苯類和酚類有機(jī)物對斑馬魚急性毒性效應(yīng)的研究綜述

杜娟娟，李 梅，逯南南，宋武昌，孫韶華，賈瑞寶

(1．山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東濟(jì)南 250101;2．山東省城市供排水水質(zhì)監(jiān)測中心，山東濟(jì)南 250021)

近年來，我國水環(huán)境中苯類、酚類有機(jī)物的污染問題日益嚴(yán)重。污染廢水會對人體和水生生物產(chǎn)生不同程度的急性或者慢性毒性效應(yīng)［1］，嚴(yán)重影響水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定及人體健康。研究表明斑馬魚對水環(huán)境變化十分敏感，其呼吸運(yùn)動、神經(jīng)行為等都是水質(zhì)毒性檢測的重要指標(biāo)［2］，利用斑馬魚進(jìn)行急性毒性試驗(yàn)成為檢測水中有機(jī)物綜合毒性的有效方法。在20世紀(jì)70年代末，國外就已經(jīng)開始將斑馬魚應(yīng)用于急性毒性、遺傳學(xué)、環(huán)境危險(xiǎn)評價(jià)的研究中［3］，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織還將斑馬魚標(biāo)定為生態(tài)毒性測試的標(biāo)準(zhǔn)用魚。苯類、酚類有機(jī)物為工業(yè)、醫(yī)藥等產(chǎn)生的主要污染物，目前斑馬魚在此類有機(jī)物的急性毒性檢測方面也有廣泛應(yīng)用［4］。本文探討了苯類、酚類污染物對斑馬魚成魚及胚胎的急性毒性研究，對于開展此類污染物的生物毒性評價(jià)及水環(huán)境安全性評估有重要意義。

1 苯、酚類有機(jī)物對斑馬魚的急性毒性

1．1 單一苯類、酚類有機(jī)物對斑馬魚的急性毒性

1．1．1 氯酚類化合物

氯酚類化合物(CPs)主要通過醫(yī)藥、工業(yè)廢水進(jìn)入水環(huán)境中［5］，是水環(huán)境中廣泛存在的一類有機(jī)污染物。研究表明CPs對人和動物有嚴(yán)重的三致突性，且具有環(huán)境穩(wěn)定性、生物累積性和生物毒性，因而有關(guān)此類化合物在水環(huán)境中的生物毒性效應(yīng)的研究是不少學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。目前水環(huán)境中普遍存在的氯酚類化合物主要有 2，4-氯酚、2，4，6-氯酚、4-氯苯酚和五氯酚等［6］。邢軍［7］考察了4-氯苯酚對斑馬魚的急性毒性作用，結(jié)果顯示4-氯苯酚對斑馬魚的毒性機(jī)理為麻醉型毒性，屬于高毒物質(zhì)，且斑馬魚對4-氯苯酚的敏感程度和耐受能力均較好，試驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定。羅茜等［8］研究2，4-CP、2，4，6-TCP、PCP對水生生物的急性毒性，結(jié)果表明斑馬魚對這三種化合物十分敏感，PCP對斑馬魚的毒性高于2，4，6-TCP。在邢軍、羅茜等研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)氯酚類化合物對斑馬魚急性毒性作用(如表1所示)，三者的毒性大小:PCP ＞2，4，6-TCP ＞4-氯苯酚，分別屬于劇毒、高毒、中毒物質(zhì)，隨苯環(huán)上氯原子的增加，氯酚化合物的毒性增加［7-10］。

