全 文 ：海洋科学 /2006年 /第 30卷 /第 6期
酞酸酯对龙须菜的生态毒理研究
吴志辉1 , 杨宇峰1 , 聂湘平1 , 李桂英2 , 李凯彬3
(1.暨南大学 水生生物研究所 , 广东 广州 510632;2 中国科学院 广州地球化学研究所 ,广东 广州 510640;
3. 中国水产科学院 珠江水产研究所 , 广东 广州 510380)
摘要:研究了酞酸酯类化合物对龙须菜(Graci laria lemanei f ormis)生长的影响以及酞酸酯
在龙须菜体内的积累状况。结果表明 , 在邻苯二甲酸二甲酯(DM P)、邻苯二甲酸二乙酯
(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酯二异辛酯(DEHP)4 种酞酸酯混合质量浓度为
0. 05 , 0. 10 , 0. 20和 0. 40 mg /L 的暴露条件下 ,龙须菜的相对生长速率和叶绿素 a含量均受
到了明显影响。与对照组比较 ,在高质量浓度处理组(0. 1～ 0. 4 mg /L)中 , 两指标分别下降
了 18. 4%～ 21. 3%和 10. 4%～ 15. 3%,致毒效应与酞酸酯暴露浓度呈正相关。在受控水体
的暴露试验中 ,利用气相色谱(GC-FID)分析表明 , 4种酞酸酯类(DMP , DEP , DBP和 DEHP)
在龙须菜体内均有一定程度的积累 , 其残留量分别为 0～ 0. 14 mg /kg , 0 ～ 0. 83 mg /kg , 0. 11
～ 1. 89 mg / kg , 0. 01～ 10. 4 mg /kg , 其积累程度与酞酸酯分子结构相关 , 侧链较长的酞酸酯
比侧链较短的积累量要大 ,并随处理浓度的增加和时间推移呈增加趋势。
关键词:酞酸酯;龙须菜(Gracilaria lemanei f ormis);致毒效应;积累
中图分类号:Q51 文献标识码:A 文章编号:1000-3096(2006)06-0046-05
酞酸酯(Phthalate esters , PAEs)是一类广泛用
于塑料和橡胶生产中的改性添加剂。已有研究表明
PAEs 为一种内分泌干扰物 , 对生物具有毒性 , 并具
有 “三致”效应 , 可在生物体内富集[ 1 ～ 3] 。 美国环保
总署将邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙
酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二
辛酯(DOP)、邻苯二甲酸丁基卡基酯(BBP)和邻苯二
甲酸二异辛酯(DEHP)列为环境优先污染物。 我国
环境优先污染物的名单上也有 DM P , DBP 和 DOP 。
这些酞酸酯与塑料分子由氢键或范德华力联接 , 彼
此间保留各自相对独立的化学性质 , 因此随着使用
时间的推移 ,这些酞酸酯可从塑料中转移到环境中 ,
造成环境的污染。中国的大气 、水体 、生物等各种环
境样品中已广泛检出了 PAEs[ 4 ～ 6] 。有关酞酸酯对浮
游动植物[ 7 ,8] 、陆生植物[ 9 ,10]和水生动物[ 11]等生物的
毒性作用以及植物对酞酸酯的吸收积累方面开展了
较多的工作 ,但对大型海藻的影响却未见报道 。
龙须菜(Graci laria lemanei formis)属红藻门江
蓠属 ,是一种重要大型海藻养殖品种。龙须菜的生产
力很高 ,在生长过程中可大量吸收氮和磷等生源要
素 ,在水生态系统碳循环和减缓近岸海域富营养化
方面有很重要的作用 , 是重要的生态环境材料[ 12] 。
此外 , 龙须菜可以食用 , 作为饲料 、工业原料和有机肥
料 , 具有较高的经济价值[13 ,14] 。 作者选择了 4 种典
型酞酸酯类 , 研究了该类物质在大型海藻龙须菜中的
吸收 、积累及龙须菜对该类物质的毒性响应 , 以评价
PAEs的环境行为及其生态影响。
1 材料与方法
1. 1 实验材料
试验前期处理于 2005 年 5 ～ 7 月在汕头大学海
