三種農(nóng)藥與三種重金屬對(duì)發(fā)光菌的聯(lián)合毒性效應(yīng)

蘇麗敏，劉惠清，李志群，田竹君，呂 軍，趙 峰，朱曉琳

（1.東北師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130024；2.松遼流域水環(huán)境科學(xué)研究所，吉林長(zhǎng)春 130021）

三種農(nóng)藥與三種重金屬對(duì)發(fā)光菌的聯(lián)合毒性效應(yīng)

蘇麗敏1，2，劉惠清1，李志群2，田竹君2，呂 軍2，趙 峰2，朱曉琳1

（1.東北師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130024；2.松遼流域水環(huán)境科學(xué)研究所，吉林長(zhǎng)春 130021）

研究了呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3種農(nóng)藥與重金屬Cu、Zn、Cd以毒性單位比為1∶1，1∶3和3∶1構(gòu)成的二元混合體系對(duì)發(fā)光菌（Photobacteriumphosphoreum）的聯(lián)合毒性，并采用相加指數(shù)法對(duì)聯(lián)合毒性效應(yīng)進(jìn)行了評(píng)價(jià).結(jié)果表明：Cu與3種有機(jī)農(nóng)藥作用后主要表現(xiàn)為拮抗作用，呋喃丹毒性減弱最多，氯氰菊酯次之，溴氰菊酯則有增強(qiáng)的趨勢(shì)；Zn與各有機(jī)農(nóng)藥作用后主要表現(xiàn)為拮抗作用，不同濃度配比對(duì)3種農(nóng)藥的影響不同；Cd與各有機(jī)農(nóng)藥作用后主要表現(xiàn)為相加作用，但不同混合體系相加作用程度有差異，Cd與氯氰菊酯表現(xiàn)為偏于拮抗的相加作用，Cd與溴氰菊酯表現(xiàn)為明顯的相加作用，Cd與呋喃丹表現(xiàn)為偏于協(xié)同的相加作用.

農(nóng)藥；重金屬；聯(lián)合毒性；發(fā)光菌

水生和陸生生態(tài)系統(tǒng)都會(huì)同時(shí)受到多種污染物的污染，當(dāng)待測(cè)生物暴露在混合污染物中時(shí)，由于混合物中各組分相互影響、相互作用，會(huì)產(chǎn)生聯(lián)合毒性，表現(xiàn)為相加作用、協(xié)同作用、拮抗作用或獨(dú)立作用［1－3］.重金屬與有機(jī)物的復(fù)合污染在環(huán)境中普遍存在，目前有關(guān)有機(jī)物之間的聯(lián)合毒性［4－5］、重金屬之間的聯(lián)合毒性已有報(bào)道［6－7］，但對(duì)重金屬與有機(jī)物聯(lián)合毒性的研究較少［8－9］.本文研究了呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3種有機(jī)農(nóng)藥與重金屬Cu、Zn、Cd以毒性單位配比為1∶1，1∶3和3∶1構(gòu)成的二元混合體系對(duì)發(fā)光菌（Photobacteriumphosphoreum）的聯(lián)合毒性，并采用相加指數(shù)法（AI）對(duì)聯(lián)合毒性效應(yīng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為復(fù)合污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供了依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

受試物：呋喃丹（75%）由吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)提供，產(chǎn)自吉林省磐石市金秋農(nóng)藥有限公司；氯氰菊酯（5%乳油）產(chǎn)自天津拜耳作物科學(xué)有限公司；溴氰菊酯（2.5%乳油）產(chǎn)自天津施普樂(lè)農(nóng)藥技術(shù)發(fā)展有限公司.重金屬CuSO4·5H2O和Cd Cl2產(chǎn)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，ZnSO4產(chǎn)自北京化工廠(chǎng)；重金屬化合物均為分析純.

實(shí)驗(yàn)材料：明亮發(fā)光桿菌（Photobacteriumphosphoreum）T3變種，由中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所微生物室提供.菌種按文獻(xiàn)［10］進(jìn)行培養(yǎng).

1.2 單一毒性的判定

受試物對(duì)發(fā)光菌的單一毒性：測(cè)定方法參考文獻(xiàn)［11］，并計(jì)算相對(duì)抑光率和發(fā)光抑制率為50%時(shí)的濃度值及95%的置信區(qū)間.

