3種重金屬離子對大型溞的急性毒性效應

陳麗萍，吳長興，蒼 濤，徐明飛，賀麗萍，趙學平

(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 農業部農藥殘留檢測重點實驗室浙江省農業科學院農產品質量標準研究所，浙江 杭州 310021)

近年來，環境污染問題越來越被人們關注。隨著人口的急劇增長，工農業與經濟的飛速發展，生活污水、農業用水、工業廢水等各種廢污水使水環境遭受嚴重的污染，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成為不爭的事實[1-2]。由于水生生態系統是整個生態系統的重要組成部分，也是人類賴以生存的重要環境條件之一，水生生態環境的惡化必然對整個生態系統造成破壞，以致對人體健康造成嚴重危害[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，是水生生態系統中物質循環和能量流動的重要環節[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等優點，常被用作國內外水生生物毒理學研究的標準測試生物[5-7]，目前已被廣泛應用于水體環境污染監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、形態和生理生化過程等[8-9]。因此，半致死濃度(EC50)法常用于水質監測，為治理重金屬污染水質環境提供依據。

目前有許多關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研究，發現這3種重金屬對大型溞均具有較強的毒性效應[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-效應關系，從而為其對水生生物危害的風險控制提供基礎數據和理論依據。

1 材料與方法

本研究以大型溞為試驗對象，按照我國“化學農藥環境安全評價試驗準則”[5]和OECD“化學品測試方法”[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險控制提供科學依據。

1.1 材料

受試生物為大型溞，引自中國疾病預防控制中心環境與健康相關產品安全研究所，為62D.M生物株。在良好的實驗室培養條件下，使其處于孤雌生殖狀態，并在實驗室條件下培養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試劑廠)；NiCl·6H2O(上海精細化工科技有限公司)；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“化學農藥環境安全評價試驗準則第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。經預備試驗，確定各試驗藥物質量濃度范圍后，按等比設置6個質量濃度梯度組[18]。設處理組和對照組，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標準稀釋水配制，試驗期間水質保持穩定，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，培養箱內日光燈光照，溫度控制主要通過培養箱調節，光照/黑暗時間比為16 h/8 h。試驗開始和結束時，應測定對照組和試驗液的pH和溶解氧的濃度。試驗液中的pH值不能調節。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。大型溞中毒癥狀表現為運動異常，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準為晃動燒杯15 s后不運動(但允許附肢微弱活動)。

1.3 數據處理

根據試驗藥液濃度和各處理組大型溞的受抑制數，運用寇氏法求出其EC50值及95%置信區間[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準。重金屬對大型溞急性毒性評價標準參照我國“化學農藥環境安全評價試驗準則”[5]中農藥對溞類的毒性分級標準(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則要求，且空白對照組死亡率<10%，表明本實驗室的條件、設備、方法及試驗水生生物的質量均符合試驗要求。

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，對大型溞毒性表現為劇毒性；其次為Ni+，表現為中毒性；Mn2+對大型溞毒性作用最低，表現為低毒性。Hg2+、Ni+和Mn2+重金屬離子處理大型溞后，受試大型溞表現為沉底，游動少，不靈活。48 h半抑制濃度EC50和95%置信區間分別為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，此結果與本研究中Hg2+的48 h的EC50值為0.021 mg·L-1結果相近，Hg2+對大型溞毒性屬于劇毒級毒。霍元子等[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，從毒性數據判斷，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據(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現，大型溞對大多數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，但在工業廢水、礦區水體等領域中存在，對水生生物的影響仍然嚴峻[25]。

在水生生態環境中，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、重金屬實際污染量以及當時的環境條件狀況等都會影響重金屬對生態環境的安全性[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出不同等級的毒性，可見重金屬離子對水體環境產生影響，進而對大型溞產生較強的毒性效應。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存在于環境條件下對水環境生態系統產生的急性毒性和環境效應。而在自然生態環境中，重金屬等污染物往往是以復合形態存在的，對自然界造成復合污染。因此，應加強重金屬等污染物對生態環境的聯合毒力效應、亞慢性和慢性毒性的風險等方面的研究，為全面評價其對生態環境的危害風險控制提供基礎數據。

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