表1 氯酚化合物對斑馬魚的急性毒性試驗(yàn)Tab．1 Chlorophenol Acute Toxicity Test on Zebrafish

1．1．2 苯酚類化合物

苯酚類化合物是一類具有中等毒性的有機(jī)化合物。許多化學(xué)有機(jī)合成工業(yè)、塑料、醫(yī)藥、紡織、印染、農(nóng)藥等廢水中均含有苯酚類化合物，主要有雙酚A、四溴雙酚A、對甲酚、間甲酚和2，4-二叔丁基酚等。含酚廢水是當(dāng)今世界上危害大、污染范圍廣的工業(yè)廢水之一。目前，酚類化合物在水環(huán)境中的降解性能、代謝轉(zhuǎn)化和生態(tài)毒理效應(yīng)成為研究的重點(diǎn)［11］。房妮等［12，13］采用靜水法測試了2，4-二叔丁基酚、間甲酚和對甲酚對斑馬魚的單一急性毒性，根據(jù)魚類急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn)(見表2)，2，4-二叔丁基酚對斑馬魚的急性毒性為高毒，間甲酚和對甲酚為中毒，三者均對斑馬魚有蓄積毒性。TBBPA對水生生物也有強(qiáng)毒性，Deng等［14］研究表明TBBPA對魚類的 LC50為0．40～3．53 mg/L，其中斑馬魚較為敏感，約2．31 mg/L。劉紅玲等［15］研究了BPA和TBBPA對斑馬魚的急性毒性效應(yīng)，結(jié)果表明BPA和TBBPA對斑馬魚有明顯毒性，二者均屬高毒物質(zhì)。

表2 魚類急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn)Tab．2 Acute Toxicity Grading Standard of Fishes

1．1．3 苯類化合物

水環(huán)境中苯類化合物大多是有毒有害物質(zhì)，隨工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活污水進(jìn)入水體，危害水生生物，引起生物的癌變、畸變和突變。其污染效應(yīng)也會通過食物鏈的遷移、生物富集作用威脅人類健康［16-19］。針對苯類對斑馬魚急性毒性，許多學(xué)者也對苯類污染物取代基與其毒性大小的關(guān)系及毒性機(jī)理進(jìn)行了研究。邢軍［7］考察了苯、苯酚、氯苯等對斑馬魚的急性毒性，結(jié)果表明苯類化合物毒性大小與取代基的類型有關(guān)，-Cl的毒性大于-OH。李靜等［20］研究硝基苯對魚的急性毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)硝基苯類化合物隨苯環(huán)上硝基數(shù)的增加，其急性毒性增加。范亞維等［21］以斑馬魚為試驗(yàn)生物，研究了甲苯、乙苯和二甲苯對斑馬魚的毒性效應(yīng)，結(jié)果表明這三種物質(zhì)屬于非極性麻醉性化合物，對斑馬魚均為中等毒性，其疏水性越大，對斑馬魚的生物毒性越大，毒性大小:乙苯＞二甲苯＞甲苯。各種苯類化合物對斑馬魚的毒性效應(yīng)(見表3)，其中氯苯毒性最大，說明-Cl毒性＞-OH毒性＞-CH3毒性，取代基數(shù)量越多毒性越大。

表3 苯類化合物對斑馬魚的急性毒性Tab．3 Acute Toxicity of Benzene Compounds on Zebrafish

1．2 多種有機(jī)物聯(lián)合作用對斑馬魚的急性毒性

苯類、酚類化合物各個(gè)單體在水環(huán)境中可以單獨(dú)存在，也可以復(fù)合存在［22］。在水環(huán)境中，大多數(shù)化合物是復(fù)合存在的。宋志慧等［23］研究三苯基錫和五氯酚對斑馬魚急性毒性作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三苯基錫與五氯酚的聯(lián)合毒性表現(xiàn)為協(xié)同作用，毒性大于各單體毒性。楊霓云等［24］研究五氯酚、鄰氯苯酚和2，4-二氯苯酚對斑馬魚聯(lián)合毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)五氯酚分別與鄰氯苯酚、2，4-二氯苯酚共存或三者同時(shí)存在時(shí)，對斑馬魚的聯(lián)合毒性效應(yīng)均表現(xiàn)為協(xié)同作用，五氯酚對斑馬魚的毒性劇增，其48 h-LC50明顯降低。房妮等［12］通過Marking相加指數(shù)法和毒性單位分析法評價(jià)了甲酚與2，4-二叔丁基酚對斑馬魚的聯(lián)合毒性作用，結(jié)果表明在等毒性配比條件下，兩者的24、48、72 h和96 h時(shí)聯(lián)合毒性作用均表現(xiàn)為拮抗作用。邢軍［7］測試了苯、氯苯、苯酚和4-氯酚對斑馬魚的急性毒性作用，結(jié)果顯示苯、苯酚、氯苯和4-氯苯酚對斑馬魚的聯(lián)合毒性表現(xiàn)為協(xié)同作用，-Cl與-OH的聯(lián)合毒性大于單體-Cl、-OH毒性。

