全 文 ：1, 8二羟基蒽醌对大型 的毒性效应*
孙敬艳 黄丽萍 乔显亮 杨希川 陈景文* *
(大连理工大学, 大连 116024)
Toxic ef fects of 1, 8dihydroxyanthraquinone on Daphnia magna. SUN Jingyan, HUANG L iping , Q IAO Xian
liang, YANG Xichuan, CHEN Jingw en ( Dalian Univer sity of T echnology , Dallian 116024, China) . Chin. J .
A pp l . Ecol . , 2005, 16( 6) : 1180~ 1182.
The study on the acute, sublethal and chronic tox icity of 1, 8dihydroxyanthraquinone ( 1, 8dihAQ) to Daphnia
magna show ed that the 48 h LC50 was 0. 37 mgL - 1, and the feeding behav ior of Daphnia magna was severely
affected by t he compound. When exposed to 0. 2 mgL - 1 o f 1, 8dihAQ for 5 h, the filtr at ion and ingestion r ate
of Daphnia magna w as inhibited by 97% . Chronic tox icity test results indicated t hat the reproduction ability de
creased dramatically after exposing to sublethal concentration of 1, 8dihAQ . It could be inferred that reproduc
tion paramet ers and intrinsic rate of natur al increase were the sensitive parameters in character izing sublethal tox
icity. T he NOEC and LOEC values for reproduction parameters w er e also given.
Key words Daphnia magna, 1, 8dihydroxyanthraquinone, Tox icity, T ox icology .
文章编号 1001- 9332( 2005) 06- 1180- 03 中图分类号 X171. 5 文献标识码 A
* 国家自然科学基金资助项目( 20337020) .
* * 通讯联系人.
2004- 08- 16收稿, 2004- 01- 01接受.
1 引 言
我国是世界上染料及中间体生产、消费和出口大国. 随
着这些产品的制造和使用,该类物质也多途径地进入环境,
污染水体及土壤[ 2] . 近年来, 蒽醌类染料的总染料市场份额
不断增加, 2004 年有望达 50% [ 5] .与量大面广的偶氮染料相
比,人们对蒽醌类污染物的毒性关注较少[ 5] . 羟基蒽醌类化
合物( hAQs)是蒽醌染料和药物中间体[ 10, 13] , 对沙门氏菌有
很强的致突变性[ 1] ; 抑制发光菌新陈代谢[ 4] ;对鲤鱼和绿藻
也有显著的毒性[ 14] . hAQs 也是蒽光解的产物, 与蒽相比
hAQs的毒性显著增大[ 7] .
大型 ( Daphnia magna)是我国北方淡水域常见枝角
类浮游动物,其对污染物的毒性反应灵敏, 且具有繁殖率高、
易处理、重复性好等优点,经常作为环境毒理学标准受试生
物[ 3, 8, 9, 15] . 目前还没有关于 hAQs 对大型 的急性毒性数
据,更缺少亚致死性和慢性毒性的报导.本研究选取 1, 8二
羟基蒽醌( 1, 8dihAQ)为一代表性化合物, 测定了其对大型
的急性、亚致死性及慢性毒性. 为综合评价 1, 8dihAQ 对
水生生物的生态毒理效应,开展蒽醌类化合物的生态风险性
评价提供基础数据.
2 材料与方法
21 实验材料
大型 由南京大学环境学院提供.培养用水为曝气 3 d
以上的自来水, 其 pH = 7 8 0 2, 硬度 (以 CaCO 3 计 )为
180 25 mgL - 1. 培养温度为 25 1! , 光强为 3 000 600
lux ,光暗比为 12 ∀ 12. 大型 饲以蛋白核小球藻 ( Chlorella
pyr enoidosa) ,其浓度保持在 105 cellml- 1, 培养方法参见文
献[ 11] . 实验时采用至少 3 代以上、 龄小于 24 h 的幼 .
1, 8dihAQ 由大连理工大学精细化工国家重点实验室
提供,纯度高于 98% . 实验时添加少量丙酮为助溶剂, 浓度
在 01 # 以下.实验过程中每 24 h 换水 1 次, 以确保实验条
件的稳定.
