（环境科学专业论文）pfos对小球藻和蚯蚓的氧化损伤研究.pdf

浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名李啕冉 签字日其l j ： 矽l 年；月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江太堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江太堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：每啊冉 签字日期：y i ；年月、1 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 专毛中 f 签字日期讪哆年岁月 电话： 邮编： 浙江大学硕士学位论文 致谢 致谢 在两年多的研究生学习生活即将结束之际，我首先要感谢我的导师文岳中副 教授，感谢文老师为我提供一个优越、宽松的学习环境，使我能够顺利地完成学 业。他渊博的学识、严谨的治学态度深深的感染着我，他对我的谆谆教导将会使 我终身受益。 特别感谢徐冬梅老师在我两年求学生涯中给予的无私帮助和支持。从论文的 选题到撰写到修改都倾注了她无数的心血。徐冬梅老师严谨的治学态度、渊博的 专业知识、敏锐的学术思想、勤勉的敬业精神和她平易近人、严于律己、热情大 方的待人风格给我我深刻的印象，这也是我一生要学的地方。非常感谢徐冬梅老 师对我学业上的悉心指导、生活上的热心帮助、人生态度上的积极影响和谆谆教 诲。在此，再次向她致以最诚挚的谢意! 衷心感谢刘维屏教授、童裳伦教授、杨方星副教授、庄树林副教授、刘璩副 教授、朱优峰副教授，你们对我的研究工作给予了很多有益的指导和启发。感谢 师姐沈忱思博士、陈慧博士生、宋淑芳硕士对我实验的指导和帮助，感谢实验室 的其他兄弟姐妹们：刘万鹏博士生、吴少帅硕士生、盛晓琳硕士、徐丽丽博士生 等，是你们的关心和帮助，让我的硕士生活充满欢乐，使我在这个温暖而有浓厚 研究气氛的集体中完成了我的论文。在这里我不仅感受到了浓浓的学术氛围，而 且感受到了其乐融融的同门兄弟姐妹情谊。 感谢我的室友吴艳、郭凤霞、宋敏，一起营造了轻松愉快的生活氛围。感谢 一路上所有给予过我关心和帮助的人! 最后，我要感谢我的家人，你们的支持、鼓励以及深深的爱给了我宁静无忧 的力量支持，是我一直以来前进的动力。 再一次向所有关心我、帮助我的老师、同学、朋友以及亲人致以最诚挚的谢 意，并祝他们身体健康、工作顺利、家庭幸福! 李婵丹 2 0 1 3 年1 月于浙江大学 浙江大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 本文以水体和土壤生态毒理试验中广泛采用的普通小球藻和陆生无脊椎动 物蚯蚓为模式生物，系统探讨了全氟辛烷磺酸( p e r f l u o r o o c t a n es u l f o n a t e p f o s ) 暴露对普通小球藻叶绿素含量、细胞膜通透性及抗氧化防御的影响；分别从个体 水平、细胞水平考察了p f o s 对蚯蚓体重、抗氧化防御系统及活性基因损伤情况。 研究结果不但丰富了蚯蚓和绿藻作为模式生物的基础数据，更重要是为p f o s 环 境毒理学综合评价提供有力的科学依据，为这类污染物的治理提供决策支持。结 果表明： 1 p f o s 暴露9 6 h 后，与对照相比，p f o s 暴露组小球藻细胞内表征活性氧 自由基( r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e s ，r o s ) 含量的绿色荧光呈升高的趋势，普通小 球藻细胞内r o s 含量均高于对照，且由p f o s 诱导产生的r o s 随p f o s 浓度的 增高显著增大。 2 不同浓度p f o s 暴露下，小球藻超氧化物歧化酶( s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ， s o d ) 活性呈先升高后降低的变化趋势，过氧化氢酶( c a t a l a s e ，c a t ) 活性变化 与s o d 活性变化趋势相似；丙二醛( m a l o n d i a l d e h y d e ，m d a ) 含量的变化与 r o s 变化趋势相一致，所有p f o s 暴露组藻细胞m d a 含量均高于对照，其中高 浓度p f o s ( 1 2 0 、1 6 0 和2 0 0 m g l ) 作用下藻体内m d a 含量极显著高于对照。 结果表明p f o s 作用下，藻细胞产生氧化应激反应。 3 随着p f o s 浓度的增加叶绿素a ( c h l o r o p h y l la ，c h l a ) 和叶绿素b ( c h l o r o p h y l lb ，c h l b ) 含量降低，所有p f o s 处理下，c h l a 含量呈显著变化，而c h l b 在高浓度p f o s ( 1 6 0 和2 0 0 m g l ) 处理下显著低于对照。