李素貞,王 鵬

0 引言

“環(huán)境激素”(Environmental Hormone)是指在人類的生產(chǎn)和生活過程中產(chǎn)生,釋放到環(huán)境中并在環(huán)境中持久存在的一類化學(xué)物質(zhì),通過直接或間接的方式在動物和人類體內(nèi)蓄積、富集,在機體內(nèi)與激素受體結(jié)合,具有類似于人和動物內(nèi)分泌激素的作用,引起人類等多種生物的神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)、內(nèi)分泌紊亂、免疫能力下降和生殖失常,也稱為“環(huán)境荷爾蒙”。由于環(huán)境激素是由外部環(huán)境進入機體,并產(chǎn)生類似內(nèi)激素的作用,干擾機體內(nèi)分泌系統(tǒng),影響生物的生存和繁衍,又稱“外因性的分泌干擾物質(zhì)”(Endocrine Disrupter或 Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs)[1-5]。已知和懷疑是環(huán)境激素的主要是人工合成的化學(xué)物質(zhì)。目前,全球已經(jīng)合成的化學(xué)物質(zhì)約 1 000萬種,每年新合成約10萬種化學(xué)物質(zhì)[6]。其中,列入環(huán)境荷爾蒙的物質(zhì)有 70種左右,除鎘、鉛、汞等幾種重金屬外,其他 60余種都是有機物質(zhì)。鎘 (Cd)位于元素周期表第 5周期、第ⅡB族,價電子構(gòu)型 4d105s2,在自然界中多以硫鎘礦存在并常與鋅、鉛、銅、錳等礦共存。石油燃燒和垃圾廢棄物的焚燒能造成鎘對大氣的污染,最終通過沉降污染水體和土壤;工礦排放的廢水是鎘污染水體的主要污染源。在一般人群中吸煙是重要的鎘污染源,據(jù)估計,每天吸 20支煙的人從煙草中吸入的鎘為 14～16μg[7]。對于動物和大多數(shù)不吸煙者來說,食物是鎘的主要來源。中國居民喜歡和常吃的豬肝、豬腎中鎘含量較高。中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與食品安全所對全國家畜腎中鎘污染水平監(jiān)測研究發(fā)現(xiàn) 2003～2006年豬腎中鎘的含量大大超過了國家限量標準,檢出率為 96.85%,超標率為 30.96%[8]。

近年來,有專家學(xué)者就環(huán)境激素對生物的急性毒性做了研究,但是利用生殖周期短、繁殖速度快的隆線溞評價污染物的毒性以及對環(huán)境的影響,至今很少見報道。本文主要通過鎘對隆線溞的急性生物毒性(半致死濃度LC50)來討論鎘的環(huán)境激素效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

(1)本試驗采用的隆線溞 (daphnia carinata)為貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境工程實驗室提供,采集于重慶三峽庫區(qū)的自然水體,經(jīng)多代孤雌生殖、純化的單克隆純生物株Dc42。

(2)氯化鎘 (CdCl2·2.5H2O)分析純,用萬分之一電子天平準確稱量,去離子水配制成有效離子(Cd2+)濃度為 1 000 mg/L的儲備母液,于 4℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗方法

參照中華人民共和國國家標準 GB/T 13266—91《水質(zhì) 物質(zhì)對蚤類 (大型蚤)急性毒性測定方法》[9]及《水和廢水監(jiān)測分析方法》[10],采用靜態(tài)毒理試驗。

(1)取 1 000 mg/L的氯化鎘母液,用標準稀釋水稀釋成濃度為 5、2、1、0.5、0.2、0.1、0 mg/L的溶液。

(2)取各濃度溶液于食用藥板上,在每個不同濃度的溶液中各加入 2只健康的隆線溞,觀察 24 h死亡個數(shù),從而找出最低全致死濃度和最大耐受濃度的范圍。

(3)根據(jù)找出的最低全致死濃度和最大耐受濃度,確定正式試驗溶液的濃度區(qū)間,然后按等對數(shù)間距設(shè)置 0.032、0.056、0.10、0.18、0.32、0.56、1.0、 1.8 mg/L 8個濃度組和 1個對照組 (人工稀釋水)。每個濃度組各做 5個平行、重復(fù) 2個批次,試驗持續(xù)時間 96 h。試驗期間除不喂食外,其他條件與常規(guī)培養(yǎng)相同。

