咪唑類離子液體系列對(duì)鹵蟲的急性毒性研究

盧珩俊,陸 胤,徐冬梅,魏 超,陳梅蘭*(.浙江樹人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院,浙江 杭州 3005；.桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院,廣西 桂林 54004)

咪唑類離子液體系列對(duì)鹵蟲的急性毒性研究

盧珩俊1,2,陸 胤1,徐冬梅1,魏 超2,陳梅蘭1*(1.浙江樹人大學(xué)生物與環(huán)境工程學(xué)院,浙江 杭州 310015；2.桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院,廣西 桂林 541004)

選取鹵蟲作為實(shí)驗(yàn)生物,研究了1-丁基,1-辛基,1-十二烷基-3甲基咪唑鹽酸鹽( [Cnmim][Cl](n = 4,8,12) ) 3種離子液體的暴露對(duì)鹵蟲個(gè)體存活率的影響.同時(shí),選取了實(shí)驗(yàn)室常用的有機(jī)試劑甲醇和乙腈,無(wú)機(jī)化學(xué)品重鉻酸鉀作為陽(yáng)性對(duì)照.根據(jù)劑量效應(yīng)曲線的擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn),受試離子液體系列隨著咪唑環(huán)上烴基側(cè)鏈碳原子數(shù)的增加,對(duì)鹵蟲的毒性效應(yīng)也相應(yīng)增強(qiáng),3種離子液體對(duì)鹵蟲的 LC50-24h依次為171.1,133.6,17.76μg/mL.離子液體對(duì)鹵蟲的LC50-24h比甲醇(LC50-24h=84.83mg/mL)和乙腈(LC50-24h=52.84mg/mL)低了2～3個(gè)數(shù)量級(jí),重鉻酸鉀對(duì)鹵蟲的(LC50-24h=16.87μg/mL)與離子液體對(duì)鹵蟲的LC50-24h處于同一水平.

室溫離子液體；水生生物；鹵蟲；急性毒性；劑量-效應(yīng)關(guān)系

許多化學(xué)反應(yīng)和分離過(guò)程需要涉及大量的易揮發(fā)有機(jī)溶劑而造成環(huán)境污染.近年來(lái),一種新型溶劑——離子液體引起了學(xué)界的廣泛興趣.離子液體的定義為"完全由離子組成的在低溫下(一般低于 150℃)呈液態(tài)的鹽′[1],也稱為室溫離子液體或低溫熔融鹽.它一般由較大的有機(jī)陽(yáng)離子和較小的無(wú)機(jī)陰離子組成.離子液體幾乎不揮發(fā)、不易燃、導(dǎo)電性強(qiáng)、性質(zhì)穩(wěn)定、對(duì)許多無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物有良好的溶解性,因此在分離過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用前景[2-3].

目前關(guān)于離子液體對(duì)生物的毒性效應(yīng)的研究還相對(duì)較少.一些研究者以乙酰膽堿酯酶[4-5]、哺乳動(dòng)物細(xì)胞系[6-7]、微生物[8-10]、土壤線蟲[11]、高等植物[12-13]和大型蚤[14-15]等為研究材料在不同測(cè)試水平上對(duì)生物的毒性效應(yīng)進(jìn)行了初步探討.從已有的報(bào)道來(lái)看,研究的主要方向集中在離子液體的不同組成部分對(duì)離子液體毒性的影響上.研究方法則以生物個(gè)體水平的毒性試驗(yàn)研究為主,少量涉及分子、細(xì)胞水平的毒性試驗(yàn)以及建立離子液體的構(gòu)效關(guān)系(SAR)等方面[6,12].