这与r o s 的变化呈相 反的趋势，可能是藻细胞由于p f o s 诱导产生活性氧积累导致叶绿素和叶绿体结 构破坏的结果。 4 p f o s 暴露下小球藻细胞膜通透性表现为显著下降逐渐回升的两段式变 化趋势。即4 0 、8 0 m g lp f o s 作用下藻细胞通透性显著降低；此后随p f o s 暴 露浓度的增大，藻细胞膜通透性稍有回升，但所有p f o s 暴露组藻细胞膜通透性 均低于对照。我们推测这可能是由于p f o s 抑制了藻细胞酯酶的活性的结果。 浙江大学硕士学位论文 中文摘要 5 从宏观来看，p f o s 可能会抑制蚯蚓生长，这可能与蚯蚓细胞分子水平 和生理水平的改变有关。 6 p f o s 暴露下，蚯蚓体内抗氧化防御系统酶s o d 、过氧化物酶 ( p e r o x i d a s e ，p o d ) 、c a t 和谷胱甘肽过氧化物酶( g l u t a t h i o n ep e r o x i d a s e ， g s h p x ) 活性变化结果表明，总的来说，低浓度p f o s 作用下，酶活性被激活， 而高浓度p f o s 则抑制酶活性。 7 蚯蚓体内抗氧化防御系统非酶物质还原型谷胱甘肽( r e d u c e dg l u t a t h i o n e ， g s h ) 和m d a 含量结果显示p f o s 作用下，g s h 含量显著消耗，m d a 含量升 高，表明p f o s 作用下，蚯蚓体内产生了氧化应激损伤。 8 o l i v e 尾矩( o l i v et a i lm o m e n t ，0 t m ) 、尾部d n a ( t a i ld n a ，t d n a ) 和尾矩( t a i ll e n g t h ，t l ) 值呈现相似的趋势，并且随着p f o s 浓度增加，该值 越大，表明不同浓度p f o s 均造成了蚯蚓d n a 损伤。 关键词：p f o s ，绿藻，蚯蚓，抗氧化防御，d n a 损伤 浙江大学硕士学位论文 英文摘要 i nt h i sp a p e r ，u s i n gc h l o r e l l av l g a r i sa n de i s e n i af i t i d aa sm o d e lo r g a n i s m ，w e s t u d i e dt h ee f f e c t so fp f o so nt h e c h l o r o p h y l lc o n t e n t ，c e l lp e r m e a b i l i t ya n d a n t i o x i d a n td e f e n s es y s t e m so fa l g a ea n dt h ew e i g h tc h a n g er a t e ，a n t i o x i d a n td e f e n s e s y s t e m sa n dt h ed n ad 锄a g eo fe a r t h w o r m sf r o mt h ev i e wo fi n d i v i d u a la n dc e l l u l a r l e v e l t h es t u d yn o to n l ye n r i c ht h ed a t ao na l g a ea n de a r t h w o r m s ，b u ta l s op r o v i d e t h es c i e n t i f i cb a s i sf o rt h ee c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n ta n dd e c i s i o ns u p p o r tf o rt h e m a n a g e m e n to ft h ep o l l u t a n t s t h er e s u l t sa r el i s t e db e l o wp o i n tb yp o i n t ： 1 a f t e re x p o s u r et op f o sf o r9 6 h ，t h ec o n t e n to ft h eg r e e nf l u o r e s c e n c ew h i c h s h o w st h ep r o d u c t i o no fr o si na l g a ei n c r e a s e dw i t ht h ec o n c e n t r a t i o no fp f o s t h e p r o d u c t i o no