周 浩,朱麗巖,陳志鑫,戚本金,章 程

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院,山東青島266003)

幾種環(huán)境因子影響下銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的毒性效應(yīng)

周 浩,朱麗巖＊＊,陳志鑫,戚本金,章 程

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院,山東青島266003)

研究了在不同酸度、溫度和鹽度條件下重金屬銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的毒性效應(yīng)。在采樣環(huán)境下(溫度12± 0.5℃、鹽度32±0.5、p H值7.8±0.1),隨著銅和TBT濃度的提高,中華哲水蚤的死亡率升高(P<0.05),此時(shí)銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的96 h-LC50分別為84.65和1.59μg·L-1。為測(cè)定改變環(huán)境因子后銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的毒性效應(yīng)所受的影響,實(shí)驗(yàn)采用了2×2×3×4因子設(shè)計(jì)(2個(gè)酸度,2個(gè)溫度,3個(gè)鹽度,4個(gè)污染物濃度)。結(jié)果顯示:溫度升高8℃能夠顯著提高各濃度銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的致死率(P<0.05);p H值降低1,鹽度升高8或降低7對(duì)各濃度銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的致死率沒(méi)有顯著影響(P>0.05)。

中華哲水蚤;銅;TBT;毒性效應(yīng);環(huán)境因子

隨著溫室氣體排放問(wèn)題日益凸顯,其導(dǎo)致的全球變暖、海水酸化等環(huán)境問(wèn)題受到了廣泛的關(guān)注[1-3]。海水p H值降低在通過(guò)多種方式影響海洋生物的同時(shí),還會(huì)影響水環(huán)境中泥沙顆粒對(duì)金屬離子的吸附容量以及毒性的大小[4-8]。溫度也是影響水生動(dòng)物正常生理活動(dòng)和累積溶解態(tài)重金屬的重要因子,重金屬的被吸收率和對(duì)水生生物的毒性隨著溫度的升高而增加[9-11]。鹽度對(duì)橈足類的效應(yīng)則較為復(fù)雜,不同種類、甚至同一種類的不同發(fā)育期及性別都有一定的適鹽范圍,過(guò)高或過(guò)低的鹽度都會(huì)引起橈足類原生質(zhì)的變質(zhì)進(jìn)而導(dǎo)致生物死亡[12]。

TBT毒性大,富集因子高,在底質(zhì)中存留時(shí)間長(zhǎng),μg·L-1級(jí)水平就能對(duì)海洋生物產(chǎn)生毒性影響,在部分地區(qū)造成了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題[13-15]。海洋重金屬污染中銅主要以無(wú)機(jī)離子的形式存在,它殘毒時(shí)間長(zhǎng),對(duì)許多海洋生物均具很強(qiáng)的毒性并易在生物體內(nèi)累積[16]。

中華哲水蚤(Calanus sinicus)為西北太平洋大陸架區(qū)的特征橈足類,“黃/東海生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究(973)”項(xiàng)目將其列為我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵種,在我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)中有著十分重要的地位[17]。本實(shí)驗(yàn)研究了2種沿海常見(jiàn)污染物在不同環(huán)境因子作用下對(duì)中華哲水蚤的毒性效應(yīng),為進(jìn)一步研究這2種污染物對(duì)橈足類的生理生化影響提供基礎(chǔ)資料,并為海區(qū)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物采集與培養(yǎng)

中華哲水蚤采自青島棧橋水域,用淺水Ⅰ型浮游動(dòng)物網(wǎng)水平拖曳采集,暫養(yǎng)于10 L塑料桶中,于1 h內(nèi)返回實(shí)驗(yàn)室,挑取活潑的成體,放置于圓形玻璃缸中培養(yǎng)。根據(jù)不同鹽度、p H值的需要在經(jīng)過(guò)GF/F玻璃纖維濾膜過(guò)濾的海水中加相應(yīng)比例的海水晶、去離子水或鹽酸(12 mol·L-1)得到實(shí)驗(yàn)用海水,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的培養(yǎng)。培養(yǎng)溫度12±0.5℃、鹽度32±0.5、p H值7.8±0.1、光暗比12L∶12D、光照強(qiáng)度12 000 Lx。實(shí)驗(yàn)前將中華哲水蚤在相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件下馴化1周。