洋生物实验室南澳临海试验站进行。从养殖海区采
集龙须菜运回实验站用沙滤海水暂养。供试酞酸酯
类包括邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙
酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二
异辛酯(DEH P), 均为分析纯 , 购自天津市化学试剂
厂。酞酸酯标准品购自美国 AccuStandard 公司。
收稿日期:2006-02-23;修回日期:2006-03-07
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40473046;
40471118);有机地球化学国家重点实验室开放基金资助项
目(OGL-200306);国家 973计划资助项目(2002GB412405)
作者简介:吴志辉(1980-),男 ,广东人 , 硕士研究生 ,研究方
向为海洋生态学;聂湘平 ,通讯联系人 ,电话:020-85225808 ,
E-mail:t xpnie@jnu. edu. cn
46
Marine Sciences /Vol. 30 , No. 6 /2006
1. 2 实验方法
1. 2. 1 酞酸酯对龙须菜生长和生理代谢影响的研究
根据预备实验设以下 4 个处理质量浓度:0. 05 ,
0. 1 , 0. 2 和 0. 4 mg /L 和空白对照组 , 每个处理组设
3 个重复;取质量为 2 g 处于生长期的新鲜龙须菜置
于 1 L的锥形瓶中 , 用过滤海水并以 f /2 配方加富氮
和磷 ,在 4 000 lx(光暗周期12 h∶12 h), 25～ 28℃的
条件下培养 14 d 后测定其相对生长速率(Relative
G row th Rate, RRG)和叶绿素 a(Chl a)含量。 相对生
长速率(%/d)由公式 RRG =[ 100ln(N t /N 0)] /t 求
得[ 15] , 其中 N0是初始时的质量 , N t是 t 天后的质量;
叶绿素 a含量则以 DMF(N , N-二甲基甲酰胺)法[ 16]
测定:准确称取 0. 5 g 鲜藻剪碎后以 25 mL N , N-二
甲基甲酰胺在暗处提取 2 h 后测其提取液的吸光度 ,
由经验公式 c(Chla , μg /g)=11. 85A664 - 1. 54A647 -
0. 08A630求得 ,其中 A664 , A647和 A630分别为提取液在
664 , 647 和 630 nm 处的吸光度。
1. 2. 2 酞酸酯在龙须菜藻体中积累的研究
根据预备实验设以下 4 个处理质量浓度:0. 05 ,
0. 1 , 0. 2 , 0. 4 mg / L 和空白对照组 , 每个处理组设 3
个重复;取 50 g 处于生长期的新鲜龙须菜置于 15 L
的玻璃缸中 ,用过滤海水 , 在室内(2 000 ～ 3 000 lx ,
光暗周期 12 h∶12 h , 温度 25 ～ 28℃)的条件培养 30
d , 分别在第 10 天 、第 20 天和第 30天取一定质量(15
g)藻样进行气相色谱(GC-F ID)分析。分析过程如
下:
1. 2. 2. 1 样品预处理
准确称取 1～ 2 g 经冷冻干燥后的干样品以乙醚
进行索氏抽提 24 h , 提取液在旋转蒸发仪上水浴
40℃, 90 kPa真空度和转速 30 r /min 的条件浓缩至
1 mL ,再过硅胶柱净化 , 柱条件为:10 mm ×300 mm
规格柱 ,柱底填一薄玻璃纤维层 , 该柱以 15 g(60 ～
100 目)经 120℃烘箱过夜的硅胶(分析纯 , 购自上海
化学试剂厂)填充 , 上端再填以 1 cm 厚的无水硫酸
钠。洗脱条件为:先以 50 mL 二氯甲烷洗脱 , 再以
30 mL 20∶80的丙酮 /正己烷混合液洗脱 , 两馏分经
氮气吹干后以正己烷溶解合并 , 最终定容至 1 mL 进
行气相色谱测定。上述所用试剂皆为分析纯 ,除乙醚
