雷炳莉，許潔，孫延楓，于志強，王藝陪,#，曾祥英

1. 上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院環(huán)境污染與健康研究所，上海 200444 2. 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室，廣州 510640

基于本土物種的3種典型化合物急性生態(tài)效應(yīng)閾值研究

雷炳莉1，許潔1，孫延楓1，于志強2,*，王藝陪1,#，曾祥英2

1. 上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院環(huán)境污染與健康研究所，上海 200444 2. 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室，廣州 510640

預(yù)測無效應(yīng)濃度(PNEC)是進行風(fēng)險污染物水生態(tài)安全管理的重要依據(jù)。本研究進行了3種典型化合物五氯酚、硝基苯和氯化鎘對10種我國不同營養(yǎng)級水生生物的24 h、48 h和96 h的急性毒性測試，根據(jù)實驗結(jié)果計算了相應(yīng)的急性PNEC，同時與根據(jù)美國環(huán)境保護局毒性數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)計算獲得的急性PNEC值，以及綜合本實驗結(jié)果與毒性數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)計算得到的急性PNEC值進行對比，發(fā)現(xiàn)通過3種數(shù)據(jù)來源獲得的急性PNEC值中，硝基苯的PNEC值差異較大，由本次實驗結(jié)果獲得的急性PNEC值最?。黄渌?種化合物差異較小。這可能是由于本次實驗所選的本土生物中華田螺和麥穗魚對硝基苯比較敏感，并且數(shù)據(jù)庫中硝基苯的急性致死數(shù)據(jù)較少、毒性值較大且變化范圍較窄，而其他2種化合物數(shù)據(jù)量較為豐富，變化范圍較寬，包括了較敏感物種的毒性數(shù)據(jù)。這表明為給我國水生生物提供一個安全可靠的保護，對于數(shù)據(jù)量較為豐富并且毒性值變化較寬的化合物(如五氯酚和氯化鎘)可以直接根據(jù)數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)進行PNEC值的計算；而對于毒性數(shù)據(jù)量較少、毒性值偏大且變化較窄的化合物(如硝基苯)需要進行本土敏感物種的毒性測試。

硝基苯；五氯酚；氯化鎘；本土物種；急性毒性；急性生態(tài)效應(yīng)閾值；PNEC

長期以來我國針對有毒物質(zhì)的生態(tài)風(fēng)險評價研究大多跟隨發(fā)達國家的做法。在水生生物保護方面，我國已計算了不同污染物的預(yù)測無效應(yīng)濃度(predicted no effect concentration, PNEC)值[1]和水質(zhì)基準值(criteria maximum concentration, CMC; criteria continuous concentrations, CCC)[2-4]。在進行水質(zhì)基準或生態(tài)效應(yīng)安全閾值的計算時，采用的物種敏感度分布(species sensitivity distribution, SSD)曲線方法已被我國大多數(shù)學(xué)者所介紹和認可[5-7]，但在毒性數(shù)據(jù)的選擇上，卻存在爭議。由于我國在毒理學(xué)研究上缺少模式生物，因此在計算基準值或安全效應(yīng)閾值時所用的毒性數(shù)據(jù)基本上是來源于國外的毒性數(shù)據(jù)庫如美國環(huán)境保護局(US EPA)發(fā)布的生態(tài)毒性數(shù)據(jù)庫(ECOTOX database)[8-9]，但ECOTOX里的毒性數(shù)據(jù)主要是針對北美的水生生物物種，可能會缺少我國本土水生生物尤其是本土敏感物種的毒性數(shù)據(jù)[10]。因此這就為收集本地水生生物物種的毒性數(shù)據(jù)以構(gòu)建物種敏感度分布曲線，從而計算PNEC值提出了難題。針對這樣的實際困難，部分學(xué)者提出，需要根據(jù)我國的水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，建立我國的模式水生生物物種，進行大規(guī)模水生生物物種的毒性測試，建立我國的毒性數(shù)據(jù)庫，開展中國本土生物的水質(zhì)基準研究[11]，已有部分學(xué)者進行了這方面的嘗試研究[12-13]。但進行大規(guī)模的本土生物毒性測試，需要耗費大量的人力和物力，這種大規(guī)模毒性測試的必要性到底有多大，目前并沒有定論。關(guān)于使用毒性數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)與使用本土生物的毒性數(shù)據(jù)獲得的PNEC值到底差異有多大，目前研究較少[14-15]，也沒有明確的答案，并且缺少短期暴露情況下的PNEC值的對比研究。