1.2 材料與方法

1.2.1 環(huán)境條件下銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的急性毒性實(shí)驗(yàn) 測(cè)定采樣環(huán)境(溫度12±0.5℃、鹽度32± 0.5、p H值7.8±0.1)下,銅(分子式CuSO4·5H2O,分子量249.7)和TBT(分子式C24H54OSn2,分子量596.1;以分析純丙酮為溶劑)對(duì)中華哲水蚤的96 h-LC30、LC50、LC70。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下:6個(gè)實(shí)驗(yàn)濃度,每個(gè)濃度3個(gè)平行,每個(gè)平行隨機(jī)挑取12只個(gè)體活潑、大小相似的成體,放入盛有100 mL實(shí)驗(yàn)溶液的100 mL燒杯。銅離子濃度設(shè)定為0(對(duì)照),25,50,100,150, 200μg·L-1,TBT濃度設(shè)定為0(對(duì)照),0.45,0.90, 1.80,2.70,3.60μg·L-1,由于TBT各實(shí)驗(yàn)組中溶液的丙酮最終濃度不超過(guò)72.0μg·L-1,因此采用72.0 μg·L-1丙酮溶液作為溶劑對(duì)照。光暗比12L∶12D,光照強(qiáng)度12 000 Lx,從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始到結(jié)束不投餌,每24 h換水50%,檢查死亡情況,輕輕撥動(dòng)3次沒(méi)有反應(yīng)定義為死亡,死亡個(gè)體清除。

1.2.2 環(huán)境因子變化對(duì)銅和TBT對(duì)中華哲水蚤毒性效應(yīng)的影響 為測(cè)定改變環(huán)境因子后,銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的毒性效應(yīng)所受的影響,實(shí)驗(yàn)采用2×2×3 ×4因子設(shè)計(jì),即2個(gè)酸度:p H值6.8,7.8;2個(gè)溫度: 12,20℃;3個(gè)鹽度:25,32,40;4個(gè)污染物濃度:銅離子濃度為0(對(duì)照)、68,85,106μg·L-1(相當(dāng)于96 h-LC0,LC30,LC50,LC70);TBT濃度為0(對(duì)照)、1.30, 1.59,1.93μg·L-1(相當(dāng)于96 h-LC0,LC30,LC50, LC70),TBT實(shí)驗(yàn)中采用38.6μg·L-1丙酮溶液作為溶劑對(duì)照。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組3個(gè)平行,每個(gè)平行12只個(gè)體活潑、大小相似的成體。其它同1.2.1。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)分析采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS13.0進(jìn)行,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,LC50通過(guò)SPSS13.0軟件中的Probit函數(shù)計(jì)算得到,P<0.05為α=0.05水平上差異顯著,P<0.01為α=0.01水平上差異極顯著。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 環(huán)境條件下銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的急性毒性實(shí)驗(yàn)

銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的急性毒性實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始直至結(jié)束的96 h內(nèi)所有對(duì)照組中橈足類個(gè)體均保持正常狀態(tài)。隨著銅和TBT濃度的提高,中華哲水蚤的死亡率升高(P<0.05)(見(jiàn)圖1)。計(jì)算得銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的96 h-LC50值分別為84.65μg· L-1和1.59μg·L-1。暴露在高濃度銅(106μg· L-1)和TBT(1.93μg·L-1)下,個(gè)體的死亡大部分是出現(xiàn)在早期(48 h以內(nèi));而暴露在低濃度銅(68μg· L-1)和TBT(1.3μg·L-1)下,個(gè)體的死亡則大部分出現(xiàn)在48 h之后。

圖1 不同濃度銅(a)和TBT(b)下中華哲水蚤的96 h急性毒性實(shí)驗(yàn)的死亡率Fig.1 Mortality ofCalanus sinicusexposed to various concentrations of copper(a)and TBT(b)during the 96 h acute toxicity test

