伍愛梅,衛(wèi)晉波,2,3,賴長生,于雪冰,劉穎云
(1.佛山英拜檢測科技有限公司,廣東佛山528000;2.佛山市環(huán)境健康與安全評價研究中心,廣東佛山528000;3.廣東微生物研究所,廣東廣州510070;4.佛山市禪城區(qū)糧油檢測中心,廣東佛山528000;5.中山市三鄉(xiāng)鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站,廣東中山528463)
養(yǎng)殖水中重金屬對斑馬魚的急性毒性試驗
伍愛梅1,衛(wèi)晉波1,2,3,賴長生4,于雪冰4,劉穎云5
(1.佛山英拜檢測科技有限公司,廣東佛山528000;2.佛山市環(huán)境健康與安全評價研究中心,廣東佛山528000;3.廣東微生物研究所,廣東廣州510070;4.佛山市禪城區(qū)糧油檢測中心,廣東佛山528000;5.中山市三鄉(xiāng)鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站,廣東中山528463)
在靜態(tài)的條件下,利用斑馬魚作為受試物,測試鉈、釩、鎳、銻、硒五種金屬對斑馬魚的急性毒性。測試結(jié)果顯示鉈對斑馬魚的24h-LC50、48h-LC50、72h-LC50、96h-LC50分別是0.17、0.13、0.10、0.08mg·L-1;釩對斑馬魚的24h-LC50、48h-LC50、72h-LC50、96h-LC50分別是8.80、6.54、4.91、2.73mg·L-1;鎳對斑馬魚的24h-LC50、48h-LC50、72h-LC50、96h-LC50分別是9.54、8.32、7.74、6.30mg·L-1;銻對斑馬魚的24h-LC50、48h-LC50、72h-LC50、96h-LC50分別是14.73、12.41、10.54、9.27mg·L-1;硒對斑馬魚的24h-LC50、48h-LC50、72h-LC50、96h-LC50分別是3.58、2.63、1.97、1.21mg·L-1。
重金屬;急性毒性;斑馬魚
隨著人類社會的發(fā)展,工業(yè)和生活廢水的排放,造成的水體污染嚴(yán)重威脅了水生生物的生存環(huán)境,有害物質(zhì)的急性毒性對人類健康產(chǎn)生巨大影響。其中,重金屬作為主要污染物之一,能夠和生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)及各種酶發(fā)生強烈的相互作用,使它們失去活性。
正因為重金屬污染嚴(yán)重,容易造成公害,因此研究重金屬的急性毒性和生物毒性是很必要的?,F(xiàn)在很多研究會利用有害物質(zhì)對斑馬魚的急性毒性的結(jié)果評價對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評價。
我們通常用半數(shù)致死濃度來衡量有害物質(zhì)對生物體的急性毒性大小。
吉首大學(xué)生物資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院對鎳、鎘對日本鳉及性毒性進(jìn)行了研究,研究證明鎳是中毒物質(zhì),96h-LC50是6.02mg·L-1;鎘是高毒物質(zhì),96h-LC50是0.22mg·L-1。
國家水專項—流域水環(huán)境預(yù)警技術(shù)研究與三峽庫區(qū)示范項目中,其中一個項目研究了5種重金屬(汞、銅、鎘、鋅、鉛)暴露對斑馬魚呼吸運動的影響結(jié)果表明,Hg2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Pb2+等重金屬對斑馬魚的96h-LC50分別為0.14,0.174,6.497,44.48,116.432mg·L-1;安全濃度分別為0.014,0.017,0.65,4.5,11.6mg·L-1;應(yīng)用呼吸參數(shù)的預(yù)警濃度分別為0.08,0.08,4.8,7.5,105mg·L-1。其中系列濃度Hg2+暴露下斑馬魚呼吸頻率和呼吸強度都顯著升高;Cu2+,Cd2+等暴露對斑馬魚呼吸頻率和呼吸強度先升高再降低;Zn2+暴露則對斑馬魚呼吸運動具有顯著抑制作用;而Pb2+對斑馬魚呼吸強度影響較小。斑馬魚呼吸參數(shù)作為生物監(jiān)測指標(biāo)來預(yù)警水體Hg2+,Cu2+,Zn2+等重金屬污染較為敏感[1-8]。