但目前的受試生物大都屬于淡水生態(tài)系統(tǒng),涉及離子液體對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)生物的毒性方面只有Latala[16]曾報(bào)道離子液體對(duì)2種海藻的毒性作用.而淡水生態(tài)系統(tǒng)只占地表水生生態(tài)系統(tǒng)的一小部分,若要表征離子液體對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響,則需要以生活在海水(鹽水)中的模式生物進(jìn)行研究.本實(shí)驗(yàn)選用鹵蟲作為受試生物.鹵蟲是一種廣鹽性浮游生物,處于海洋(鹽水)生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的底端,分布范圍廣[17],具有廣泛的環(huán)境代表性,且鹵蟲對(duì)許多藥物和有毒物質(zhì)的敏感性較高,蟲卵易獲得、實(shí)驗(yàn)結(jié)果易觀察、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)藥物和有毒物質(zhì)對(duì)水環(huán)境的影響[18].但用鹵蟲作為模式生物對(duì)離子液體的毒性進(jìn)行研究尚未見諸報(bào)道.本實(shí)驗(yàn)以有機(jī)試劑甲醇和乙腈及無(wú)機(jī)藥品重鉻酸鉀作為陽(yáng)性對(duì)照物,考察鹵蟲模型的穩(wěn)定性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性;然后用 1-丁基,1-辛基,1-十二烷基-3甲基咪唑鹽酸鹽3種離子液體使用相同的染毒方法和死亡個(gè)體計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鹵蟲進(jìn)行毒性試驗(yàn);最后對(duì)它們的劑量-效應(yīng)關(guān)系進(jìn)行擬合,根據(jù)擬合曲線計(jì)算出 LC50-24h,為更深入地研究他們對(duì)鹵蟲的生物毒性提供參考數(shù)據(jù).

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

N-甲基咪唑 (99%,浙江臨海凱樂化工廠),重鉻酸鉀、氯代正丁烷 (化學(xué)純,中國(guó)國(guó)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑有限公司)、氯代正辛烷(化學(xué)純,上海邦成化工有限公司),氯代正十二烷 (95%,日本國(guó)東京化成工業(yè)株式會(huì)社),Sera 海鹽(D52518 Heinsberg),碳酸氫鈉(分析純,上海虹光化工廠有限公司),甲醇(分析純,上海申翔化學(xué)試劑有限公司),乙腈(分析純,成都市科龍化工試劑廠).

加熱磁力攪拌器(RCT基本型,德國(guó) IKA集團(tuán)混合分散生產(chǎn)設(shè)備公司),接觸式電子溫度計(jì)(EST-D5,德國(guó) IKA集團(tuán)量熱分析技術(shù)公司).DAUF管(1.5mL,購(gòu)自杭州市華東醫(yī)藥股份有限公司),芬蘭單道移液器(Finnpipette) (量程0.5～10μL 和量程 1～5mL,熱電(上海)儀器有限公司 Thermo Electron Corporation),恒溫水浴鍋(HH-6型,常州國(guó)華電器有限公司),超純水機(jī)(Millipore,Molsheim,France).

30‰和 60‰的人工海水:分別稱取 30g和60g Sera海鹽用超純水稀釋到 1000mL,再用NaHCO3調(diào)節(jié) pH 值至 8.5±0.1,以保持人工海水內(nèi)氧氣和二氧化碳的正確比例.然后在室溫下放置備用,每隔2周放入充氣泵頭,曝氣24h,該人工海水可保持40～60d不變質(zhì).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 離子液體合成及其純度評(píng)價(jià) 按照Shimojo等的方法[19]用等物質(zhì)量的N-甲基咪唑和氯代正丁烷、氯代正辛烷、氯代正十二烷在適當(dāng)水浴溫度下合成 1-丁基-3-甲基咪唑鹽酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑鹽酸鹽和1-十二烷基-3-甲基咪唑鹽酸鹽 3種離子液體. 離子液體的結(jié)構(gòu)如圖 1.參考Cassol等[20]的方法利用核磁共振儀測(cè)定所合成離子液體的13C-NMR譜和1H-NMR譜,解譜得到合成離子液體的主成分純度數(shù)據(jù),結(jié)果見表1 .