2.2 環(huán)境因子變化對(duì)銅對(duì)中華哲水蚤毒性效應(yīng)的影響

環(huán)境因子改變后,銅對(duì)中華哲水蚤毒性效應(yīng)所受的影響如圖2所示:不同鹽度下(25,32,40),從全部實(shí)驗(yàn)組來(lái)看各濃度銅對(duì)中華哲水蚤的致死率沒(méi)有顯著差異(P>0.05)。溫度由12℃上升到20℃會(huì)顯著提高銅對(duì)中華哲水蚤的致死率(P<0.05)。在p H值7.8± 0.1、鹽度25±0.5時(shí)、低溫((12±0.5)℃)條件下,中華哲水蚤在68μg·L-1時(shí)個(gè)體死亡率為52.78%,而且存活的個(gè)體較對(duì)照組活潑;在106μg·L-1環(huán)境下,死亡率為88.89%。但是在高溫((20±0.5)℃)下,僅暴露在68μg·L-1環(huán)境中的個(gè)體死亡率就高達(dá)91.67%。酸度由7.8變?yōu)?.8后,銅對(duì)中華哲水蚤的致死率沒(méi)有受到顯著影響(P>0.05)。

2.3 環(huán)境因子變化對(duì)TBT對(duì)中華哲水蚤毒性效應(yīng)的影響

環(huán)境因子改變后,TBT對(duì)中華哲水蚤毒性效應(yīng)所受的影響如圖3所示:酸度降低1、鹽度升高8或者降低7后,從全部實(shí)驗(yàn)組來(lái)看各濃度TBT對(duì)中華哲水蚤的致死率沒(méi)有受到顯著影響(P>0.05)。環(huán)境溫度升高8℃會(huì)顯著提高各濃度TBT對(duì)中華哲水蚤的致死率(P<0.05)。在pH值6.8±0.1,鹽度40±0.5時(shí),低環(huán)境溫度條件下,中華哲水蚤在1.30μg·L-1中個(gè)體死亡率為52.78%,即使在最高濃度1.93μg·L-1環(huán)境下,最終死亡率也僅為69.44%;溫度升高后((20±0.5)℃),暴露在1.30μg·L-1環(huán)境中的個(gè)體死亡率就達(dá)到了100%。

圖2 不同濃度銅在(12±0.5)℃和(20±0.5)℃下對(duì)中華哲水蚤的96 h平均死亡率(＊P<0.05,＊＊P<0.01)Fig.2 Average mortality ofCalanus sinicusexposed to various concentrations of copper at(12±0.5)℃and(20±0.5)℃for 96 hours(＊P<0.05,＊＊P<0.01)

圖3 不同濃度TBT在(12±0.5)℃和(20±0.5)℃下對(duì)中華哲水蚤的96 h平均死亡率(＊P<0.05,＊＊P<0.01)Fig.3 Average mortality ofCalanus sinicusexposed to various concentrations of TBT at 12±0.5℃and 20±0.5℃for 96 hours(＊P<0.05,＊＊P<0.01)

3 討論

3.1 銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的急性毒性效應(yīng)

重金屬銅對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響已眾所周知,其毒性主要由溶液中游離的銅離子引起,屬于在環(huán)境中持久性較強(qiáng)的物質(zhì);TBT是劇毒的有機(jī)金屬化合物和內(nèi)分泌干擾物,它們對(duì)大多數(shù)敏感水生生物(如藻類、浮游動(dòng)物、軟體動(dòng)物等)具有急性和慢性毒性作用,半致死濃度低至μg·L-1級(jí)。自然生態(tài)下,銅對(duì)中華哲水蚤的96 h半致死濃度為84.65μg·L-1,低于其它一些橈足類物種(見(jiàn)表1),說(shuō)明中華哲水蚤對(duì)于環(huán)境中銅污染的敏感性較高。本次采樣地點(diǎn)位于膠州灣海水微表層和次表層銅絡(luò)合容量最高的東部地區(qū)。東部沿岸是青島市工業(yè)集中的區(qū)域,人口密集,特別是集中在該區(qū)域的7條小河是市區(qū)工業(yè)廢水和生活污水的排污河,給膠州灣帶來(lái)了大量的污染物質(zhì),導(dǎo)致本地區(qū)有較高的銅濃度[18-19],這可能使采樣區(qū)域的中華哲水蚤在實(shí)驗(yàn)前表現(xiàn)出一定的亞健康,影響其在實(shí)驗(yàn)中對(duì)銅的耐受力;另一方面,較高的銅污染也可能提高中華哲水蚤的對(duì)銅的耐受力,因此本實(shí)驗(yàn)中中華哲水蚤對(duì)銅污染的敏感性也可能被低估。

