納米二氧化鈦對(duì)稀有鮈鯽幼體生長(zhǎng)的影響

吳聲敢，呂 露，安雪花，陳麗萍，柳新菊，關(guān)文碧，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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 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)

納米二氧化鈦對(duì)稀有鮈鯽幼體生長(zhǎng)的影響

吳聲敢，呂 露，安雪花，陳麗萍，柳新菊，關(guān)文碧，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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地 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)

通過(guò)納米二氧化鈦(nTiO2)對(duì)稀有鮈鯽幼體生長(zhǎng)試驗(yàn)，研究nTiO228 d暴露對(duì)魚(yú)類幼體生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，nTiO2濃度未對(duì)稀有鮈鯽幼體生長(zhǎng)產(chǎn)生致死效應(yīng)，但對(duì)稀有鮈鯽生長(zhǎng)率有影響，最低可觀察效應(yīng)濃度(LOEC)為4.00 mg·L-1，無(wú)可觀察效應(yīng)濃度(NOEC)為2.00 mg·L-1。

納米二氧化鈦(nTiO2)； 稀有鮈鯽； 生長(zhǎng)率； 慢性毒性

隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，納米材料在化學(xué)產(chǎn)品、生物醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)及制藥等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-2]。其中，納米二氧化鈦(nTiO2)是目前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用和研究最為廣泛的納米材料。nTiO2既可用于植物病害的防治，也可對(duì)農(nóng)藥進(jìn)行光催化降解，還可應(yīng)用于農(nóng)藥劑型加工等方面[3]。隨著nTiO2的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的nTiO2進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)，其對(duì)水生生態(tài)環(huán)境的影響及其安全性評(píng)價(jià)就顯得尤為重要。魚(yú)類是水生生態(tài)環(huán)境中的重要組成部分，處于水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的頂端，其組織器官和脂肪中可富集多種無(wú)機(jī)和有機(jī)污染物，當(dāng)污染物濃度達(dá)到一定閾值水平，將會(huì)影響其產(chǎn)卵、發(fā)育、生長(zhǎng)、成熟、繁殖，甚至導(dǎo)致死亡[4]。因此，魚(yú)類是化學(xué)品生態(tài)毒性測(cè)試的理想試驗(yàn)動(dòng)物。

稀有鮈鯽(Gobiocyprisrarus)隸屬鯉形目鯉科鮈鯽屬，是中國(guó)獨(dú)有的稀有魚(yú)類，研究發(fā)現(xiàn)是一種敏感的試驗(yàn)動(dòng)物[5-7]，具有模式試驗(yàn)動(dòng)物旳潛力。本研究以稀有鮈鯽為試驗(yàn)對(duì)象，參照我國(guó)“化學(xué)品 魚(yú)類幼體生長(zhǎng)試驗(yàn)”[8]的標(biāo)準(zhǔn)，研究nTiO2的長(zhǎng)期暴露對(duì)稀有鮈鯽幼體生長(zhǎng)的影響，評(píng)價(jià)其對(duì)水生生物的安全性，以期為nTiO2環(huán)境安全性研究積累數(shù)據(jù)和提供試驗(yàn)依據(jù)，從而為其合理使用及風(fēng)險(xiǎn)控制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1%二氧化鈦納米水劑，8～12 nm，銳鈦礦型，0.7%濃度，純度99.9%以上，購(gòu)于浙江安吉云界生物科技有限公司。

稀有鮈鯽購(gòu)自無(wú)錫中科水質(zhì)環(huán)境技術(shù)有限公司，試驗(yàn)稀有鮈鯽為本機(jī)構(gòu)繁殖，批次為C20160424。

試驗(yàn)前，稀有鮈鯽置于21.0～25.0 ℃水溫，培養(yǎng)光/黑時(shí)間比14∶10，于曝氣充氧的環(huán)境條件下預(yù)培養(yǎng)。預(yù)培養(yǎng)時(shí)，每天喂食1～2次，并及時(shí)清除糞便及食物殘?jiān)?，正式試?yàn)前24 h停止喂食。預(yù)培養(yǎng)期間未發(fā)現(xiàn)疾病，試驗(yàn)開(kāi)始前稀有鮈鯽死亡率為0。

試驗(yàn)前，選擇10尾稀有鮈鯽測(cè)量體重，計(jì)算平均體重。測(cè)量時(shí)，先用100 mg·L-1的MS222麻醉，將試驗(yàn)用魚(yú)的體表水吸干，用電子天平稱重。