外都经双蒸处理;所用玻璃仪器经超声波清洗器洗
净并在 120℃的条件下烘干后再以正己烷冲洗。
1. 2. 2. 2 标准样品
PAEs 的混合标准溶液:包括 DMP , DEP , DBP
和 DEH P共 4 种化合物。工作标准液的质量浓度除
DEHP 外 ,其他 3 种皆为 10 , 5 , 1 , 0. 5 和 0. 1 mg /L ,
其中 DEH P 工作标准液的浓度为 100 , 80 , 40 , 10 和
8 mg /L 。
1. 2. 2. 3 GC 条件
气相色谱仪为 HP 6890 , FID检测器;色谱柱为
HP-5 30. 0m 柱;载气为高纯氦气 , 初始压力为 0. 56
kPa ,载气流速为 40 mL /min;不分流进样 , 体积为
2μL;升温程序:80℃(1 min)→150℃(20℃/min)→
290℃(4℃/min , 保留 5 min),进样口温度为 290℃。
2 结果
2. 1 酞酸酯对龙须菜的致毒效应
不同处理浓度条件下龙须菜的相对生长速率和
叶绿素 a含量的变化分别见图1 和图 2。从图1 、2 上
可以看到 , 混合状态下 4 种酞酸酯类化合物对龙须菜
的相对生长速率和叶绿素 a含量都产生影响:随着酞
酸酯处理浓度的增加 ,龙须菜的相对生长速率和叶绿
素 a含量都呈下降趋势 ,当处理浓度进一步增加时 ,
两者的下降趋势趋于平缓。与空白对照组相比 ,当酞
酸酯为高处理浓度时(0. 1～ 0. 4 mg /L), 龙须菜的相
对生长速率和叶绿素 a 含量分别下降了 18. 4%～
21. 3%和 10. 4%～ 15. 3%。
图 1 不同处理浓度下龙须菜藻体叶绿素 a 含量的变化
Fig. 1 Chla conten t changes of Graci laria lemanei f ormis
under dif f erent treatments
图 2 不同处理浓度下龙须菜相对生长速率(RRG)的变化
Fig. 2 RGR changes of Graci lar ia lemanei formis under dif-
ferent t reatments
47
海洋科学 /2006年 /第 30卷 /第 6期
2. 2 酞酸酯在龙须菜藻体内的积累
不同处理浓度条件下 DMP , DEP , DBP和 DEHP
的含量在龙须菜藻体内随时间的动态变化见图 3(结
果均扣除对照处理组)。从图上可以看到 , 随着酞酸
酯侧链长度(DM P
0. 14 mg /kg)
加和时间推移都呈增加的趋势;而侧链较短的 DBP ,
其在龙须菜组织内的含量在第 20 天最多 , 第 10 天和
30 天的含量则相差不大 ,曲线呈倒“ V”型;侧链最短
的两种酞酸酯 , DMP 和 DEP , 其在龙须菜藻体内的
含量在 0. 05 ～ 0. 4 mg / L 处理组间的差异不显著 ,
0. 05 , 0. 1和 0. 2 mg / L的处理组在 10 d 后其含量都
开始下降 , 而最高浓度处理 0. 4 mg / L在 20 d 后有上
升的趋势。
图 3 不同处理浓度下 PAEs 的含量在龙须菜藻体内的动态变化
Fig. 3 Dynamics changes of PAEs in Graci laria lemanei f ormis under dif ferent t reatments
3 讨论
由于酞酸酯的广泛使用 , 这类化合物对生物的
毒性及其在环境中的归趋已引起了人们的极大关
注。本研究表明酞酸酯不仅使龙须菜的相对生长率
下降 、叶绿素 a 含量降低 ,且在藻体内有明显的残留。
尹睿[ 17]报导土壤里 DBP 和 DEHP 的污染能影响蔬
菜的品质 , 如维生素 C 含量下降 , 糖酸比提高等 , 并
认为这些指标的变化是由于植物吸收了 DBP 和 DE-
HP 而引起的。相对生长速率可作为植株生长能力
的指标 ,叶绿素 a(Chla)是植物进行光合作用的最主
要的光合色素 , 其含量的变化可以敏感地反映环境