環(huán)境條件下,TBT對(duì)中華哲水蚤的96 h半致死濃度為1.59μg·L-1,比其它一些橈足類物種的96 h半致死濃度高(見(jiàn)表2)。這可能是因?yàn)橹腥A哲水蚤個(gè)體較大,進(jìn)而對(duì)TBT毒性耐受性高。通過(guò)研究海洋生物食物鏈各營(yíng)養(yǎng)級(jí)新陳代謝能力、富集效應(yīng)與TBT毒性關(guān)系發(fā)現(xiàn),食物鏈高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著的生物富集,而低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物因?yàn)槠漭^低的TBT降解能力,在它們體內(nèi)則發(fā)現(xiàn)了較高的污染物濃度,因此橈足類的半致死濃度比其它很多水生生物低[20],說(shuō)明橈足類是對(duì)TBT最敏感的生物之一,適合用來(lái)作為海洋TBT污染的指示生物[21]。

從中華哲水蚤的死亡時(shí)間可以看出,隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng),中華哲水蚤受到的毒性效應(yīng)增大。與對(duì)照相比,暴露在銅和TBT中存活的中華哲水蚤身體由較透明變?yōu)榘咨煌该?推測(cè)可能是因?yàn)閷?duì)抗污染物毒性作用需要消耗能量,使得體內(nèi)脂肪含量減少,也可能是因?yàn)樵陴囸I條件下缺乏飲食來(lái)源的類胡蘿卜素[22]。日本虎斑猛水蚤(Tigriopus japonicus)暴露在高濃度銅和TBT下24 h后出現(xiàn)蟄伏現(xiàn)象,個(gè)體出現(xiàn)蟄伏期的時(shí)間與暴露濃度成比例關(guān)系[23],本實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有觀察到中華哲水蚤的蟄伏現(xiàn)象。

表1 銅對(duì)橈足類的半致死濃度(LC50;μg·L-1)Table 1 Median lethal concentration(LC50;μg·L-1)values of copper to copepoda

表2 TBT對(duì)橈足類的半致死濃度(LC50;μg·L-1)Table 2 Median lethal concentration(LC50;μg·L-1)values of TBT to copepoda

3.2 環(huán)境因子變化對(duì)銅和TBT對(duì)中華哲水蚤毒性效應(yīng)的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示銅和TBT的毒性受到實(shí)驗(yàn)介質(zhì)溫度的顯著影響。提高環(huán)境溫度8℃能顯著增加銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的致死率,這是由于較高的溫度提高了代謝速度,使中華哲水蚤對(duì)污染物吸收加快。此外,由于實(shí)驗(yàn)期間沒(méi)有投喂餌料,溫度增加引起新陳代謝加快,耗氧量增加,蛋白質(zhì)消耗過(guò)多,使中華哲水蚤對(duì)外界環(huán)境變化的抵抗力降低,進(jìn)而可能提高中華哲水蚤對(duì)2種污染物的敏感性。Corkett等曾在不投餌的饑餓情況下對(duì)長(zhǎng)角寬水蚤(Temora longicornis)雌體的壽命與溫度關(guān)系進(jìn)行了研究,觀察到該橈足類在低溫(5～7℃)條件下可存活71 d,而當(dāng)溫度增高至19.5～21.0℃時(shí),僅能存活到第4天[30]。