fr o s i nt h et r e a t m e n tg r o u pw e r ea l lh i g h e rt h a nt h a to fc o n t r o la n di t a l s oi n c r e a s e dw i t ht h ep f o sc o n c e n t r a t i o n 2 t h ec h a n g e so fs o da n dc a t a c t i v i t yw e r ea p p r o x i m a t e l yt h es a m e ，w h i c h a p p e a r e dt ob ee l e v a t e de x p o s e dt ot h el o w e rc o n c e n t r a t i o nf i r s ta n dt h ed e c r e a s e d w i t ht h ep f o sc o n c e n t r a t i o n t h ec h a n g e so fc o n t e n t so fm d aa n dr o ss h o w e dt h e s a m et r e n d t h em d ac o n t e n to ft h ea l g a ee x p o s e dt op f o sw e r ea l lh i g h e rt h a nt h a t o fc o n t r 0 1 t h eh i g hc o n c e n t r a t i o n so fp f o s ( 12 0 ，16 0 ，a n d2 0m g l ) s i g n i f i c a n t l y e n h a n c e dt h em d ac o n t e n t t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h es t r e s sr e a c t i o no c c u r si nc e l l s o fa l g a e 3 c o m p a r e dt ot h ec o n t r o l ，b o t ho fc h l aa n dc h l bc o n c e n t r a t i o n sd e c r e a s e d a f t e re x p o s u r et op f o s t h ec h l ac o n c e n t r a t i o ni nt h ea l lp f o st r e a t e da l g a ew a s h i g h l ys i g n i f i c a n td i f f e r e n tw i t ht h a to f t h ec o n t r o l ，w h i l ec h l bc o n c e n t r a t i o n sr e d u c e d s i g n i f i c a n t l yo n l yi n t h eh i g h e rp f o st r e a t m e n t t h ec h a n g e so ft h ec o n t e n to f c h l o r o p h y l ls h o w e dt h eo p p o s i t et r e n dw i t hr o s ，w h i c hm i g h tb et h er e s u l t so ft h e d e s t r u c t i o no ft h ec h l o r o p h y l la n dt h es t r u c t u r eo fc h l o r o p l a s t 4 t h ec e l lp e r m e a b i l i t yr e d u c e ds i g n i f i c a n t l yf i r s ta n dt h e nr i s e ds l o w l y a l l t r e a t m e n t si nt h ec e l lp e r m e a b i l i t yw e r el o w e rt h a nt h ec o n t r o l ，w h i c hm i g h tb e 浙江大学硕士学位论文英文摘要 r e l a t i v et ot h er e s t r a i no ft h ee s t e r a s e 5 p f o sm a yr e d u c et h eg r o w t ho fe a r t h w o r m ，w h i c hm i g h tb er e l a t i v et ot h e c h a n g e so fc e l li nm