCB118等11種共平面PCBs同系物, 根據國際上估算二噁英類化合物PCBs毒性當量通用的方法, 計算得出血液、肌肉、脂肪和腦油的TEQs分別為4.40、2.44、3117和1763 pg/g, 見表1, 其中血液和肌肉組織的TEQ主要來自單鄰位取代PCB118, 脂肪和腦油則來自非鄰位取代PCB126和PCB169, 分別占總量的77.4%、21.6%和92.9%、5.73%, 可見不同組織TEQ的差異可達2個數量級。PCBs類化合物能夠與細胞胞質體上的芳香烴受體結合, 導致細胞色素P450酶的基因表達改變, 從而對鯨豚類動物產生危害[2]。國際上對評價鯨類動物中PCBs危害安全值的研究不多, 參考Corsloini.報道的研究結果, 即海洋哺乳動物體中的TEQs在100～5000 pg/g之間可認為是健康的[14], 以及參考Wagemann.[15]有關體內PCBs濃度超過50～200 μg/g時可能會對鯨豚動物產生危害。參考皮層脂肪組織中的TEQs及PCBs含量可知, 黃海抹香鯨受到PCBs的污染程度尚未達到危害水平。但是, 鑒于已有斑海豹TEQs含量達到209 pg/g(脂重)將可能導致免疫功能紊亂, 水貂中的TEQs含量達到60 pg/g(濕重)可引起生殖問題, 一定量的PCBs會致使白鯨抑制其免疫反應的報道, 以及考慮該抹香鯨的TEQs比澳大利亞塔斯馬尼亞海域2002年11月擱淺死亡的抹香鯨組織中的TEQs值28.5 pg/g高2個數量級等因素[16–17], PCBs對抹香鯨健康的威脅, 尤其是對能發(fā)出超聲波(起著導航作用)的鯨脂器官的影響是否導致其迷航擱淺等課題仍亟待研究解決。

表1?中國黃海抹香鯨組織中多氯聯(lián)苯的毒性當量(濕重)

3?結?論

(1)抹香鯨不同組織對PCBs總含量差異大, 所分析的4個組織的 PCBs含量為0.0005～1.39 μg/g, 其中腦油的含量最高, 與脂肪處于同一數量級, 比肌肉的含量高2個數量級, 比血液高4個數量級。

(2)抹香鯨組織中PCBs組成特征相似, 以高氯代的化合物為主, 同系物含量為0.07～324 ng/g, 含量較高的有PCB118、PCB138、PCB153和PCB180等9種物質, PCBs同族物均以含6個氯原子的PCBs含量最高, 分別占總量的48.1%～58.0%, 其次分別是含5個和7個氯原子的同族物, 所占比例為10.4%～27.4%, 其中含5個以上氯原子的PCBs在4個組織中分別占總量的86.1%～100.0%。組織中的TEQs為4.40～1763 pg/g, 其中脂肪和腦油比血液及肌肉組織高2個數量級。

(3)初步推斷PCBs對抹香鯨的污染程度較輕, 沒對其健康造成威脅, 不是該抹香鯨死亡的主因, 但是抹香鯨體內殘留的PCBs多至20 g, PCBs對其健康的毒理作用和風險評估仍待進一步深入研究。

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Distribution and toxicity assessment of polychlorinated biphenyls (PCBs) in tissues of sperm whale from the Yellow Sea of China

HUANG Jian-sheng1, ZHANG Lin-ling1, XIE Cui-mei1, LU Wei-hua1*and CHEN Hai-gang2

1. Dongguan Marine and Fishery Environment Monitoring Station, Dongguan?523888, China; 2. Key Laboratory of Fishery Ecology Environment, Guangdong Province, South China Sea Fisheries Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou?510300, China

To investigate the accumulation status and distribution patterns of polychlorinated biphenyls (PCBs) in sperm whale from Yellow Sea of China, the concentrations of 23 polychlorinated biphenyls (PCBs) were measured using GC/MS in different tissues of sperm whale. Formation characteristics and toxic equivalency of PCBs were analyzed as well. PCBs contents in four tissues of sperm whale ranged from 0.0005 μg/g to 1.39 μg/g. The tissue that had the highest concentration of PCBs was spermaceti oil, followed by blubber, muscle and blood. The levels of PCBs in the spermaceti oil and blubber tissues were close, which were two orders of magnitude higher than those in muscle tissues, and four orders of magnitude higher than those in blood tissues. The concentrations of PCB congeners in those tissues ranged from 0.07 ng/g to 324 ng/g. Distributionof different PCBs suggested that the concentration of PCB118, PCB138, PCB153 and PCB180 were higher than other congeners. Hexachlorobiphenyls accounted for 48.1% to 58.0% of total PCBHomologs groups in different tissues. The PCBs congeners which contained more than five chlorine atoms took 86.1% to 100.0% in the total PCBs in those tissues. The TEQs of PCBs in those tissues ranged from 4.40 pg/gto 1763 pg/g, while the weight of PCBs in the sperm whale was about 20 g. Comparing with the levels of PCBs in the tissues of sperm whale from other sea area, results suggested that the sperm whale from Yellow Sea of China was in a mild degree of PCBs pollution.

sperm whale; polychlorinated biphenyls; distribution characteristics; toxic equivalency

P593; Q89; X8

A

0379-1726(2013)03-0290-06

2012-07-02;

2012-11-20;

2013-01-14

東莞市科技計劃資助項目(K10017K); 廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點實驗室開放課題基金(LFE-2011-02)

黃健生(1981–), 男, 碩士、工程師, 從事海洋與漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測研究工作。E-mail: zgqncfd@163.com

LU Wei-hua,E-mail: Lu@dg.cn; Tel:+86-769-23116111