不同鹽度下(25、32、40)銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的致死率沒(méi)有顯著差異。在正常環(huán)境中,動(dòng)物體內(nèi)的體腔液、血液與體外液保持滲透壓和離子濃度的平衡。當(dāng)鹽度改變時(shí),動(dòng)物可以通過(guò)呼吸和排泄器官的調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)調(diào)節(jié)變化了的滲透壓和離子濃度,使之維持正常的生理活動(dòng)。特別是河口和沿岸類群的橈足類,其生存環(huán)境特殊,對(duì)鹽度變化的抵抗力較強(qiáng),適鹽范圍較廣。Sprague認(rèn)為廣鹽性的種類大多數(shù)能在鹽度變化的時(shí)候通過(guò)減少水向體內(nèi)流動(dòng),從而減少有毒物質(zhì)的攝入,對(duì)有毒條件產(chǎn)生抗性[31-33]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示:鹽度25和鹽度40時(shí),銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的致死率與自然環(huán)境鹽度(32)條件下的死亡率差異不顯著。這可能是該水域受人類活動(dòng)影響較大,提高了中華哲水蚤對(duì)鹽度變化的抵抗力,進(jìn)而使鹽度改變后銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的毒性沒(méi)有受到顯著影響。

p H值降低1后,各濃度銅和TBT對(duì)中華哲水蚤的致死率沒(méi)有受到顯著影響。該結(jié)果和Kurihara的發(fā)現(xiàn)類似:在高二氧化碳濃度(CO2=2380×10-6;p H= 7.3)導(dǎo)致的海水酸度降低后,馬紡錘水蚤(Acartia tsuensis)F0的世代存活率、個(gè)體大小和發(fā)育速度均沒(méi)有受到顯著影響[13]。另一方面,Miles證實(shí)p H值6.63下暴露8 d就能對(duì)栗沙石海膽(Psammechinus miliaris)造成顯著的死亡效應(yīng)[34]。這可能是因?yàn)榕c海膽的碳酸鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)不同,中華哲水蚤外殼的主要成分是幾丁質(zhì),對(duì)酸度變化耐受性較高。作為海洋中至關(guān)重要的生物,橈足類在溫室氣體排放導(dǎo)致全球氣候變暖、海水酸化、UV-B輻射增強(qiáng)和浮游植物組成變化等多因素長(zhǎng)期作用下可能的變化還有待研究。

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Abstract: We investigated the acute toxicities of two kinds of common contaminations:heavy metal copper(Cu)and tributyltin(TBT)on marine copepodCalanus sinicusin different acidities,temperatures and salinities.96 h-LC50of copper and TBT toC.sinicusare 84.65μg·L-1and 1.59μg·L-1respectively(at 12±0.5℃;32±0.5;p H7.8±0.1).The mortality ofC.sinicusrises with the rise of copper and TBT concentrations(P<0.05).According to the acute toxicity test result,we use a 2·2·3·4 factorial design(two acidities;two temperatures;three salinities;four contaminations)to investigate the acute toxicity of copper and TBT in different environmental factors.The results show that temperature rising by 8℃has a significant effect on the mortality ofC.sinicus(P<0.05),while p H reducing by 1,salinity increasing by 8 or reducing by 7 haven't(P>0.05).

Key words: Calanus sinicus;copper;TBT;toxic effect;environmental factors

責(zé)任編輯 于 衛(wèi)

Toxicity of Copper and TBT to the Copepod Calanus sinicus(Crustacea, Copepoda):Effects of Acidity,Temperature and Salinity

ZHOU Hao,ZHU Li-Yan,CHEN Zhi-Xin,QI Ben-Jin,ZHANG Cheng
(College of Marine Life Sciences,Ocean University of China,Qingdao 266003,China)

Q142.9

A

1672-5174(2010)09Ⅱ-131-06

山東省908專項(xiàng)(SD-908-01-01-05.06)資助

2010-03-24;

2010-05-25

周 浩(1984-),男,碩士生,主要從事生態(tài)毒理學(xué)研究。E-mail:zhouhaoqdsn@163.com

E-mail:lyzhu@ouc.edu.cn