摘要：为了解石油烃污染对水域环境中枝角类生长、繁殖和发育的影响,进行了0#柴油对蒙古裸腹溞Moina mongolica的急性毒性和慢性毒性试验。结果表明:0#柴油对蒙古裸腹溞的24 h LC50和48 h LC50分别为2.00、0.09mg/L,安全浓度为5.47×10-5mg/L;在不同柴油浓度下,蒙古裸腹溞的存活时间、第1次产幼时间及数量、单个母溞的产幼总数及总胎数整体上均呈现出随浓度的升高而减小的趋势;在柴油浓度为0、1×10-5mg/L低浓度试验组中,蒙古裸腹溞的内禀增长率、周限增长率、平均世代时间和净生殖率等指标相对较高,在高浓度试验组中相对较低,整体上这些指标呈现出随柴油浓度的升高而降低的趋势。
关键词：蒙古裸腹溞;0#柴油;急性毒性;慢性毒性
石油烃已成为破坏水域环境的主要污染物之一[1],对水生生物以及水域生态系统结构功能都会产生直接的影响。目前,有关石油烃对海洋生物影响的研究已有相关报道,多集中于对浮游植物、大型藻类、鱼类、贝类和棘皮动物等的研究[2-6],对浮游动物的研究多集中于桡足类[7-8],而对枝角类的研究相对较少,国内仅见路鸿雁等[9]利用大庆原油及成品油对蒙古裸腹溞的毒性效应进行了研究。蒙古裸腹溞Moina mongolica是一种可在海水中驯养的枝角类,具有生活周期短、繁殖快、易培养、对有机污染物敏感等特点[10],因此,其较适合作为海洋石油烃污染的受试生物。鉴于此,本研究中以蒙古裸腹溞作为试验对象,研究了船用0#柴油对该种生物的毒性效应,旨在为探索建立一种新型、高效的水域环境石油烃污染检测方法提供基础数据,为正确评估溢油带来的风险提供参考。
1.1 材料
蒙古裸腹溞取自辽宁省水生生物学重点实验室,培养过程中投喂蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa,投喂密度为1×107cells/mL,培养用水取自经过滤的黑石礁近海海水,温度为 (25±1)℃,盐度为30±1,pH为8.1±0.5,光照12 h,光照强度为4000 lx。
1.2 方法
1.2.1 石油分散液 (WAF)和试验液的制备 试验用0#柴油购于中国石化公司,将柴油样品与经过滤消毒的海水按照体积比为1∶9混合后置于5 L的三角锥瓶中,用电动搅拌器搅拌24 h,静置1 h后用虹吸法取下层水,即为母液[11],以0#柴油为标准油,利用荧光分光光度法测定其质量浓度[12]。试验期间现用现配,以保证浓度的准确性。
1.2.2 急性毒性试验 通过预试验确定致死浓度的范围,即48 h全致死的最小质量浓度和24 h无死亡的最大质量浓度,并根据预试验结果设计急性试验的石油分散液浓度为0、0.05、0.10、0.50、1.00、2.00 mg/L。随机挑取24 h内的幼溞作为试验对象,放置于100 mL的细口玻璃瓶中,每瓶10只,每个石油浓度组设3个重复,并置于光照培养箱内,光周期为12D∶12L,温度、盐度等条件与溞培养时相同。试验期间不投饵,瓶口用铝箔纸覆盖,每24 h更换一次新配试验液以消除由于挥发带来的误差,记录溞类的存活和死亡数,溞类的死亡判断标准根据文献[13]进行。
1.2.3 慢性毒性试验 根据急性试验结果计算出安全浓度后,设计慢性毒性试验浓度为0、1× 10-5、3×10-5、6×10-5、1×10-4mg/L。随机挑取24 h内的幼溞作为试验对象,放置于100 mL的细口玻璃瓶中,每瓶1只,每个浓度组设10个重复,并置于光照培养箱内,试验设置及条件同急性毒性试验。试验期间每天投喂蛋白核小球藻,瓶口用铝箔纸覆盖,每24 h更换新配试验液以保持试验浓度的准确性,每天观测溞类的死亡数,并在试验期间记录新生幼溞数量、母溞第一次产幼时间、第一次产幼数、产幼总数等,试验时间持续到所有受试个体全部死亡。
1.2.4 指标的计算
(1)半致死浓度 (LC50,mg/L)[14],采用直线内插法获得。
(2)安全浓度 (SC,mg/L)[15]计算公式为
(3)内禀增长率 (rm)、净生殖率 (R0)、平均世代时间(T)和周限增长率(λ)[14]计算公式为
其中:x为日龄 (d);lx为x日龄时的存活率;mx为每只母溞每天的产仔数。
1.3 数据处理
试验数据用 Excel 2007软件进行处理,用SPSS 18.0软件对数据进行方差分析和Duncan多重比较,显著性水平设为0.05。
2.1 0#柴油对蒙古裸腹溞的急性毒性
