铜锌铅镉等重金属离子铅、镉和锌３种重金属离子对水螅的联合毒性研究

铜锌铅镉等重金属离子铅、镉和锌种重金属离子对水螅的联合毒性研究 摘 要：以水螅为实验生物，采用相加指数法，研究了铅、镉和锌3种重金属离子复合污染物的联合毒性。结果表明：铅和锌共存时的联合毒性为拮抗作用，而镉和锌，镉和铅共存时主要表现为毒性剧增的协同作用。铅、镉和锌三者共存时的联合毒性较为复杂，三者浓度比1：1：1时表现为协同作用，而毒性比1：1：1时表现为拮抗作用。 关键词：铅；镉；锌；联合毒性；水螅 ：S912 ：A ：1007-7847(xx)01-0091-04 重金属污染对生态系统的影响是当今世界上 普遍关注的环境问题之一。作为环境“五毒”之一， Pb2+、Cd2+的污染尤为突出，自20世纪60年代以 来，PL2+、Cd2+污染及由此引来的诸如“镉米”，“铅 中毒”等等中毒已成为全球环境和人类发展的重 要问题Zn2+虽是人体必需微量元素，但超量或与 其它有害金属共存也会给机体带来危害，Pb2+、 Cd2+和Zn2+是水体中常见的金属污染物，它们在 水体中共同存在，对各种水生生物均有不同程度 的毒性，近些年，国内外对Pb2+、Cd2+与Zn2+等对 水生动物的研究做了大量的工作，但大多集中较 高等的水生动物如鱼、虾的研究，对于较低等 水生动物的重金属污染状况的研究，尤其是重金 属联合污染的研究并不多见。 腔肠动物水螅(Hydrasp，)是常见的小型淡 水生物，它们易采集和培养，是动物学教学和科研 不可缺少的试验材料。近年来的研究结果表明， 水螅在生物学研究的若干领域具有重要的研究价 值；在医学领域，它是快速检测化学物的致畸性的 良好实验材料；在生态学领域，水螅在环境检 测方面具有重要的应用价值。迄今，国内已有 人就洗衣粉对水螅的毒害作用进行过较为详细的 探讨。但有关于重金属离子对水螅的急性毒理 研究，尤其是联合毒性研究在国内少见报道。为此 我们以水螅为实验对象，采用相加指数法，对铅、 镉、锌三者共存时发生的联合毒性效应进行了初 步的探讨，以期为水生生态毒理的研究提供参考。 1 材料和方法 1，1 实验药品 实验用药Pb(N03)2，2.5H2O，ZnS04，7H2O 均为分析纯，分别由合肥工业大学化学试剂厂和 上海亭新化工试剂厂生产，按离子浓度分别配制 成1gL的母液备用。 12 实验生物 试验所用水螅(Hydra sp)采自安徽芜湖市 郊。实验室内在(2505)，自然光照下对水 螅进行单个体培养。培养液为：无水CaClz 1，47 g；TES(N三(羟)甲基2-氨基乙磺酸)1，15g； EDTA(乙二胺四乙酸钠)004g，加蒸馏水至10 L，调节pH至(690.1)所用饵料采自芜湖市 东郊的西洋湖，是多刺裸腹活(Moinamacrocopa) 为主的枝角类。实验室内培养一个月以上。 13 实验方法 131 急性毒性实验 实验在恒温条件下，于50mL的烧杯中进行， 具体做法是，将禁食4h后的水螅(不带芽体)随 机挑取12只，放人盛有50mL试验液的烧杯中，烧 杯置于水浴(25+0，5)中恒温培养。实验期间 不投饵，不喂食，不更换培养液。每24h在解剖镜 下观察并记录每组水螅的死亡数，将已消亡的或 对针刺激无反应的水螅个体定为死亡，参照几率 单位法求得Pb2+、Cd2+、Zn2+对水螅24、48、96h 的半致死浓度(LCso)。 132 联合毒性实验 联合作用评价方法按Marking的相加指数 法引，在完成pb2+、Zn2+、Cd2+，单一毒性实验的基 础上，进行了3种离子在两种不同浓度配比下(浓 度1：1和毒性1：1)两两配对的联合毒性实验；然 后以同样的方法测出三者共存时的联合毒性，按 下列公式分别求出各自的生物毒性相加作用之和 (S)：S：AmA1+BmB1+CmC1，式中：A1、 B1、C1为单一毒物毒性的LC50值；Am、Bm、Cm 为混合毒物毒性的LC50。 由S求得相加指数AI，其中，当S1时，Al=S(-1)+1。用AI判 断联合毒性，当AI=O时为毒性相加作用；AIO时为协同作用。 以上实验每组均设对照组和平行组，以减少 实验误差。 