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微板法测试12种POPs对新月菱形藻的毒性



全 文 :第29卷第4期
2011年10月
海 洋 科 学 进 展
ADVANCES IN MARINE SCIENCE
Vol.29 No.4
October,2011
微板法测试12种POPs对新月菱形藻的毒性

孙禾琳1,2,蔡恒江2,姚子伟1*
(1.国家海洋环境监测中心,辽宁 大连116023;2.大连海洋大学,辽宁 大连116023)
摘 要:采用微板法研究了三丁基锡、苯并a芘、菲、芘、壬基酚、五氯酚、五氯苯、六氯苯、PCB77、PCB126、甲基对硫
磷、马拉硫磷对我国近海常见藻种新月菱形藻的毒性效应,得到了12种持久性有机污染物(POPs)对藻的剂量效应
关系,并进行logit模型拟合,计算出96hEC50值并进行统计分析。通过与传统锥形瓶测试方法得到的数据进行比
较,结果表明微板法操作简单,所需样品量少,可以快速测定这12种持久性有机污染物(POPs)对海洋微藻的毒性。
关键词:微板法;持久性有机污染物;新月菱形藻;EC50
中图分类号:X55     文献标识码:A     文章编号:1671-6647(2011)04-0529-08
随着工业的发展,持久性有机污染物的种类越来越多,分布也越来越广。根据环境监测数据显示,我国
近海持久性有机物的污染日益严重[1-2]。因而,研究水质及有毒化学品对海洋初级生产者—藻类的毒性具有
重要的意义[3]。目前,大多数国际组织和国家都制定了藻类生长抑制试验的标准方法,如 OECD标准和
USEPA标准。这些方法采用的培养容器主要是锥形玻璃瓶,进行毒性测试时,所需样品体积较大,耗费时
间较长且工作量大。因此迫切需要一种高效简便的测试方法。微板试验法在发光细菌及微生物的毒性试验
中已经较为常用[4],国外学者已利用微板法进行了藻类毒性试验,并将微板法与传统锥形瓶方法进行比较,
发现其试验结果具有很好的一致性[5-6],测试过的污染物主要有农药[7-8]及重金属[9]等。Satoh等用荧光96
孔微板法测试了Cu,As,Sb,Pb和Cd对9种海洋微藻(隶属于5个门7个属)的毒性[10],表明这种方法对于
大部分藻类都适用,并且操作简单,易于设置多个平行和浓度。国内葛会林等人建立了藻类96孔微板吸光
法,并测定了9种农药对斜生栅藻的抑制毒性[11],表明该方法具有简便快速、所需样品体积少的特点。但利
用该方法与传统锥形瓶测试方法比较测定持久性有机污染物对海洋微藻的毒性的研究未见报道。
选用我国近海优势藻种新月菱形藻(Nitzschia closterium)作为受试生物,应用微板法和锥形瓶法比较
分析了12种持久性有机污染物对该藻的毒性效应,确定了微板法在监测持久性有机污染物对藻类毒性方面
的可行性。
1 材料与方法
1.1 试剂与仪器
药品:三丁基锡、苯并a芘、菲、芘、壬基酚、五氯酚、五氯苯、PCB126、PCB77、六氯苯、甲基对硫磷、马拉
硫磷标准品,均购自德国Dr.Ehrenstorfer公司。
仪器:一级藻种培养机、光照培养箱、冷冻离心机、紫外分光光度计、倒置荧光显微镜、高压灭菌锅、三角
瓶、酶标仪、Costar96孔微板、超净工作台(表1)。
* 收稿日期:2010-07-19
资助项目:海洋公益性行业科研专项———海水水质基准的研究与制定(200805090)
作者简介:孙禾琳(1986- ),女,黑龙江哈尔滨人,硕士研究生,主要从事环境毒理学方面研究.E-mail:meteor222@163.com
*通讯作者,E-mail:zwyao@nmemc.gov.cn
(陈 靖 编辑)
530  海 洋 科 学 进 展 29卷
表1 试验中所用的主要仪器
Table 1 Major instruments in the test
仪器名称 型 号 厂 家
双目电子显微镜 E100 Nikon
智能光照培养箱 GXZ-500B 宁波江南
藻种培养机 HXDJB-42 大连汇新钛
超净工作台 SW-CI-1F 上海博迅实业有限公司
冷冻离心机 3K15 德国SIGMA公司
双光束紫外可见分光光度计 TU-1900 北京普析通用仪器有限责任公司
倒置荧光显微镜 DMI4000B 德国LEICA
酶标仪 雷杜RT6100 深圳雷杜生命科学股份有限公司
高压灭菌锅 YXQ-LS-30 上海博迅实业有限公司
1.2 藻种来源和培养条件
新月菱形藻(Nitzschia closterium)取自国家海洋环境监测中心。
培养条件:海水的盐度31,pH为7~8[12],煮沸灭菌,营养盐选用康维方。毒理试验部分在智能光照培养
箱中进行,锥形瓶试验采用250mL三角瓶,微板试验采用96孔微板,温度22±1℃,光暗比为12h∶12h[13],
光照强度3 000±5 000lx。
1.3 测定方法、波长、生长曲线、暴露时间的选择
目前测定微藻生长情况的基本方法有细胞计数法、叶绿素a含量测定法、荧光分光光度法和可见分光光
度法[14]。据报道,可见分光光度法[15-16]操作较简单,适用于连续测定。取生长良好的藻种,用紫外可见分光