因子对植物生长的影响。实验结果中两项指标的下
降表明酞酸酯对龙须菜确有致毒效应 。酞酸酯的这
种毒性效应 , 一方面可能是因为酞酸酯降低了叶绿
素含量 , 影响光合作用 ,导致细胞受损。 况琪军[ 8] 报
道 DBP 对斜生栅藻的致毒效应表现为降低该藻的叶
绿素 a含量 ,使藻细胞老化 ,破坏细胞内含物 , 阻止细
胞分裂;另一方面是酞酸酯作为一种环境激素 , 可能
干扰了植物的生理生化代谢活动。王晓娟[ 18] 报道
DBP 能造成拟南芥菜茎段细胞分化和再分化过程延
迟。酞酸酯类化合物的这种激素效应在其它生物上
也有发现[ 19] 。
有资料报道植物能吸收酞酸酯类化合物[ 10 ,17] 。
本实验结果显示长链酞酸酯比短链酞酸酯的积累量
大且呈现出一定规律:DMP 和 DEP 含量一直处于低
水平 , 高质量浓度(0. 4 mg / L)处理组在 20 d 后有上
升趋势;DBP的含量曲线在 30 d 的试验周期内呈倒
“ V”型;DEHP 含量随处理浓度的增加和时间推移都
呈增加的趋势 。龙须菜积累酞酸酯呈现的这种规律
48
Marine Sciences /Vol. 30 , No. 6 /2006
一方面是与这类化合物本身的理化性质有很大关
系[ 20] :侧链较短的酞酸酯 ,其分子量小 ,正辛醇 /水分
配系数 Kow 值小 ,水溶性高 , 其侧链短且结构简单 ,
在环境中较易转化和降解;侧链较长的酞酸酯 , 其分
子量大 , Kow 值大 , 水溶性低 ,其侧链长且结构复杂 ,
在环境中持留时间长 , 难转化和降解 ,容易被吸附和
在生物体内富集。 曾巧云[ 21] 报道用经过 DEP , DBP
和 DEHP 处理的土壤来载种菜心 , 其根系中 DBP 和
DEHP 的含量都随 DBP 和 DEHP 的处理浓度呈正
相关 ,而 DEP 则没被检测到 , 这与本实验的结果相
似。另一方面是因为酞酸酯类化合物可被降解[ 22] ,
而且生物降解是酞酸酯类化合物发生转化的主要方
式。阎海[ 23 , 24]报道斜生栅藻能降解 DEP和 DMP 并
呈直线下降型的降解曲线 , 而蛋白小球藻降解 DEP
的曲线呈倒“ V”型。这和本实验 DBP 积累表现有类
似之处。可能在时间上龙须菜对中等长度侧链的酞
酸酯如 DBP的分解作用滞后于它的积累作用 , 最后
呈现出这种倒“ V”型积累曲线。可以推论这 4 种酞酸
酯类在龙须菜藻体内的积累情况可能是上述两方面综
合作用的结果 ,关于其机理还需要做进一步的研究。
据报道酞酸酯在海水中的质量浓度为 10 ～
50 μg / L[ 25] 。作者认为在自然水体中酞酸酯对龙须
菜的毒性作用不大 , 但它在龙须菜藻体内有一定程
度的积累 ,特别是侧链较长的酞酸酯类可能通过食
物链进入了人体 ,就会对人体健康构成潜在威胁 , 并
且这类化合物的生产量每年都在增长 , 因此必须重
视酞酸酯类化合物对海洋环境的污染。
4 结论
(1) 酞酸酯对龙须菜有一定致毒效应 , 这种致毒
效应与酞酸酯的浓度呈正相关 , 随着混合的 DMP ,
DEP , DBP , DEHP 四种酞酸酯处理浓度的增加 , 龙须
菜的相对生长率和叶绿素 a含量都呈下降趋势。
(2) DMP , DEP , DBP 和 DEHP 4 种酞酸酯类在
龙须菜体内有一定程度的积累 , 并且这种积累效应
呈现一定的规律:侧链较长的酞酸酯比侧链较短的
积累量要大。 DEHP 在龙须菜藻体内的积累量随处
理浓度的增加和时间推移都呈增加的趋势;DBP 的
含量曲线在 30 d 的试验周期内呈倒“ V”型;DMP 和
DEP的含量一直处于低水平 , 高质量浓度 0. 4 mg / L
处理组在 20 d 后有上升趋势。
致谢:特别感谢汕头大学海洋生物实验室南澳
临海试验站陈伟州老师对本研究前期试验的大力支
持和帮助。
参考文献:
[ 1] 刘慧杰 , 舒为群. 邻苯二甲酸酯类化合物的毒理学效
应及对人群健康的危害[ J] . 第三军医大学学报 ,
2004 , 10:1 778-1 781.