日本研究鋅對硬頭鱒的急性毒性,重金屬如鋅、鉆、銅、鎳能溶解幾種動物的紅血球,且每種金屬對試驗動物的溶血作用,則具有種的特異性。其中鋅對硬頭鱒的紅血球影響最大。據(jù)日本兒玉正昭的研究結(jié)果:硬頭鱒在鋅中毒后期,部分鰓上皮細(xì)胞脫落。此外,大馬哈魚的魚卵也被重金屬剝奪了彈性。
本實驗將對鉈、釩、鎳、銻、硒五種金屬對斑馬魚的急性毒性進(jìn)行測試。旨在分析比較五種重金屬的引起急性毒性反應(yīng),為水體、養(yǎng)殖以及食品污染檢提供分析依據(jù)。鉈雖然在環(huán)境中含量少,但由于最近頻繁出現(xiàn)了鉈中毒的事件,所以在此對鉈的毒性做了研究,希望通過實驗對鉈的毒性有更深刻的了解。
斑馬魚為常見熱帶魚,體長3~4 cm,身軀玲瓏而纖細(xì),易于飼養(yǎng),發(fā)育快速,性成熟期短,繁殖力強,胚胎體外發(fā)育,易于觀察和操作,而且其與人類基因有著87%的高度同源性,作為模式生物的優(yōu)勢很突出,是研究脊椎動物的理想模型,其實驗結(jié)果大多數(shù)情況下也適用于人體。
斑馬魚的基因和人類很相近,在本試驗中,研究重金屬對斑馬魚的急性毒性,也能很好的反映出重金屬對人體的急性毒性。
由于斑馬魚的基因與人體相近,所以斑馬魚的卵細(xì)胞也被用來進(jìn)行基因變異的研究。通過有害物質(zhì)對斑馬魚的卵細(xì)胞的影響,觀察斑馬魚的卵細(xì)胞結(jié)構(gòu),判斷卵細(xì)胞是否產(chǎn)生變異。
1.1受試生物
品種:斑馬魚
來源:廣州楊氏水族館
馴養(yǎng):購買一定量的斑馬魚在相同的試驗條件下馴養(yǎng)至少7天,保證自然死亡率小于5%[3],試驗前24小時停止喂食,急性毒性測定試驗期間不喂食。
規(guī)格:從試驗魚中隨機抽取10尾,試驗魚的長度為20.43~28.87mm,保證重量為0.152~0.332 g[3]。
飼養(yǎng)條件:魚的生活環(huán)境就是水,對于魚來說,水的質(zhì)量直接影響到魚的生存。所以在本試驗中,為了得到準(zhǔn)確的半數(shù)致死量的數(shù)據(jù),嚴(yán)格控制養(yǎng)殖水的質(zhì)量。養(yǎng)殖用水使用經(jīng)過過濾和曝氣的自來水,總硬度為69.88mg·L-1(以CaCO3計),pH值為7.80,水溫控制在21.0~25.0℃,溶解氧不低于飽和值的60%(即不低于4.95mg·L-1)。
飼喂使用赤蟲(本次試驗飼喂的冷凍赤蟲,必須先在水中解凍之后才能喂食,否則容易導(dǎo)致魚生病死亡),每天一次。
光照每天12 h(早上10時~晚上10時)。
1.2重金屬供試試劑
偏釩酸銨(佛山市安洋化玻儀器有限公司,天津市福晨化學(xué)試劑廠);硝酸鉈(西格瑪奧德里奇中國);硝酸鎳(廣州萊帆科學(xué)儀器有限公司,天津市福晨化學(xué)試劑廠);醋酸銻(西格瑪奧德里奇中國);四氯化硒(西格瑪奧德里奇中國);釩標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為1 000mg·L-1,廣州志行儀器設(shè)備有限公司,國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院);鉈標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為1 