水環(huán)境中藻毒素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的物種敏感性分布評(píng)價(jià)

朱小奕，陳瑾，張建英,*

1.浙江大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所，杭州310058

2.浙江省有機(jī)污染過(guò)程與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310058

水環(huán)境中藻毒素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的物種敏感性分布評(píng)價(jià)

朱小奕1,2，陳瑾1,2，張建英1,2,*

1.浙江大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所，杭州310058

2.浙江省有機(jī)污染過(guò)程與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310058

藻毒素對(duì)人體的健康風(fēng)險(xiǎn)已受普遍關(guān)注，然而其對(duì)水生態(tài)物種敏感性分布的影響尚不明朗。本研究采集已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用種間相關(guān)性分析(ICE)模型和物種敏感性分布評(píng)估(SSDs)方法，篩選了64個(gè)水生生物物種的71組急性毒性數(shù)據(jù)(EC50)，構(gòu)建水生生物對(duì)肝毒素(節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素)和神經(jīng)毒素(類毒素、貝毒素)的SSD方程。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算不同暴露濃度下的潛在影響比例(PAF)以及保護(hù)95%物種基礎(chǔ)上藻毒素對(duì)水生生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)閾值(HC5)，比較不同類別生物對(duì)藻毒素的敏感性以及藻毒素對(duì)水生生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明：(1)在95%物種保護(hù)保證率下，節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素、類毒素和貝毒素對(duì)全部物種的HC5值分別為74.96、205.39、194.39、0.3 μg·L-1，貝毒素水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高，柱孢藻毒素最低。(2)柱孢藻毒素、類毒素對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物的HC5值分別為122.93、95.19 μg·L-1，低于全部物種的HC5值，無(wú)脊椎動(dòng)物受柱孢藻毒素、類毒素影響較其他物種大。(3)物種潛在影響比例可明確表征敏感性，柱孢藻毒素、類毒素在各濃度暴露情景下對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物的PAF值均高于脊椎動(dòng)物，顯示無(wú)脊椎動(dòng)物的敏感性較高。

藻毒素；水生生物；物種敏感性分布；生態(tài)閾值

朱小奕,陳瑾,張建英.水環(huán)境中藻毒素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的物種敏感性分布評(píng)價(jià)[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2016,11(3):131-139

Zhu X Y,Chen J,Zhang J Y.Assessing ecological risk of cyanotoxins based on interspecies correlation estimation and species sensitivity distributions[J]. Asian Journal of Ecotoxicology,2016,11(3):131-139(in Chinese)

湖泊藻華爆發(fā)遍布全球，其中25%～70%的藻華會(huì)產(chǎn)生有毒的二次代謝產(chǎn)物藻毒素。根據(jù)毒素對(duì)動(dòng)物的致毒方式，可分為肝毒素和神經(jīng)毒素等，肝毒素包括微囊藻毒素(microcystins,MCs)、節(jié)球藻毒素(nodularins, NODs)和柱孢藻毒素(cylindrospermopsin,CYN)，神經(jīng)毒素包括類毒素(anatoxin-a,antx-a)、貝毒素(saxitoxins, STXs)等[1-2]。1990年至2014年間，中國(guó)已有60%的淡水湖泊出現(xiàn)不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，引發(fā)嚴(yán)重藻華污染，釋放藻毒素以微囊藻毒素為主，濃度可達(dá)35.3 μg ·L-1[3]，近年柱孢藻毒素、類毒素和貝毒素等污染也日趨嚴(yán)重，如柱孢藻毒素濃度達(dá)8.25 μg·L-1[4]。藻毒素不但會(huì)引起肝、神經(jīng)毒性等健康風(fēng)險(xiǎn)，還可導(dǎo)致魚類的死亡、浮游動(dòng)物與水生植物生長(zhǎng)和繁殖抑制等物種危害[5-6]，從而造成水生態(tài)物種多樣性破壞風(fēng)險(xiǎn)[7-8]。然而，多種藻毒素在生態(tài)系統(tǒng)尺度上的風(fēng)險(xiǎn)尚不清楚，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)閾值亟待確定。

