Ｐｂ2+、Ｃｄ2+对３种水生动物致毒效应影响的比较研究 毒效应谱

2+、2+对种水生动物致毒效应影响的比较研究 毒效应谱 吴本富 胡好远 郝家胜 摘要：在特定时间(12、24、48、72h)内，研究了Pb2+和Cd2+对草履虫(Paramecium caudatum)、三角涡虫(Dugesiajaponica)和中华圆田螺(Cipangopaludia viviparrus)3种水生动物的单一和联合毒性效应，结果表明：在同等条件下，Cd2+对三者的致毒效应都明显强于P2+；3种动物中，草履虫最敏感，而圆田螺耐受能力最强；随单一毒物浓度的增大以及暴露时间的延长，两者的致毒效应都显著增大，表现出明显的浓度一效应和时间一效应关系；二者复合作用时，对3种动物的致毒效应主要表现为与二组分的浓度比例有关，复合致毒效应也表现出了明显的浓度一效应关系，并且浓度和暴露时间的交互作用对3种水生动物毒性都有显著的影响。 关键词：Pb2+；Cd2+；草履虫；涡虫；圆田螺 ：S912 ：A ：1007-7847(xx)02-0183-06 由于根据单一污染物质制定的有关环境容量和环境评价标准无法真实地反映实际状况，且越来越多的污染物进入环境并共存，因此复合污染的研究已引起国内外科技工作者的高度重视，并已成为当前环境科学和生态毒理学领域的研究热点，近些年，关于重金属对环境复合污染方面的研究虽然取得了较大的进展，但从目前的资料来看，这些研究多局限在土壤受重金属污染后对动、植物的形态、生理生化、细胞和分子水平的研究上，而对不同毒物的联合作用以及水生低等动物的研究则较为局限，只有少数集中在鱼类和甲壳类动物等经济动物的急、慢性毒性试验研究上，而对常见的水生低等动物的研究则相对较少。 草履虫(P?caudatum)、日本三角涡虫(D?japonica)和中华圆田螺(C?viviparrus)都是常见的微型或小型淡水低等动物，在水生生态系统中占有重要地位，本研究运用重金属离子pb2+、Cd2+的单一和复合处理，在不同处理时间和组合浓度条件下探究了它们对3种水生动物的毒性影响，以期获得可用于水体重金属污染监测的几种模式动物的耐受指标，从而为水环境中重金属的生物毒性预测以及当前水体环境污染的治理提供一些基础资料。 1材料与方法 1.1材料 1.1.1 实验动物采集与培养 草履虫于稻草培养基(10g稻草+1000mLEP缓冲液)中，在生化培养箱中20恒温、自然光照条件下进行“克隆”培养以备实验；涡虫和圆田螺(圆田螺清洗外表)分别以鸡蛋黄和淡水藻，保持死亡率2+和Cd2+浓度为100g/L(以纯pb2+和Cd2+计算)的母液100mL，于冰箱4保存，用前稀释为所需的浓度。 1.2方法 1.2.1毒性买验 分别对草履虫和涡虫以及圆田螺进行48h和72h的pb2+、Cd2+单一染毒预测试验，分别得出3种动物在48h和72h的全部存活浓度和全部死亡浓度，在此范围内用等对数间距法，分别对该2种金属离子设置7个浓度组，另加一个空白对照组，每组设置3个重复进行试验(实验设计见表1)，联合毒性实验分别是在其单一实验基础上，以单一实验的pb2+各浓度分别同3个不同浓度的Cd2+复合，Cd2+浓度具体为，草履虫：0.005、0.01和0.05mg/L；涡虫：0.25、1.25和2.5mg/L；圆田螺：5、25和50mg/L实验过程分别如下，草履虫毒性实验：分别在普通的2mL Ependorf管内加对应毒物浓度梯度的稻草培养基2mL，并向每只管内随机挑取10只备用的草履虫于Epen-doff管内，置生化培养箱于20恒温、自然光照进行试验，每天定时观察，以不游动的判断为死亡，并分别记录各组12、24h和48h的死亡数并计算其死亡百分率(达到或超过10个个体按死亡率为0计算)；涡虫毒性实验：分别在50mL的烧杯内加入对应浓度梯度的试剂50mL，并随机挑选10只备用涡虫于烧杯内，置生化培养箱于20恒温、自然光照下进行试验，实验过程无进食，每天定时观察，以探针刺激身体没有反应视为死亡，分别记录各组24、48h和72h的死亡数并推算其死亡百分率；圆田螺实验：分别在100mL的烧杯内加入对应试剂浓度梯度的试剂100mL，并随机挑取备用的圆田螺10只于烧杯内，以探针刺激厣部没有反应判断为死亡，实验条件和观察记录方法同上。 