2 苯類、酚類有機(jī)物對斑馬魚胚胎的急性毒性效應(yīng)

2．1 對斑馬魚胚胎的單一毒性作用

斑馬魚胚胎作為一種模式生物，在生物學(xué)各個(gè)領(lǐng)域也已得到廣泛應(yīng)用。對斑馬魚來說，胚胎是其最敏感的生命階段之一，從胚胎發(fā)育到孵化可觀察到不同生物指標(biāo)［25］(見表4)，其中心血管、骨骼、神經(jīng)肌肉、血液循環(huán)等胚胎發(fā)育終點(diǎn)指標(biāo)可作為評價(jià)污染物毒性的重要指標(biāo)［26］。端正花等［27］將斑馬魚胚胎暴露于雙酚A中，發(fā)現(xiàn)斑馬魚胚胎表現(xiàn)出顯著的亞急性毒性效應(yīng)，較低濃度雙酚A即可損傷斑馬魚胚胎DNA。Deng等［14］發(fā)現(xiàn)，四溴雙酚A對斑馬魚胚胎發(fā)育急性毒性顯著，可導(dǎo)致胚胎發(fā)育延緩、尾部畸形、心律不齊、血流障礙及孵化率低等現(xiàn)象。王艷萍等［28］研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)多氯聯(lián)苯濃度≥0．25 mg/L時(shí)，對斑馬魚胚胎有致死和致畸效應(yīng)，斑馬魚受精卵的孵化率、致畸率、死亡率與多氯聯(lián)苯濃度存在顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系;當(dāng)多氯聯(lián)苯濃度 ＜0．25 mg/L時(shí)，對斑馬魚胚胎發(fā)育沒有明顯影響。陳粉麗等［29］研究氯代苯類化合物對斑馬魚胚胎的單一急性毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氯代苯類化合物對斑馬魚胚胎毒性大小與其相對分子質(zhì)量、取代基位置及取代基數(shù)量有關(guān)，毒性大小:1，2，4-三氯苯 ＞對二氯苯 ＞間二氯苯＞鄰二氯苯＞一氯苯。

表4 胚胎發(fā)育過程72 h中可觀察到的毒理學(xué)終點(diǎn)Tab．4 Endpoints Observed in Duration of 72 Hours during Development of Embryo

2．2 對斑馬魚胚胎的聯(lián)合毒性作用

斑馬魚胚胎毒性技術(shù)也可以用來測定復(fù)合污染物毒性并分析污染物的致畸、致死效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)苯酚類有機(jī)物之間相互復(fù)合或與其他化合物聯(lián)合會對斑馬魚胚胎產(chǎn)生協(xié)同或拮抗效應(yīng)［6］。端正花等［30］對斑馬魚胚胎進(jìn)行了PCP和BPA聯(lián)合毒性測定，結(jié)果表明當(dāng)PCP和BPA毒性效應(yīng)配比=1∶1時(shí)，斑馬魚胚胎24 h死亡率表現(xiàn)為協(xié)同作用，72 h心包囊腫表現(xiàn)為拮抗作用;當(dāng)PCP和BPA毒性效應(yīng)配比≠1∶1時(shí)，32 h血流障礙表現(xiàn)為拮抗作用。周宇等［31］研究氯代苯類有機(jī)物對斑馬魚胚胎毒性效應(yīng)，結(jié)果表明氯苯類有機(jī)物對斑馬魚胚胎聯(lián)合毒性有明顯抑制作用，對胚胎有致死、致畸作用。應(yīng)用斑馬魚胚胎發(fā)育技術(shù)，通過觀察胚胎形態(tài)上的變化，對污染物的生物毒性進(jìn)行研究，對揭示污染物的毒性作用機(jī)制，提高檢測的靈敏度具有重要指導(dǎo)意義。