2 2 急性毒性实验
参照美国环保局标准方法, 进行 48 h 急性毒性实验. 实
验容器为烧杯, 内装 100 ml测试液. 在预实验的基础上, 设
定以下浓度梯度: 0 15、0 25、05、075、1 0 和 1 25 mg
L - 1, 再加 1组对照.每个浓度设 5 个平行样, 每个烧杯加 5
只幼 . 实验期间不喂食,观察并记录幼 死亡数 .轻轻搅动
溶液, 观察 15 s,不能游动的幼 判为死亡.采用美国环保局
概率分析法[ 7] ,计算半数致死浓度( LC50) .
2 3 亚致死性毒性实验
基于急性毒性实验结果, 以在实验时间内不引起大型
死亡的原则, 设定亚急性毒性实验的浓度梯度, 分别为 0、
0 05、010、0 15 和 0 20 mgL - 1, 每个浓度梯度设 3 个平行
样.用吸管吸取 10 只幼 置于盛有 50 ml不同浓度试验液
的烧杯中, 保持测试液中绿藻浓度为 5 ∀ 105 cellml- 1 ,实验
在黑暗, 静态条件下进行. 5 h 后采用血球计数板计数法测定
溶液中绿藻浓度. 以滤过速度( F)和吞食速度( I )两参数表
征污染物对大型 的亚致死效应. 滤过速度和吞食速度的定
义[ 12]如下:
F = [ V ( lnC0 - ln C t) / nt] - A ( 1)
A = ( lnC 0- ln C∃t) / t ( 2)
I = F ( C0 Ct ) ( 3)
式中, n 为每个平行样中大型 的个数, t 为实验时间, C0 为
应 用 生 态 学 报 2005 年 6 月 第 16 卷 第 6 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Jun. 2005, 16( 6)%1180~ 1182
实验开始时绿藻浓度(cell l- 1) , C t为实验进行到 t时,试验
组中绿藻浓度,为实验进行到 t 时, 对照组中绿藻浓度, F 为
滤过速度(平均每个大型 在单位时间内滤过的实验液的体
积,l h- 1) , V 为测试溶液体积(l) , I 为吞食速度(平均每
个大型 在单位时间摄食的绿藻细胞个数, cell h- 1) , A 为
校正因子.
24 慢性毒性实验
参照 OECD 21 d 慢性毒性实验方法, 进行慢性毒性试
验.根据急性毒性实验结果, 以实验过程中尽量不引起大型
死亡为原则, 其最大浓度应不超过急性毒性试验的 LC50
的一半[ 6] ,设定 6个浓度梯度,外加 1 个对照. 将 1只幼 置
于装有 50 ml试验液的小烧杯中, 设 25 个平行样. 实验中保
持食物绿藻浓度为 105 cellml- 1 ,每天换水 1 次.定期观察大
型 的生存以及繁殖情况.考察的毒性参数包括: 第一代繁
殖时间、实验周期内幼 繁殖总数、个体成 繁殖幼 平均
代数及数量 .同时,计算大型 种群的内禀增长速率( r ) , 以
评价污染物对大型 的慢性毒性效应. 内禀增长率 ( r )是衡
量种群增长的参数,可采用 Matlab 软件进行计算, 其计算公
式[ 12]为:
& l tm t e- r t = 1 (4)
式中, l t为存活到年龄 t的大型 的比例, m t为具体年龄 t的
繁殖情况(存活到年龄 t 的每个大型 繁殖幼 的个数 ) , t
为时间( d) .
3 结果与分析
31 对大型 的急性毒性
测得 1, 8dihAQ 对大型 的48 h LC50为 037 mgL- 1 ,
其95% 的置信区间为 0 30~ 044. 根据大型 毒性分级标
准[ 13] , 1, 8dihAQ 属于高毒性物质. 研究表明, 1, 8dihAQ 对
绿藻及鲤鱼的 EC50和 LC50 值分别为 0664 和 10 mg
L - 1[ 16] . Mallakin 等[ 8]研究发现,不同光照条件下 1, 8dihAQ
对鸭草的 EC50值介于 05~ 3 mgL - 1 .由此可以看出, 大型
比绿藻、鲤鱼及鸭草对 1, 8dihAQ 的反应更敏感, 为了评
价 1, 8dihAQ对水生态系统的毒性效应,应该考虑蒽醌染料
对大型 的毒性.
