全 文 ：Marine Sciences/ Vol.32 , No.1/ 2008
4种酞酸酯在龙须菜 -篮子鱼食物链中的积累放大研究
聂湘平1 , 2 , 李桂英1 , 吴志辉2 , 李 潇2 , 杨宇峰2
(1.中国科学院 广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室 ,广东 广州 510640;2.暨南大学 水生生
物研究所 ,广东 广州 510632)
摘要:在模拟受控条件下 , 利用气相色谱方法研究分析了 4 种酞酸酯类化合物在龙须菜(Gracilaria lemane-
i f ormis)-篮子鱼(S iganus oramin)食物链中的积累 、分布和放大状况。结果表明 , 4 种酞酸酯在龙须菜组织
内的积累表现为:邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)>邻苯二甲酸二丁酯(DBP)>邻苯二甲酸二乙酯(DEP)>邻
苯二甲酸二甲酯(DMP)。侧链最长的 DEHP 在龙须菜藻体内的含量随暴露时间的延长呈增加的趋势 , 30 d
体内积累量可达 2.35 mg/ kg(鲜质量);侧链最短的 DMP 在龙须菜藻体内的质量比随时间变化差异不显著 ,
约为 0.05 mg/ kg;在 30 d的暴露中 , 4 种酞酸酯 DMP , DEP , DBP 和 DEHP 在篮子鱼体内总质量比分别为
0.08 , 0.41 , 1.72 , 3.11 mg/ kg 。其中 DBP和 DEHP 在鱼内脏组织中有较高的积累和分布 , 分别为 1.14 mg/kg
和 1.83 mg/ kg ,其次为鱼残体组织 ,肌肉组织中含量最低。 DEHP 和 DBP 在龙须菜和篮子鱼体不同组织中
均有一定程度的富集(生物富集系数 FBC均大于 1)。其中 DEH P 和 DBP 在内脏组织中的 FBC值分别高达
9.16和 5.68 , 在龙须菜-篮子鱼这个简单食物链传递中 DEHP 和 DBP在篮子鱼内脏组织中存在放大现象。
关键词:酞酸酯;龙须菜(Graci lari lemanei f ormis);篮子鱼(Siganus oramin);食物链;积累与放大
中图分类号:X171.5 文献标识码:A 文章编号:1000-3096(2008)01-0019-05
酞酸酯类化合物(Phthalate esters , PA Es)是一
类受到广泛关注的持久性有机污染物(persistent or-
ganic po llution substances , POPs)。目前酞酸酯的
全球性污染状况严重 , 已超过了滴滴涕和六六
六[ 1 ～ 3] 。美国国家环保局(U .S.EPA )已将其中 6
种PAEs化合物列属“优控污染物”名单。由于 PAEs
在环境中稳定 、持久 , 通常具有生物累积效应和内分
泌干扰作用 ,可能通过食物链营养关系危及人体的
健康与安全[ 3 , 4] 。目前中国也将 DBP 等 3种酞酸酯
列为环境优控污染物 。
龙须菜(Graci laria lemanei formis)属红藻门江
蓠属 ,可以作为工业原料和食用 ,是一种重要大型海
藻养殖品种。因其具有很高生产力 ,在生长过程中
可大量吸收氮和磷等元素 ,在减缓近岸海域富营养
化方面有很重要的作用[ 5] ;黄斑篮子鱼(S iganus
oram in)属于鲈形目 ,篮子鱼科篮子鱼属 ,是一种广
盐 、广温 、植食性为主的杂食性鱼类 ,主要以海藻和
浮游生物为食 ,常栖息于海藻床 、红树林沼泽的河海
交接处。在广东省的南澳岛 ,每年 4 月海水水温回
升时 ,篮子鱼集群在养殖区域活动 ,以龙须菜为食 。
大型海藻作为浅海生态系统中重要的初级生产
者 ,处在食物链的第一营养级 ,植食性鱼类处于第二
营养级。因此 ,研究酞酸酯类污染物在这些不同营
养级生物体内的积累分布及其随营养物质流动在食
物链中的迁移变化规律具有十分重要的意义。目前
国内外关于酞酸酯在环境介质中的含量和分布的报
道日趋增多[ 6 ～ 11] ,但酞酸酯通过生物积累作用和食
物链等途径进入生物体 ,特别是在水生生物中污染
状况的研究尚未见报道[ 12 , 13] 。作者选择了美国
EPA优控的 4种典型酞酸酯类 ,研究该类物质在大
型海藻龙须菜到篮子鱼这种简单的天然食物链中的
吸收 、积累和迁移变化 ,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
