有机锡化合物是一种典型的持久性有机污染物,其作为重要的化工、纺织、农药等的原料,被广泛应用于工农业生产中。但有机锡化合物具有高毒性,包括“三致”(致癌、致畸、致突变)、生殖毒性、神经毒性和内分泌干扰特性等,在环境中持久存在,并可通过生物食物链(网)累积而对人类健康及环境造成有害影响。迄今为止,有机锡化合物是人为引入海洋的毒性最大的物质之一,其主要来源是有机锡农药和海洋防污涂料。联合国国际海事组织决定到2008年1月,禁止所有船舶使用含有机锡的防污涂料。即便如此,有机锡化合物仍将长期滞留于海洋中,对海洋生物造成毒害,使海洋环境遭到巨大破坏。通过黄海胆抗脂质过氧化丙二醛(MDA)致死含量,可以作为监测海洋TPT污染的生物标志物。我国海洋环境中已经检测出高于国际制定标准的有机锡,特别是在海河河口及与相邻的渤海湾地区,存在较严重的有机锡污染。目前,有机锡的海洋生态毒理效应研究已成为国内外共同关注的热点。
据报道,环境中极低含量的有机锡即能对生物产生毒性影响。存在于海洋环境中毒性较高的三苯基锡(Triphenyltin Chloride,TPT)和三丁基锡(Tributyltin Chloride,TBT)对敏感物种,如牡蛎、贻贝和部分甲壳类动物等的急性致死浓度为0.64~16μg·L-1(以Sn计)。研究表明,有机锡具有神经、生殖发育及遗传毒性。
TBT能抑制神经递质生成,对动物的行为产生影响,有机锡是一类内分泌干扰物质,它能影响生物的生殖功能,干扰体内激素的分泌造成生殖和遗传的不良后果,0.3μg·L-1时可对绝大多数水生生物产生明显的内分泌毒性,例如导致腹足类水生动物雌性个体产生明显雄性特征,严重时可导致性别比例失调,种群衰退。尽管如此,目前对有机锡生态毒理的认识还不十分清楚,有待进一步深入。
海胆属棘皮动物门(Echinodermata)、海胆纲(Eehinoidea),它个体较小,但生命力极强,能适应多变的环境,在日本、加拿大和美国等国家已广泛将其作为模式生物用于检测重金属的毒性及监测海洋环境的污染状况。本文以大连黄海胆(Glyptocidaris crenularis)为实验动物,研究了两种典型有机锡—三苯基锡和三丁基锡对海胆急性毒性效应,并评估了两种有机锡作用的安全浓度。研究结果可为经济水产动物海胆的养殖水体环境监测提供参考数据,同时对海洋环境有机锡化合物污染的监测和防控具有一定的理论意义和参考价值。
1、材料和方法
1.1仪器与试剂
仪器:pH计(HORIBA pH/ION METER F-24),溶解氧测定仪(METTLER TOLEDO),电子分析天平(AE240,Mettler-toledo);高压灭菌锅(SM-52-2,Yamato);试剂见表1。
1.2 实验材料
实验动物:大连黄海胆,壳径(6.0±0.4)cm,购于大连长兴海鲜市场。正式实验之前,转入与实验用水质、温度和光照相同的静水养殖系统中适应7d,以使海胆适应实验室的生活环境,如水温、水质和光照等,且便于对实验海胆进行健康选择。每3天投喂1次(裙带菜)。在驯养期内,动物的死亡率不得超过5%。选择的健康个体,即选择活动频繁,棘刺管足正常,未受任何疾病感染的个体。
1.3 实验条件
水质:海水,pH值7.8±0.5,盐度(32.2±0.3)‰,水温(22.5±1)℃;光照为自然光照;负荷为每升水放海胆<1.0g;试验周期为96h;试验方式为半静态 (24h全部更换受试液)。
1.4 实验方法
参照《国家环保局化学品测试准则》的方法进行试验。配制试验溶液时,TPT和TBT不易溶解于水,以丙酮为助溶剂配制储备液。试验时用蒸馏水将储备液稀释成试验所需浓度。实验在10L的培养箱中进行。每个培养箱中放入10个暂养健康的海胆,量其体长并作记录。试验设置4平行系列,同时设置空白对照和助溶剂对照。
连续观察受试对象的活动状况,同时观察其中毒症状表现,如棘刺有无脱落、有无排泄物、外表有无变色、壳体是否贴壁良好等。以用镊子多次碰触躯体完全无反应作为死亡判断标准,及时取出死亡个体,每隔12h观察1次,每隔24h换受试液一次,试验时间为96h。为减少误差,试验前用对应的药物质量浓度浸泡实验容器12h以上。
1.5数据处理
根据有机锡对海胆的急性毒性试验结果,利用SPSS 17.0软件中的Probit命令分别建立不同观察时段的死亡概率单位—质量浓度直线回归方程,分别求出各相应观察时段的半致死浓度,并计算有机锡的安全浓度:安全浓度SC=0.1×96h LC50。
2、结果
2.1 实验动物中毒症状