3 討論

(1)水環(huán)境中各種污染物并不是單一存在的，僅考慮單一污染物的影響明顯不足，各污染毒物之間存在著協(xié)同、相加、拮抗等聯(lián)合毒性效應(yīng)，不同污染物復(fù)合暴露的毒性效果也存在較大差異性。因此，需從聯(lián)合毒性效應(yīng)的角度對水環(huán)境污染進(jìn)行綜合評價(jià)，從而制定出對保護(hù)水環(huán)境有利的控制標(biāo)準(zhǔn)，多角度、全方位監(jiān)測并改善水環(huán)境，保障水產(chǎn)品質(zhì)量安全。同時(shí)，由于水環(huán)境中苯類、酚類有機(jī)物的含量相對較低，低濃度、長時(shí)間暴露條件下對生物體的影響還需要進(jìn)一步的研究，這對于揭示有機(jī)物對生物體的毒性機(jī)理有著重要意義。

(2)斑馬魚胚胎毒性的研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域，隨著研究的進(jìn)一步深入，未來可利用斑馬魚胚胎毒性技術(shù)來判斷、分析水環(huán)境中污染毒物的毒性作用及對人類和其他生物潛在的危害程度，尤其是致死、致突、致畸等效應(yīng)，從而有效開展水環(huán)境安全性評估。

綜上所述，苯類、酚類有機(jī)污染物對斑馬魚成魚及胚胎單一毒性、聯(lián)合毒性指標(biāo)都可以作為水環(huán)境監(jiān)測的重要指標(biāo)，檢測水環(huán)境中有機(jī)毒物的綜合毒性。利用斑馬魚對水質(zhì)變化的靈敏反應(yīng)，檢測水環(huán)境中有機(jī)污染物的毒性，對保障人類飲用水安全及水環(huán)境生態(tài)穩(wěn)定有重要意義，相信隨著研究的不斷深入，斑馬魚在水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域?qū)l(fā)揮越來越大的作用。

［1］嚴(yán)莎．苯系物對我國典型魚類和水生植物的毒害效應(yīng)及其水質(zhì)基準(zhǔn)的研究［D］．天津:南開大學(xué)，2012．

［2］高小輝，楊峰峰，何圣兵．水質(zhì)的生物毒性檢測方法［J］．凈水技術(shù)，2012，31(4):49-54．

［3］Ensenbach U，Nagel R．Toxicity of complex chemical mixtures:acute and long-term effects on different life stages of zebra fish［J］．Ecotoxicological Environmental Safety，1995，30(2):151-157．

［4］耽波，曹頂臣，孫效文，等．斑馬魚-新型的實(shí)驗(yàn)動物［J］．水產(chǎn)學(xué)雜志，2006，19(2):105-108．

［5］Chen H，Yao J，Wang F，et al．Toxicity of three phenolic compounds and their mixtures on the gram-positive bacteria Bacillus subtilis in the aquatic environment［J］．Science of the Total Environment，2010，408(5):1043-1049．

［6］余麗琴，趙高峰，馮敏，等．典型氯酚類化合物對水生生物的毒性研究進(jìn)展［J］．生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2013，8(5):658-670．

［7］邢軍．苯、氯苯、苯酚、4-氯酚對斑馬魚、孔雀魚、劍尾魚的急性毒性［J］．生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20(11):1720-1724．

［8］羅茜，查金苗，雷炳莉，等．三種氯代酚的水生態(tài)毒理和水質(zhì)基準(zhǔn)［Jl．環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，2(11):2241-2249．

［9］Yin D，Zhu H，Hu P，et al．Genotoxic effect of 2，4，6-trichlorophenol on p53 gene in zebrafish liver［J］．Environmental Toxicology and Chemistry，2009，28(3):603-608．

［10］Yin D，Gu Y，Li Y，et al．Pentachlorophenol treatment in vivo elevates point mutation rate in zebrafish p53 gene［J］．Mutation Research，2006，609(1):92-101．