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(DEHP),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 AccuStanda rd公司。
试验于 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
收稿日期:2006-09-29;修回日期:2007-04-29
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40471118;40473046);有机
地球化学国家重点实验室开放基金资助项目(OGL-200306)
作者简介:聂湘平(1966-),男 ,新疆阿尔泰人 ,博士 ,副教授 ,主要从事
环境生态毒理学研究 , E-m ail:tx pnie@jnu.edu.cn
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(Graci laria lemanei f orm is)运回实验站用沙滤海水
暂养;实验用黄斑篮子鱼体(S iganus oramin)由当地
渔民捕获 ,水族箱中驯化培养 30 d后用于实验 。
1.2 实验方法
1.2.1 生物材料的处理
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 ,
光暗周期为 12 h:12 h ,温度 25 ～ 28℃)培养 30 d ,分
别在第 10天 、第 20天和第 30天取样分析。
取黄斑篮子鱼 120尾放养于 4个水族箱 ,每个
箱 30尾 ,鱼体质量 25 ～ 40 g 。取一定量经暴露处理
的龙须菜投喂篮子鱼(试验期间 ,不再投喂其他饲
料),投喂 30 d后取鱼内脏 、肝脏 、肌肉和全鱼样品分
析。根据预备试验结果 ,设计投喂龙须菜的暴露条
件为混合 4种酞酸酯 DMP , DEP , DBP 和 DEHP ,质
量浓度设置为 0.2 mg/ L ,暴露时间为 15 d 。
上述龙须菜和篮子鱼培养所用设备和容器避免
使用塑料制品 ,样品取后用锡纸包好于冰箱保存待
测。
1.2.2 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以水浴
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 ,柱底填一层薄玻璃纤维 ,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
体积比为 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。
1.2.3 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 2
μL;升温程序:80℃(1 min)→150℃(20℃/min)→
290℃(4℃/min ,保留 5 min),进样口温度为 290℃。
PAEs的混合标样包括 DMP , DEP , DBP 和 DEHP
共 4种化合物 。工作标准液的浓度除 DEHP 外 ,其
他 3种皆为 0.1 , 0.5 , 1 , 5和 10 mg/L ,其中 DEHP
工作标准液的质量浓度为 8 ,10 , 40 ,80和100 mg/ L。
2 结果
2.1 酞酸酯在龙须菜体内的积累特点
DMP , DEP , DBP 和 DEHP 的含量在龙须菜体
内随时间的变化见图 1(结果均扣除对照)。从图 1
中可以看到 ,随着酞酸酯侧链长度的增加 ,它们在龙
须菜体内的积累量呈增加趋势:DMP
积量可达 2.35 mg/kg;侧链稍短的 DBP 在龙须菜
暴露 20 d后在藻体内积累可达到最高值 ,为 1.32
mg/kg ,其后其质量比随时间延长而降低;DEP 第
10天在龙须菜体内可达 0.495 mg/kg ,其后随暴露
时间延长有所下降 , 30 d 后龙须菜体内只有 0.23
mg/kg;侧链最短的 DMP 在龙须菜体内的质量比为
0.04 ～ 0.10 mg/kg ,随时间变化差异不显著。
图 1 4 种酞酸脂在龙须菜组织中积累与分布
Fig.1 The distribution and concentr ation of 4 PAEs in tis-
sues of Graci laria lemanei f ormis
2.2 酞酸酯在篮子鱼体内不同组织间的积
累与分布
4种酞酸酯 DMP , DEP , DBP 和 DEHP 在篮子
鱼体内总质量比分别为 0.08 , 0.41 , 1.72 , 3.11