1.2 方法

魚(yú)類幼體生長(zhǎng)試驗(yàn)[8]采用半靜態(tài)法，每周更換2次試驗(yàn)溶液，間隔3或4 d，總試驗(yàn)周期為28 d。試驗(yàn)時(shí)，配制系列試驗(yàn)濃度溶液(4.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mg·L-1)，每個(gè)試驗(yàn)濃度溶液分裝于3個(gè)燒杯，每燒杯2 L，同時(shí)設(shè)置不加藥處理為空白對(duì)照。選擇個(gè)體大小較為一致的稀有鮈鯽，同樣麻醉后進(jìn)行稱重，稱后盡量選擇體重在試驗(yàn)前測(cè)定的平均體重±10%范圍內(nèi)的試驗(yàn)用魚(yú)。將試驗(yàn)用魚(yú)隨機(jī)分配到各試驗(yàn)燒杯中，每杯5尾。每處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，每杯為1個(gè)重復(fù)。試驗(yàn)期間，每天飼喂2次豐年蝦，以試驗(yàn)前稱量所得的稀有鮈鯽平均體重為基準(zhǔn)，按照各杯稀有鮈鯽總體重的10%來(lái)計(jì)算每次投食量。

試驗(yàn)開(kāi)始后每天觀察并記錄稀有鮈鯽的死亡情況。如果觀測(cè)到魚(yú)沒(méi)有呼吸運(yùn)動(dòng)或觸碰魚(yú)尾無(wú)反應(yīng)，可判斷魚(yú)已死亡，試驗(yàn)中及時(shí)清除死亡稀有鮈鯽。每天觀察記錄其他非致死效應(yīng)，即試驗(yàn)組與對(duì)照組試驗(yàn)用魚(yú)明顯不同的表征、大小和行為，比如異常游動(dòng)行為、外來(lái)刺激的不同反應(yīng)、魚(yú)類外觀上的改變、攝食下降或停止及體長(zhǎng)和體重改變等。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，測(cè)量所有存活魚(yú)的體長(zhǎng)和體重，測(cè)量方法同試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)。根據(jù)稀有鮈鯽的體重變化，計(jì)算每個(gè)容器的平均特定生長(zhǎng)率(r2)。

使用DPS軟件[9]統(tǒng)計(jì)分析效應(yīng)濃度EC10、EC20、EC50，最低可觀察效應(yīng)濃度(LOEC)或無(wú)可觀察效應(yīng)濃度(NOEC)。

1.3 質(zhì)量控制

試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對(duì)照組魚(yú)死亡率不得超過(guò)10%；對(duì)照組的平均重量應(yīng)有足夠增長(zhǎng)，必須為初始平均重量的50%以上；試驗(yàn)期間任何時(shí)候各試驗(yàn)容器之間的溫差不超過(guò)±1 ℃，且應(yīng)保持在受試生物適宜溫度的±2 ℃范圍內(nèi)；試驗(yàn)溶液的溶解氧濃度應(yīng)大于60%空氣飽和值。

2 結(jié)果與分析

2.1 死亡和體重情況

試驗(yàn)期間，實(shí)驗(yàn)室條件正常，試驗(yàn)溫度為22.7～24.0 ℃，試驗(yàn)溶液pH值為7.03～7.57，溶解氧為64.6%～103.8%，水質(zhì)總硬度(以CaCO3計(jì))為155～186 mg·L-1(使用二水合氯化鈣進(jìn)行人為調(diào)節(jié))，試驗(yàn)光/黑時(shí)間為14 h/10 h，以上參數(shù)均滿足試驗(yàn)方法的要求?？瞻讓?duì)照組中，稀有鮈鯽死亡率為0。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，空白對(duì)照中平均單尾魚(yú)重為0.053 g；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，空白對(duì)照中平均單尾魚(yú)重為0.151 g。試驗(yàn)用魚(yú)平均增長(zhǎng)率為試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)平均魚(yú)重的185%。因此，稀有鮈鯽其生長(zhǎng)情況符合試驗(yàn)要求。

采用半靜態(tài)法將稀有鮈鯽暴露于不同濃度nTiO2中28 d，處理組和對(duì)照組的稀有鮈鯽均未出現(xiàn)死亡，即稀有鮈鯽死亡率為0，且所有稀有鮈鯽均表現(xiàn)正常，未觀察到任何非致死效應(yīng)。由此可知，nTiO2對(duì)稀有鮈鯽幼體生長(zhǎng)致死效應(yīng)濃度>4.00 mg·L-1。

由表1可知，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)稀有鮈鯽各處理組的體重較均衡，不具顯著性差異；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對(duì)照組稀有鮈鯽平均體重為0.151 g，經(jīng)1.00、0.50、0.25 mg·L-1的nTiO2處理后，體重分別為0.152、0.157、0.164 g，且0.25 mg·L-1的nTiO2處理的體重相對(duì)于空白對(duì)照有顯著增加。而4.00、2.00 mg·L-1的nTiO2處理的稀有鮈鯽體重相對(duì)于空白對(duì)照有減小，分別為0.125和0.144 g，且4.00 mg·L-1的nTiO2處理具有顯著性差異。

表1 試驗(yàn)開(kāi)始與結(jié)束時(shí)稀有鮈鯽的體重情況

注：同列不同字母表示處理間差異顯著。

2.2 特定生長(zhǎng)率和抑制率

由表2可見(jiàn)，4.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mg·L-1及CK的r2分別為3.11、3.55、3.74、3.89、3.99和3.70。采用DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)其進(jìn)行方差分析顯示，4.00和0.25 mg·L-1處理的r2值與CK間差異達(dá)顯著水平，2.00、1.00和0.50 mg·L-1處理的r2值與CK間無(wú)顯著性差異，該趨勢(shì)與稀有鮈鯽體重增長(zhǎng)情況相同。