32 对大型 的亚致死性毒性
由图 1可见, 1, 8dihAQ 对大型 滤过速度( F)和吞食
速度( I )的影响. 与对照组相比,随着试验液浓度的增加, F
和 I 值逐渐下降.对照组的 F 值高达 452 lh- 1, 当实验液
浓度升至 0 2 mgL - 1时,相应的 F 降低至 1 35 lh- 1, 对
大型 摄食的抑制率达到 97% . 对照组的平均 I 值为 32 ∀
105 cellh- 1, 当实验液浓度为 0 2 mgL - 1时, 相应的 I 值降
低至 9 7∀ 103 cellh- 1, 说明 1, 8dihAQ 对大型 的捕食行
为有很大的影响.
33 对大型 的慢性毒性
当 1, 8dihAQ 浓度小于 01 mgL - 1时, 1, 8dihAQ 对大
型 的平均寿命(平均每个大型 存活时间)无影响.当 1, 8
dihAQ 浓度大于 0 025 mgL - 1时, 大型 的繁殖却受到显
著影响,体现在: 第 1 代繁殖时间延长, 繁殖子代个体数减
少,繁殖总代数和平均每代繁殖个数减少等(图 2) , 最显著
的变化是平均每一代繁殖幼 数量及繁殖幼 总数.
图 1 1, 8dihAQ对大型 滤过与吞食速度的影响
Fig. 1 Effect s of 1, 8dihAQ on f iltrate and ingest ion rate of Daphnia
magna.
图 2 1, 8dihAQ对大型 繁殖参数的影响
Fig. 2 Ef fects of 1, 8dihAQ on reproduct ion parameters of Daphnia
magna.
用美国环保局 Dunnet检验[ 7]对平均每代繁殖个体数进
行分析. Dunnet检验的原理为: 首先对该参数的各浓度观察
值进行方差分析, 若存在显著性差异, 则将每一个浓度观察
11816 期 孙敬艳等: 1, 8二羟基蒽醌对大型 ( Daphnia magna)的毒性效应
值分别与对照相比较, 确定出哪些浓度同对照有显著性差
异.同对照无显著性差异的最大浓度值为 NOEC(无可观察
效应浓度) , 同对照有显著性差异的最小浓度值为 LOEC(最
小可观察效应浓度) . Dunnet 检验结果表明, 在 0 05 的显著
性水平下, 1, 8dihAQ 即使在最低浓度 0 025 mgL- 1时, 也
与对照组存在显著差异,对平均每代繁殖个体数产生明显抑
制作用(表 1) . 表 1 中同时给出平均寿命、第 1 代繁殖时间、
繁殖总个数、繁殖总代数的 NOEC、LOEC 值.从表 1 可以看
出,繁殖参数是表征 1, 8dihAQ 对大型 毒性影响的灵敏指
标,而平均寿命则不是很灵敏. 该结果可为管理部门制定有
关废水排放标准提供科学依据.
内禀增长率可以提供污染物对种群影响的全部信息, 是
判断污染物毒性的重要参数之一[ 14] . 由图 3 可以看出, 内禀
增长率也随着 1, 80dihAQ 浓度的升高而降低. 因此, 亚致死
浓度以下的 1, 8dihAQ 对大型 的内禀增长率和繁殖行为
具有显著的不利影响.
表 1 平均寿命以及繁殖参数的 NOEC、LOEC值
Table 1 NOEC and LOEC values for longevity and reproduction param
eters( mgL- 1)
项目
Item
平均寿命
Longevity
( d)
第 1代繁殖
时间
Days to the
first brood
繁殖总个数
Number of
neonat es
per female
繁殖总代数
Number of
broods per
female
平均每代
个体数
Brood size
N OEC 0125 0 075 0 0025 0
LOEC 015 01 0025 005 0025
图 3 1, 8dihAQ 对大型 内禀增长率的影响
Fig. 3 Effect s of 1, 8dihAQ on int rinsic rate of increase for Dap hnia
magna population.
4 结 论
41 1, 8dihAQ 对大型 的 48 h LC50为 037 mgL- 1 .
42 1, 8dihAQ 对大型 的捕食、繁殖产生显著不利影响.
43 繁殖参数和内禀增长率是评价 1, 8dihAQ 对水生生物
亚致死性毒性效应的灵敏指标,可以在水生生物的生态毒理
学效应评价中推广使用.
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作者简介 孙敬艳, 女, 1979 年生,在读硕士. 主要从事生态
毒理学方面的研究工作. Email: sun_jingyan71@ yahoo. com.
cn
1182 应 用 生 态 学 报 16 卷