圖1 用于本研究的咪唑類離子液體的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structures of the imidazolium ionic liquids used in this study

表1 3種離子液體產(chǎn)品的純度Table 1 Purity of three studied ionic liquids products

100.0 μg/mL的離子液體貯備液配制:分別稱取以上合成的[C4mim]Cl、[C8mim]Cl和[C12mim]Cl三種離子液體各1.000g于100mL容量瓶中,用超純水定容,備用.

1.2.2 鹵蟲卵的預(yù)選和鹵蟲的孵化[21]購(gòu)回的鹵蟲卵(銀湖牌,購(gòu)自浙江省杭州市吳山花鳥市場(chǎng))用飽和鹽水洗去沙粒等雜質(zhì)(沙粒、泥沙等雜質(zhì)沉于飽和鹽水底部,鹵蟲卵浮于液面),淡水洗去空殼(空卵浮于淡水液面,優(yōu)質(zhì)卵則沉于淡水底部),20℃烘干后,于冰箱內(nèi)4℃以下保存?zhèn)溆?

取適量于低倍顯微鏡下觀察、預(yù)選,進(jìn)一步除去空卵,然后平攤于大培養(yǎng)皿中,在通風(fēng)干燥向陽(yáng)處自然光下曝光2晝夜(2×24h).曝光后,取適量蟲卵于DAUF管底部(一般以鋪滿DAUF管底部為宜);用移液器加入配制好的 30‰人工海水;適當(dāng)彈擊小管,去除貼壁張力;將裝好鹵蟲卵的DAUF管放入恒溫水浴鍋,水溫保持在(28±2)℃,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持水溫和水質(zhì)的穩(wěn)定,光源從側(cè)面照射(光照強(qiáng)度約1000 lux).24h后,該卵即孵化為實(shí)驗(yàn)所需的 II～I(xiàn)II期鹵蟲無(wú)節(jié)幼蟲.孵化時(shí)間控在24h內(nèi),若超過(guò)48h,因鹵蟲活力下降,棄去不用.

1.2.3 鹵蟲的染毒 鹵蟲經(jīng) 1.2.2孵化后,將孵化培養(yǎng)皿從水浴鍋中取出,吸除上浮而未孵化的蟲卵,優(yōu)選出不易下沉、活力較強(qiáng)、體色較紅、運(yùn)動(dòng)正常(附肢劃水,蟲體向前泳動(dòng),有時(shí)上下翻滾,泳動(dòng)頻率一般4次/s)的優(yōu)質(zhì)鹵蟲,并用吸管吸到盛有30‰人工海水的小培養(yǎng)皿中,備用.

取1.5mL DAUF管,加入500μL離子液體溶液(純水配制)和 500μL 60‰的人工海水,實(shí)驗(yàn)的實(shí)際鹽濃度為 30‰,對(duì)照空白組直接取 1000μL 30‰的人工海水.然后用1μL移液器逐個(gè)加入優(yōu)選得到的10個(gè)同步生長(zhǎng)的優(yōu)質(zhì)鹵蟲,進(jìn)行染毒培養(yǎng). 染毒24h后(即孵化后48h),在雙目解剖鏡下檢測(cè)計(jì)數(shù)鹵蟲死亡個(gè)體數(shù)目,若鹵蟲5s內(nèi)無(wú)顯著運(yùn)動(dòng)跡象,或搖晃過(guò)程中直接隨水流下沉者則判為死亡個(gè)體.實(shí)驗(yàn)過(guò)程要求空白對(duì)照組的校正死亡率應(yīng)控制在5%以內(nèi)(若超過(guò)5%,則本組試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)效,需要查找原因,重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)).

1.2.4 鹵蟲模型的敏感性測(cè)試 以不同濃度的甲醇、乙腈、重鉻酸鉀按1.2.3的方法分別檢測(cè)對(duì)鹵蟲的毒性效應(yīng).結(jié)果見表 2,表 2中校正死亡率及LC50-24h值為5 次有效重復(fù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值.它們對(duì)鹵蟲的劑量-效應(yīng)曲線(DRC)如圖2.