為了探討不同數(shù)據(jù)來源獲得的急性PNEC值的差異，本文根據(jù)水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，選擇了10種不同營養(yǎng)級水平的水生生物作為受試生物，同時選擇了3種在水體中代表性的污染物五氯酚、硝基苯和重金屬鎘為目標物，檢測了這3種目標物對10種水生生物的急性毒性效應(yīng)，并根據(jù)毒性測試結(jié)果構(gòu)建SSD曲線，計算相應(yīng)的急性PNEC值，并與數(shù)據(jù)庫里毒性數(shù)據(jù)計算得到的PNEC值和綜合實驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)后計算得到的PNEC值進行對比。本文的研究結(jié)果希望能為某種化合物是否需要進行本地敏感物種的毒性測試提供一些有用的信息。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 試驗材料

氯化鎘、硝基苯、五氯酚標準品，均為分析純，純度≥98%。將標準品放入已知重量的容器內(nèi)稱量，對于氯化鎘直接用去離子水定容，硝基苯和五氯酚用二甲亞砜(DMSO)助溶，算出質(zhì)量濃度(mg·mL-1)備用。儲備液-4 ℃低溫保存。

受試水生生物均為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)實驗室提供。受試生物轉(zhuǎn)移到實驗室后，暫養(yǎng)一段時間，然后進行暴露實驗，暴露實驗在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)實驗室完成。實驗開始前在試驗條件相似的生活條件下馴養(yǎng)1周，溶解氧5.8～6.5 mg·L-1，pH為7.2～7.9。

1.2 毒性實驗方法

1.2.1 毒性終點及暴露時間

一般情況下，效應(yīng)閾值濃度PNEC是基于長期暴露下的無觀察效應(yīng)濃度NOEC(no observed effect concentration)值進行計算得出的[16]。而數(shù)據(jù)庫里化合物的慢性毒性數(shù)據(jù)相對較少，并且測試終點較難統(tǒng)一。而對于大多數(shù)化合物的急性致死毒性數(shù)據(jù)比較豐富，并且毒性終點一致，因此本文在進行3種化合物對水生生物的急性毒性實驗時，選擇的是短期暴露的急性半數(shù)致死濃度(LC50)作為檢測指標。此外，短期高劑量暴露符合水污染事故時污染物對水生生物的暴露情況，針對水污染事件對水生生物的短期影響，人們可能最關(guān)注的就是水生生物有沒有死亡現(xiàn)象，這也是短期內(nèi)最容易觀測的指標，其他生理生化指標的變化需要一定的儀器和分析手段，因此選擇LC50作為檢測指標在一定程度上符合實際水污染事故發(fā)生的情況；美國在保護水生生物短期不受污染物影響而制定的急性基準值CMC，也是根據(jù)不同物種的LC50值進行計算獲得的[17]。因此選擇半數(shù)致死濃度(LC50)作為測試指標具有一定的實用意義，短期的暴露時間分別考慮了暴露24、48和96 h的情況。

1.2.2 受試物種

一般一個完整的良性的水生態(tài)系統(tǒng)包括浮游動物、浮游植物、魚類和底棲生物[18]。為了表征一個良性完整的水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征，我們選擇了10種不同營養(yǎng)級水生生物作為受試生物。這10種水生生物包括1種浮游植物、2種浮游動物、3種底棲生物和4種魚類，基本包括了整個生態(tài)系統(tǒng)的不同營養(yǎng)級水平，可以一定程度上表征一個完整的水生態(tài)系統(tǒng)，同時包括我國一些特有物種。它們分別是浮游植物小球藻(Chlorella vulgaris)，浮游動物大型蚤(Daphnia magna)和青蝦(Marcrobrachium nipponense)，底棲生物水絲蚓(Limnodrilus spp.)、中華田螺(Cipangopaludina chinensis)和搖蚊幼蟲(Chironomidae spp.)，魚類包括草魚(Ctenopharyngodon idellus)、麥穗魚(Pseudorasbora parva)、翹嘴鲌(Culter alburnus)和泥鰍(Misgurnus anguillicaudatus)。

1.2.3 急性毒性實驗流程

(1)小球藻的急性生長抑制實驗以及大型蚤的急性致死毒性實驗

小球藻的急性生長抑制實驗按照經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)201藻類生長抑制實驗方法進行[19]，大型蚤(出生24 h以內(nèi)的大型蚤)的急性致死實驗按照《中華人民共和國國家標準—水質(zhì)物質(zhì)對蚤類(大型蚤)急性毒性測定方法》(GB/T 13266—1991)[20]里的實驗流程進行毒性測試。