1.3 聯(lián)合毒性的判定

為了研究呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3種農(nóng)藥與重金屬Cu、Zn、Cd在不同濃度配比下對(duì)發(fā)光菌的聯(lián)合作用是否存在很大的差異，本文設(shè)定3種農(nóng)藥分別與重金屬Cu、Zn、Cd以毒性單位比為1∶3，1∶1，3∶1的比例混合，即1∶3時(shí)表明重金屬的毒性配比大，1∶1表明兩種混合物是等毒性的，3∶1表明農(nóng)藥的毒性配比大.根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，按與單一毒性相同的測(cè)定步驟，測(cè)定各混合體系對(duì)發(fā)光菌的聯(lián)合毒性.

1.4 聯(lián)合毒性的評(píng)價(jià)方法

采用相加指數(shù)法來(lái)評(píng)價(jià)3種農(nóng)藥與重金屬二元混合物在3種配比下對(duì)發(fā)光菌的聯(lián)合毒性.相加指數(shù)法是在毒性單位概念的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的.毒性單位是指當(dāng)試驗(yàn)溶液的毒物濃度等于該毒物對(duì)某種水生生物的半數(shù)效應(yīng)濃度c（EC50）時(shí)，則試驗(yàn)溶液對(duì)水生生物的毒性強(qiáng)度就為一個(gè)毒性單位.根據(jù)這個(gè)原理，混合物中i組分的毒性單位可表示為

式中：Ci為混合物中i組分的濃度；c（EC50，i）為第i種化合物單獨(dú)作用時(shí)的EC50值.

相加指數(shù)法最早是由Marking提出來(lái)的［12］.若令M＝∑x（Ti），即各組分的毒性單位之和，則相加指數(shù)值（A I）的計(jì)算式可表示為：

相加指數(shù)法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)AI＝0時(shí)，為簡(jiǎn)單的相加作用；當(dāng)A I＜0時(shí)，為拮抗作用；當(dāng)AI＞0時(shí)，為協(xié)同作用.A I＝0是一種理想的相加作用，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，由于存在誤差，即使是相加作用，也很難恰好得到AI＝0的結(jié)果，因此Marking提出若A I的置信區(qū)間包含0，就認(rèn)為是相加作用［8］.

2 結(jié)果與討論

2.1 3種農(nóng)藥與重金屬的單一毒性比較

呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3種農(nóng)藥與重金屬Cu、Zn、Cd對(duì)發(fā)光菌的單一毒性結(jié)果見(jiàn)表1.從表1可以看出，有機(jī)農(nóng)藥中兩種菊酯類(lèi)農(nóng)藥的毒性都比呋喃丹的毒性強(qiáng)，其中溴氰菊酯在所測(cè)的化合物中毒性最強(qiáng).重金屬的毒性順序?yàn)閆n＞Cu＞Cd.

表1 受試物對(duì)發(fā)光菌的單一毒性

2.2 3種農(nóng)藥與重金屬的聯(lián)合毒性比較

呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3種農(nóng)藥與重金屬Cu、Zn、Cd構(gòu)成的有機(jī)－無(wú)機(jī)二元混合體系在毒性單位比為1∶3，1∶1，3∶1配比下，發(fā)光菌的A I值見(jiàn)表2.

從表2可以看出，呋喃丹與Cu、Zn在3種配比下的聯(lián)合作用主要表現(xiàn)為拮抗作用.分析各不同配比下拮抗作用的強(qiáng)弱，呋喃丹與Cu的拮抗作用接近，也就是說(shuō)聯(lián)合作用的強(qiáng)弱受混合物中各組分的比例影響較??；呋喃丹與Zn在不同配比下的拮抗作用存在一定差異，混合物中呋喃丹所占的比例越大拮抗作用越強(qiáng)，在1∶3的配比下，表現(xiàn)為近于相加的弱拮抗作用；呋喃丹與Cd的聯(lián)合作用與Cu、Zn不同，表現(xiàn)為相加作用或近于相加的弱協(xié)同作用.

氯氰菊酯與Cu在等毒性配比時(shí)表現(xiàn)為拮抗作用，而在1∶3和3∶1的配比下則表現(xiàn)為相加作用；氯氰菊酯與Zn在3種配比下均表現(xiàn)為拮抗作用，而且拮抗作用的強(qiáng)弱接近；氯氰菊酯與Cd聯(lián)合作用評(píng)價(jià)結(jié)果的A I值置信區(qū)間均包含0，說(shuō)明其聯(lián)合作用為相加作用，但從其值的大小可以看出，隨著混合物中Cd濃度的升高，其A I值減小，說(shuō)明其聯(lián)合毒性也呈現(xiàn)出變小的趨勢(shì).