光度计进行全程扫描,选择最佳波长684nm。在684nm下,以初始数量为2.4×104/mL的藻液进行培养,
每隔24h测定其光密度,得到该藻种14d的生长曲线(图1),在1~10d该藻都处于对数生长期,所以本研
究选取该生长阶段的藻种作为本研究测试对象。另外,不同的暴露时间下测得的污染物毒性大小不同,根据
OECD标准,统一选择96h作为测试暴露时间。
1.4 助溶剂的选择
根据OECD标准,对于难溶物质选用丙酮作为助溶剂,每100mL藻液中加入10μL丙酮,对试验结果
进行单因素方差分析,可得P>0.05,说明差异不显著,所以按此比例添加助溶剂不影响藻种生长(对照试验
4期 孙禾琳,等:微板法测试12种POPs对新月菱形藻的毒性 531 
图2)。
1.5 锥形瓶试验方法
参考OECD标准中藻类生长抑制试验方法,受试物浓度按等对数间距设置,最后根据预试验结果选取
5~7个浓度设置正式试验(具体浓度见图3),每组3个平行。试验中定时摇动锥形瓶,随机调整光照位置,
96h后在684nm处测量藻液的吸光值。
1.6 微板试验方法
参考国外文献[6,17-18]及葛会林等建立的方法[11],于超净工作台中将100μL处于对数生长期的藻液加入
96孔微板中,然后加入不同浓度的受试物100μL,每个浓度3个平行,使总体积达到200μL,空白为灭菌海
水。加盖用密封条密封,放入光照培养箱培养,条件设置同锥形瓶方法。每日定时用酶标仪测量藻液吸
光值。
2 试验结果与讨论
许多研究表明,大部分藻类在低浓度有机污染物的作用下,生长率反而会上升,即产生“兴奋效应”[19],
且随着时间的变化,藻类的生长率也发生变化。此外,由于很多有机物在海水中的溶解度较低,在实验中当
浓度上升到一定范围时,抑制率的变化幅度趋于稳定。因此,本研究采用Origin8.0软件对结果进行logit
曲线拟合,拟合系数更接近于1,同时可以更直观的反映出12种化合物随着浓度的增加对新月菱形藻的抑
制率的变化。参考刘保奇[20]选择优化的logit模型,利用Origin8.0软件拟合剂量 -效应曲线(图3)。
由图3可见,随着12种污染物浓度的升高,其对藻的抑制率都在逐渐增大,但大部分污染物达到一定浓
度时,抑制率反而趋于平稳;试验中也观察到,某些污染物如三丁基锡、有机磷在较低浓度时,会对藻产生刺
激作用,但持续时间较短,超过48h后,刺激作用逐渐不明显;通过图3中各个曲线的拟合相关系数R2值的
比较,发现锥形瓶方法拟合效果较好,均大于0.9;微板法个别受试物拟合相关系数不到0.9,所以应当在以
后的试验中提高试验重复性,进一步优化试验方法。
从拟合曲线中得到12种化合物的96hEC50值,并将结果用SPSS16.0进行统计分析(表2)。
表2 12种持久性有机污染物对新月菱形藻的毒性大小(μg·L-1)
Table 2 Toxicities of 12persistent organic polutants on Nitzschia closterium
受试物
96hEC50
锥形瓶试验 微板试验
文献参考值范围*
三丁基锡 11.61±0.28  6.51±0.11  1.13~12.96[21-22]
苯并a芘 50.54±6.40  73.47±3.78  76~98[23-24]
芘 56.69±1.43  60.78±4.50  71~107[25]
菲 71.82±1.82  73.71±4.48  59~89[25]
壬基酚 1337.98±3.29  1423.03±109.61  14860[26]
五氯酚 936.14±14.74  641.80±120.90  1125~5500[27-30]
五氯苯 1196.92±48.09  1093.55±20.20 -
六氯苯 148.68±2.43  113.07±12.31 -
PCB 77  90.72±3.51  85.28±2.45 -
PCB 126  59.71±6.06  32.03±3.44 -
甲基对硫磷 2591.34±466.70  2579.18±117.46  3890~15000[13,28]
马拉硫磷 8874.75±268.84  8169.63±128.26 -
     注:96hEC50为96h半抑制浓度;*为均为相应受试物对海洋优势藻种的毒性数据
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图3 12种污染物对新月菱形的剂量效应曲线
Fig.3 Dosage-effect curves of 12POPs to Nitzschia closterium
4期 孙禾琳,等:微板法测试12种POPs对新月菱形藻的毒性 533 
图4 微板法和锥形瓶法的96hEC50值的相关性比较
Fig.4 Comparison between the microplate and the standard flask
bioassays based on linear regression of the EC50-96hdata pairs
  从96h半抑制浓度数据可知,三丁基锡