(2)搖蚊幼蟲、水絲蚓、田螺、蝦的急性致死實驗

搖蚊幼蟲(四齡期，平均體長為1.5 cm)、水絲蚓(平均體長為3.5 cm)、田螺(平均殼高為3 cm)、蝦(平均體長為3.5 cm)，實驗采用每個平行10只，正式實驗時停止喂食。在預(yù)實驗的基礎(chǔ)上設(shè)置5個濃度系列，濃度系列設(shè)置以能出現(xiàn)一個60%左右和40%左右受試生物死亡的濃度為基礎(chǔ)，每個濃度系列設(shè)3個平行。同時設(shè)置溶劑對照(DMSO體積分數(shù)不超過0.1%)和空白對照，實驗保證受試生物有充足的活動空間。實驗采用24 h換一次水，每次換水量80%，控制溫度在(23±1)oC，白晝與黑夜比例16 h∶8 h。實驗開始后于24、48和96 h定期觀察，記錄受試生物的存活數(shù)，并及時清除死亡生物。死亡判斷：30 s內(nèi)沒有可見的運動或碰觸沒有反應(yīng)視為死亡。試驗用水直接采用活性炭過濾的自來水，實驗前曝氣3 d，以保證氧氣的充足性。

(3)魚類的急性致死實驗

魚類急性致死實驗的具體實驗步驟參照《中華人民共和國國家標準—危險化學(xué)品魚類急性毒性分級試驗方法》(GB/T21281—2007)[21]，實驗步驟簡述如下：采用健康、活潑、大小和長度相似的剛孵出的幼魚進行試驗，正式實驗時停止喂食。在預(yù)實驗的基礎(chǔ)上設(shè)置5個濃度系列，濃度系列設(shè)置以能出現(xiàn)一個60%左右和40%左右魚死亡的濃度為基礎(chǔ)，每個濃度系列設(shè)3個平行。同時設(shè)置溶劑對照(DMSO體積分數(shù)不超過0.1%)和空白對照，實驗保證每一升水中僅有2條魚的標準。實驗采用24 h換一次水，每次換水量80%，控制溫度在(25±1) ℃，白晝與黑夜比例16 h∶8 h。實驗開始后于24、48和96 h定期觀察，記錄活魚數(shù)目，并及時清除死魚。死亡判斷：將魚苗放到清水中30 s后用鑷子輕微刺激其尾部無反應(yīng)者認定為死亡。試驗用水直接采用活性炭過濾的自來水，實驗前曝氣3 d，以保證氧氣的充足性。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

各實驗至少設(shè)3個平行，使用每組實驗3個平行數(shù)據(jù)，計算3個平行的死亡率，取其平均值和標準差進行統(tǒng)計分析。根據(jù)毒性測試結(jié)果的死亡率及對應(yīng)的測試濃度，采用4個參數(shù)的logistic模型(y=(A1-A2)/(1+(x/x0)^p)+A2)計算半數(shù)致死濃度，記為LC50值。對數(shù)據(jù)的logistic的檢驗及統(tǒng)計計算使用SPSS 13.0和origin 8.0軟件完成。

1.3 數(shù)據(jù)庫里急性毒性篩選方法

為了檢驗根據(jù)實驗獲得的急性毒性數(shù)據(jù)計算得到的急性PNEC值與根據(jù)數(shù)據(jù)庫里的急性毒性數(shù)據(jù)計算得到的急性PNEC值的差異，我們進行了目標化合物對水生生物的急性毒性數(shù)據(jù)的收集和篩選。其毒性終點及暴露時間參照本次實驗暴露時間及毒性終點，即是24 h-LC50、48 h-LC50和96 h-LC50值。由于US EPA發(fā)布的ECOTOX毒性數(shù)據(jù)庫具有較高的權(quán)威性，被廣大學(xué)者所認可，因此本文篩選的3種化合物的毒性數(shù)據(jù)主要來源于US EPA發(fā)布的ECOTOX數(shù)據(jù)庫[22]，此外毒性數(shù)據(jù)來源于同一個毒性數(shù)據(jù)庫，便于統(tǒng)一數(shù)據(jù)選擇標準。在對數(shù)據(jù)庫里的急性毒性數(shù)據(jù)質(zhì)量進行篩選時主要遵循精確性、適當(dāng)性、可靠性3個原則[23]。當(dāng)同一物種存在多個可用的急性毒性數(shù)據(jù)時，采用算術(shù)平均值。收集到的3種化合物的可用毒性數(shù)據(jù)概況如表1所示，可以發(fā)現(xiàn)硝基苯的毒性數(shù)據(jù)最少，低于10個以下，并且毒性值變化范圍較窄且急性毒性值均較大，說明其急性毒性較低；而五氯酚和氯化鎘的毒性數(shù)據(jù)較為豐富，并且毒性值變化范圍較寬，包含了不同敏感物種的毒性數(shù)據(jù)。