表2 鹵蟲對(duì)已知毒物的染毒情況Table 2 The sensitivity of brine shrimp towards the known positive control agents

測(cè)試結(jié)果顯示,重鉻酸鉀對(duì)鹵蟲表現(xiàn)出強(qiáng)烈的毒性.而甲醇、乙腈的毒性相對(duì)較低,可能原因是前兩種毒物都是揮發(fā)性有機(jī)物,而鹵蟲實(shí)驗(yàn)全過(guò)程處于開放體系中,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中這兩種可能發(fā)生揮發(fā)作用,使得鹵蟲實(shí)際的毒物接受劑量小于理論值,或者鹵蟲對(duì)于上述兩種有機(jī)物的代謝機(jī)制與其他生物有所不同;而重鉻酸鉀具有強(qiáng)氧化性,會(huì)損傷細(xì)胞內(nèi)的染色體,當(dāng)濃度為0.04mg/mL時(shí),校正死亡率已達(dá)到100%.測(cè)試結(jié)果表明,鹵蟲對(duì)化學(xué)毒性物質(zhì)具有較高的敏感性,作為離子液體毒性試驗(yàn)的模式生物是合適的.

1.2.5 離子液體急性毒性的預(yù)試驗(yàn) 通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)旨在找出鹵蟲全部存活、部分死亡和全部死亡的濃度區(qū)間,為正式實(shí)驗(yàn)作準(zhǔn)備.

取離子液體貯備液(100mg/L)進(jìn)行稀釋得到一系列濃度,進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn),直至得到鹵蟲全部存活、部分死亡和全部死亡的正式實(shí)驗(yàn)濃度區(qū)間.預(yù)實(shí)驗(yàn)的每個(gè)濃度梯度設(shè)置5個(gè)平行樣本,每一毒物設(shè)置一個(gè)空白組,每個(gè)濃度樣點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)10次.

預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果:各離子液體全部存活和全部死亡區(qū)間,[C4mim]Cl約在 100～500 μg/mL;[C8mim]Cl約在 10～300μg/mL; [C12mim]Cl 約在 1～100 μg/mL.

1.2.6 離子液體急性毒性試驗(yàn) 根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,在[C4mim]Cl、[C8mim]Cl 和[C12mim]Cl 3種離子液體的實(shí)驗(yàn)組中以合適的公差分別設(shè)置12、15和13個(gè)濃度樣點(diǎn),設(shè)置的濃度樣點(diǎn)以有效覆蓋劑量-效應(yīng)曲線(DRC)中部為最終目標(biāo),同時(shí)向高低濃度 2個(gè)方向作適當(dāng)延伸,以上離子液體水溶液的實(shí)際濃度用文獻(xiàn)方法[22]驗(yàn)證,分別按1.2.4方法進(jìn)行染毒試驗(yàn).正式實(shí)驗(yàn)每個(gè)實(shí)驗(yàn)濃度設(shè)置5個(gè)平行組,每種毒物組設(shè)置一個(gè)空白,每個(gè)濃度樣點(diǎn)重復(fù)試驗(yàn)15次以上.鹵蟲致死校正死亡率按以下公式計(jì)算:

圖2 陽(yáng)性對(duì)照對(duì)鹵蟲的劑量-效應(yīng)曲線(DRC)Fig.2 Dose-response curves of the positive control toxicity to brine shrimp