000mg·L-1,廣州志行儀器設(shè)備有限公司,國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院);鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為1 000mg·L-1,廣州志行儀器設(shè)備有限公司,國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院);銻標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為1 000mg·L-1,廣州奧譜析實驗設(shè)備有限公司,國家有色金屬及電子材料分析測試中心);硒標(biāo)準(zhǔn)溶液(濃度為1 000mg·L-1,廣州分析測試中心科力技術(shù)開發(fā)公司,環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所)
1.3儀器設(shè)備和試劑
儀器:原子吸收光譜儀(ICE 3500,賽默飛世爾科技);雙道原子熒光分光光度計(AFS 9800,北京海光儀器公司);實驗電熱板(HT-300,中國廣州分析測試中心);鼓風(fēng)干燥箱(HKG-9055A,廣東環(huán)凱微生物科技有限公司);電子天平(BSA 223S,賽多利斯);溶解氧儀(Oxi3205,德國WTW)。
設(shè)備:鉈空心陰極燈、鎳空心陰極燈、釩空心陰極燈、硒空心陰極燈、銻空心陰極燈、搗碎機、聚乙烯瓶、5mL無菌注射器、0.45μm針孔式濾膜、0.22μm針孔式濾膜、玻璃魚缸、一般試驗室常用的儀器設(shè)備。
試劑:硝酸、高氯酸、硝酸鈀、硝酸鎂、過氧化氫、硼氫化鉀(優(yōu)級純)、氫氧化鈉、氬氣(純度不低于99.99%)。
檢測用水:去離子水。
2.1實驗方法
試驗方法參照《經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織化學(xué)品測試準(zhǔn)則》[1]、《化學(xué)品測試方法》[2]、危險化學(xué)品魚類急性毒性分級試驗方法[8]。暴露時間96 h,承載量(靜態(tài)和半靜態(tài)試驗系統(tǒng)最大承載量為1.0 g魚/L)。
2.2斑馬魚敏感性檢查
為了證明試驗中使用的斑馬魚健康水平屬于正常狀態(tài),選擇優(yōu)級純重鉻酸鉀為參考毒物,試驗方法與重金屬的毒性試驗方法要求一致。若重鉻酸鉀的96h-LC50在200~400mg·L-1,即代表斑馬魚的健康水平屬于正常,否則試驗所使用的斑馬魚健康水平屬于不正常,不能在試驗中使用。
重鉻酸鉀經(jīng)過105℃烘干2 h后,稱取20.000 g,用養(yǎng)殖用水溶解并且準(zhǔn)確定容到1 000.0mL,作為20 g·L-1重鉻酸鉀貯備液。然后分別量取60、80、100、120、140、160mL重鉻酸鉀貯備液置于不同的玻璃魚缸中,再分別加入2 940,2 920,2 900,2 880,2 860,2 840mL養(yǎng)殖用水,使?jié)舛确謩e為150,200,250,300,350,400mg·L-1。同時量取3 000mL養(yǎng)殖用水置于另一個魚缸中,設(shè)定為空白樣本作為對照。
在每一個魚缸放10尾試驗魚,在各濃度中暴露24 h,試驗期間不喂食。試驗期間養(yǎng)殖水溫度控制在21~25℃,光照時間為12 h。96 h后,試驗結(jié)束,觀察試驗魚的情況,記錄死亡數(shù)量,通過spss統(tǒng)計軟件計算重鉻酸鉀96h-LC50。
經(jīng)試驗,重鉻酸鉀參考毒物實驗96 h后結(jié)束,96 h的LC50是298mg·L-1,重鉻酸鉀參考物96 h的LC50要求在200~400mg·L-1[3]之間,即本實驗滿足要求。結(jié)果證明了本試驗中所選用的斑馬魚的敏感性和試驗過程的有效性。
2.3預(yù)實驗