1.4 急性效應(yīng)閾值的計算

1.4.1 急性效應(yīng)閾值的定義

一般來說急性效應(yīng)閾值的計算方法主要有評估因子法(assessment factor, AF)和物種敏感度分布曲線(species sensitivity distribution, SSD)法2種[23]。但評估因子法由于過于保守，不能充分利用所獲得的數(shù)據(jù)，因此在數(shù)據(jù)量比較豐富時一般采用SSD法進行效應(yīng)閾值計算。SSD法能充分利用所獲得的毒性數(shù)據(jù)，并且考慮了由于物種間的異質(zhì)性產(chǎn)生的不確定性，體現(xiàn)了一種更直觀、合理的效應(yīng)評價方法，因此在效應(yīng)閾值計算上更為可靠[24]。本文主要采用SSD法進行急性生態(tài)效應(yīng)閾值PNEC的計算。通過SSD曲線來估計5%的物種受影響或保護95%的物種不受影響時所對應(yīng)的污染物濃度，即HC5值[3]。在慢性暴露情況下HC5值可以直接作為長期暴露下的安全效應(yīng)閾值PNEC。

對于短期高劑量暴露下的急性生態(tài)效應(yīng)閾值的計算，這里我們主要是借鑒長期暴露下HC5的計算方法，應(yīng)用SSD法構(gòu)建急性毒性數(shù)據(jù)LC50值的敏感度分布曲線，得到95%的置信度下保護95%的水生物種不會出現(xiàn)嚴重死亡危害時所對應(yīng)的濃度值，定義為HC5,acute值，這里的急性效應(yīng)閾值濃度PNECacute定義為：

PNECacute= HC5,acute/2

表1 ECOTOX數(shù)據(jù)庫中收集到的3種化合物的急性毒性數(shù)據(jù)

使用2作為安全系數(shù)，是因為在用毒性值構(gòu)建SSD曲線時，表征的是影響50%的效應(yīng)水平。同時美國在采用急性毒性數(shù)據(jù)(LC50或EC50)推導(dǎo)短期水質(zhì)基準CMC的方法中，同樣是采用2作為安全系數(shù)[17]。

1.4.2 SSD的生成

要構(gòu)建一個合適的SSD曲線，得到一個可靠的HC5值，首先需要對數(shù)據(jù)的分布模式進行檢驗，參數(shù)法和非參數(shù)法是被廣泛認可的2種檢驗數(shù)據(jù)分布模式的方法[25]。而參數(shù)法由于簡單易計算，是目前進行數(shù)據(jù)模式分布的常用方法，本文主要是使用Q-Q圖對數(shù)據(jù)的分布模式進行l(wèi)ogistic分布檢驗。對于數(shù)據(jù)檢驗及SSD的生成和HC5的計算主要使用SPSS 13.0和origin 8.0統(tǒng)計軟件完成。同時使用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件中two-sample Kolmogorov-Smirnov參數(shù)檢驗不同物種敏感度分布的差異性。

2 結(jié)果與討論(Results and discussion)

2.1 3種典型化合物的急性毒性測試結(jié)果

五氯酚、硝基苯和氯化鎘3種化合物對10種水生生物的24、48和96 h的急性毒性數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。總體上來說，五氯酚對10種不同營養(yǎng)級的水生生物的急性致死毒性是最強的，而硝基苯的毒性最弱，除麥穗魚(Pseudorasbora parva)對硝基苯比較敏感外；草魚(Ctenopharyngodon idellus)和泥鰍(Misgurnus anguillicaudatus)對這3種化合物均表現(xiàn)為不太敏感；麥穗魚(Pseudorasbora parva)對硝基苯和五氯酚比較敏感，而對氯化鎘則不敏感，可見不同的水生生物對不同化合物其敏感程度存在較大差異。此外，隨著暴露時間的延長，受試生物的死亡率均存在加大的趨勢。結(jié)合表1和表2可以看出，本次實驗測得的硝基苯對10種水生生物的LC50值變化范圍較寬，涵蓋了ECOTOX數(shù)據(jù)庫里硝基苯的(Chlorella vulgaris)毒性值范圍，其中對小球藻，中華田螺(Cipangopaludina chinensis)和麥穗魚(Pseudorasbora parva)的LC50值較小，低于數(shù)據(jù)庫里硝基苯對其他水生生物的LC50值，說明這幾種水生生物對硝基苯比較敏感。而本次實驗五氯酚和氯化鎘的毒性數(shù)據(jù)基本與數(shù)據(jù)庫里的LC50值范圍相當(dāng)。