mg/kg 。其中 DBP 和 DEHP 在内脏组织中有较高
的积累和分布 ,分别为 1.14 mg/kg 和 1.83 mg/kg
(图 2),分别占篮子鱼体内相应酞酸酯总量的 66%
和 59%;而侧链较短的 DMP 和 DEP 则只有 0.018
mg/kg 和 0.11 mg/kg 。其次为鱼残体组织 ,肌肉组
织中含量最低。DMP 和 DEP 在肌肉组织中积累总
量虽然较低 , 分别只有 0.035 mg/kg 和 0.218
mg/kg ,但在 3种不同组织间相比较 ,其所占相对比
例却最高 ,分别占 44%和 53%;其次为内脏组织 ,最
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低为鱼残体组织;4种酞酸酯中只有 DEHP 在肝脏
组织中有检出 ,为 0.653 mg/kg ,其含量远低于内脏
组织和鱼残体组织 ,但高于肌肉组织。
图 2 4种酞酸酯在篮子鱼不同组织中的积累与分布
Fig.2 The distribution and concentra tion o f 4 PAEs in dif-
ferent tissues of Siganus oramin
2.3 酞酸酯在龙须菜-篮子鱼食物链中的传
递与放大
根据投喂龙须菜和篮子鱼暴露水体中酞酸酯的
浓度分别计算 4种酞酸酯在龙须菜到篮子鱼的生物
浓缩系数 FBC值见表 1(结果均扣除对照处理组中 4
种酞酸酯的含量;FBC定义为鱼不同组织中酞酸酯的
含量与水中酞酸酯暴露浓度的比值)。从表 1 可以
看出 ,随着酞酸酯侧链长度的增加 ,其在篮子鱼体内
的富集系数也越大 ,无论是在龙须菜体内或在篮子
鱼不同组织中。其顺序为:DEHP >DBP >DEP >
DMP(表 1)。在实验周期 30 d内 , DMP 无论在龙须
菜还是在篮子鱼体内基本没有富集 ,其富集系数 FBC
均小于 1 ,DEP 只在鱼肌肉组织中略有积累(其 FBC
为 1.09)。侧链基团较长的 DEHP 和 DBP 在龙须
菜和篮子鱼体不同组织中均有一定程度的富集(生
物富集系数 FBC均大于 1)。其中 DEHP 和 DBP 在
内脏组织中的FBC值分别高达9.16和5.68。虽然资
料报道酞酸酯在鱼体内的分解主要是通过肝脏以及
肾脏器官来完成 ,但 DEHP 在肝脏中仍然有一定程
度的积累 ,其富集系数 F BC为 3.26。
表 1 龙须菜和篮子鱼中 4种酞酸酯的生物富集因子比较
Tab.1 The FBC values of four PAEs in different tissues of biota in the food-chain composed of Gracilaria lemanei formis and Siga-
nus oramin
酞酸酯
种类
海水中质量
浓度(mg/ L)
龙须菜中质
量比(mg/kg)
龙须菜中
FBC
鱼肌肉中
FBC
鱼内脏中
FBC
全鱼中
FBC
鱼肝脏中
FBC
DM P 0.2 0.05 0.26 0.18 0.09 0.14 0.00
DEP 0.2 0.11 0.56 1.09 0.58 0.40 0.00
DBP 0.2 0.21 1.07 1.26 5.68 1.66 0.00
DEHP 0.2 0.67 3.36 1.68 9.16 4.67 3.26
3 讨论
生物富集因子(bioconcentration factor , FBC)是
衡量环境中化合物在生物体内富集趋势和程度的参
数 ,一般定义为平衡时化合物在生物体内与环境中
浓度的比值。在环境中由于食物营养关系 ,一些物
质如某些金属元素或有机物质 ,可经不同生物体吸
收后沿营养级传递 ,不断积累和放大 。虽然这些物
质在环境中的初始浓度不是很高 ,并不足以构成对
人和高等生物的直接危害 ,但是通过食物链的逐级
传递和生物放大作用 ,可使这些环境中痕量的物质 ,
在高营养级生物体内的含量提高几十倍甚至成千上
万倍 ,因而可能对人和环境造成较大的危害[ 14] 。如
在海水中汞的质量浓度为 0.000 1 mg/L 时 ,浮游生
物体内的汞质量比可达 0.001 ～ 0.002 mg/kg ,鱼体
内可达 0.5 ～ 5 mg/kg ,鱼体内汞含量比海水中高达
数万倍。所以痕量污染物 ,特别是像酞酸酯这类持
久性有机污染在生物体内的积累 、放大及其生物的
影响是备受关注的环境问题之一 。
本试验研究结果表明 ,在 30 d的实验周期内 , 4
种酞酸酯在龙须菜和篮子鱼不同组织中积累有显著
不同。在龙须菜体内只有 DEHP 表现出显著富集