的毒性最大,多环芳烃类、多氯联苯类毒性较
大,有机磷农药毒性相对较小,该结果与国内
外研究结果基本一致[13,31-32];酚类结果略大于
国内文献报道五氯酚对斜生栅藻的毒性参考
值0.5mg/L[30],这可能是由淡水藻种和海水
藻种对受试物的敏感性不同造成的;由于在海
水中的溶解度和含量的不同及其结构上的差
异,同类化合物得到的EC50值也不同,如五氯
苯和六氯苯;PCB77的毒性小于PCB126,这
与沈华萍报道的PCB对人类的癌细胞和斑马
鱼毒性顺序相同[33],说明研究PCB对海洋微
藻的毒性也可以为研究该类化合物对动物的
毒性提供参考;在两种方法的测试中,有机磷
农药的毒性都是最小的,但由于农药的使用量
较大以及在环境中的残留,将对海洋生物产生更为长久的影响,所以也要引起重视[34]。表2中搜集的参考
值为近年来国内外文献中相应化合物对海洋优势藻种的毒性数据,从参考值范围来看,芘的毒性值略低,壬
基酚、五氯酚、甲基对硫磷也低于参考值。由于影响藻类毒性试验结果的因素很多,不同藻种对不同浓度的
POPs化合物的耐受性也各不相同,此外试验中的误差如瓶壁的吸附、微藻对POPs化合物的富集等也可能
造成测定的毒性值偏低,所以需要尽量提高试验的重复性,排除可能产生的误差,以确保试验结果的准确性。
按照Paix珘ao的方法[33],将微板法与锥形瓶法的测定数据进行回归分析,结果表明二者具有很好的线性相关
性(图4)。
综上所述,微板法在一定范围内适于微藻毒性测试。对于利用微板试验法测得的个别结果较利用锥形
瓶试验法测得的结果偏低的现象,可能是由于以下因素造成:微孔板的材质,试验中震荡不足,水分的蒸发
等。国外研究也表明,在使用微板测试难溶性有机物毒性时,如多环芳烃类,微板的材质可能会影响实验结
果,使测得毒性值偏低[35]。此外,由于微板试验中添加藻液的量较少,添加受试物的量也较小,极易产生误
差,因此在试验中应尽量设置多个平行及浓度,提高测试的准确度。
3 结 论
经2种方法比较研究12种持久性有机污染物对新月菱形藻的毒性,发现采用微板法测定持久性有机污
染物对海洋微藻毒性的特点:1)试验用藻液量和受试物量少,降低试验成本,试验操作较简单;2)测试的试验
结果,经与锥形瓶方法比较,差异不显著,且在测定毒性大小顺序方面具有一致性;3)试验中应注意无菌操
作、微板材质的选择及试验误差。随着监测工作的发展,需要测试的样品种类也越来越多,微板法不仅可以
测试单一的化学品,还可以测试不同情况的受污染的水质,所以该试验的结果可以作为今后扩大微板法测试
范围的基础研究。
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Toxic Effects of 12Persistent Organic Polutants on Nitzschia
ClosteriumDetermined Using Micro-plate Assay
SUN He-lin1,2,CAI Heng-jiang2,YAO Zi-wei 1
(1.National Marine Environmental Monitoring Center,Dalian 116023,China;
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Abstract:Toxic effects of 12persistent organic polutants(POPs)including TBTC,benzo a pyrene,phe-
nanthrene,pyrene,nonylphenol,pentachlorophenol phenol,PeCB,HCB,PCB77,PCB126,methyl para-
thion,malathion on Nitzschia closterium were studied by means of micro-plate assays.The dosage-effect
relationships between the 12POPs and algae were obtained and fitted using Logit regression.The data of
96h-EC50 were figured out and analyzed.The results have shown that comparing to the traditional flask
method,the micro-plate method is more simple and requires less amount of sample and can be applied for a
rapid determination of the toxic effects of the 12POPs on marine microalgae.
Key words:micro-plate assay;persistent organic polutant;Nitzschia closterium;EC50
Received:July 7,2010