中國學(xué)者已報道了這幾種化合物對本土水生生物的毒性數(shù)據(jù)，姜東生等[26]發(fā)現(xiàn)硝苯對小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和斜生藻(Scenedesmus obliqnus)的96 h-EC50值分別為86.58和74.15 mg·L-1，高于本研究中硝基苯對小球藻(Chlorella vulgaris)的EC50值；對搖蚊幼蟲(Chironomidae larvae)的48 h-LC50值為98.34 mg·L-1[26]，與本研究中硝基苯對搖蚊幼蟲的LC50值在同一個數(shù)量級；此外，硝基苯對稀有鮈鯽(Gobiocypris rarus)的48 h-LC50值為133.0 mg·L-1[26]，對泥鰍(Misgurnus bipartitus)的24 h、48 h和96 h-LC50值分別為92.68、84.37和81.69 mg·L-1[27]、對中國林蛙蝌蚪(Rana Chensinensis)、中華圓田螺(Cipangopoludina cahayensis)和三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)的96 h-LC50值分別為117.04、104.23和7.6 mg·L-1[28-29]，與本研究結(jié)果相當(dāng)。五氯酚對黑魚(Mylopharyngondon piceus)、金槍魚(Plagiognathops microlepis)、銀魚(Erythroculter ilishaefoumis)、淡水蝦(Macrobrachium superbum)和蛤(Corbicula fluminea)的96 h-LC50值分別為0.095、0.09、0.13、0.14和0.23 mg·L-1[30]，與本研究中五氯酚對魚的毒性相當(dāng)。鎘對中華鳑鲏魚(Rhodens sinensis Guther)的24 h、48 h和96 h的LC50值分別為10.36、8.82和7.27 mg·L-1[31]，對唐魚(Tanichthy Salbonubes)、廣東魴幼魚(Megalobrama terminalis)、赤眼鱒(Spualiobarbus curriculus)和鲴仔魚(Xenocypris sp.)的48 h-LC50值分別為7.27、3.2、1.29和0.83 mg·L-1[32-33]，與本研究中氯化鎘對魚的水生生物毒性值相似，然而鎘對豐產(chǎn)鯽(Carassius auratus)的24 h、48 h和96 h的LC50值分別為390.3、311.8、224.1 mg·L-1[34]，高于本研究中氯化鎘對魚的LC50值大約1到2個數(shù)量級。

2.2 3種典型化合物的急性效應(yīng)閾值的計算

這里使用3種數(shù)據(jù)類型進行3種目標物急性效應(yīng)閾值的計算，第1種是根據(jù)本次實驗10種受試生物的24 h、48 h和96 h的LC50值進行PNECacute急性效應(yīng)閾值的計算，第2種是根據(jù)毒性數(shù)據(jù)庫里收集到的3種化合物的LC50值進行PNECacute的計算，第3種是綜合本土生物測試獲得的毒性數(shù)據(jù)與毒性數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)后進行PNECacute的計算。對數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)和本次實驗結(jié)果的毒性數(shù)據(jù)進行綜合的原則是，數(shù)據(jù)庫里有本次實驗生物的毒性數(shù)據(jù)的，被替換成本次實驗毒性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫里沒有本次實驗的生物，本次實驗該受試生物的毒性數(shù)據(jù)被直接添加。通過Q-Q圖法檢驗發(fā)現(xiàn)，不同毒性數(shù)據(jù)類型的自然對數(shù)濃度均符合logistic分布。3種化合物不同毒性數(shù)據(jù)類型的累積分布曲線如圖1、圖2和圖3所示。計算獲得的3種化合物的HC5和PNECacute值如表3所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著暴露時間的延長，其PNECacute值越低。根據(jù)實驗結(jié)果計算得到的PNECacute值與根據(jù)數(shù)據(jù)庫里的LC50數(shù)據(jù)計算得到的PNECacute值存在一定的差異，其中硝基苯的PNECacute值差異最大，并且由本次實驗獲得的PNECacute值更小。綜合毒性數(shù)據(jù)后進行統(tǒng)計分析，同樣發(fā)現(xiàn)，本次實驗計算得到的硝基苯PNECacute值與綜合毒性數(shù)據(jù)后獲得的硝基苯PNECacute值差異較大，由本次實驗獲得的PNECacute值最小，而其他2種化合物的PNEC值差異相對較小。造成這種差異的原因可能有多種，但主要的原因我們認為：一是數(shù)據(jù)量不同，數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)較豐富，而本次實驗獲得的毒性數(shù)據(jù)較少，不同毒性數(shù)據(jù)量統(tǒng)計結(jié)果本身就存在一定的差異，尤其是對包含一些敏感物種的毒性數(shù)據(jù)；其二，雖然本次實驗部分物種使用的是普通種，但也使用了本地的特有物種，如中華田螺、麥穗魚等，本次實驗硝基苯對麥穗魚的LC50值就低于數(shù)據(jù)庫里硝基苯對其他魚類的LC50值2到3個數(shù)量級，從毒性數(shù)據(jù)的累積分布曲線可以發(fā)現(xiàn)越是敏感物種的毒性數(shù)據(jù)對統(tǒng)計結(jié)果HC5值的影響越大[35]，因此由本次實驗結(jié)果計算得到的硝基苯PNECacute值較低。

表2 3種化合物對10種水生生物的毒性實驗結(jié)果

注：-表示達到測試化合物的最大溶解度時，依然沒有得到半數(shù)致死濃度LC50，或LC50值無法得出統(tǒng)計結(jié)果。

Note: -means that the maximum solubility of the test chemicals still has not reached the half lethal concentration (LC50). Therefore, LC50value can not be calculated.