為了分別得到重金屬鉈、釩、鎳、銻、硒等五種重金屬死亡率為100%的最低濃度和死亡率為0%的最高濃度,需要先進(jìn)行預(yù)實驗。
配制重金屬貯備液。鉈的貯備液濃度為10.0 g·L-1(稱取硝酸鉈13.0 g,用1%硝酸溶液10mL溶解,再定容至1 L);釩的貯備液濃度為10.0 g·L-1(稱取偏釩酸鈉23.9g,用1%硝酸溶液10mL溶解,再定容至1 L);鎳的貯備液濃度1.0 g·L-1(稱取硝酸鎳5.0 g,用1%硝酸溶液10mL溶解,再定容至1 L);銻的貯備液濃度10.0 g·L-1(稱取醋酸銻24.6 g,用5%鹽酸溶液10mL溶解,再定容至1 L);硒的貯備液濃度為10.0 g·L-1(稱取四氯化硒28.0 g,用5%鹽酸溶液10mL溶解,再定容至1 L)。使用時將鉈、釩、鎳、銻、硒貯備液的濃度分別稀釋至10.0,100,100,100,100mg·L-1。
進(jìn)行預(yù)實驗時鉈選擇濃度為0.01,0.10,0.20,0.50,1.0mg·L-1;釩選擇濃度為1.0,5.0,10.0,15.0,20.0 mg·L-1;鎳選擇濃度為1.0,10.0,15.0,20.0,25.0 mg·L-1;銻選擇濃度為1.0,10.0,20.0,30.0,50.0mg·L-1;硒選擇濃度為1.0,5.0,10.0,15.0,20.0mg·L-1。在25個魚缸中分別配置鉈、釩、鎳、銻、硒五種重金屬的五個濃度,每個魚缸的養(yǎng)殖水用量為3 L,在每個魚缸中放5尾試驗魚[3],觀察96小時,每天光照12小時(早上10點~晚上10點),養(yǎng)殖水溫度控制在21~25℃,試驗期間不喂食,不換水,記錄斑馬魚的中毒情況和死亡數(shù)量。
試驗結(jié)果:鉈死亡率為100%的最低濃度為0.50mg·L-1,死亡率為0%的最高濃度為0.01mg·L-1;釩死亡率為100%的最低濃度為0.50mg·L-1,死亡率為0%的最高濃度為0.01mg·L-1;鎳死亡率為100%的最低濃度為15.0mg·L-1,死亡率為0%的最高濃度為1.0mg·L-1;銻死亡率為100%的最低濃度為20.0mg·L-1,死亡率為0%的最高濃度為1.0mg·L-1;硒死亡率為100%的最低濃度為5.0mg·L-1,死亡率為0%的最高濃度為1.0mg·L-1。
2.4正式試驗
根據(jù)預(yù)實驗結(jié)果中重金屬鉈、釩、鎳、銻、硒死亡率為100%的最低濃度和死亡率為0%的最高濃度,進(jìn)行正式試驗。在死亡率為100%的最低濃度和死亡率為0%的最高濃度之間,選擇合適的濃度,鉈選擇濃度為0.01,0.05,0.10,0.20,0.30mg·L-1;釩選擇濃度為2.0,5.0,8.0,10.0,15.0mg·L-1;鎳選擇濃度為2.0,5.0,8.0,10.0,15.0 mg·L-1;銻選擇濃度為5.0,8.0,10.0,15.0,20.0 mg·L-1;硒選擇濃度為1.0,2.0,3.0,4.0,5.0mg·L-1。在25個魚缸中分別配置鉈、釩、鎳、銻、硒等五種重金屬的五個濃度,每個魚缸的養(yǎng)殖水用量為3 L,在每個魚缸中放10尾試驗魚,觀察96 h,每天光照12 h(早上10點~晚上10點),養(yǎng)殖水溫度控制在21~25℃,在試驗期間不喂食,不換水。觀察斑馬魚的中毒情況和記錄死亡數(shù)量。最后通過spss統(tǒng)計軟件計算出試驗魚24,48,72,96 h的半數(shù)致死量。
指標(biāo)測定:溶解氧、pH值、溫度。試驗開始后0,24,48,72,96 h各測定一次每個魚缸中的溫度、pH值和溶解氧,確保整個過程溫度控制在21~25℃,pH值不低于6,溶解氧不低于空氣飽和值的60%。
觀察與記錄:試驗開始后0,24,48,72,96 h,分別觀察和記錄一次每個魚缸中斑馬魚的狀態(tài)和死亡數(shù)量。用玻璃棒輕觸魚尾,魚沒有反應(yīng)即判定為死亡。
數(shù)據(jù)處理:使用spss統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