[ 2] Latini G. Monitoring phthalate exposu re in h umans
[ J ] . Clinica Chimica Acta, 2004 , 361:20-29.
[ 3] Babich M A , C hen S B , Greene M A , et a l . Risk as-
sessm ent of oral exposu reto dii sononyl ph th alate f rom
children’ s products [ J] . Regulatory Toxicology and
Pharmacology, 2004 , 40:151-167.
[ 4] 胡晓宇 , 张克荣 , 孙俊红 , 等. 中国环境中邻苯二甲
酸酯类化合物污染的研究[ J] . 中国卫生检验杂志 ,
2003 , 2:9-14.
[ 5] Yuan S Y , Liu C , Liao C S , et al . Occurrence an d mi-
crobial deg radation of ph thalate esters in T aiw an river
sediments[ J] . Chemophere , 2002 , 49:1 295-1 299.
[ 6] 张蕴晖 , 陈秉衡 , 郑力行 , 等. 环境样品中邻苯二甲
酸酯类物质的测定与分析[ J] . 环境与健康杂志 ,
2003 , 9:283-286.
[ 7] 黄国兰 , 孙红文 , 高娟 ,等. 邻苯二甲酸二丁酯对大型
蚤(Daphnia magna)的毒性作用研究[ J] . 环境化学 ,
1998 , 9:428-433.
[ 8] 况琪军 , 赵文玉 , 邓萍. DBP对斜生栅藻及天然混合藻
类致毒效应研究[ J] . 水生生物学报 , 2003, 1:103-105.
[ 9] 王曙光 , 林先贵 , 尹睿. 土壤中酞酸酯(PAEs)对丛枝
菌根化植物生长的影响[ J] . 农村生态环境 , 2003 , 19
(1):31-35.
[ 10] Dueck T A , Van Dijk C J , David F , et al . Ch ronic
effect s of vap ou r ph ase di-n-butyl ph thalate (DBP)
on six plant species[ J ] . Chemophere , 2003 ,53:911-
920.
[ 11] Chen W L , Sung H H . The toxic ef fect of phthalate
esters on immune responses of giant f reshw ater
p raw n (Macrobrachium rosenbergi i) via oral t reat-
ment [ J] . Aquatic Toxicology , 2004 , 74:160-171.
[ 12] 杨宇峰 , 宋金明 , 林小涛 , 等. 大型海藻栽培及其在
近海环境的生态作用[ J] . 海洋环境科学 , 2005 , 8:
77-80.
[ 13] 杨宇峰 , 费修绠. 大型海藻对富营养化海水养殖区
生物修复的研究与展望[ J] . 青岛海洋大学学报 ,
2003 , 1:53-57.
[ 14] Troell M , H al ling C , Nilss on A , et al . Integrated
marine cult ivat ion of Graci laria ch i lensi s (G racilaria-
les , Rhodophy ta) and salmon cages for reduced envi-
ronmental im pact and in creased economic outpu t[ J] .
Aquacul ture , 1997 , 156:45-61.
[ 15] 邹定辉 , 高坤山 , 阮祚禧. 高 CO 2浓度对石莼光合作
用及营养盐吸收的影响[ J] . 青岛海洋大学学报 ,
49
海洋科学 /2006年 /第 30卷 /第 6期
2001 , 11:877-882.
[ 16] 于志刚 , 张经 , 张耀红 , 等. 提取测定大型海藻叶绿
素 a 的新方法[ J] . 海洋科学 , 1997 , 5:1-2.
[ 17] 尹壑 , 林先贵 , 王曙光. 土壤中 DBP /DEH P 污染对
几种蔬菜品质的影响[ J] . 农业环境科学学报 , 2004 ,
23(1):1-5.