對不同物種的敏感度分布差異進行檢驗發(fā)現(xiàn)，本次實驗硝基苯24 h、48 h和96 h-LC50值與ECOTOX數(shù)據(jù)庫里的24 h、48 h和96 h-LC50值敏感度分布沒有顯著性差異，其K-S檢驗結(jié)果分別為：24 h(Ks=0.661; n1=9; n2=7; p=0.774)，48 h (Ks=0.843; n1=10; n2=8; p=0.476)和96 h(Ks=1.044; n1=10; n2=7; p=0.226)。五氯酚的實驗值與ECOTOX數(shù)據(jù)庫里的毒性值K-S檢驗結(jié)果為24 h(Ks=1.022; n1=7; n2=82; p=0.247)，48 h(Ks=0.917; n1=7; n2=86; p=0.370)和96 h(Ks=0.848; n1=7; n2=112; p=0.468)；氯化鎘的實驗值與ECOTOX數(shù)據(jù)庫里的毒性值K-S檢驗結(jié)果為24 h(Ks=0.853; n1=8; n2=22; p=0.460)，48 h(Ks=0.445; n1=8; n2=28; p=0.989)，96 h(Ks=0.795; n1=8; n2=46; p=0.553)，所有檢測結(jié)果也表現(xiàn)為本次實驗結(jié)果與ECOTOX數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)敏感度分布沒有顯著性差異。表明整體上本次實驗生物與ECOTOX數(shù)據(jù)庫里的生物敏感度沒有顯著性差異。但對于硝基苯，當(dāng)把本次實驗最敏感的3～4個物種的敏感度分布與ECOTOX的物種敏感度分布進行K-S檢驗時發(fā)現(xiàn)本次實驗3個暴露時間段均與數(shù)據(jù)庫的物種敏感度分布存在顯著性差異。

圖1 基于本研究獲得的毒性數(shù)據(jù)構(gòu)建的3種化合物的24 h、48 h和96 h急性致死毒性累積分布曲線注：a, b, c分別為硝基苯24 h、48 h和96 h的LC50值的累積分布曲線；d, e, f分別為五氯酚24 h、48 h和96 h的LC50值的累積分布曲線；g, h, i分別為氯化鎘的24 h、48 h和96 h的LC50值的累積分布曲線。Fig. 1 Cumulative distribution of acute toxicity data obtained from this experiment for three compoundsNote: a, b, c for nitrobenzene; d, e, f for pentachlorophenol; g, h, i for cadmium chloride.

圖2 基于ECOTOX數(shù)據(jù)庫中的毒性數(shù)據(jù)構(gòu)建的3種化合物的24 h、48 h和96 h急性致死毒性累積分布曲線注：A, B, C分別為硝基苯24 h、48 h和96 h的LC50值的累積分布曲線；D, E, F分別為五氯酚24 h、48 h和96 h的LC50值的累積分布曲線；G, H, I分別表示氯化鎘的24 h、48 h和96 h的LC50值的累積分布曲線。Fig. 2 Cumulative distribution of the acute toxicity data obtained from ECOTOX database for three compounds Note: A, B, C for nitrobenzene; D, E, F for pentachlorophenol; G, H, I for cadmium chloride.

圖3 綜合本次毒性測試結(jié)果及ECOTOX毒性數(shù)據(jù)庫中的毒性數(shù)據(jù)所構(gòu)建的3種化合物的24 h、48 h和96 h急性致死毒性累積分布曲線注：I, II, III分別為硝基苯24 h、48 h和96 h的LC50值的累積分布曲線；IV, V, VI分別為五氯酚24 h、48 h和96 h的LC50值的累積分布曲線；VII, VIII, IX分別為氯化鎘的24 h、48 h和96 h的LC50值的累積分布曲線。Fig. 3 Cumulative distribution of the comprehensive acute toxicity data (combined the data from this experiment and ECOTOX database) for three compounds Note: I, II, III for nitrobenzene; IV, V, VI for pentachlorophenol; VII, VIII, IX for cadmium chloride.