表2 混合物對(duì)發(fā)光菌的聯(lián)合毒性

溴氰菊酯與Cu在1∶3的配比下，即Cu的比例較大時(shí)，表現(xiàn)為弱的拮抗作用，而在等毒性配比和3∶1配比時(shí)則為協(xié)同作用，從A I值可以看出，Cu在混合物中所占的比例越小，協(xié)同作用越強(qiáng)，可見(jiàn)少量的Cu會(huì)使溴氰菊酯的毒性增強(qiáng)，而多量的Cu則會(huì)減弱溴氰菊酯的毒性；溴氰菊酯與Zn在1∶3和1∶1配比下表現(xiàn)為拮抗作用，而在3∶1配比下則表現(xiàn)為一定的協(xié)同作用，可見(jiàn)Zn在低配比時(shí)，會(huì)使溴氰菊酯的毒性明顯增加，這與Cu的作用機(jī)制類(lèi)似；溴氰菊酯與Cd在1∶3配比時(shí)表現(xiàn)為弱的拮抗作用，而在等毒性配比和3∶1配比時(shí)則表現(xiàn)為相加作用，可見(jiàn)高配比的Cd對(duì)溴氰菊酯的毒性有一定的削弱作用.

從各重金屬對(duì)有機(jī)農(nóng)藥毒性的影響來(lái)看，Cu與各有機(jī)農(nóng)藥作用后主要表現(xiàn)為拮抗作用，即毒性減弱的影響，與3種農(nóng)藥AI值總的變化趨勢(shì)是：呋喃丹＜氯氰菊酯＜溴氰菊酯，說(shuō)明由于Cu的加入，呋喃丹毒性減弱最多；其次是氯氰菊酯，毒性變化不大；最后是溴氰菊酯，有毒性增強(qiáng)的趨勢(shì).Zn與各有機(jī)農(nóng)藥作用后主要表現(xiàn)為拮抗作用，不同配比對(duì)3種農(nóng)藥的影響不同.當(dāng)Zn在高配比（1∶3）時(shí)，總的表現(xiàn)為使3種農(nóng)藥的毒性減弱，其毒性減弱順序?yàn)椋轰迩杈挣ィ韭惹杈挣ィ具秽ぃc呋喃丹作用時(shí)已表現(xiàn)為偏于拮抗的相加作用；當(dāng)Zn在中配比（1∶1）時(shí)，與3種農(nóng)藥的作用表現(xiàn)為相差不大的拮抗作用，說(shuō)明此配比下，Zn對(duì)3種農(nóng)藥的影響相近；當(dāng)Zn在低配比（3∶1）時(shí)，其作用與Cu的作用趨勢(shì)相似，表現(xiàn)為Zn的加入使呋喃丹毒性減弱最多，其次是氯氰菊酯，與溴氰菊酯的作用則表現(xiàn)為偏于協(xié)同的相加作用，毒性有增強(qiáng)趨勢(shì).Cd與各有機(jī)農(nóng)藥作用后主要表現(xiàn)為相加作用，總的來(lái)看與3種農(nóng)藥的AI值變化趨勢(shì)是：氯氰菊酯＜溴氰菊酯＜呋喃丹，即Cd與氯氰菊酯表現(xiàn)為偏于拮抗的相加作用，Cd與溴氰菊酯表現(xiàn)為明顯的相加作用（1∶3配比除外），Cd與呋喃丹表現(xiàn)為偏于協(xié)同的相加作用.

從以上分析來(lái)看，混合體系類(lèi)型以及混合配比都會(huì)影響聯(lián)合作用的結(jié)果，不能只用簡(jiǎn)單的相加模式預(yù)測(cè)影響效果.

3 結(jié)論

（1）Cu與各有機(jī)農(nóng)藥作用后主要表現(xiàn)為拮抗作用，即毒性減弱的影響，呋喃丹毒性減弱最多，氯氰菊酯毒性變化不大，溴氰菊酯則有毒性增強(qiáng)的趨勢(shì)；Zn與各有機(jī)農(nóng)藥作用后主要表現(xiàn)為拮抗作用，不同配比對(duì)3種農(nóng)藥的影響不同，說(shuō)明Zn與各有機(jī)農(nóng)藥的作用機(jī)理比較復(fù)雜，在研究實(shí)際復(fù)合污染時(shí)，要具體情況具體分析；Cd與各有機(jī)農(nóng)藥作用后主要表現(xiàn)為相加作用，但不同混合體系相加作用的程度有差異，Cd與氯氰菊酯表現(xiàn)為偏于拮抗的相加作用，Cd與溴氰菊酯表現(xiàn)為明顯的相加作用（1∶3配比除外），Cd與呋喃丹表現(xiàn)為偏于協(xié)同的相加作用.

（2）不同的重金屬與有機(jī)物復(fù)合，重金屬在混合體系中起的作用并不相同，而且所占的比例不同時(shí)，聯(lián)合作用結(jié)果也可能有較大差異，因此在實(shí)際的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)，一定要考慮混合體系之間的聯(lián)合作用.