2 结果 21 急性毒性实验 单一急性毒性实验方法求得Pb2+、Cd2+、Zn2+ 24h的LC50分别为995、0，95、4，8mgL；48h的 LC50分别为5.6、0.45、2.1 mgL；96h的LC50分 别为2.46、0.28、0.39 mgL由公式A=96h LC50x01求得的Pb2+、Cd2+、Zn2+安全浓度分别 为025、0028、0039 mgL以安全浓度为基 准，三者的毒性大小顺序为Cd2+Zn2+Pb2+。 2，2 联合毒性实验 2，2，1 Pb2+、Cd2+、Zn2+两两混合对水螅的毒性 在急性毒性实验的基础上，在相同实验条件 下，分别对Pb2+和Zn2+，Pb2+和Cd2+以及Cd2+和 Zn2+共三组各设毒性1：1及浓度1：1两种不同浓 度配比下的联合毒性实验，所得到的实验结果见 表1、表2、和表3 222 Pb2+，Cd2+和Zn2+三者共存时对水螅的 联合毒性 实验条件同221，对PL2+，Cd2+和Zn2+设毒 性1：1：1及浓度1：1：I两种不同浓度配置下的联 合毒性实验，所得到的实验结果见表4。 3 讨论 31 单一毒性实验 研究表明，Pb2+、Zn2+和Cd2+单独存在时，各 自对水螅产生毒性。高浓度处理的水螅个体，几 分钟后就会出现个体萎缩等明显的中毒症状， 几 小时后个体就消解。其中，Pb2+和Cd2+处理过的 水螅个体中毒症状类似，中毒后体色发黑，缩成一 团，对机械刺激无反应；而Zn2+处理后的水螅个 体却表现出一种截然不同：身体(触手)松弛伸展， 体色变淡呈灰白色，内部结构逐渐消解，但外部形 状却维持完好，对机械刺激也无反应。可见，3种 金属对水螅的急性毒性机理存在着差异，这种差 异的存在，一方面可能是由于3种仑属的化学结 构不同，产生的毒性作用机制不同引起的；另一方 面，也有可能由于侵入途径不同，导致各重金属在 水螅体内吸收速度不同而引起。 32 联合毒性实验 321 Pb2+、Zn2+和Cd2+两两联合毒性实验 由表1、表2和表3可以看出，虽然在不同浓 度配置下的两种金属混合时，毒性大小各有差异， 但总的说来，Ph2+与Cd2+和Cd2+与Zn2+共存时。 联合毒性为毒性剧增的协同作用，而Pb2+与Zn2+ 共存时，联合毒性为毒性下降的拮抗作用 近些年，有关Pb2+与Cd2+的联合毒性对各种 生物的毒性研究，国内外做了大量的工作。 较为普遍的观点认为，两者共存表现为毒性剧增 的协同作用，本实验得出的结论与此基本一致。 然而，有关Cd2+和Zn2+对水生生物的联合毒性作 用，各研究结果报道并不一致，本实验研究结果与 修瑞琴等以斑马鱼(Brachydaniorerio)。Speharl 等用美国旗鱼(jordanella floridae)，以及王银秋 等以泥鳅(Misgurnus anguillicaudatus)和鲫鱼 (Carassius auratus)为实验材料所得结果具有一 致性，但与江敏等以罗氏沼虾仔虾(Macrobrachium rosenbergiipostlarva)为实验材料的结果相反；同样 的矛盾结果也存在于植物的毒理实验研究中，周 启星等对土豆(Solanum tuberosum)，大白菜 (Brassia pekinensis Rupr)及野生苋(Amaranthus retrofiexus)的研究结果表明：在土豆体内，Cd2+和 Zn2+之间由于具有相互促进吸收积累的机制，两 者呈协同作用；但在大白菜和野生苋中，Cd2+由于具 有抑制Zn2+吸收积累的机制，两者呈拮抗作用。可 见，实验材料不同，各种毒物的联合毒性也有差异。 协同作用产生机制，可能是这些金属共同存 在于生物体内，使其细胞膜的通透性加大，从而毒 性增强。协同作用对环境安全有重大威胁，也使 得利用联合毒性研究成果来评价化合物潜在毒性 及制定某些元素背景值具有重要意义。 pb2+和Zn2+对水螅的联合毒性在两种不同 浓度配置下均表现为拮抗作用，这一结果与王 银秋等用泥鳅和鲫鱼为实验材料所得的结果 一致。本实验室曾以水螅为材料对pb2+Cu2+、Hg2+ -Pb2+、Cu2+-Zn2+、Hg2+-Ag2+等进行过类似实验(结果另文发表)，得出的结果也均表现为拮抗作用。 32，2 Pb2+、Zn2+和Cd2+三者联合毒性实验 由表4可见，3种以上毒物共存时，各种不同 浓度组合的毒物，其联合毒性是不同的，3种毒物 在毒性1：1：1-(浓度比约为10：5：1-)情况下，表现 为毒性下降的拮抗作用，但在浓度比1：1：1的情 况下，却表现为毒性剧增的协同作用。究其原因