表3 由本次實驗結(jié)果獲得的3種化合物不同暴露時間的急性毒性數(shù)據(jù)的分布模式和急性生態(tài)效應(yīng)閾值

2.3 3種不同數(shù)據(jù)來源計算的PNEC值的比較分析

根據(jù)不同毒性數(shù)據(jù)獲得的3種化合物的急性效應(yīng)閾值如表4所示?？梢钥闯觯趸礁鶕?jù)3種毒性數(shù)據(jù)類型所獲得的急性效應(yīng)閾值差別較大外，其他2種化合物使用不同的毒性數(shù)據(jù)所獲得的急性效應(yīng)閾值差別相對較小，尤其是五氯酚和氯化鎘的24 h和48 h的PNEC1、PNEC2和PNEC3值比較類似；但96 h的PNEC3值存在一定的差異，對于五氯酚來說由本次實驗獲得的PNEC1小于PNEC2和PNEC3，而對于氯化鎘來說，根據(jù)本次實驗結(jié)果獲得的PNEC1大于PNEC2和PNEC3大約一個數(shù)量級。但在3個暴露時間段，使用數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)和使用綜合毒性數(shù)據(jù)獲得的五氯酚和氯化鎘2種化合物各自的PNEC2和PNEC3的值均比較相似。

一般情況下，PNEC值的大小受敏感物種的毒性數(shù)據(jù)影響較大[16]?？v觀實驗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，硝基苯的毒性數(shù)據(jù)量最小，毒性值變化較窄并且毒性數(shù)據(jù)值均較大，最高的毒性數(shù)據(jù)與最低的毒性數(shù)據(jù)只相差大約一個數(shù)量級，而本次實驗獲得了某些較為敏感生物的急性LC50值，當(dāng)與數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)放在一起進行LC50值的大小排序時，發(fā)現(xiàn)在24 h、48 h和96 h的LC50值中排在最前面的3～4個敏感物種的毒性數(shù)據(jù)均來自本實驗結(jié)果。而數(shù)據(jù)庫里收集的五氯酚和氯化鎘的毒性數(shù)據(jù)量較為豐富，且毒性值變化較寬，五氯酚的最大毒性值比最小毒性值高大約4～5個數(shù)量級，而氯化鎘的最大毒性值比最小毒性值高2～5個數(shù)量級。而本次實驗五氯酚對10種水生生物的LC50值比較集中，主要位于曲線的中間部位，尤其是24 h和48 h的LC50值更為集中。相對于五氯酚，本次實驗氯化鎘的LC50值較分散，也是涵蓋了曲線的不同部位，但不同暴露時間下最敏感的水生生物的LC50值均來自數(shù)據(jù)庫，本實驗結(jié)果中沒出現(xiàn)最敏感的毒性數(shù)據(jù)。因此由本次實驗結(jié)果計算獲得的硝基苯急性PNEC1值小于PNEC2和PNEC3。由圖3的累積分布曲線可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)本次實驗的毒性數(shù)據(jù)分布在曲線的中間部分，基本不會改變累積分布曲線的走勢，因此也就不會對最終由累積分布曲線計算得到的PNEC值的大小產(chǎn)生較大影響，所以會出現(xiàn)表4中五氯酚和氯化鎘的PNEC1、PNEC2和PNEC3三者之間相差不大的結(jié)果。Jin等[14]在研究2,4-二氯酚對本土生物與非本土生物的慢性PNEC值時也發(fā)現(xiàn)二者沒有顯著性差異，從文中可以發(fā)現(xiàn)本土生物的2,4-二氯酚的NOEC數(shù)據(jù)與文獻收集的非本土生物的NOEC值范圍相當(dāng)，因此計算的本土與非本土生物的PNEC值也相當(dāng)。因此可得出對于那些毒性數(shù)據(jù)量比較豐富并且毒性值范圍變化較寬的化合物，可以不用進行相應(yīng)的本地物種的毒性測試，而對于那些毒性數(shù)據(jù)量較少、毒性值偏大且變化較窄的化合物，選擇一些敏感的本土生物進行毒性測試還是非常必要的。當(dāng)然，本研究只進行了10種本土水生生物的毒性測試，所獲得的毒性數(shù)據(jù)量較少，為了進一步驗證何種化合物在計算PNEC時有必要進行本土生物毒性測試，需要選擇更多的我國本土水生生物物種進行毒性測試，以獲得較大的毒性數(shù)據(jù)量，獲得可靠的PNEC值進行比較分析。值得注意的是本文使用的主要是急性毒性數(shù)據(jù)，為了得出更可靠的對比結(jié)果，應(yīng)增加慢性毒性測試結(jié)果進行對比。此外還有一些統(tǒng)計方法和分析方法也會對最終的PNECacute值產(chǎn)生影響[19]，這里為了分析比較，統(tǒng)一使用Logistic模型進行統(tǒng)計及PNECacute值的計算，雖然這些數(shù)據(jù)通過參數(shù)法檢驗符合Logistic數(shù)據(jù)模型，但Logistic模型可能并不是這些毒性數(shù)據(jù)的最優(yōu)分布模式，因此由其計算的HC5值可能會與真實的HC5值產(chǎn)生一定的偏差。因此怎樣選擇最合適的模型得到最可靠的PNEC值也是需要考慮的問題。

表4 不同毒性數(shù)據(jù)獲得的3種化合物的急性效應(yīng)閾值的比較

注：PNEC1表示只使用實驗室暴露測得的毒性數(shù)據(jù)獲得的急性效應(yīng)閾值；PNEC2表示只使用毒性數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)獲得的急性效應(yīng)閾值；PNEC3表示綜合二者的毒性數(shù)據(jù)獲得的急性效應(yīng)閾值。

Note: PNEC1was calculated based on the acute toxicity data obtained from this experiment; PNEC2was calculated based on the toxicity data obtained from the ECOTOX database; PNEC3was calculated based on the comprehensive toxicity data.