o l e c u l a ra n dp h y s i o l o g i c a ll e v e l 6 t h es o d ，p o d ，c a ta n dg s h - p xa c t i v i t i e sw e r ed e t e c t e di nt h i sp a p e r t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea c t i v i t i e so ft h ee n z y m e sw e r ei n i t i a l l ya c t i v a t e da n dt h e n i n h i b i t e di ng e n e r a l 7 t h eg s hc o n t e n tw e r em a r k e d l yd e p l e t e d ，w h i l em d ac o n t e n tw e r ee l e v a t e d o v e rt h ed u r a t i o no ft h ee x p o s u r e ，w h i c hs u g g e s t e dt h a tp f o si n d u c e do x i d a t i v e s t r e s si ne a r t h w o r m s 8 t h ev a l u e so fo l i v et a i lm o m e n t ，t a i ld n a a n dt a i ll e n g t hu s i n gs c g e s h o w e ds i m i l a rf r e q u e n c yd i s t r i b u t i o n sa n di n c r e a s e dw i t hi n c r e a s e si nt h ep f o s c o n c e n t r a t i o n t h e s er e s u l t ss u g g e s tt h a ta l lc o n c e n t r a t i o n so fp f o sc a u s ed n a d a m a g e k e yw o r d s ：p f o s ；a l g a e ；e a r t h w o r m s ；a n t i o x i d a n td e f e n s es y s t e m s ；d n ad a m a g e 1 v 浙江大学硕士学位论文 目录 目录 摘要，i a b s t r a c t i i i 第一章文献综述l 1 1 前言1 1 2p f o s 的研究背景1 1 2 1p f o s 结构和理化性质一1 1 2 2p f o s 应用和污染状况2 1 2 3p f o s 的毒理学研究进展一5 1 3 藻类和蚯蚓的生态毒理学研究8 1 3 1 藻类的生态毒理学研究8 1 - 3 2 蚯蚓的生态毒理学研究1 1 1 4 本文的研究意义和内容1 4 1 5 本文的研究路线1 5 参考文献1 5 第二章p f o s 对小球藻的氧化损伤研究。2 2 2 1 前言2 2 2 2 材料和方法2 3 2 2 1 仪器与试剂2 3 2 2 2 实验方法2 4 2 2 3 数据分析31 2 3 实验结果和讨论3 l 2 3 1p f o s 对小球藻r o s 的影响3 1 2 3 2p f o s 对小球藻抗氧化防御系统的影响3 3 2 3 3p f o s 对小球藻叶绿素含量的影响3 5 2 3 4p f o s 对小球藻细胞膜通透性的影响3 6 2 4 小结3 8 参考文献3 8 第三章p f o s 对蚯蚓的氧化损伤研究 4 1 浙江大学硕士学位论文 目录 3 1 前言4 1 3 2 材料和方法4 2 3 2 1 仪器与试剂4 2 3 2 2 实验方法一4 3 3 2 3 数据分析一4 8 3 3 实验结果和讨论4 8 3 3 1p f o s 对蚯蚓体重的影响4 8 3 3 2p f o s 对蚯蚓抗氧化防御系统的影响酶系统4 9 3 3 3p f o s 对蚯蚓抗氧化防御系统的影响非酶系统5 4 3 3 4p f o s 对蚯蚓的基因损伤5 6 3 4 小结6 0 参考文献6 1 第四章主要结论及未来工作设想 4 1 主要结论6 4 4 1 1p f o s 对小球藻的氧化损伤研究6 4 4 1 2p f o s 对蚯蚓的氧化损伤研究6 4 4 2 未来工作设想6 5 硕士期间发表的论文一6 6 浙江大学硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 前言 随着工业的迅速发展，许多非自然存在的化合物应运而生，给人类生活带来 了巨大的变化。与此同时，这些化学品在工业生产和使用过程中，被越来越多地 释放到自然环境中，给生态环境带来了沉重负担。