(F BC >1),并且随暴露时间延长其体内积累不断增
加 ,而 DMP , DEP 和 DBP 没有明显的积累。而在鱼
体内 ,DEHP 和 DBP 都有不同程度的积累 ,尤其是
在鱼内脏组织中积累特别显著。这种不同的酞酸酯
在不同生物体内的积累差别一方面与酞酸酯分子结
构有关 。侧链烷基基团较长的酞酸酯如 DEHP ,其
正辛醇-水分配系数 Kow 较大 ,容易在鱼内脏这种脂
肪含量较高的组织中积累 ,而在肌肉组织的积累相
对不如内脏中明显。有文献报道动物的胃 、肠 、肝和
肾脏代谢器官的脂肪是酞酸酯类化合物的主要贮存
器官[ 15] 。蔡智鸣等[ 8] 报道 DBP ,DEHP 在许多动物
养殖(猪 、鸡)内脏中都普遍检出 ,而在肌肉组织中较
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海洋科学/2008年/第 32卷/第 1 期
少检出。说明通过各种途径进入动物体内的酞酸
酯 ,易蓄积于发生代谢作用的内脏组织中。DMP 和
DEP 由于本身的分子结构较简单 ,容易被鱼代谢或
排出 ,因而在鱼体内富集不明显。叶常明等[ 16] 报道
PAEs的生物降解速率与其分子质量有关 ,短侧链的
PAEs ,如 DMP 和 DBP的降解速率比长侧链的 DE-
HP高 。即降解速率随分子质量的增加而减小;另一
方面 ,不同生物之间对 PA Es积累的差别也与生物
的代谢能力的大小和方式有关。有文献[ 6] 报道水生
生物对 PAEs 有较强的富集作用 ,如虾类和螺类较
容易富集 DEP 和 DBP ,而鱼类更容易富集脂溶性较
强的 DEHP 。鱼类的生物富集系数在 102 ～ 104 ,而
植物的富集系数较低;龙须菜植物一般是悬浮生长
于水体中 ,其身体内脂溶性物质含量远低于动物组
织 ,其物质的吸收主要是通过叶片的扩散或被动转
运。而鱼类吸收除了通过食物还可通过鳃或皮肤直
接吸收。而且动物体内含有代谢酞酸酯类化合物的
酯酶 。
一般认为植物对非脂溶性物质的吸收更多地取
决于物质本身的溶解性和分子结构的大小。DMP
在水中的溶解度达 5 000 mg/L ,而侧链较长的酞酸
酯如 DEHP 在水中质量浓度只有 0.5 mg/L ,远低于
DMP
[ 1] 。而且在水环境中高分子量的 DEHP 更多
地与悬浮颗粒物缔合(约有 53%是处在结合态 ,低分
子量的酞酸酯如 DMP 和 DBP 有 15%～ 17%处在结
合态[ 17] 。一般认为龙须菜应该较多地吸收和积累分
子量较小 ,溶解度较大的 DMP , DEP 和 DBP。但本
试验结果与推测的相反 ,实际龙须菜更多地积累了
分子量较大的 DEHP ,其中的原因还无法解释 。
一般而言 ,污染物在沿着食物链的传递过程中 ,
经过不同的营养级传递后其浓度被生物放大还是稀
释 ,取决于食物链营养级的组成以及污染物自身的
理化性质 。在本试验酞酸酯类化合物从海水-龙须
菜-篮子鱼这个简单的食物链传递关系中 ,结果显示
酞酸酯的分子结构对其在食物链上的传递和放大起
着十分重要的作用:侧链烷基基团较长 、结构较复杂
的酞酸酯如 DEHP 在篮子鱼体内特别是内脏组织中
的生物放大作用十分明显 ,而侧链基团较短 、结构较
简单的酞酸酯 DMP , DEP 的没有明显放大现象。另
外一方面 ,由于植物(龙须菜)和动物(篮子鱼)对酞
酸酯的代谢机制可能会存在的差别 ,本试验中龙须
菜对 DEHP 积累较高;而篮子鱼内脏对 DEHP 和
DBP 有较高的积累。在肌肉中对 DEHP , DBP 和
DEP 都一定的积累 。不同种类的生物对 PAEs的积
累差别很大 ,但在本试验中无论是植物龙须菜还是
动物篮子鱼对 4种酞酸酯的富集都远低于资料报道
的值[ 7 , 8 , 13] 。
本试验在受控环境条件下 ,模拟了酞酸酯类化
合物在海水-龙须菜-篮子鱼这样一个简单的营养食
物链中积累和传递状况 。在自然环境条件下 ,生物
体生活的环境复杂多变 ,受污染物暴露的途径也非
常多样 ,不可能只暴露在单一的食物污染环境下 。
食物链关系越复杂 , 这类污染物可利用性的变化也
越大 ,食物链之间错综复杂的关系如何影响酞酸酯
类污染物向高营养级的传递还远未了解清楚。尽管
在自然海水中酞酸酯的含量不高 ,但由于这类物质
不同结构的同系物有可能在食物链上积累和放大 ,
一旦它们通过食物链进入了高营养级生物 ,就可能
会对人类健康造成危害[ 18] ,因此必须警惕酞酸酯类
化合物对生态环境及人类健康产生的影响 。
4 结论
龙须菜植物对 DEHP 有较高的积累 ,而 DMP ,
DEP和 DBP 在龙须菜体内较少积累;