在低剂量组,24h内海胆活动状况与对照组几乎无任何区别,全部贴壁,棘刺和管足反应迅速,有少量丝状排泄物;48h后活动能力逐渐迟缓,个别棘刺出现脱落,贴壁不紧,出现死亡,培养箱内均出现长丝状絮状排泄物;随着染毒时间的延长,72h时大多数个体贴壁不紧,棘刺脱落严重,接近半数个体死亡,长丝状絮状排泄物更加明显;96h时,存活个体,出于亚致死状态,棘刺脱落严重,管足几乎不动,超过半数死亡。在高剂量组,海胆对毒物反应敏感,到48h时,大多海胆的口和齿紧闭,贴壁不紧,少数出现棘刺掉脱光,接近半数死亡,丝状排泄物多;72h时超过半数海胆死亡,棘刺掉光;96h时,几乎全部个体死亡。
实验过程中,海胆随染毒浓度的增加,身体暗红色加深;所有死亡海胆围口膜及个体暗红,围口膜更加明显。
2.2有机锡对海胆急性毒性效应
由表2可知,丙酮溶剂对照组和自然海水对照组在96h均无死亡情况出现,并且活力正常。低浓度组(TPT:5.6,7.5μg·L-1;TBT:4.6,5.2μg·L-1)在96h内均出现半数死亡;高浓度组在72h的死亡率很高,随着时间的延长死亡率逐渐增加。从结果来看,海胆对两种有机锡最初具有一定的耐受性,随时间的增加,72h均出现死亡率变化最大,96h变化趋于缓慢。
TPT/TBT对海胆的毒性效应均随质量浓度的提高和时间的增加而明显增强,表现出良好的时间-效应和剂量—效应。
2.3有机锡在海胆体内的蓄积及其安全质量浓度评价
由表3可知,TPT和TBT对黄海胆24h,48h,72h,96h的LC50,分别为:25.007、18.743、9.514、6.662μg·L-1和19.850、15.986、7.888、4.916μg·L-1。LC50随试验时间的延长而减少,表明有机锡的致毒能力均随试验时间的延长而明显增强,说明其存在较为明显的蓄积急性致毒效果。有机锡对海胆的毒性作用可根据其急性中毒试验的96h的LC50分为4级:剧毒、高毒、中毒、低毒,TPT和TBT对海胆均为剧毒,海胆对有机锡污染十分敏感。
3、讨论
黄海胆是营养极其丰富的海珍品之一,通过商业活动供人类食用。有机锡在海胆体内的富集和传递对人体健康具有潜在的风险。因此研究海洋生物中有机锡富集状况对控制海洋环境的有机锡污染和保护人体健康具有重要意义。
在本试验过程中观察到,在正常情况下,海胆外壳呈黄褐色,染毒后,体色加深,死亡时,身体暗红,围口膜处尤其明显。据报道,紫球海胆在体壁发生感染时,可产生由大量红色桑椹细胞的聚集而引起感染部位变成黑色或暗红色环状组织的现象。本实验发现大连黄海胆染毒后身体颜色与发生感染的紫球海胆相似。棘皮动物通过非特异性免疫系统进行免疫应答,由体腔细胞和多种体液免疫因子共同介导,直接作用于入侵病原体。作为参与免疫反应的主要体腔细胞,吞噬细胞和桑椹细胞具有趋化性,在组织受损,聚集于该部位发生浸润现象。本实验可以推测,大连黄海胆体细胞中可能含有红色桑葚细胞,有机锡化合物通过海胆摄食进入体内,引发机体发生非特异性免疫反应,产生大量红色桑椹细胞聚集于受损组织,引起感染部位变成暗红色。有报道称有机锡能使生物体神经系统在分子和细胞水平发生改变,同时抑制神经递质,对动物的行为产生影响。海胆在正常情况下,外壳上棘刺和管足自动伸缩。染毒后,棘刺逐渐脱落,吸附能力下降,对外界刺激反应迟钝。我们认为海胆反应迟钝可能是有机锡化合物作用于神经传导通路,抑制了海胆行为。
有机锡种类繁多,化学结构不同,其毒性同类化合物中烷基锡的毒性大于芳基锡。本研究发现,TBT对海胆的毒性高于TPT,此研究与已有的报道相一致。鉴于TBT对同一生物的毒性比TPT的毒性高,从TBT对生物的毒性来看,TBT对海胆96h的LC50为4.916μg·L-1,此结果高于TBT对鲤鱼96h的LC50(3.150μg·L-1)和油鲱96h的LC50(1.88μg·L-1)。
这说明与鱼类相比,海胆对有机锡还是有一定的耐受性,究其原因,可能是鱼鳃比海胆围口鳃发达,毒物吸收快,且海胆石灰质的外壳增强了对毒物的抗性。目前，我国港口水域有机锡化合物污染问题已相当严重,特别是近海(港湾和内河港口),有机锡化合物浓度已大大超出一些国家的环境质量标准。
由于海胆等水生生物对有机锡化合物的降解慢,富集系数高,如长期暴露于有机锡化合物污染,可能在此有机锡化合物浓度下就会对有机锡化合物造成慢性毒性效应,进而很有可能造成海胆的死亡或种群衰退。通过试验发现,海胆对上述毒物具有较好的敏感性,结果稳定,重现性好,建议将海胆作为水体环境中有机锡污染的监测生物。
参考文献:
[1]邓利,陈大玮,黎韵,等.深圳大鹏湾和大亚湾近岸海水及潮间带动物的有机锡污染[J].热带海洋学报,2010,29(4):112-117．
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