其中以持久性有机污染物 ( p e r s i s t a n t o r g a n i cp o l l u t a n t s ，p o p s ) 为代表的一类化合物越来越受到关注，虽 然已有大量文献报道p o p s 的迁移转化过程、作用机理及产生的危害，但人们对 其潜在的生态环境效应仍知之甚少，因此研究持久性有机污染物的生态毒性，对 于评价这类化学品的生态风险具有重要意义。 p f o s 是一种新型的持久性有机污染物。近年来，研究发现该类化合物对哺 乳动物和水生生物具有广泛的毒，l 爿：( l a ue ta 1 ，2 0 0 7 ；k e n n e d ye ta 1 ，2 0 0 4 ) 。美国 3 m 公司已于2 0 0 2 年停止p f o s 及相关产品的生产。2 0 0 9 年5 月9 日，联合国 环境规划署( u n e p ) 正式将p f o s 及其盐类列为新的持久性有机污染物，同意 减少并最终禁止使用该类物质。对p f o s 应用现状、污染水平、生物毒性及致毒 机理的研究，能够为客观评价该类化合物生态毒理效应，并据此制定预防、治理 措施提供有价值的理论依据和研究参考。 1 2 1p f o $ 结构和理化性质 p f o s 是多种全氟化合物的最终降解产物。p f o s 在常温常压下为固态，由 1 7 个氟原子和8 个碳原子组成烃链( 图1 1 ) 。烃链末端连接一个磺酰基。p f o s 具有很高的稳定性，因为氟具有最大的电负性( 一4 0 ) ，使得碳氟键具有强极性， 并且是自然界中键能最大的共价键之一( 键能大约为4 6 0k j m 0 1 ) 。因此使p f o s 能够经受强的加热、光照和化学作用、微生物作用和动物的代谢作用也很难降解 ( n a k a t ae ta 1 ，2 0 0 6 ；j i ne ta 1 ，2 0 0 6 ) 。此外，p f o s 易在生物体累积富集且不易降 浙江大学硕士学位论文第一章文献综述 解，半衰期很长，人体内p f o s 的半衰期长达1 4 2 8 天( e p a ，2 0 0 0 ) 。尽管p f o s 的亨利常数很低并且几乎不具有挥发性，但已造成全球性污染。科学家推测这可 能是由于一些具有挥发性的前提物质扩散到大气中，在向全球传播的过程中或进 入特定环境后发生降解最终生成p f o s 。而不像多氯联苯、d d t 和二嗯英等持久 性有机污染物一样通过蒸发、扩散等方式造成全球性生态系统污染。 图1p f o s 结构式 f i g u r eit h es t r u c t u r a lf o r m u l ao fp f o s 表1 p f o s ( 钾盐) 物理化学性质 t t b l e lp h y s i c o - c h e m i c a lp r o p e r t i e so fp f o s 1 2 2p f 0 8 应用和污染状况 1 p f o s 的应用 p f o s 既具有疏水性，又具有疏油性，被广泛用于工业生产和消费品种，如 防水、防油、防尘和防脂剂( 食品包装的驱蚊水、皮革、织物、纸张、包装、毛 皮和地毯) 及表面活性制剂( 消防泡沫，航空液压油，油烟抑制金属电镀) 等 ( k a n n a n ，2 0 1 1 ；k e ye ta 1 ，1 9 9 7 ) 。此外，p f o s 还用于照相平版印刷工序的光阻 或抗反涂层；用作抗腐蚀添加剂；光阻物质成分，包括光酸产生物、表面活性制 剂；表面张力涂层、静电放电和合成化学物质；处理影像电影时混合使用的表面 2 浙江大学硕士学位论文 第一章文献综述 活性制剂；也可作为中间体生产其他用于上述用途的化学物质。 2 p f o s 的污染状况 ( 1 ) 各地区水中p f o s 的研究 目前，在全世界范围内的海水、地表水和饮用水等水体中均检测到了p f o s 的存在。s a i t o 等( 2 0 0 3 ) 测定了日本不同地区1 4 2 个地表水样品中的p f o s 浓 度，结果表明河流样品和海岸水的几何平均值分别为2 3 7 和1 5 2 n g l ，两条人 口稠密地区的河流中p f o s 浓度较高，分别为1 3 5 0 和1 5 7 n g l 。另外日本京都 区域的河流中p f o s 浓度低于1 0 n g l ( s e n t h i l k u m a re ta 1 ，2 0 0 7 ) 。有研究报道香 港沿海，珠江三角洲，包括南海以及韩国海域海水中p f o s 浓度范围分别为o 0 9 - - 3 1 ，o 0 2 1 2 ，o 0 4 - - 一7 3 0 n g l ，并推测造成污染的原因主要是工业和经济的高 速发展( s oe ta 1 1 t i2 0 0 4 ) 。而在大西洋北部和中部海水中p f o s 浓度范围分别 在k 6 - - 。3 6p g l 和1 3 - - 。