物種敏感性分布評(píng)估方法(species sensitivity distributions,SSDs)是基于不同物種對(duì)某一環(huán)境脅迫的敏感度服從一定累積概率分布假設(shè)，以統(tǒng)計(jì)分布模型來(lái)描述不同物種樣本對(duì)脅迫因素的敏感性差異，實(shí)現(xiàn)將單一物種的測(cè)試結(jié)果外推至生態(tài)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法[9]。該方法被廣泛應(yīng)用于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[10-11]和水質(zhì)基準(zhǔn)推導(dǎo)[12-13]，目前國(guó)內(nèi)學(xué)者也嘗試運(yùn)用SSD方法對(duì)農(nóng)藥[14-15]、重金屬[16]、多環(huán)芳烴[17]、微囊藻毒素[18]等進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。SSD擬合物種數(shù)要求不少于5個(gè)[19-20]，為彌補(bǔ)不同物種，特別是稀缺物種毒性數(shù)據(jù)缺失對(duì)SSD方法結(jié)果不確定性的影響，美國(guó)EPA提出種間相關(guān)性分析(interspecies correlation estimations, ICE)模型。在ICE模型中，假定替代物種和預(yù)測(cè)物種的毒性值符合最小二乘法線性回歸，因此可通過(guò)替代物種毒性數(shù)據(jù)，外推預(yù)測(cè)物種的毒性效應(yīng)[21]。ICE模型彌補(bǔ)了SSD評(píng)估中毒性數(shù)據(jù)的斷層，已被用于水生無(wú)脊椎動(dòng)物和魚類的毒性外推研究，如ICE得出硝基芳烴對(duì)不同生物毒性數(shù)據(jù)與其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果在1%的置信水平上呈顯著的線性正相關(guān)[22-23]；對(duì)鋅水質(zhì)基準(zhǔn)研究顯示基于ICE和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出的SSD估算HC5值無(wú)顯著差異[24]，表明應(yīng)用ICE方法預(yù)測(cè)缺失毒性數(shù)據(jù)用于水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是可行的。

目前，對(duì)微囊藻毒素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究已從生物個(gè)體水平發(fā)展到到生態(tài)系統(tǒng)水平，但除此之外，水環(huán)境中節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素、類毒素和貝毒素等的研究?jī)H限于生物個(gè)體毒性，尚未報(bào)道其在系統(tǒng)尺度上的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。本研究通過(guò)挖掘文獻(xiàn)中4種藻毒素的急性毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建ICE-SSD復(fù)合模型，評(píng)價(jià)不同濃度水平藻毒素污染的水生態(tài)物種敏感性風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算藻毒素對(duì)水生生物的風(fēng)險(xiǎn)閾值。擬提供在系統(tǒng)尺度上評(píng)價(jià)藻毒素污染風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)保證率為95%的可靠評(píng)價(jià)模型，從而為藻毒素污染水體的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理提供方法和依據(jù)。

1 材料與方法（Materials and methods）

1.1 毒性數(shù)據(jù)獲取與物種分組

表1 毒性數(shù)據(jù)篩選條件Table 1 Criteria for selecting toxicity data

分別利用節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素、類毒素與貝毒素的EC50急性毒性數(shù)據(jù)構(gòu)建SSD曲線，用以評(píng)價(jià)其水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，數(shù)據(jù)來(lái)源于Web of Science(http:// www.webofknowledge.com/)收錄的相關(guān)文獻(xiàn)資料，其篩選原則參照歐盟生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)綱領(lǐng)”等[25]：(1)標(biāo)準(zhǔn)毒性試驗(yàn)方法，如經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Cooperation and Development,OECD)或美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(A-merican Society for Testing and Materials,ASMT)等發(fā)布方法；(2)實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)定，如暴露周期、介質(zhì)等，具體篩選條件見(jiàn)表1[9]，本研究中節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素和類毒素以淡水分布為主，選取其對(duì)淡水生物毒性試驗(yàn)結(jié)果，而貝毒素主要來(lái)源于海洋藻釋放，評(píng)價(jià)其對(duì)海洋生物的急性毒性；(3)急性毒性終點(diǎn)選取，以半數(shù)效應(yīng)濃度EC50表征，其效應(yīng)包括運(yùn)動(dòng)抑制、生長(zhǎng)抑制、胚胎發(fā)育抑制和致死率等中毒癥狀；(4)評(píng)價(jià)物種數(shù)不少于5個(gè)，且盡量分布于3個(gè)以上營(yíng)養(yǎng)級(jí)。為彌補(bǔ)柱孢藻毒素、類毒性、貝毒素適當(dāng)毒性數(shù)據(jù)的缺失，本文進(jìn)一步采用EPA的ICE模型(http:// www.epa.gov/ceampubl/fchain/webice/)，通過(guò)選取2個(gè)具有代表性的物種(大型蚤Daphnia magna,Daphnia pulex)為替代物種外推同類生物急性毒性數(shù)據(jù)。