［11］李亞寧，周啟星．四溴雙酚A的代謝轉(zhuǎn)化與生態(tài)毒理效應(yīng)研究進(jìn)展［J］．生態(tài)學(xué)雜志，2008，27(2):263-268．

［12］房妮，張松林，俱國鵬，等．對甲酚與2，4-二叔丁基酚對斑馬魚的聯(lián)合毒性研究［J］．江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，22(11):122-124．

［13］房妮，張松林．間甲酚對斑馬魚的急性毒性試驗(yàn)［J］．吉林農(nóng)業(yè)，2010，22(9):236．

［14］Deng J，Yu LQ，Liu CS，et al．Hexbromocyclododecane-induced developmental toxicity and apoptosis in zebrafish embryos［J］．Aquatic Toxicology，2009，93(5):29-36．

［15］劉紅玲，劉曉華，王曉蓉，等．雙酚A和四溴雙酚A對大型溞和斑馬魚的毒性［J］．環(huán)境科學(xué)，2007，28(8):1784-1787．

［16］王連生．有機(jī)污染化學(xué)［M］．北京:高等教育出版社，2004．

［17］Hong H，Wang X D，Ou W H，et al．Acute toxicity of benzene derivatives to the tadpoles(Rana japonica)and QSAR analyses［J］．Chemosphere，2003，53(8):963-970．

［18］唐自強(qiáng)，馮長君．氯代苯胺對斑馬魚的急性毒性的電性拓?fù)溲芯浚跩］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35(6):19-21．

［19］趙兵，劉征濤，黃民生，等．持久性有機(jī)污染物的研究進(jìn)展［J］．凈水技術(shù)，2005，24(2):30-33．

［20］李靜，吳端生，彭放，等．硝基苯類、氯酚類化合物對金魚的急性毒性研究［J］．湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，13(4):8-10．

［21］范亞維，周啟星．水體甲苯、乙苯和二甲苯對斑馬魚的毒性效應(yīng)［J］．生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2009，4(1):136-141．

［22］Gao J，Liu L，Liu X，et al．Levels and spatial distribution of chlorophenols-2，4-Dichlorophenol，2，4，6-trichlorophenol，and pentachlorophenol in surface water of China［J］．Chemosphere，2008，58(6):1181-1187．

［23］宋志慧，王慶偉，楊魯娜，等．三苯基錫和五氯酚對斑馬魚急性毒性作用和過氧化物酶活性的影響［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(20):12201-12204．

［24］楊霓云，劉征濤，王宏，等．五氯苯酚與鄰氯苯酚和2，4-二氯苯酚對斑馬魚的聯(lián)合毒性［J］．環(huán)境科學(xué)研究，2006，19(6):145-148．

［25］McKim J M．Early Life Stage Toxicity Tests in Fundamentals of Aquatic Toxicology:Methods and Applications［M］．New York:Hemisphere，1985．

［26］Strmac M， Braunbeck T． Effects of triphenyltin acetate on survival，hatching success，and liver ultrastructure of early life stages of zebrafish(D．rerio)［J］．Ecotoxicology and Environment Safety，1999，34(6):25-39．

［27］端正花，朱琳，王平，等．雙酚A對斑馬魚不同發(fā)育階段的毒性及機(jī)理［J］．環(huán)境化學(xué)，2007，26(4):491-494．

［28］王艷萍，洪琴，郭凱，等．多氯聯(lián)苯暴露對斑馬魚胚胎發(fā)育的毒性效應(yīng)［J］．南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30(11):1537-1541．

［29］陳粉麗，張松林，陳紅梅，等．氯代苯類化合物對斑馬魚胚胎的單一急性毒性［J］．環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué)，2010，27(8):472-475．

［30］端正花，鄭敏，朱琳，等．五氯酚和雙酚A聯(lián)合作用對斑馬魚胚胎發(fā)育的毒性［J］．中國環(huán)境科學(xué)，2006，26(1):121-124．

［31］周宇，于紅霞，丁翔，等．氯代苯類有機(jī)污染物對斑馬魚胚胎聯(lián)合毒性效應(yīng)的研究［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，22(3):340-344．