1.2.7 劑量-效應(yīng)曲線(DRC)的擬合方法 對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的 DRC散點(diǎn)圖進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合的傳統(tǒng)方法是線性回歸法,它只適應(yīng)于DRC中線性部分的描述,其他部分特別是低劑量區(qū)域信息無(wú)法評(píng)價(jià),因而不能有效表達(dá)整個(gè) DRC信息[23].本研究先用迪克遜(Dixon)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行離群值檢驗(yàn),剔除其中的可疑值,對(duì)剩余的有效數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值,得到每一濃度點(diǎn)的校正死亡率平均值.再將以上校正死亡率平均值與對(duì)應(yīng)濃度的對(duì)數(shù)值輸入計(jì)算機(jī),應(yīng)用 Origin 8.0軟件,以毒物濃度的對(duì)數(shù)值為橫坐標(biāo),以對(duì)應(yīng)濃度的平均校正死亡率為縱坐標(biāo)作出散點(diǎn)圖.根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的DRC數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖的大致形狀,同時(shí)根據(jù)DRC數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的個(gè)數(shù),利用Origin 8.0軟件中非線性最小二乘擬合(NLSF)模塊下的擬合工具,同時(shí)使用DseResp、Weibull與Logit 3種非線性函數(shù)模型[24-25]對(duì)實(shí)驗(yàn) DRC數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合,進(jìn)而求得各個(gè)擬合模型的相關(guān)參數(shù).然后對(duì)模擬效果進(jìn)行比較分析,選擇擬合相關(guān)系數(shù)最大而擬合均方根誤差最小者為最優(yōu)擬合模型,結(jié)果顯示最優(yōu)擬合函數(shù)模型為DseResp函數(shù).最后,用該函數(shù)對(duì)所有散點(diǎn)圖進(jìn)行非線性擬合,計(jì)算出該離子液體對(duì)于鹵蟲的毒理學(xué)參數(shù) LC50-24h值(染毒 24h后鹵蟲校正死亡率為50%時(shí)的樣品濃度)95%置信區(qū)間所得擬合曲線即為被試驗(yàn)的離子液體對(duì)鹵蟲的毒性-效應(yīng)曲線.經(jīng)對(duì)比,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得最好的劑量-效應(yīng)曲線(DRC)所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)擬合模型函數(shù)及其反函數(shù)表達(dá)式如表3.受試3種離子液體對(duì)鹵蟲的劑量-效應(yīng)曲線(DRC)如圖3.

表3 劑量-效應(yīng)曲線(DRC)的非線性擬合函數(shù)Table 3 Selected non-linear fitting functions describing dose-response curves (DRC)

圖3 [Cnmim][Cl](n = 4,8,12)對(duì)鹵蟲的劑量-效應(yīng)曲線(DRC)Fig.3 Dose-response curves of the toxic effects of [Cnmim]Cl(n=4,8,12) to brine shrimp

2 結(jié)果與討論

2.1 離子液體對(duì)鹵蟲的劑量-效應(yīng)曲線(DRC)

利用 DseResp函數(shù)進(jìn)行非線性擬合,得到 3種離子液體的擬合參數(shù)和模型方程(函數(shù)表達(dá)式見表3).將所得參數(shù)代入其反函數(shù),可得各個(gè)效應(yīng)濃度(表 4).由表 4 可知用 DseResp函數(shù)擬合DRC時(shí),對(duì)低效應(yīng)區(qū)和高效應(yīng)區(qū)濃度均可有效估計(jì),由模型計(jì)算的 3種離子液體的效應(yīng)擬合值與實(shí)驗(yàn)值均為 R＞0.9,擬合統(tǒng)計(jì)性顯著性水平較高.可見鹵蟲作為離子液體毒理試驗(yàn)的模式生物是合適的.

表4 3種物質(zhì)對(duì)鹵蟲的毒性效應(yīng)Table 4 Collective parameters for Toxicities of the 3 studied ionic liquids to brine shrimp