(4)試驗開始后,前 8 h作連續(xù)觀察,然后在24、48、72、96 h時對試驗溞的存活情況進行記錄。隆線溞的死亡以“沉入水底,輕轉(zhuǎn)容器無任何反應(yīng)”為死亡判斷標準[11,12],試驗過程中及時剔除死亡個體。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)分析方法

死亡是被污染生物中毒的極端效應(yīng) (現(xiàn)象),死亡率通常被作為一個重要的生態(tài)毒理學(xué)指標用以評價污染物毒性的大小,以 LC50來確定污染物的致死劑量。本文用死亡率和LC50來綜合評價鎘對隆線溞急性生物毒性的大小。根據(jù)不同濃度的 Cd2+溶液中隆線溞的死亡總數(shù)及死亡時間 (表1),得到暴露在不同濃度的 Cd2+溶液的隆線溞的死亡率及死亡率趨勢(圖1);利用概率值法[11],求得 24、48、72、96 h的 LC50值;應(yīng)用最大似然的逼近方法[11],對毒物濃度和受試隆線溞組群反應(yīng)比例之間的關(guān)系,建立經(jīng)驗?zāi)Ｐ筒ζ鋮?shù)進行擬合,得到相應(yīng)的毒力回歸方程(表2)。

表1 Cd2+溶液中隆線溞的死亡個數(shù)統(tǒng)計

2.2 數(shù)據(jù)分析

圖1 不同濃度的 Cd2+溶液中 24、48、72、96 h降線溞的死亡率

由表1可以看出,同一時間段內(nèi)隨著 Cd2+濃度的增加隆線溞的死亡數(shù)量增多,即隆線溞死亡率隨著Cd2+濃度的增大而升高,說明 Cd2+濃度越高毒性越強。

由圖1可知,在 24、48 h兩個時間段內(nèi),Cd2+濃度為 0～0.56 mg/L時,隆線溞的死亡率較小且死亡曲線重合;Cd2+濃度 >0.56 mg/L時死亡率急劇增大,Cd2+濃度增大至 1.8 mg/L時隆線溞死亡率達到100%(全部死亡);72 h時,Cd2+濃度 >0.32 mg/L時死亡率急劇增大,Cd2+濃度增大至 1.0 mg/L時隆線溞死亡率達到 100%;96 h時,當(dāng) Cd2+濃度 > 0.032 mg/L時隆線溞的死亡率逐漸增大,當(dāng) Cd2+濃度增大至 1.0 mg/L時隆線溞死亡率達到 100%。

表2 不同暴露時間Cd2+對隆線溞的半致死、致死濃度 mg/L

4條死亡率變化曲線說明了,隨著時間的延長隆線溞的死亡在不斷增加,可能是由于隨著隆線溞在含 Cd2+溶液暴露時間的延長,Cd2+在隆線溞體內(nèi)逐漸積累,最終超過隆線溞個體耐受限度而致其死亡。當(dāng) Cd2+濃度為 0.056 mg/L時,4條死亡率變化的曲線均出現(xiàn)拐點,可能是同一物種的不同個體對環(huán)境有毒有害因素的反應(yīng)不同,或同一個體在不同的生長發(fā)育期對環(huán)境污染的敏感性不同,從而造成個別隆線溞對暴露反應(yīng)的差異性[13],而在本試驗中,溶液中 Cd2+濃度為 0.056 mg/L的 5個平行樣品中共 50只隆線溞,只有 1個死亡,由此導(dǎo)致的死亡率變化曲線出現(xiàn)拐點在誤差允許范圍之內(nèi)。

由表2可知在試驗條件下,Cd2+對隆線溞的半致死濃度隨暴露時間的增加而迅速降低,24 h-LC50為 1.010 8 mg/L、48 h-LC50為0.794 6 mg/L,72 h-LC50為 0.499 3 mg/L,96 h-LC50為 0.200 3 mg/L,95%置信區(qū)間 0.169 4～0.233 7,安全濃度為 0.002 0 mg/L。此結(jié)果與楊靜(2006)研究中的 Cd2+對隆線溞LC50有一定的差異[14],這種差異與隆線溞生長狀況、生物毒性試驗的環(huán)境條件及試驗方法有關(guān),致使試驗中隆線溞對同一毒物的敏感性也存在差異。

