3種重金屬離子對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實驗室——省部共建國家重點實驗室培育基地 農(nóng)業(yè)部農(nóng)藥殘留檢測重點實驗室浙江省農(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)境污染物對水生生物的毒害作用，是一個不可忽視的難題。各類水體重金屬污染日趨加劇已經(jīng)成為不爭的事實[1-2]。由于水生生態(tài)系統(tǒng)是整個生態(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)境的惡化必然對整個生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，以致對人體健康造成嚴(yán)重危害[3]，所以重金屬污染問題不容忽視。

大型溞(DaphniamagnaStraus)屬于浮游甲殼類動物，是一種常見的水生生物，以藻類為食，同時還作為魚和無脊椎捕食動物的餌料，是水生生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要環(huán)節(jié)[4]。由于其具有生活周期短、繁殖快、對毒物敏感及易于在實驗室培養(yǎng)等優(yōu)點，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和評價中[8-15]。由于重金屬在位于食物鏈底端的大型溞體內(nèi)具有較強的富集性，可能會造成食物鏈的逐級富集，從而威脅高級生物的健康[13]。而大型溞對于水體中的有害物質(zhì)如重金屬等比較敏感，在低濃度時就會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種重金屬離子對大型溞的毒性效應(yīng)研究，發(fā)現(xiàn)這3種重金屬對大型溞均具有較強的毒性效應(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種重金屬對大型溞的急性毒性進行研究，并將3種重金屬對大型溞的急性毒性進行綜合比較和分析，明確重金屬對大型溞的劑量-效應(yīng)關(guān)系，從而為其對水生生物危害的風(fēng)險控制提供基礎(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對象，按照我國“化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗準(zhǔn)則”[5]和OECD“化學(xué)品測試方法”[6-7]的要求，研究了3種重金屬對大型溞的急性毒性，并進行毒性級別評價，旨在評價重金屬在環(huán)境中暴露后對大型溞的安全性，從而為其對水生生物的危害的風(fēng)險控制提供科學(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。在良好的實驗室培養(yǎng)條件下，使其處于孤雌生殖狀態(tài)，并在實驗室條件下培養(yǎng)3代以上，選用出生6 h～24 h的幼溞進行試驗。

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 大型溞急性活動抑制試驗

試驗按照GB/T 31270.13—2014“化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗準(zhǔn)則第13部分：溞類急性活動抑制試驗”[5]的方法要求進行。試驗前用蒸餾水將各試驗藥物配成一定濃度的母液備用。經(jīng)預(yù)備試驗，確定各試驗藥物質(zhì)量濃度范圍后，按等比設(shè)置6個質(zhì)量濃度梯度組[18]。設(shè)處理組和對照組，將50 mL試驗藥液加入到干凈容器中，然后放入試驗溞，試驗用溞至少20只，分成4組，每組5只。每組試驗液50 mL，隨機排列。試驗藥液與空白對照均用ISO標(biāo)準(zhǔn)稀釋水配制，試驗期間水質(zhì)保持穩(wěn)定，滿足pH為6.0～9.0，硬度(以CaCO3計)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/黑暗時間比為16 h/8 h。試驗開始和結(jié)束時，應(yīng)測定對照組和試驗液的pH和溶解氧的濃度。試驗液中的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)為運動異常，繼而失去自由游動的能力，沉在器皿的底部，最后心跳停止、死亡，大型溞急性活動抑制試驗的受抑制標(biāo)準(zhǔn)為晃動燒杯15 s后不運動(但允許附肢微弱活動)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)試驗藥液濃度和各處理組大型溞的受抑制數(shù)，運用寇氏法求出其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)。重金屬對大型溞急性毒性評價標(biāo)準(zhǔn)參照我國“化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗準(zhǔn)則”[5]中農(nóng)藥對溞類的毒性分級標(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個等級。

2 結(jié)果與分析

對試驗溶液的水溫、pH值、硬度、溶解氧含量進行定期監(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方法的要求。試驗期間實驗室條件均符合準(zhǔn)則要求，且空白對照組死亡率<10%，表明本實驗室的條件、設(shè)備、方法及試驗水生生物的質(zhì)量均符合試驗要求。

從表1可以看出，不同重金屬對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+對大型溞毒性作用最高，對大型溞毒性表現(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，且隨著曝光時間的延長，大型溞的死亡率也隨之增加。曝光24 h時，對大型溞的急性毒性順序為Hg2+>Ni+>Mn2+；隨著曝光時間的延長，重金屬對大型溞的急性毒性表現(xiàn)出增加的趨勢，暴露48 h時，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均未表現(xiàn)出對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)出對大型溞的毒性作用。48 h時各種重金屬對大型溞的急性毒性順序為Hg2+>Ni+>Mn2+，與曝光24 h時對大型溞的毒性次序一致。

圖1 3種重金屬對大型溞急性毒性作用

3 討論

本研究測定結(jié)果表明，不同重金屬對大型溞的急性毒性存在顯著差異，其中Hg2+對大型溞的急性毒性明顯高于Ni+和Mn2+，且Hg2+對大型溞的急性毒性是Mn2+對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+對大型溞具有較強的毒性，毒性隨濃度增加而增強，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+對大型溞毒性屬于劇毒級毒?；粼拥萚21]報道，Ni2+對西藏擬溞的48 h的EC50值為66.09 mg·L-1，與本試驗Ni2+對大型溞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Ni2+比西藏擬溞更敏感。通過其他重金屬離子對西藏擬溞的急性毒性數(shù)據(jù)(如Cu2+、Zn2+的EC50)與董曉曉等[22-24]對大型溞毒性研究比較可以發(fā)現(xiàn)，大型溞對大多數(shù)重金屬離子的敏感性均高于西藏擬溞。

Mn2+對大型溞毒性雖然較低，為低毒級，但在工業(yè)廢水、礦區(qū)水體等領(lǐng)域中存在，對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，勢必對水生生物造成危害。重金屬的性質(zhì)、重金屬實際污染量以及當(dāng)時的環(huán)境條件狀況等都會影響重金屬對生態(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+對大型溞的毒性為低毒級以外，其他離子對大型溞均表現(xiàn)出不同等級的毒性，可見重金屬離子對水體環(huán)境產(chǎn)生影響，進而對大型溞產(chǎn)生較強的毒性效應(yīng)。本試驗測定了3種重金屬在實驗室條件下對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，對自然界造成復(fù)合污染。因此，應(yīng)加強重金屬等污染物對生態(tài)環(huán)境的聯(lián)合毒力效應(yīng)、亞慢性和慢性毒性的風(fēng)險等方面的研究，為全面評價其對生態(tài)環(huán)境的危害風(fēng)險控制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

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