4种酞酸酯在篮子鱼不同组织中具有一定程度
的积累 ,其中 DBP 和 DEHP 在鱼内脏组织中有较高
的积累和分布 ,其次为鱼残体组织 ,肌肉组织中含量
最低。侧链烷基基团较长 、较复杂的酞酸酯较侧链
较短的酞酸酯更易在鱼体内富集;
DBP 和 DEHP 在龙须菜体内积累并沿龙须菜-
篮子鱼这个简单食物链传递中在篮子鱼内脏组织中
存在放大现象。
致谢: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给予了大力支持和帮助 ,谨致谢忱!
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Bioaccumulation and biomagnification of four kinds of phathalate esters
in the food chain composed of Gracilaria lemanei formis to Siganus
oramin
NIE Xiang-ping1 , 2 , LI-Gui-ying1 , WU Zhi-hui2 , LI Xiao2 , YANG Yu-feng2
(1.State Key Laborato ry of Organic Geochemistry , Guangzhou Institute o f Geochemist ry , Chinese Acade-
my of Sciences , Guang zhou 510640 , China;2.Insti tute of the Hydrobiolo gy , Jinan Universi ty , Guangzhou
510632 , China)
Received:Sep., 29 , 2006
Key words:phathala te ester s;Gracilaria lemanei formis;Si ganus oramin;food chain;bioaccumulation and biomagnifica tion
Abstract:The bioaccumulat ion and biomagnif ication of four kinds of phathalate esters in the food chain
composed of Graci laria lemanei formis and S iganus oramin we re invest igated under man-made microco smos
condi tion.The results show ed that the rank of bio accumulation fo r four PAEs in G.lemanei formis was as
fo llow s:DEHP >DBP >DEP >DMP .DEHP exhibi ted an increasing t rend wi th the extend of exposure
time and w as 2.35mg/kg during a 30 d exposure period , no obvious change was observed for DMP in the same ex-
posure period.The to tal contents of four kinds o f pha thalate esters in S .oramin were 0.08 , 0.41 , 1.72 ,
3.11 mg/kg , respectively.There were higher contents in fish viscera for DBP(1.14 mg/kg)and DEHP (1.83 mg/
kg).There existed bioaccumulation to some extent in G.lemanei f ormis and S .oramin fo r DEHP and DBP
with 9.16 and 5.68 FBC values in fish viscera.Biomangnification phenomenon w as obse rved in fish visce ra
tissue in the food chain composed o f G.lemanei formis and S .oramin.
(本文编辑:张培新)
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