根據(jù)文獻(xiàn)和ICE模型預(yù)測(cè)，共獲得64個(gè)水生生物物種的71組急性毒性數(shù)據(jù)，包含36個(gè)甲殼類、17個(gè)魚類、6個(gè)昆蟲類、2個(gè)軟體類、2個(gè)棘皮類和1個(gè)原生動(dòng)物。節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素、類毒素與貝毒素的毒性數(shù)據(jù)分別含7、24、24和9個(gè)物種。同一物種擁有多個(gè)毒性數(shù)據(jù)時(shí)，以幾何平均值作為該物種的數(shù)據(jù)點(diǎn)[26]。根據(jù)獲得物種毒性數(shù)據(jù)分布，柱孢藻毒素和類毒素在對(duì)全部物種進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)分為脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物以比較不同類別生物受到污染物危害的風(fēng)險(xiǎn)大小。全部物種包括脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物；脊椎動(dòng)物包括魚類和兩棲類；無(wú)脊椎動(dòng)物包括甲殼類、昆蟲類、軟體動(dòng)物、蠕蟲類及其他無(wú)脊椎動(dòng)物。

1.2 SSD擬合

將生物的毒性數(shù)據(jù)濃度值(或其對(duì)數(shù)值)對(duì)以濃度排列的分位數(shù)作圖，并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)擬合得到SSD物種敏感性分布曲線。對(duì)比不同參數(shù)擬合方法，BurrIII模型分布靈活，可根據(jù)參數(shù)值的大小轉(zhuǎn)換成ReWeibull和RePareto兩種模式，且數(shù)據(jù)量要求較少(最小數(shù)據(jù)量為7個(gè))，對(duì)本研究篩選獲得的數(shù)據(jù)擬合度較好，除貝毒素對(duì)全部物種的SSD曲線擬合R2為0.89，其余曲線擬合R2均大于0.93。因此文中采用澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織CSIRO提供的BurrlizO(1.0.14)軟件計(jì)算BurrIII型分布模式[18]，其方程為：

式中：x為污染物濃度值(μg·L-1)；b、c、k為函數(shù)的3個(gè)參數(shù)，其中b為尺度參數(shù)，c為形狀參數(shù)，曲線位置則由c、k共同決定。

當(dāng)k趨于無(wú)窮大時(shí)，BurrIII分布變化為Re-Weibull分布：

當(dāng)c趨于無(wú)窮大時(shí)，變化為RePareto分布：

2 結(jié)果（Results）

2.1 水生生物對(duì)藻毒素的敏感響應(yīng)

不同類別生物對(duì)節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素、類毒素、貝毒素的急性毒性響應(yīng)值見(jiàn)表2和表3。水生生物對(duì)貝毒素、節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素、類毒素的對(duì)數(shù)EC50值分別為1.81、3.11、3.48、3.59 μg·L-1，敏感響應(yīng)濃度依次升高，顯示貝毒素的毒性最大。柱孢藻毒素、類毒素對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物的對(duì)數(shù)EC50值均低于脊椎動(dòng)物，表明這2種藻毒素對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物的毒性更大。

表2 全部物種的毒理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征（對(duì)數(shù)變換后）Table 2 Log-transformed toxicity data statistics of all species

表3 脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物的毒理數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征（對(duì)數(shù)變換后）Table 3 Log-transformed toxicity data statistics of vertebrates and invertebrates

表4 利用BurrlizO計(jì)算SSD參數(shù)結(jié)果Table 4 SSD parameters calculated by BurrlizO

表5 不同暴露濃度下藻毒素的PAF預(yù)測(cè)值（單位：%）Table 5 Predicted PAF values under different concentrations of cyanotoxins(unit:%)

2.2 藻毒素水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的物種敏感性分布規(guī)律

表4是使用BurrlizO軟件計(jì)算得出的柱孢藻毒素、類毒素與節(jié)球藻毒素、貝毒素SSD方程參數(shù)結(jié)果。其中柱孢藻毒素、類毒素對(duì)全部物種和無(wú)脊椎物種的敏感性分布曲線符合Burr III分布，對(duì)脊椎動(dòng)物符合ReWeibull分布；節(jié)球藻毒素對(duì)全部物種適用Burr III分布擬合；貝毒素對(duì)全部物種適用Re-Pareto分布擬合。

