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實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準研究所，浙江 杭州 310021)

納米二氧化鈦對稀有鮈鯽幼體生長的影響

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實驗室—省部共建國家重點實驗室培育基地 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準研究所，浙江 杭州 310021)

通過納米二氧化鈦(nTiO2)對稀有鮈鯽幼體生長試驗，研究nTiO228 d暴露對魚類幼體生長的影響。結(jié)果表明，nTiO2濃度未對稀有鮈鯽幼體生長產(chǎn)生致死效應(yīng)，但對稀有鮈鯽生長率有影響，最低可觀察效應(yīng)濃度(LOEC)為4.00 mg·L-1，無可觀察效應(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，也可對農(nóng)藥進行光催化降解，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，越來越多的nTiO2進入水生生態(tài)系統(tǒng)，其對水生生態(tài)環(huán)境的影響及其安全性評價就顯得尤為重要。魚類是水生生態(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機和有機污染物，當污染物濃度達到一定閾值水平，將會影響其產(chǎn)卵、發(fā)育、生長、成熟、繁殖，甚至導(dǎo)致死亡[4]。因此，魚類是化學(xué)品生態(tài)毒性測試的理想試驗動物。

稀有鮈鯽(Gobiocyprisrarus)隸屬鯉形目鯉科鮈鯽屬，是中國獨有的稀有魚類，研究發(fā)現(xiàn)是一種敏感的試驗動物[5-7]，具有模式試驗動物旳潛力。本研究以稀有鮈鯽為試驗對象，參照我國“化學(xué)品 魚類幼體生長試驗”[8]的標準，研究nTiO2的長期暴露對稀有鮈鯽幼體生長的影響，評價其對水生生物的安全性，以期為nTiO2環(huán)境安全性研究積累數(shù)據(jù)和提供試驗依據(jù)，從而為其合理使用及風險控制提供科學(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，購于浙江安吉云界生物科技有限公司。

稀有鮈鯽購自無錫中科水質(zhì)環(huán)境技術(shù)有限公司，試驗稀有鮈鯽為本機構(gòu)繁殖，批次為C20160424。

試驗前，稀有鮈鯽置于21.0～25.0 ℃水溫，培養(yǎng)光/黑時間比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，每天喂食1～2次，并及時清除糞便及食物殘渣，正式試驗前24 h停止喂食。預(yù)培養(yǎng)期間未發(fā)現(xiàn)疾病，試驗開始前稀有鮈鯽死亡率為0。

試驗前，選擇10尾稀有鮈鯽測量體重，計算平均體重。測量時，先用100 mg·L-1的MS222麻醉，將試驗用魚的體表水吸干，用電子天平稱重。

1.2 方法

魚類幼體生長試驗[8]采用半靜態(tài)法，每周更換2次試驗溶液，間隔3或4 d，總試驗周期為28 d。試驗時，配制系列試驗濃度溶液(4.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mg·L-1)，每個試驗濃度溶液分裝于3個燒杯，每燒杯2 L，同時設(shè)置不加藥處理為空白對照。選擇個體大小較為一致的稀有鮈鯽，同樣麻醉后進行稱重，稱后盡量選擇體重在試驗前測定的平均體重±10%范圍內(nèi)的試驗用魚。將試驗用魚隨機分配到各試驗燒杯中，每杯5尾。每處理設(shè)3個重復(fù)，每杯為1個重復(fù)。試驗期間，每天飼喂2次豐年蝦，以試驗前稱量所得的稀有鮈鯽平均體重為基準，按照各杯稀有鮈鯽總體重的10%來計算每次投食量。

試驗開始后每天觀察并記錄稀有鮈鯽的死亡情況。如果觀測到魚沒有呼吸運動或觸碰魚尾無反應(yīng)，可判斷魚已死亡，試驗中及時清除死亡稀有鮈鯽。每天觀察記錄其他非致死效應(yīng)，即試驗組與對照組試驗用魚明顯不同的表征、大小和行為，比如異常游動行為、外來刺激的不同反應(yīng)、魚類外觀上的改變、攝食下降或停止及體長和體重改變等。試驗結(jié)束時，測量所有存活魚的體長和體重，測量方法同試驗開始時。根據(jù)稀有鮈鯽的體重變化，計算每個容器的平均特定生長率(r2)。