根據(jù) 3種離子液體對(duì)鹵蟲毒性效應(yīng)擬合曲 線的趨勢(shì)(圖 3,3-a～3-d)可得,不同的離子液體所對(duì)應(yīng)曲線的形狀和斜率有所不同,相應(yīng)的LC50-24h值也不同,跨度約為1個(gè)數(shù)量級(jí)左右.它們對(duì)鹵蟲的抑制毒性效應(yīng)曲線都是非線性變化趨勢(shì),呈現(xiàn)典型的 S型劑量-效應(yīng)關(guān)系.若以 LC50-24作為毒性強(qiáng)弱判斷標(biāo)準(zhǔn),離子液體對(duì)鹵蟲的抑制毒性順序?yàn)? [C12mim]Cl＞[C8mim]Cl＞[C4mim]Cl.與對(duì)照試劑甲醇、乙腈和重鉻酸鉀相比,離子液體對(duì)鹵蟲的LC50-24h值與甲醇和乙腈對(duì)鹵蟲的LC50-24h值分別相差2～3個(gè)數(shù)量級(jí),遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于前兩者,略高于重鉀酸鉀,可見這類離子液體對(duì)鹵蟲的毒性較大.

2.2 離子液體結(jié)構(gòu)與其毒性效應(yīng)的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)表明,隨著離子液體碳鏈加長(zhǎng),平均校正死亡率接近 100%時(shí)所對(duì)應(yīng)的濃度不斷降低,從[C4mim]Cl的約 500μg/mL 到[C12mim]Cl的約25μg/mL.

通常認(rèn)為毒物對(duì)生物的急性毒性作用與毒物分子和靶細(xì)胞內(nèi)敏感區(qū)——靶分子的特異結(jié)合作用有關(guān)[26],生物與毒物接觸,可影響或干擾其正常新陳代謝,從而使生物的存活數(shù)目增大或減少,因此能夠顯示受試物質(zhì)對(duì)生物體的毒性作用,這種影響除與毒物劑量有關(guān)外,還與其自身的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)有關(guān).

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,咪唑環(huán)的側(cè)鏈長(zhǎng)度與離子液體對(duì)鹵蟲的 LC50-24h值的相關(guān)性較大,碳鏈越長(zhǎng)毒性越大,環(huán)上碳原子數(shù)越多毒性越大.被試驗(yàn)的離子液體系列相對(duì)毒性隨側(cè)鏈碳鏈的增長(zhǎng)顯著增加.其中,[C4mim]Cl到[C8mim]Cl咪唑環(huán)側(cè)鏈碳原子數(shù)增加 4,[C8mim]Cl的 LC50-24h值降為[C4mim]Cl的 78.08%;[C4mim]Cl到[C12mim]Cl咪唑環(huán)側(cè)鏈碳原子數(shù)增加 8, [C12mim]Cl的LC50-24h值降為[C4mim]Cl的10.38%;可見隨著碳鏈長(zhǎng)度的增加,相應(yīng)離子液體 LC50-24h值的下降速度較為顯著.

在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合其他研究者的結(jié)論[6,27-29],我們推測(cè)原因可能是離子液體的分子結(jié)構(gòu)與陽(yáng)離子表面活性劑的結(jié)構(gòu)相似[28],它們可與細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)作用,從而破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),或增大細(xì)胞膜的滲透性;且隨著離子液體陽(yáng)離子取代烷基側(cè)鏈的增長(zhǎng),離子液體親脂性增強(qiáng),故對(duì)細(xì)胞膜的破壞作用也相應(yīng)增大.我們也推測(cè),由于離子液體陽(yáng)離子側(cè)鏈具有一定的親脂性,可能會(huì)經(jīng)由細(xì)胞膜的磷脂雙分子層直接進(jìn)入鹵蟲全身細(xì)胞內(nèi),從而干擾其正常的生理活動(dòng),當(dāng)鹵蟲體細(xì)胞內(nèi)的離子液體陽(yáng)離子濃度達(dá)到一定量時(shí)則會(huì)直接導(dǎo)致鹵蟲死亡.