7 3p g l ( y a m a s h i t ae ta 1 ，2 0 0 8 ) 。 我国国内的相关研究表明，几乎所有主要河流中都能检测到p f o s 的存在， 尤其黄浦江测得的p f o s 浓度较高，大于2 0 n g l ( 张倩等，2 0 0 6 ) 。w a n g 等( 2 0 1 0 ) 检测到氟化物工厂附近2 0 0 m 的池塘水中p f o s 平均浓度为9 8 4 n g l ，而5 0 0 m 处 的水中p f o s 浓度为1 4 1 n g l ，可以推断氟化物工厂是p f o s 污染的主要来源 ( w a n g e ta 1 ，2 0 1 0 ) 。金一和等( 2 0 0 4 ) 在我国部分城市自来水、地面水、地下 水和海水的全部样品中均检测到了p f o s ，表明我国水环境普遍存在p f o s 污染。 容易受到生活污水和工业废水污染的水体中的p f o s 为1 5 0 - - - 4 4 6 0n g l 。长江 三峡库区和长江武汉段水体中存在着不同浓度的p f o s 和p f o a ，个别地区水 样中p f o s 含量大于1 0n g l ( 金一和等，2 0 0 6 ) 。 ( 2 ) 大气中p f o s 浓度 m o r i w a k i 等( 2 0 0 3 ) 用真空吸尘器收集了日本家庭室内的空气，检测到其 p f o s 浓度范围为6 9 - - 一3 7 0 0n g g 。b j o r k l u n d 等( 2 0 0 9 ) 测得瑞典居室内灰尘样 本中p f o s 平均浓度为4 9 n g g 。澳大利亚、德国、英国、及美国家庭室内测得的 p f o s 浓度变化为 3 0n g m l ) ；韩国、比利时、马来西亚、巴西、意大利和哥伦 比亚p f o s 含量中等( 3 - - 一2 9n g m l ) ，印度含量最低( 番茄 亚麻 黑麦草 苜蓿 大豆。 另外也有学者研究了不同浓度p f o s ( 0 1 - - 一2 0 0m g l )对小麦生长发育情 况( q ue ta 1 ，2 0 1 0 ) ，观测指标分别为小麦幼苗叶绿素、可溶性蛋白含量，s o d 、 p o d 活性及根细胞的通透性。结果表明，p f o s 对小麦根生长有显著影响，低浓 度p f o s ( 小于1 0m g l ) 刺激根生产，诱导叶绿素和可溶性蛋白的合成，增加 根种子和叶片中的s o d 和p o d 含量。而高浓度p f o s ( 大于1 0m g l ) 则抑制 浙江大学硕士学位论文第一章文献综述 根生长，破坏叶绿素积累和可溶性蛋白的合成，s o d 和p o d 活性与对照相比 分别显著降低了1 2 6 和3 3 7 。同时，随着p f o s 暴露浓度的增大，小麦根细 胞膜通透性逐渐变大。 ( 2 ) 无脊椎动物 蜜蜂是农作物的重要传粉者，是评估杀虫剂毒性常用的模式生物，在毒理学 测试中有着广泛应用。m o m m a e r t s 等将不同浓度p f o s ( 1 u g l - - 一1 0m g l ) 溶于 糖水中，经口灌入大黄蜂中所得的半数致死浓度( l c 5 0 ) 为1 0 1m g l 。p f o s 抑 制了卵巢的生长发育，降低线粒体电子转移活性和脂质数，结果表明p f o s 改变 黄蜂蜕皮激素和蜕化类固醇反应器，导致激素紊乱( m o m m a e r t se t a l ，2 0 1 1 ) 。 蚯蚓作为土壤中生物量最大的动物类群，在维持土壤生态系统功能中起着不 可替代的作用。同时，因其自身生理特性、数量和种群变化与土壤中污染物的污 染程度存在一定的相关性，在污染土壤生态风险评价研究中受到关注( f e n t ，2 0 0 3 ； x ue ta 1 ，2 0 1 0 ) 。有学者研究了p f o s 对蚯蚓的急性毒性和回避行为( x ue ta 1 ， 2 0 1 0 ) ，发现p f o s 对蚯蚓的急性毒性作用与染毒时间和染毒浓度相关，滤纸法 4 8 h 、人工土壤法1 4 d 和自然土壤法1 4 d 的l c s o 值分别为1 3 6 4 9 9 c m - 2 、 9 5 5 2 8 m g k g 。1 和5 4 2 0 8 m g k g - 1 人工土壤和自然土壤中蚯蚓高浓度p f o s 处理后 表现出显著的回避行为。与急性毒性试验的测试终点l c s o 相比，蚯蚓行为测试 终点对p f o s 的反应更为敏感。自然土壤中p f o s 对蚯蚓的急性毒性大于人工土 壤；相同浓度p f o s 作用下，蚯蚓于自然土壤中的回避行为较人工土壤明显。 另外，刘青坡等( 2 0 0 8 ) 以非洲爪蟾蜍为动物模型，揭示p f o s 的甲状腺激 素和性激素干扰效应。具体方法为将n f 4 8 阶段非洲爪蟾( x e n o p u sl a e v i s ) 蝌蚪 暴露于0 0 1 、0 1 和lm g lp f o s 中6 个月，检测p f o s 对爪蟾生长、变态、甲 状腺和性腺的影响。