1.2.2数据处理与分析 根据单一毒性实验死亡百分率，采用Probit法，在EXCEL中得出机率单位与浓度对数的线形回归方程，分别计算出pb2+、Cd2+对3种动物在对应时间的LCso值以及安全质量浓度(safetyconcentration，SC)(SC=0.3x48h LC50/(24h LC50/48h LC50)2)，根据sc值判断各动物对金属离子的敏感性，根据联合毒性死亡率，用SPSS 11.5软件对暴露时间和毒物组分比例对死亡率的影响进行多重比较分析。 2结果与分析 2.1单一毒性实验 2.1.1 3种动物中毒症状 3种动物的中毒症状与毒物的浓度和种类都有关，草履虫在较低浓度时(Pb2+1.35mg/L或Cd2+0.24mg/L)与对照组基本相似，整个身体翻转向前游动；而在高浓度时(Ph2+10.00 mg/L或Cd2+1.00mg/L)游动急促且方向多变，并随暴露时间的延长，个体游动减慢并死亡漂浮，其中Cd2+组残体腐烂较快，涡虫在较低浓度(Pb2+135mK/L或Cd2+18mg/L)时与对照组活动基本相似，身体伸展且缓慢爬行；而在高浓度(pb2+210mg/L或Cd2+42mg/L)时，与对照组和低浓度组相比，表现出明显的爬行加快且身体不停翻转，死亡个体萎缩卷曲，pb2+组躯体灰白完整，而Cd2+组则躯体腐烂等，圆田螺在较低浓度 (pb2+280mg/L、Cd2+21mg/L)时与对照组活动相似，个体厣张开并大多伸出头部，且随时间的延长活动情况基本都保持不变；而在高浓度(pb2+370mg/L、Cd2+49mg/L)时，厣紧闭并释放大量的白色分泌物，其中，pb2+组的厣一直紧闭，而Cd2+组在死亡前厣张开。 2.1.2数据分析处理结果 单一毒性实验结果经单因素方差分析表明，pb2和Cd的浓度对3种水生动物的死亡率都有显著性影响(P20.5)，但两毒物浓度大小对该3种动物的毒性影响存在差别：pb2+对涡虫死亡率有极显著影响(P2+却对圆田螺的有极显著影响(P2+或Cd2+处理情况下，三者的死亡率都随暴露时间的延长而增大，表现出一定的时间一效应关系(R20.5)，但只有pb2+暴露时间对涡虫和圆田螺影响显著(P0.05)，可见，不同动物对毒物的耐受性也存在很大的差别，由Probit法，分别计算出pb2+、Cd2+对3种动物在对应时间的LC50值以及安全质量浓度(SC)，结果是无论对pb2+或Cd2+来说，圆田螺的安全质量浓度都约是草履虫的300倍，涡虫介于两者之间，3种动物对pb2+和Cd2+敏感性为草履虫涡虫圆田螺，对3种水生动物而言Cd2+的sc值都约是pb2+的十分之一，Cd2+毒性明显强于pb2+(见表2)。 2.2复合霉性买验 3种水生动物的pb2+Cd2+复合毒性结果经多重比较分析(SNK和LSD法)表明：就同一处理浓度组而言，暴露时间对3种水生动物的死亡率都有极显著影响(P0.05)，其它都随暴露时间的增大死亡率极显著增高，表现出明显的时间一效应关系；组合毒物浓度比对草履虫和涡虫的死亡率都有极显著影响(P0.05)，具体如下： 草履虫：暴露时间和复合毒物浓度对其死亡率都有极明显的影响(P2+)与同组各联合组的死亡率相比，经统计表明，pb2+与cd2+之间的组分浓度比例对死亡率的影响存在明显交互作用，高浓度(0.05mgL)Cd2+与低浓度(1.00mgL)pb2+联合时，其死亡率要明显高于对照组，表现出两者的毒性的协同作用；而高浓度(2.4、4.2、7.5mg/L)组，pb2+与任意浓度的Cd2+联合时其死亡率都显著小于同组对照组，则表现为毒性的拮抗作用(见表3)。 