[ 18] 王晓娟 , 陈家宽. 环境激素 DBP 对拟南芥试管形态
发生的影响[ J] . 西北植物学报 , 2003 , 23 (11):
1889-1893.
[ 19] 解玮 , 蒋颂辉 , 屈卫东 , 等. DEHP /DBP 内分泌干
扰活性的实验研究[ J] . 中国环境科学 , 2004 , 24
(1):45-48.
[ 20] 国伟林 , 王西奎. 环境中酞酸酯的分析测定及其迁
移 、转化研究[ J] . 山东建材学院学报 , 1996 , 9:39-42.
[ 21] 曾巧云 , 莫测辉, 蔡全英 , 等. 菜心对邻苯二甲酸酯
PAEs吸收途径的初步研究 [ J] . 农业工程学报 ,
2005 , 8:137-141.
[ 22] C hang B V , Yang C M , Cheng C H , et a l . Biodegra-
dation of phthalate esters by tw o bacteria st rain s[ J] .
Chemophere , 2004 , 55:533-538.
[ 23] 阎海 , 叶常明 , 雷志芳 , 等. 蛋白核小球藻与 DEP 的
相互作用[ J] . 环境科学 , 1995 , 10:23-25.
[ 24] 阎海 , 雷志芳 , 叶常明. 斜生栅藻降解邻苯二甲酸二
甲酯和苯胺的动力学研究[ J] . 环境科学学报 , 1998 ,
3:216-220.
[ 25] 甘健彪. 邻苯二甲酸酯的环境激素行为与测定[ J] .
福建环境 , 2002, 10:50-51.
Study on the ecological toxicology of PAEs to seaweed gracilaria
lemanei formis
WU Zhi-hui1 , YANG Yu-feng1 , NIE Xiang-ping1 , LI Gui-ying2 , LI Kai-bin3
(1. Institute o f the Hydrobio log y , Jinan Unive rsity , Guang zhou 510632 , China;2. Guangzhou Institute o f Ge-
ochemist ry , Chinese Academy of Sciences , Guang zhou 510640 , China;3. Pearl River Fisher ies Research Insti-
tute , Chinese Academy of F ishery Sciences , Guangzhou 510380 , China)
Received:Feb. , 23 , 2006
Key words:phthalate esters;Gracilaria lemanei f ormis;t oxic ef fect;accumulat ion
Abstract:The effects of phthalate esters (PAEs) on the g r ow th o f Gracilaria lemanei f ormis , as well as
the accumulation of PAEs in the seaw eed , w ere studied by a series o f indoo r experiments. Results show ed that
the rela tive g row th ra te(RGR) and the chlo rophyll a(Chl a) content of G. lemanei f ormis were no tably affected
when exposed to the mix ture of Dime thy l phtha late (DMP), Die thy l phthlate(DEP), Dibutyl phthla te (DBP)
and Di(2-ethlhexyl) phthlate (DEH P) at the concentra tions of 0. 05 , 0. 10 , 0. 20 , 0. 40 mg /L and the tox ic
effect o f PAEs on the seaweed increased w ith the increasing of concentrations o f PAEs. When the concentr a-
tion of PAEs w as 0. 1 ～ 0. 4 mg / L , the RGR and Chl a contents decreased by 18. 4%～ 21. 3% and 10. 4%～
15. 3%, respectively , as compared to contro l treatment. Analy sis by means of g as chromatog raphy(GC)
show ed tha t the se four PAEs w ere accumula ted in the seaw eed to some extent , and the residues of DMP ,
DEP , DBP and DEH P were 0～ 0. 14 mg /kg , 0. 23 ～ 0. 83 mg /kg , 0 ～ 1. 32 mg /kg and 0. 38～ 9. 72 mg /kg , r e-
spectively. Results indicated that the mo lecular structur e o f PAEs had a significant rela tionship w ith the accu-
mula tion of PAEs in sea alg ae , longer side-chain PAEs we re accumulated mo re in G. lemanei f ormis than the
sho rter one s did , and the amounts o f the se PAEs increased w ith increasing the expo sed concentr ations and
time.
(本文编辑:张培新)
50