结果表明，p f o s 对爪蟾的变态过程具有小剂量刺激效应， 能引起甲状腺组织结构的损伤，导致睾丸组织的雌性化和雌雄性比的异常升高， 表现出明显的甲状腺激素和性激素干扰效应。据此可以认定p f o s 可能为一种环 境内分泌干扰物。 ( 3 ) 脊椎动物 有研究报道( l u e b k e re ta 1 ，2 0 0 5 ) 通过每天o 8m g k g 的p f o s 和更高剂量 p f o s 的污染暴露，小鼠分娩时间明显缩短；每天1 6m g k g 和2 0m g k gp f o s 6 浙江大学硕士学位论文第一章文献综述 暴露剂量组t j j , 鼠表现出的生育能力降低，新生体成活率的降低与脂质、葡萄糖 利用、甲状腺激素降低的关系不明显，而分娩时间长短与生育能力的降低有很好 的相关性，表明子宫暴露p f o s 影响胎儿的晚期发育以及死亡率。并且小鼠子宫 暴露p f o s 导致出生后幼崽死亡率增加，出生前后p f o s 的暴露剂量与观察到的 幼体毒性效应有关。 另外有研究报道了北美洲山齿鹑和野鸭的p f o s 急性和慢性暴露危害，评价 的毒物学终点包括致死、生长、食物消耗和组织病理学变化；生殖终点包括产卵、 生育能力、孵化能力以及幼体的成活率与生长情况等。结果表明饮食、血浆、肝 脏和卵中p f o s 的日均无影响浓度( p n e c s ) 分别为o 0 1m g k g 、1 0g g m l 、 0 3 5 g g 和1 0g g m l 。但是，在评估时存在种间外推、暴露的持久性( 例如亲 代、子代的暴露) 及其它外推的不确定因素( t a oe t a l ，2 0 0 6 ) 。 2 p f o s 对水生生物毒理学研究 ( 1 ) 水生植物 已有很多研究报道了p f o s 对水生浮游植物细胞密度，生长速率等生长情 况的毒理效应( d r o t t a ra n dk r u e g e r ，2 0 0 0 a ；b o u d r e a ue ta 1 ，2 0 0 3 a ；d e s j a r d i n se ta 1 2 0 0 1 a ；s u t h e r l a n da n dk r u e g r ，2 0 0 1 ) 。结果表明，不同藻类对p f o s 的敏感性不同， 其中以月牙藻对p f o s 暴露的毒性响应最灵敏( n o e c - - 5 - 3m g l ) ，而舟形藻最 不灵敏( n o e c = 2 6 3m g l ) ( s u t h e r l a n da n dk r u e g e r ，2 0 0 1 ；b o u d r e a ue ta 1 ，2 0 0 3 ) 。 p f o s 暴露下，基于细胞密度的e c s o 变化范围4 8 - 2 6 2m gp f o s l 。基于总生物 量的9 6 小时n o e c 值为5 3 1 5 0m gp f o s l 。已有的研究证实，p f o s 能够抑制 藻类生长，但是关于p f o s 对藻类的细胞形态学研究较少。尽管淡水藻类的生长 速率与p f o s 暴露浓度具体相关性，但是海洋硅藻的生长并不受p f o s 影响。 ( 2 ) 水生动物 关于p f o s 的水生动物毒理学研究主要采用鱼类为实验对象。叶露等用斑马 鱼胚胎和仔鱼为试验体，发现暴露于p f o s ( 1m g l ) 8 天后，仔鱼肝脏出现病 理变化，包括肝脏细胞质空泡，肝血窦腔增大，细胞核异固缩，细胞核偏离细胞 中心等。胚胎毒性测试结果显示4 8 h 和9 6 hp f o s 的半数致死浓度值分别为1 0 7 m g l 和7 1l m g l ，p f o s 导致斑马鱼胚胎发育中出现多种亚致死反应，包括心包 囊肿、心房囊肿水肿、血循环缺失、发育延迟、孵化延迟等。另外还出现致崎反 浙江大学硕士学位论文 第一章文献综述 应，包括脊柱畸形、尾部弯曲、背腹鳞畸形、红血球堆积等( 叶露等，2 0 0 8 ) 。 另有报道称p f o s 暴露能够诱导斑马鱼胚胎发育畸形和严重干扰甲状腺激素合 成( d ue ta 1 ，2 0 0 9 ；s h ie ta 1 ，2 0 0 9 ) 。将受精四小时后的斑马鱼胚胎暴露于0 1 、0 5 、 l 、3 、5 m e d lp f o s 后，除孵化时间和孵化率受到抑制外，幼鱼的存活率也显著 下降( s h ie ta 1 ，2 0 0 9 ) 。p f o s 还能够诱导氧化胁迫，造成原代培养的鱼类肝脏 细胞凋亡( h u a n ge ta l ，2 0 0 9 ) 。a n k l e y 等( 2 0 0 5 ) 研究表明，p f o s 对生长发育 中的黑头呆鱼无明显致死作用或生长发育毒性，但对生殖能力和内分泌系统有毒 性作用。