2.5結(jié)果
礦石礦物成分以磁鐵礦為主,其次有黃鐵礦、赤鐵礦、假象赤鐵礦、少量黃銅礦、磁黃鐵礦等。脈石礦物主要有透輝石、金云母、綠簾石、透閃石、陽起石、綠泥石等。有時有殘留的大理巖團(tuán)塊。呈脈狀的方解石常常充填在矽卡巖礦物和磁鐵礦石裂隙中。
經(jīng)spss統(tǒng)計軟件計算,鉈、釩、鎳、銻、硒對斑馬魚的24h-LC50、48h-LC50、72h-LC50、96h-LC50見表1。
表1 重金屬對斑馬魚的LC50mg·L-1
試驗過程中,養(yǎng)殖水pH的變化范圍是7.20~7.54;溫度變化范圍是22.3~24.2℃;鉈試驗時溶解氧的變化范圍是72%~92%;釩試驗時溶解氧的變化范圍是68%~92%;鎳試驗時溶解氧的變化范圍是66%~92%;銻試驗時溶解氧的變化范圍是64%~92%;硒試驗時溶解氧的變化范圍是68%~92%。試驗結(jié)束時,空白對照組和溶劑對照組中,斑馬魚的死亡率為0%,符合要求低于10%。
3.1討論
本試驗過程中,存在其他因素可能導(dǎo)致斑馬魚的死亡,影響試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。例如,在試驗過程中,配制試驗養(yǎng)殖水的時所使用的酸可能導(dǎo)致斑馬魚的死亡(在配制鉈、釩、鎳的試驗養(yǎng)殖水時使用了硝酸;在配制銻、硒試驗養(yǎng)殖水時使用了鹽酸)。為了排除硝酸和鹽酸導(dǎo)致斑馬魚死亡,需要設(shè)置硝酸溶劑對照組和鹽酸溶劑對照組。
在進(jìn)行斑馬魚急性毒性正式試驗之前,必須先進(jìn)行預(yù)實驗,找到合適的濃度范圍。但是有時候只做一次預(yù)實驗是不能得到合適的濃度范圍,因此反復(fù)進(jìn)行預(yù)實驗,直到得到合適的濃度范圍。
試驗過程中,養(yǎng)殖水的pH值變化范圍是7.20~7.54;溫度變化范圍是22.3~24.2℃;鉈試驗時溶解氧的變化范圍是72%~92%;釩試驗時溶解氧的變化范圍是68%~92%;鎳試驗時溶解氧的變化范圍是66%~92%;銻試驗時溶解氧的變化范圍是64%~92%;硒試驗時溶解氧的變化范圍是68%~92%。192 h后,魚缸中重金屬的濃度均不低于初始濃度的80%。
在硝酸溶劑對照組和鹽酸對照組中,斑馬魚的死亡率為0%,可以排硝酸及鹽酸對試驗結(jié)果的影響。
根據(jù)有危險化學(xué)品魚類急性毒性分級試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[6],96h-LC50<0.1mg·L-1為劇毒,96h-LC50是0.1~1mg·L-1為高毒,96h-LC50是1~10mg·L-1為中毒,96h-LC50>10mg·L-1為低毒。測試結(jié)果鉈96h-LC50為0.08mg·L-1屬劇毒物質(zhì),釩96h-LC50為2.73mg·L-1屬中毒物質(zhì),鎳96h-LC50為6.30mg·L-1屬中毒物質(zhì),銻96h-LC50為9.27mg·L-1屬中毒物質(zhì),硒96h-LC50為1.21mg·L-1屬中毒物質(zhì)。
3.2總結(jié)
從急性毒性養(yǎng)殖試驗的結(jié)果可以看出,在鉈、釩、鎳、銻、硒五種重金屬中,鉈的96h-LC50最小,達(dá)劇毒標(biāo)準(zhǔn),其次是硒、釩、鎳、銻,均為中毒物質(zhì)。
對于急性毒性強的物質(zhì)在平時養(yǎng)殖的時候注意加強對養(yǎng)殖水的實時水樣檢測,以及養(yǎng)殖物的健康狀態(tài),警惕不明原因的養(yǎng)殖物死亡事件,及時發(fā)現(xiàn)和處理養(yǎng)殖水的污染問題。
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【責(zé)任編輯:鄧軍文dengjunwen69@126.com】