在24 h和48 h的急性试验期间,对照组中的溞类全部存活,而各浓度组中溞类的死亡率随着石油烃浓度的不断升高而增大。经计算,0#柴油对蒙古裸腹溞的24 h LC50和 48 h LC50分别为2.00、0.09 mg/L,安全浓度为5.47×10-5mg/L;方差分析表明,24 h时,0.50 mg/L及以上的浓度组蒙古裸腹溞的死亡率与对照组有显著性差异 (P＜0.05);48 h时,各浓度组与对照组均有显著性差异 (P＜0.05)(表1)。
表1 0#柴油对蒙古裸腹溞的急性毒性 (n=30)
Tab.1 Acute toxicity of 0#diesel oil to water fleas Moina mongolica(n=30)
注:同列中标有不同小写字母者表示组间有显著性差异 (P＜0.05),标有相同小写字母者表示组间无显著性差异 (P＞0.05),下同
Note:Themeans with different letterswithin the same column are significantdifferences at the0.05 probability level,and themeanswith the same letters within the same column are not significant differences,et sequentia
时间/h柴油浓度/(mg·L-1)死亡数/ind.死亡率/%回归方程 相关系数LC50/ timeconcentration of dieseldeath numbermortalityregression equationcorrelation coefficient(mg·L-1) 0.00 0.00±0.00 0.00±0.00a0.05 0.33±0.58 3.33±5.77ab0.10 1.00±1.00 10.00±10.00ab240.50 1.33±0.58 13.33±5.77by=0.9015x +4.3589 0.8919 2.00 1.00 1.67±0.58 16.66±5.77bc2.00 5.00±0.00 50.00±0.00d0.00 0.00±0.00 0.00±0.00a0.05 3.67±2.08 36.66±20.82b0.10 6.00±1.73 60.00±17.32c480.50 7.67±0.58 76.66±5.77cdy=0.6913x +5.7202 0.8634 0.09 1.00 6.33±1.15 63.33±11.55c2.00 8.67±0.58 86.66±5.77d
2.2 0#柴油对蒙古裸腹溞的慢性毒性
慢性毒性试验结果表明,对照组中的蒙古裸腹溞存活时间最长,而各浓度组中溞类的存活时间随石油烃浓度的增加而缩短,其中,浓度相对较高的两个试验组中溞类存活时间最短。从图1可见:在试验开始阶段,对照组和浓度最低 (1×10-5mg/L)的试验组在第2天时存活率均为100%,而其他试验组在第1天就开始有溞类死亡;时间持续到第14天时,除对照组外其他试验组溞类均全部死亡。
图1 0#柴油浓度对蒙古裸腹溞的存活率的影响
Fig.1 Effect of 0#diesel oil concentration on the survival rate of water fleas Moina mongolica
在不同0#柴油浓度下,蒙古裸腹溞的存活时间、第1次产幼时间及数量、单个母溞的产幼总数及产幼总胎数整体上均呈现出随浓度的升高而减小的趋势。从表2可见:当浓度为6×10-5mg/L及以上时,蒙古裸腹溞的存活时间与对照组有显著性差异 (P＜0.05);当浓度为 3×10-5、1×10-4mg/L时,母溞第一次产幼数均与对照组有显著性差异(P＜0.05);当浓度为3×10-5mg/L及以上时,单个母溞的产幼总数与对照组有显著性差异 (P＜0.05);各浓度组单个母溞的产幼总胎数与对照组无显著性差异 (P＞0.05);各试验组之间蒙古裸腹溞的第1次产幼时间均无显著性差异 (P＞0.05)。
表2 0#柴油对蒙古裸腹溞存活和繁殖的影响
Tab.2 Effect of 0#diesel oil on survival and reproduction of water fleas Moina mongolica
?