應(yīng)用最大似然的逼近方法對毒物濃度和隆線溞組群反應(yīng)比例之間的關(guān)系建立經(jīng)驗?zāi)Ｐ筒ζ鋮?shù)進行擬合,對所得各時間段的毒力回歸方程進行卡方檢驗,表明所求毒力回歸曲線用來描述鎘對隆線溞的毒性作用是合適的。對隆線溞的急性生物毒性試驗表明 Cd2+有較強的生物毒性,對水生生物有很大的毒害作用。

為了考察試驗中同濃度的 5個平行兩兩之間差異的顯著性,采用Duncan’s新復(fù)極差法進行多重比較,應(yīng)用單因素試驗統(tǒng)計分析 (表3、4)來推斷真實的處理效應(yīng)是否存在。表中的 p值是傳統(tǒng)所說的α水平(顯著水平),通過 p值精確地反映 Cd2+對隆線溞急性毒性的結(jié)果的顯著水平。如果 0.01≤p< 0.05則結(jié)果顯著;如果 0.001≤p<0.01,則結(jié)果極顯著;p<0.001,則結(jié)果很高地顯著;p>0.05,則結(jié)果被認為沒有統(tǒng)計顯著性。

表3 Cd2+對隆線溞急性毒性試驗24、48 h單因素統(tǒng)計分析 mg/L

由表3知 Cd2+對隆線溞急性毒性試驗中 p值均為 0.000 1(p<0.001),都表現(xiàn)出很高的顯著水平。試驗進行 24 h時不同濃度 Cd2+對隆線溞急性毒性顯著的水平排序依次為:1.8>1.0>0.56= 0.32=0.18=0.10=0.056=0.032=0,即 Cd2+的濃度在 0～0.56mg/L范圍內(nèi)處于同一顯著水平。48 h的急性毒性試驗結(jié)果顯著水平跟 24 h的相同。

表4 Cd2+對隆線溞急性毒性試驗72、96 h單因素統(tǒng)計分析 mg/L

由表4知 Cd2+對隆線溞急性毒性試驗中 p值均為 0.000 1(p<0.001),都表現(xiàn)出很高的顯著水平。由表4知試驗進行至 72 h時不同濃度 Cd2+對隆線溞急性毒性顯著的水平依次為:1.8=1.0> 0.56>0.32=0.18=0.10=0.056=0.032=0,Cd2+的濃度為 1.0 mg/L時呈現(xiàn)出的顯著性與 1.8 mg/L相同。96 h時不同濃度 Cd2+對隆線溞急性毒性顯著的水平排序依次為:1.8=1.0=0.56>0.32> 0.18>0.10=0.056>0.032=0,Cd2+的濃度為0.56 mg/L時呈現(xiàn)出的顯著性與 1.8 mg/L相同, 0.056 mg/L時的顯著水平與 1.0 mg/L相同。由此可知 p值精確地反映 Cd2+對隆線溞急性毒性作用的顯著水平隨著時間的延長而更加顯著,采用Duncan’s新復(fù)極差法進行多重比較更能真實地反映不同濃度的 Cd2+對隆線溞急性毒性效應(yīng)的大小。

3 討論

(1)試驗結(jié)果表明,在同一時間段內(nèi),隆線溞的死亡率隨著Cd2+濃度的增大而升高,說明Cd2+濃度越高,對隆線溞急性毒性作用越強。

(2)Cd2+對隆線溞的 24、48、72、96 h的半致死濃度 (LC50)分別為 1.010 8、0.794 6、0.499 3、 0.200 3 mg/L,安全濃度為 0.002 0 mg/L。即隨隆線溞在 Cd2+溶液中的暴露時間的增加,半致死濃度呈下降趨勢,反映隆線溞對 Cd2+毒性的耐受程度隨時間的延長而降低。

據(jù)報道,鎘對鯽魚的 24、48、72、96 h的半致死濃度 (LC50)分別為 11.7、8.68、6.86、5.85 mg/L,安全濃度為 0.59 mg/L;鎘對羅非魚的 24、48、72、96 h的半致死濃度 (LC50)分別為 27.733 9、16.861 1、 12.425 3、9.118 1 mg/L,安全濃度為0.91 mg/L。(柏世軍.水環(huán)境鎘對羅非魚的毒性作用和機理探討[D].浙江大學(xué).2006)因此,用隆線溞監(jiān)測環(huán)境激素對生物的急性毒性更具有預(yù)見性。

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