我國目前進行的化合物水質(zhì)基準的研究多數(shù)是基于美國的毒性數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)，因此有學(xué)者認為建立我國本土生物物種的毒性數(shù)據(jù)庫很必要。關(guān)于這一點，本文根據(jù)3種化合物對我國10種水生生物的急性毒性測試結(jié)果，以及從US EPA毒性數(shù)據(jù)庫里搜集這3種化合物毒性數(shù)據(jù)進行PNECacute值的計算，發(fā)現(xiàn)對于數(shù)據(jù)量較為豐富且毒性值變化范圍較寬的化合物如五氯酚和氯化鎘來說,可以直接根據(jù)數(shù)據(jù)庫里的毒性數(shù)據(jù)進行PNEC值的計算，進行本土水生生物的毒性測試的必要性不大；而對于毒性數(shù)據(jù)量較少、毒性值偏大且變化范圍較窄的化合物如硝基苯,為獲得可靠的PNEC值進行本土敏感物種的毒性測試還是很有必要的。

致謝：感謝華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院王衛(wèi)民教授為我們提供的水生生物物種和實驗場地。

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◆

The Study of Acute Ecological Threshold (PNECs) of Three Typical Compounds Based on the Acute Toxicity of Native Aquatic Species

Lei Bingli1, Xu Jie1, Sun Yanfeng1, Yu Zhiqiang2,*, Wang Yipei1,#, Zeng Xiangying2

1. Institute of Environmental Pollution and Health, School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China 2. State Key Laboratory of Organic Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China

6 June 2014 accepted 6 August 2014

Prediction of no effect concentration (PNEC) is an important basis for the ecological risk management of pollutants. The acute toxicities of three typical pollutants (pentachlorophenol, nitrobenzene, cadmium chloride) to 10 aquatic organisms were tested, and their acute PNECs were calculated based on the toxicity data obtained from the toxicity test results in this study. At the same time, the acute PNEC values were also calculated based on the toxicity data collected from ECOTOX database and combined toxicity data from ECOTOX database and the toxicity test results in this study. The comparison of acute PNECs obtained by three toxicity data sources was performed and it is found that acute PNECs of nitrobenzene based on the toxicity data tested in this study are the lowest. While acute PNECs of pentachlorophenol and cadmium chloride based on three toxicity data sources are very similar. The possible reasons are that the aquatic organisms such as Cipangopaludina chinensis and Pseudorasbora parva are very sensitive to nitrobenzene in this study, and the acute lethal data size of nitrobenzene in ECOTOX database are very small and the values of acute toxicity data are higher than those of the sensitive species in this study. With respect to nitrobenzene, the toxicity data of pentachlorophenol and cadmium chloride are very abundant in ECOTOX database and include different sensitive species. It is indicated that for compounds such as pentachlorophenol and cadmium chloride with large toxicity data size and including toxicity data of sensitive species, a reliable PNECs could be calculated directly based on the toxicity data in ECOTOX database, while for the compounds such as nitrobenzene with small toxicity data size in ECOTOX database, toxicity test should be carried out to local sensitive species to calculate a reliable PNECs.

nitrobenzene; pentachlorophenol; cadmium chloride; native species; acute toxicity; acute predicted no effect concentration

高校青年骨干教師國內(nèi)訪問學(xué)者計劃(60C11113001)；創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃(IRT 13078)

雷炳莉(1979-)，女，博士，研究方向為環(huán)境毒理學(xué)與環(huán)境風(fēng)險評價，E-mail: leibingli@126.com；

*通訊作者(Corresponding author)，E-mail: zhiqiang@gig.ac.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20140606001

2014-06-06 錄用日期：2014-08-06

1673-5897(2015)1-139-12

X171.5

A

于志強(1970—)，男，環(huán)境科學(xué)博士，研究員，主要研究方向為新型污染物的環(huán)境行為及早期健康效應(yīng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇。

王藝陪(1982—)，女，醫(yī)學(xué)碩士，實驗師，主要研究方向為環(huán)境毒理學(xué)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇。

# 共同通訊作者(Co-corresponding author)，E-mail: wangyp523@163.com

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