［1］袁星，袁曉凡，趙元慧.取代苯胺、苯酚對(duì)鯉魚(yú)毒性的構(gòu)效關(guān)系［J］.東北師大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2001，33（1）：70－73.

［2］秦偉超，郭英娜，徐可進(jìn).水生生物（藻、水絲蚓、魚(yú)）對(duì)硝基苯的富集與釋放研究［J］.東北師大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，41（1）：112－116.

［3］徐紀(jì)蕓，潘奕陶，池振新，等.汞對(duì)中國(guó)林蛙蝌蚪的毒性效應(yīng)［J］.東北師大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，42（4）：138－143.

［4］FAUST M，ALTENBURGER R.Algal toxicity of binary combinations of pesticides［J］.Bull Environ Contm Toxicod，1994，53：134－141.

［5］蘇麗敏，袁星.苯胺類(lèi)二元混合物對(duì)發(fā)光菌和大型蚤聯(lián)合毒性的比較研究［J］.東北師大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，39（2）：112－115.

［6］馬正學(xué)，王業(yè)秋，寧應(yīng)之，等.Hg～（2＋），Ni～（2＋）和Cu～（2＋）對(duì)嗜熱四膜蟲(chóng)的急性及聯(lián)合毒性效應(yīng)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2008，21（4）：174－178.

［7］NACEY B M，JENNY M J，WILLIAMS H R，et al.Modelling interactions of acid－base balance and respiratory status in the toxicity of metal mixtures in the American oysterCrassostreavirginica［J］.Comparative Biochemistry and Physiology，2010，155（3）：341－349.

［8］SUN F H，ZHOU Q X，WANG M E，et al.Joint stress of copper and petroleum hydrocarbons on the polychaetePerinereis aibuhitensisat biochemicallevels［J］.Ecotoxicity and Environmental Safety，2009，72：1887－1892.

［9］KIM K T，LEE Y G，KIM S D.Combined toxicity of copper and phenol derivatives toDaphniamagna：effect of complexation reaction［J］.Environ Int，2006，32：487－492.

［10］袁星，郎佩珍，洪暉，等.應(yīng)用發(fā)光菌測(cè)定有機(jī)化合物的毒性［J］.環(huán)境化學(xué)，1994，13（3）：255－258.

［11］蘇麗敏，袁星，丁蘊(yùn)錚.用QSAR模型預(yù)測(cè)苯酚類(lèi)化合物對(duì)發(fā)光菌的聯(lián)合毒性［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2003，23（2）：148－151.

［12］MARKING L L，DAWSON V K.Method of assessment of toxicity or efficacy of mixtures of chemicals［J］.U S Fish Wildl Serv Invest Fish Control，1975，67：1－8.

Joint toxicity of 3 pesticides and 3 heavy metals onPhotobacteriumphosphoreum

SU Li－min1，2，LIU Hui－qing1，LI Zhi－qun2，TIAN Zhu－jun2，LU Jun2，ZHAO Feng2，ZHU Xiao－lin1

（1.College of Urban and Environmental Sciences，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；2.Songliao Basin Institute of Water Environmental Science，Changchun 130021，China）

Joint toxicities of binary mixtures of 3 pesticides and heavy metals Cu，Zn，Cd onPhotobacteriumphosphoreumat different proportions－toxic unit ratios of 1∶1，1∶3，3∶1 were studied using microtox method.Additional index was adopted to evaluate the joint toxic effects.It was found that binary mixtures of Cu and 3 pesticides mainly showed antagonistic effects，the toxicity of carbofuran was weakened most，then cypermethrin，however toxicity of deltamethrin was slightly enhanced when combined with Cu.Binary mixtures of Zn and 3 pesticides mainly showed antagonistic effects and different effects were found at different Zn proportions.Binary mixtures of Cd and 3 pesticides mainly showed addition effects，the mixtures of Cd and cypermethrin showed addition effects close to antagonistic，the mixtures of Cd and deltamethrin showed clearly addition effects，however the effects of Cd and carbofuran was close to weak synergism.

pesticides；heavy metals；joint toxicity；Photobacteriumphosphoreu

X 171.5

610·10

A

1000－1832（2011）04－0137－04

2011－05－12

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（21107012）；國(guó)家水體污染與治理科技重大專(zhuān)項(xiàng)課題（2009ZX07527－002）.

蘇麗敏（1976—），女，博士，講師，主要從事環(huán)境化學(xué)研究；通訊作者：劉惠清（1949—），女，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事自然地理學(xué)研究.

方 林）