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

1.3 質(zhì)量控制

試驗結(jié)束時，對照組魚死亡率不得超過10%；對照組的平均重量應(yīng)有足夠增長，必須為初始平均重量的50%以上；試驗期間任何時候各試驗容器之間的溫差不超過±1 ℃，且應(yīng)保持在受試生物適宜溫度的±2 ℃范圍內(nèi)；試驗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

試驗期間，實驗室條件正常，試驗溫度為22.7～24.0 ℃，試驗溶液pH值為7.03～7.57，溶解氧為64.6%～103.8%，水質(zhì)總硬度(以CaCO3計)為155～186 mg·L-1(使用二水合氯化鈣進行人為調(diào)節(jié))，試驗光/黑時間為14 h/10 h，以上參數(shù)均滿足試驗方法的要求?？瞻讓φ战M中，稀有鮈鯽死亡率為0。試驗開始時，空白對照中平均單尾魚重為0.053 g；試驗結(jié)束時，空白對照中平均單尾魚重為0.151 g。試驗用魚平均增長率為試驗開始時平均魚重的185%。因此，稀有鮈鯽其生長情況符合試驗要求。

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對稀有鮈鯽幼體生長致死效應(yīng)濃度>4.00 mg·L-1。

由表1可知，試驗開始時稀有鮈鯽各處理組的體重較均衡，不具顯著性差異；試驗結(jié)束時，對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處理的體重相對于空白對照有顯著增加。而4.00、2.00 mg·L-1的nTiO2處理的稀有鮈鯽體重相對于空白對照有減小，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 試驗開始與結(jié)束時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 特定生長率和抑制率

由表2可見，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)計分析軟件對其進行方差分析顯示，4.00和0.25 mg·L-1處理的r2值與CK間差異達顯著水平，2.00、1.00和0.50 mg·L-1處理的r2值與CK間無顯著性差異，該趨勢與稀有鮈鯽體重增長情況相同。

表2 每個容器的稀有鮈鯽平均特定生長率

相比空白對照，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抑制率為負值，剩余2個處理組的抑制率不足以計算效應(yīng)濃度，故不計算EC10、EC20和EC50等值。nTiO2對稀有鮈鯽幼體生長的抑制作用，2.00 mg·L-1處理后的抑制率與CK間無顯著性差異，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，無可觀察效應(yīng)濃度為2.00 mg·L-1。綜上所述，本試驗條件下，最低可觀察效應(yīng)濃度為4.00 mg·L-1，無可觀察效應(yīng)濃度為2.00 mg·L-1。

3 討論

我國《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)必須包括在中國境內(nèi)用中國的供試生物完成的測試數(shù)據(jù)，其中要求在魚的毒性試驗中應(yīng)選擇稀有鮈鯽為試驗生物[10]。現(xiàn)有研究已表明，稀有鮈鯽是化學(xué)品毒性測試和環(huán)境水樣毒性試驗的理想材料[11-12]。

在稀有鮈鯽幼體生長試驗中，所試nTiO2暴露濃度未導(dǎo)致稀有鮈鯽死亡及非致死效應(yīng)，但對稀有鮈鯽生長率有影響，即低濃度nTiO2促進稀有鮈鯽的生長，高濃度nTiO2則顯示出抑制作用。這種非營養(yǎng)的有毒物質(zhì)，在高劑量時產(chǎn)生有害效應(yīng)，在低劑量時則產(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。朱小山等[14]研究發(fā)現(xiàn)，較低濃度的nZnO、nTiO2和nAl2O3均能促進斜生柵列藻的生長，而高濃度則會產(chǎn)生抑制影響。

本研究中，4.00 mg·L-1的nTiO2暴露28 d對稀有鮈鯽的幼體生長具有顯著抑制作用，但無異常游動行為、魚類外觀上的改變、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對斑馬魚進行為期13周暴露，會顯著影響斑馬魚的繁殖能力[15]。而將暴露時間繼續(xù)延長至6個月時，nTiO2對斑馬魚的毒性作用隨暴露時間的延長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-腦屏障進入各個器官并進行累積[16]。因此，雖然本研究顯示nTiO2對稀有鮈鯽的幼體生長影響并未十分顯著，但隨暴露時間的延長，nTiO2在魚類體內(nèi)的蓄積作用，使得其勢必對魚類造成嚴重危害。

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收入日期：2017-08-20

國家自然科學(xué)基金(21607134)；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開放基金(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。

文獻著錄格式：吳聲敢，呂露，安雪花，等. 納米二氧化鈦對稀有鮈鯽幼體生長的影響[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

(責任編輯張瑞麟)