l i u 等( 2 0 0 7 b ) 以体外培养的罗非鱼肝细胞为实验对象，研究了p f o s 的雌激素效应，结果表明卵黄蛋白受p f o s 诱导后出现转录上调，此实验结果与 d u 等( 2 0 0 9 ) 的实验结果相一致，其用斑马鱼为实验对象，结果表明，v t gm r n a 的转录水平也在受p f o s 诱导之后出现上调趋势。 1 3 藻类和蚯蚓的生态毒理学研究 1 3 1 藻类的生态毒理学研究 藻类是整个生态系统物质循环和能量流动的重要基础，其本身的生长和代谢 会直接受到外源污染物的影响，进而影响初级消费者及高级消费者的正常生长和 生理过程。藻类因其对毒物敏感、易获得、个体小、繁殖快，在较短时间内可得 到化学物质对藻类许多世代及种群水平的影响评价，是一个很好的测试生物。许 多国家在化学品风险测试中选用藻类进行生物测试，并建立了多个藻类生物测试 标准方法( 严国安等，1 9 9 9 ；赵玉艳等，2 0 0 4 ) 。 1 污染物对藻类生长的毒性效应 许多研究结果表明，在外源污染物暴露和胁迫下，藻类生长受到明显的影响。 d e l o r e n z o 等( 2 0 0 2 ) 在研究中发现，绿藻( p s e u t o d t r c h n e r e a s u b c a p i a u m ) 在硫丹中暴露的e c s o 浓度为4 2 7 8l t g l 。另外也有研究报道，随着纳米银浓度 的增加，普通小球藻( c h l o r e l l av u l g a r z s ) 和杜氏藻( d u n a h e a i e r i i o e c i a ) 藻细 胞密度减少( o u k a r r o u me ta 1 ，2 0 1 2 ) 。在实验室条件下，当p f o s 的浓度高于5 0 m g l 时，羊角月牙藻( s e l e n a s r u mc a p r c o r n u u m ) 和小球藻( c b o r e av u l g a r i s ) 的生长受到显著抑制( b o u d r e a ua n ds i b l e y ，2 0 0 3 ) 。小球藻( c 沥i f u s c a 浙江大学硕士学位论文 第一章文献综述 v a t v a o u o a t a ) 和项圈藻( a n a b a e n ae a r i a h i 矛) 在5 - - 4 0n m o l l 浓度二硝基苯酚 ( d n p ) 存在的条件下能够正常生长，并表现出较高的富集d n p 的能力 ( h i r o o k ae ta 1 ，2 0 0 3 ) ；扁藻( 乃r a s e m i s m a r i n a ) 能通过与葡萄糖共转移的方 式将2 ，4 二氯酚( d c p ) 类化合物富集，从而降低其对藻体产生的毒性( d i m i t r i s a n dk a t a p o d i s ，2 0 0 8 ) 。 2 污染物对藻类抗氧化防御系统的毒性效应 ( 1 ) 抗氧化防御系统 在环境胁迫下( 如高强度光照，干旱，重金属，极端温度，高盐浓度等) ， 细胞会产生r o s 包括0 2 。，o h 和h 2 0 2 ，这些不同形式的活性氧和特定生物分子 发生反应，改变或钝化生化活性。细胞能通过各种抗氧化途径消除产生的r o s ， 包括抗氧化酶系统和非酶系统。 抗氧化酶系统： 酶是生物消除r o s 的主要途径，s o d 、c a t 、p o d 、g s h p x 、抗坏血酸过 氧化物酶( a p x ) 和谷胱甘肽还原酶( g r ) 。s o d 是植物体内清除活性氧物质 的第一道防线，在抗氧化酶类中处于核心地位，其酶促反应产生h 2 0 2 和0 2 。 g s h p x 是机体内广泛存在的一种重要的催化过氧化氢和消除过氧化物的酶。而 c a t 、p o d 、g s h 通常与g s h p x 发生协同作用，将s o d 歧化自由基的产物h 2 0 2 转变成无害的水和氧，从而消除h 2 0 2 对机体造成的毒害。另外，h 2 0 2 的清除还 依赖a s a g s h 循环系统( 包括a s a ，a p x ，g s h 和g r 等) 。a p x 氧化抗坏血酸 盐将h 2 0 2 转化为h 2 0 ，生成脱氢抗坏血酸( m d h a ) ，抗坏血酸盐通过脱氢抗坏 血酸还原酶( m d h a r ) 再生，同时将还原型谷胱甘肽( g s h ) 转为氧化型谷 胱甘肽( g s s g ) ，g s s g 又在谷胱甘肽还原酶( g r ) 催化下被光合作用产生的 还原型辅酶( n a d p h ) 还原为g s h 。a p x 和c a t 属于两种不同的h 2 0 2 超氧 化物歧化酶，a p x 用于信号指示的精细调节，而c a t 用于清除胁迫下过多r o s ( m i t t l e r 2 0 0 2 ) 。 污染物暴露