表2 每個(gè)容器的稀有鮈鯽平均特定生長(zhǎng)率

相比空白對(duì)照，4.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mg·L-1處理組的r2抑制率分別為16.14%、4.27%、-0.98%、-5.01%和-7.60%。由于1.00、0.50和0.25 mg·L-1的r2抑制率為負(fù)值，剩余2個(gè)處理組的抑制率不足以計(jì)算效應(yīng)濃度，故不計(jì)算EC10、EC20和EC50等值。nTiO2對(duì)稀有鮈鯽幼體生長(zhǎng)的抑制作用，2.00 mg·L-1處理后的抑制率與CK間無(wú)顯著性差異，而4.00 mg·L-1處理后具有顯著性抑制作用，因此，本研究中最低可觀察效應(yīng)濃度為4.00 mg·L-1，無(wú)可觀察效應(yīng)濃度為2.00 mg·L-1。綜上所述，本試驗(yàn)條件下，最低可觀察效應(yīng)濃度為4.00 mg·L-1，無(wú)可觀察效應(yīng)濃度為2.00 mg·L-1。

3 討論

我國(guó)《新化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理辦法》中明確規(guī)定，新化學(xué)物質(zhì)的生態(tài)毒理學(xué)數(shù)據(jù)必須包括在中國(guó)境內(nèi)用中國(guó)的供試生物完成的測(cè)試數(shù)據(jù)，其中要求在魚(yú)的毒性試驗(yàn)中應(yīng)選擇稀有鮈鯽為試驗(yàn)生物[10]?，F(xiàn)有研究已表明，稀有鮈鯽是化學(xué)品毒性測(cè)試和環(huán)境水樣毒性試驗(yàn)的理想材料[11-12]。

在稀有鮈鯽幼體生長(zhǎng)試驗(yàn)中，所試nTiO2暴露濃度未導(dǎo)致稀有鮈鯽死亡及非致死效應(yīng)，但對(duì)稀有鮈鯽生長(zhǎng)率有影響，即低濃度nTiO2促進(jìn)稀有鮈鯽的生長(zhǎng)，高濃度nTiO2則顯示出抑制作用。這種非營(yíng)養(yǎng)的有毒物質(zhì)，在高劑量時(shí)產(chǎn)生有害效應(yīng)，在低劑量時(shí)則產(chǎn)生有益效應(yīng)或興奮效應(yīng)的現(xiàn)象，被稱為“毒物興奮效應(yīng)”[13]。環(huán)境毒理學(xué)研究中，該種劑量效應(yīng)關(guān)系也比較常見(jiàn)。朱小山等[14]研究發(fā)現(xiàn)，較低濃度的nZnO、nTiO2和nAl2O3均能促進(jìn)斜生柵列藻的生長(zhǎng)，而高濃度則會(huì)產(chǎn)生抑制影響。

本研究中，4.00 mg·L-1的nTiO2暴露28 d對(duì)稀有鮈鯽的幼體生長(zhǎng)具有顯著抑制作用，但無(wú)異常游動(dòng)行為、魚(yú)類外觀上的改變、攝食下降或停止等非致死效應(yīng)。但有研究顯示，0.1 mg·L-1的nTiO2對(duì)斑馬魚(yú)進(jìn)行為期13周暴露，會(huì)顯著影響斑馬魚(yú)的繁殖能力[15]。而將暴露時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)至6個(gè)月時(shí)，nTiO2對(duì)斑馬魚(yú)的毒性作用隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)和作用濃度的增加而更為顯著，比肝重上升，nTiO2能夠穿透心-血屏障和血-腦屏障進(jìn)入各個(gè)器官并進(jìn)行累積[16]。因此，雖然本研究顯示nTiO2對(duì)稀有鮈鯽的幼體生長(zhǎng)影響并未十分顯著，但隨暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，nTiO2在魚(yú)類體內(nèi)的蓄積作用，使得其勢(shì)必對(duì)魚(yú)類造成嚴(yán)重危害。

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收入日期：2017-08-20

國(guó)家自然科學(xué)基金(21607134)；浙江省植物有害生物防控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地開(kāi)放基金(2010DS700124-KF1606)

吳聲敢(1977—)，助理研究員，碩士，從事農(nóng)藥與農(nóng)業(yè)環(huán)境研究工作，E-mail：wushenggan@163.com。

趙學(xué)平，E-mail: zhaoxueping@tom.com。

文獻(xiàn)著錄格式：吳聲敢，呂露，安雪花，等. 納米二氧化鈦對(duì)稀有鮈鯽幼體生長(zhǎng)的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(10)：1865-1867.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171055

Q956

A

0528-9017(2017)10-1865-03

(責(zé)任編輯張瑞麟)