此外,隨著3種離子液體側(cè)鏈長(zhǎng)度的增加,各離子液體劑量-效應(yīng)擬合曲線中點(diǎn)(平均校正死亡率=50%處)的斜率逐漸增大,圖形上表現(xiàn)為毒性作用曲線的中部逐漸變陡,這可能提示:在劑量-效應(yīng)擬合曲線中點(diǎn)附近,咪唑環(huán)側(cè)鏈較長(zhǎng)的離子液體濃度的細(xì)微改變所引起的校正死亡率的變化幅度要大于咪唑環(huán)側(cè)鏈較短者.其次,隨著咪唑環(huán)側(cè)鏈的增長(zhǎng),各離子液體劑量-效應(yīng)擬合曲線下漸近線的位置逐漸抬高(見圖3-d),上、下漸近線之間的差值(Span)有逐步縮小的趨勢(shì),表明咪唑環(huán)側(cè)鏈的增長(zhǎng)過(guò)程中,這類離子液體的中毒閾值會(huì)不斷降低.

3 結(jié)論

3.1 3種離子液體[C4mim]Cl、[C8mim]Cl、[C12mim]Cl對(duì)鹵蟲的抑制毒性呈現(xiàn)典型的 S型劑量-效應(yīng)關(guān)系, 若以 LC50-24h作為受試物質(zhì)對(duì)鹵蟲毒性強(qiáng)弱的依據(jù),它們對(duì)鹵蟲的抑制毒性順序?yàn)? [C12mim]Cl＞[C8mim]Cl＞[C4mim]Cl.

3.2 咪唑類離子液體陽(yáng)離子的分子結(jié)構(gòu)與其對(duì)鹵蟲的毒性有密切關(guān)系,咪唑環(huán)上所連碳鏈長(zhǎng)度與其對(duì)鹵蟲毒性的關(guān)系密切,所連碳鏈越長(zhǎng)毒性越大,且在鏈碳的增長(zhǎng)過(guò)程中,其毒性的增強(qiáng)效果明顯.

3.3 在所選的3種擬合函數(shù)中,對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最優(yōu)擬合函數(shù)模型為 DseResp函數(shù),結(jié)果顯示該函數(shù)對(duì)低效應(yīng)區(qū)和高效應(yīng)區(qū)濃度均可進(jìn)行有效估計(jì),適用于鹵蟲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理.

3.4 鑒于離子液體潛在的物種數(shù)目極大[30],而鹵蟲的存活周期短、成本低廉,可成為未來(lái)對(duì)高毒離子液體毒性進(jìn)行大范圍的初篩試驗(yàn)中理想的模式生物.

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Research on the acute toxicity of imidazolium ionic liquids on the brine shrimp.

LU Heng-jun1,2, LU Yin1, XU Dong-mei1, WEI Chao2, CHEN Mei-lan1*(1.College of Biology and Environmental Engineering, Zhejiang Shuren University, Hangzhou 310015, China；2.College of Chemistry and Biological Engineering, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China). China Environmental Science, 2011,31(3)：454～460

In this paper, the effects of three imidazolium ionic liquids, 1-butyl-, 1-octyl- and 1-dodecyl-3-methylimidazolium chloride on the inhibiting concentration to the growth of brine shrimp in artificial sea water were carefully studied. At the same time, toxic organics such as methanol and acetonitrile and toxic inorganics like potassium dichromate were selected as positive control for the investigation of the effect of ILs on the brine shrimp. Dose-response curve fittings were established for the ionic liquids and the positive control toxins. The experimental results showed that with increasing the alkyl chain length of the ionic liquids, their toxicity to brine shrimp accordingly increased (LC50-24hvalues were 171.1, 133.6, 17.76μg/mL for the three ionic liquids, respectively). The LC50-24hvalues of the three imidazolium ionic liquids were found to be 10-2to 10-3of the values of methanol and acetonitrile while being much close to that of potassium dichromate.

room-temperature ionic liquids (ILs)；hydrobios；brine shrimp；acute toxicity；dose-response relationship

X503.2

A

1000-6923(2011)03-0454-07

2010-07-08

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20775070);浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(Y5100280)

* 責(zé)任作者, 教授, rain-lake@163.com

盧珩俊(1986-),男,浙江金華人,桂林理工大學(xué)碩士研究生,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境毒理學(xué)及環(huán)境分析化學(xué).