从表3可见,对照组和柴油浓度最低 (1×10-5mg/L)的试验组中,蒙古裸腹溞的 rm、λ、T和R0等指标相对较高,而高浓度试验组中相对最低,整体上,这些指标呈现出随着柴油浓度的升高而降低的趋势。
表3 0#柴油对蒙古裸腹溞种群增长参数的影响
Tab.3 Effect of 0#diesel oil on population increase parameters of water fleas Moinamongolica
浓度/内禀增长 周限增长 平均世代 净生(mg·L-1)率/d-1率/d-1时间/d殖率concentrationrmλTR00 0.30 1.35 7.62 9.70 1×10-5 0.32 1.38 6.51 8.20 3×10-5 0.17 1.19 6.48 3.10 6×10-5 0.24 1.28 4.75 3.20 1×10-40.11 1.11 6.00 2.20
由于石油烃成分复杂,不同种类水生生物的耐受力也有一定的差异,从而导致不同种类的石油烃对不同种类水生生物的毒性效应不同。张金亮等[16]研究了0#船用轻质柴油和船用重质燃料油对幼海胆的急性毒性,结果表明,两种石油烃类对幼海胆的96 h LC50分别为11.4、17.5 mg/L,安全浓度分别为0.11、0.18 mg/L;吕福荣等[6]研究了0#柴油和船用燃料油对马粪海胆浮游幼虫的急性毒性效应,结果表明,0#柴油48 h和72 h的EC50分别为3.39、1.87 mg/L,船用燃料油分散液48 h和72 h的EC50分别为4.57、2.71 mg/L;郑秀瑾等[4]研究了原油对斑马鱼的急性毒性效应,结果表明,原油对斑马鱼的96 h LC50为59.71 mg/L;此外,吕福荣等[17]研究表明,0#柴油的毒性要高于船用柴油、船用重质燃料油和原油,这是因为石油烃主要由芳香烃及烷烃类等物质组成,相比之下,芳香烃的毒性要大于烷烃类。据测定,0#柴油中苯、萘、菲等芳烃类物质含量约为22.1%,烷烃类约为50%,而船用燃料油中芳香烃含量约为11.3%,烷烃类含量约为40%[17],而原油中烷烃含量约为53.87%,芳香烃含量约为5.35%[4]。此外,同一种石油烃对不同水生生物的毒性效应差异也很大。0#柴油对马粪海胆浮游幼虫48 h和72 h的EC50分别为3.39、1.87mg/L[6],而对小球藻48 h和72 h的EC50分别为14.39、13.20 mg/L[18]。
不同种类的石油烃对同一类群或者同一种水生生物的毒性效应也是不同的。徐汉光等[19]研究表明,大庆原油、直馏柴油、70#汽油、航空煤油对中华哲水蚤的48 h LC50分别为19.8、15.8、6.1、3.5 mg/L;路鸿雁等[9]研究表明,大庆原油、直馏柴油、蒸发汽油、航空煤油对蒙古裸腹溞24 hLC50分别为14.69、9.89、12.94、7.17 mg/L,48 h LC50分别为6.55、3.52、4.55、3.48 mg/L;本研究结果表明,0#柴油对蒙古裸腹溞24 h和48 h的LC50分别为2.00、0.09 mg/L,比较而言,0#柴油对蒙古裸腹溞的毒性要远高于其他石油烃类。与其他生物相比,蒙古裸腹溞对石油烃类的敏感性要高于其他受试生物,鉴于其易培养、繁殖快等优点,用蒙古裸腹溞替代其他水生生物作为水域环境中石油烃污染监测的受试生物是可行的。
0#柴油对蒙古裸腹溞存活和繁殖的慢性毒效应影响也是较明显的。在不同柴油浓度下,除了第1次产幼时间外,蒙古裸腹溞的存活时间、第1次产幼数量、单个母溞的产幼总数和产幼总胎数等其他各项指标整体上均呈现出随柴油浓度的升高而降低的趋势。相比之下,第1次产幼数和单个母溞的产幼总数是蒙古裸腹溞对柴油相对较为敏感的指标。此外,0#柴油对蒙古裸腹溞的rm、λ、T和R0等指标的影响也较为明显,整体上各项指标均随着柴油浓度的升高而降低。当柴油浓度达到或超过3× 10-5mg/L时,rm和R0呈现较大幅度的降低,说明rm和R0是蒙古裸腹溞对柴油相对较敏感的指标,这一结果与路鸿雁等[9]的研究结果相同。
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Toxicity of 0#diesel oil to water fleas Moina mongolica
Abstract：The acute and chronic toxicities of 0#diesel oil to water fleas Moina mongolica were studied to understand the growth,reproduction and development of Cladocera in oil pollution water.The results showed that the 24 h LC50and 48 h LC50were 2.00 mg/L and 0.09 mg/L,respectively,with safe concentration of5.47×10-5mg/L. The chronic toxicity test revealed that the water fleas showed decrease in survival time,first brood time and number,number of offspring per adult and number of brood as increase in concentration of 0#diesel oil.The intrinsic rate of increase(rm),finite rate of increase(λ),generation time(T)and net reproductive rate(R0)of the water fleaswere higher in 0 and 1×10-5mg/L than those in other higher oil concentrations.The findings indicated that those indices were increased with the elevated concentration of 0#diesel oil.
Key words：Moina mongolica;0#diesel oil;acute toxicity;chronic toxicity
中图分类号：X174;S963.2
文献标志码：A
收稿日期：2014-12-21
基金项目：辽宁省教育厅科研项目 (L2012262)
DOI：10.16535/j.cnki.dlhyxb.2015.05.008
文章编号：2095-1388(2015)05-0494-04