A study of acute toxicity of heavy metals in cultured water to zebra fish
WU Ai-mei1,WEI Jin-bo1,2,3,LAI Chang-sheng4,YU Xue-bing4,LIU Ying-yun5
(1.Foshan En-bio Detection Technology Co.,ltd,528000,China;2.Foshan Center for Environmental Health and Safety Assessment,528000,China;3.Guangdong Institute of Microbiology,510070,China;4.Testing Center of Food and Oil of Foshan Chancheng District,F(xiàn)oshan 528000,China;5.Animal Husbandry and Veterinary Station of Sanxiang Tower,Zhongshan 528463,China)
This paper discusses the acute toxicity of five heavy metals,thallium,vanadium,nickel,antimony and selenium,with cultured water to zebra fish in static condition.According to the experiments,the results showed that the acute toxicity of thallium quantity to zebra fish with 24h-LC50,48h-LC50,72h-LC50,96h-LC50were respectively 0.17mg·L-1,0.13mg·L-1,0.10mg·L-1,0.08mg/L.The acute toxicity of vanadium quantity to zebra fish with 24h-LC50,48h-LC50,72h-LC50,96h-LC50were respectively 8.80mg·L-1,6.54 mg·L-1,4.91mg·L-1,2.73mg·L-1.The acute toxicity of nickel quantity to zebra fish with 24h-LC50,48h-LC50,72h-LC50,96h-LC50were respectively9.54mg·L-1,8.32mg·L-1,7.74mg·L-1,6.30mg·L-1.The acute toxicity of antimony quantity to zebra fish with 24h-LC50,48h-LC50,72h-LC50,96h-LC50were respectively 14.73 mg·L-1,12.41 mg·L-1,10.54mg/L,9.27 mg·L-1.The acute toxicity of selenium quantity to zebra fish with 24h-LC50,48h-LC50,72h-LC50,96h-LC50were respectively 3.58mg·L-1,2.63mg·L-1,1.97mg·L-1,1.21mg·L-1.
heavy metals;acute toxicity;zebra fish
S965
A
1008-0171(2016)05-0071-05
2016-06-11
廣東省省級科技計劃項目(2014A040401002);廣東省科技計劃項目(2011B010600001);佛山高新區(qū)發(fā)展專項資金項目;佛山市高校和醫(yī)院科研基礎(chǔ)平臺建設(shè)項目(2014AG10007)
伍愛梅(1990-),女,廣東廣州人,佛山英拜檢測科技有限公司助理工程師。