涡虫：暴露时间和组合物浓度对其死亡率有极显著影响(P2+组，其死亡率在2448h时间段明显大于4872h时间段，对照组(单一Ph2+)与同组各联合组的死亡率相比，pb2+与Cd2+之间的浓度组合对其死亡率存在一定的交互作用：低浓度(0.25mg/L)Cd2+与各浓度组pb2+联合时，其死亡率随pb2+浓度的增加而增大，但都小于同组单一pb2+，表现出一定的毒性拮抗作用；而中浓度(1.25mg/L)和高浓度(2.5mg/L)cd2+与各浓度pb2+联合时，随pb2+浓度增大其死亡率要极显著大于其对照组，其中高浓度(2.5mg/L)cd2+各联合组死亡率都为100，表现出明显的毒性协同作用(图3)。 圆田螺：多重比较结果表明，毒物的组合物浓度对死亡率的没有显著影响(P0.05)，组合浓度和暴露时间之间无明显交互作用；对照组(单一pb2+组)与同组各联合组的死亡率的对比统计表明，低浓度(5mg/L)Cd2+联合组的死亡率要明显小于同组对照组(P2+在较高浓度(490、560和650mg/L)时，其死亡率降为零，表现出明显的拮抗作用，而高浓度Cd2+(25.50mg/L)的联合组与对照组没有明显差异(P0.05)(图4)。 3讨论 有关研究表明，生物体暴露在pb2+和Cd2+污染环境中，毒物可以通过各种途径进入生物体内，并和体内特定物质发生一系列的生化反应，致使酶活性诱导或抑制、细胞膜破坏、蛋白质合成受阻等，最后引起一系列病理、生理的继发反应，表现出整个机体的毒性反应，呈现出一定的剂量一效应关系，本研究显示，3种水生动物的死亡率都随单一pb2+和Cd2+浓度的升高而增大，表现出一定的浓度一效应关系，Devkota等以及孙瑞莲等的研究表明，毒物的毒性的大小主要取决于受试动物对毒物的排斥性和耐受性，且小同种类个体其排斥性和耐受性都存在差异，这些结论与本研究出现的pb2+和Cd2+对不同动物结果基本一致，即pb2+浓度对涡虫有极显著影响，而Cd2+浓 度对圆田螺有极显著影响；3种动物对pb2+和Cd2+的毒性敏感顺序为草履虫涡虫圆田螺；对同种动物来说，Cd2+的毒性要明显大于pb2+相一致，另外。对草履虫、涡虫和圆田螺的复合毒性研究结果显示，同样条件下不同毒物浓度组合会影响毒物的联合作用类型，从而表现出两者的毒性相加或协同作用以及拮抗作用，这些结果与修瑞琴等以及Kim的结论存在相似之处，在圆田螺和草履虫实验中，草履虫在高浓度(0.05mg/L)Cd2+与低浓度(1.00mg/L)Pb2+联合时，死亡率要明显高于对照组，表现出毒物毒性的相加作用，而高浓度pb2+与任意浓度的Cd2+联合时其死亡率都显著小于同组对照组，则表现出明显的毒物之间拮抗作用，圆田螺在一定浓度(490、560和650 mg/L)的pb2+与Cd2+联合时，其死亡率降为零，也表现出明显的拮抗作用，这些可能是Cd2+的存在能直接竞争抑制pb2+在草履虫或圆田螺体内的结合或者能加快pb2+代谢并排出体外有关，在涡虫的联合毒性实验中，Cd2+与任何浓度组的pb2+联合时，其毒性都表现出相加或协同作用，这可能是Cd2+与pb2+在动物体内的结合部位不同，或者是两者的存在能促进其在体内的积累，从而导致生物体内的毒物叠加而造成毒性增大，张义贤和蒋玫等研究表明，污染物浓度和暴露时间对受试生物体的毒性影响存在着时间一效应关系，随暴露时间的延长，其毒性效应相应加大，本文中3种动物的毒性实验结果与之基本一致，但联合毒性试验结果相对复杂，其毒性大小不仅与暴露时间有关，还与组合物的比例有关，草履虫在高浓度组pb2+(7.5、10.0和13.5mg/L)时，其2448h时间段的死亡率极显著大于前段时间(012h)各组