2.3 不同暴露濃度下藻毒素的PAF值

不同濃度暴露情景下，柱孢藻毒素、類毒素與節(jié)球藻毒素、貝毒素對(duì)水生生物的PAF預(yù)測(cè)值見(jiàn)表5。表5顯示了由不同濃度值得到的PAF值的大小，反映其對(duì)不同物種的損害程度。在1 000 μg·L-1下，柱孢藻毒素和類毒素對(duì)全部物種和無(wú)脊椎動(dòng)物的損害比例為20.3%～31.6%，超過(guò)了5%的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)閾值，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)造成一定危害；在各濃度暴露情景下，柱孢藻毒素、類毒素對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物的PAF值均高于脊椎動(dòng)物，顯示無(wú)脊椎動(dòng)物的敏感性較高。節(jié)球藻毒素濃度達(dá)到1 000 μg·L-1時(shí)，對(duì)全部物種的PAF值為38.9%，危害明顯。貝毒素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響最為顯著，當(dāng)貝毒素濃度為100 μg·L-1時(shí)，對(duì)全部物種的PAF值即高達(dá)43.2%。

2.4 藻毒素對(duì)水生生物的HC5值及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)比較

柱孢藻毒素、類毒素與節(jié)球藻毒素、貝毒素對(duì)不同類別生物的HC5值見(jiàn)表6，與文獻(xiàn)[18]中微囊藻毒素急性毒性數(shù)據(jù)HC5值(19.22 μg·L-1)相比較可得，5種藻毒素對(duì)全部物種的HC5值從小到大依次為：貝毒素<微囊藻毒素<節(jié)球藻毒素<類毒素<柱孢藻毒素，表現(xiàn)出依次降低的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，貝毒素水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高，柱孢藻毒素最低。柱孢藻毒素、類毒素對(duì)無(wú)脊椎動(dòng)物的HC5值(122.93、95.19 μg·L-1)均低于脊椎動(dòng)物(1 134.77、1 662.73 μg·L-1)，表明無(wú)脊椎動(dòng)物受到損害的風(fēng)險(xiǎn)更高。

HC5值反映低濃度下不同類別生物對(duì)藻毒素的耐受性閾值，而通過(guò)SSD曲線可以直觀比較不同濃度范圍內(nèi)物種對(duì)污染物的敏感性差異。對(duì)4種藻毒素的毒性數(shù)據(jù)構(gòu)建SSD曲線，并與文獻(xiàn)[18]中對(duì)微囊藻毒素構(gòu)建的SSD曲線相比較，全部物種對(duì)5種藻毒素的SSD曲線如圖1所示。貝毒素曲線較陡峭，在低濃度時(shí)即對(duì)水生生物產(chǎn)生較大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，并且隨著濃度增加，物種敏感性增大的趨勢(shì)迅速，在濃度高于932.60 μg·L-1時(shí)，累計(jì)概率即達(dá)到100%，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)極大。節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素和類毒素的SSD曲線斜率差距較小，從曲線整體位置來(lái)看，低濃度時(shí)從左到右依次為：節(jié)球藻毒素、類毒素、柱孢藻毒素，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)依次降低，與比較HC5值得到的結(jié)果一致；而隨著濃度的升高，柱孢藻毒素對(duì)水生生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)逐漸大于類毒素。微囊藻毒素的SSD曲線較緩，在低濃度時(shí)，生物敏感性高于節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素和類毒素，但隨著濃度增加，敏感性增大的趨勢(shì)較緩慢，在高濃度時(shí)，微囊藻毒素對(duì)水生生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)逐漸低于節(jié)球藻毒素、柱孢藻毒素和類毒素。

圖1 全部物種對(duì)5種藻毒素的物種敏感性分布（SSD）曲線圖

不同類別生物(I脊柱動(dòng)物，II無(wú)脊椎動(dòng)物)對(duì)微囊藻毒素、柱孢藻毒素和類毒素的SSD曲線如圖2，其中，微囊藻毒素的SSD曲線借鑒于文獻(xiàn)[18]。圖I中，脊椎動(dòng)物對(duì)柱孢藻毒素和類毒素的敏感性差異不顯著，柱孢藻毒素對(duì)脊椎動(dòng)物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)略大于類毒素；脊椎動(dòng)物對(duì)微囊藻毒素的SSD曲線位于最左側(cè)，表明微囊藻毒素對(duì)脊椎動(dòng)物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大于柱孢藻毒素和類毒素。從圖II中可見(jiàn)，無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)柱孢藻毒素和類毒素的敏感性差異同樣不顯著，依然是柱孢藻毒素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)略大；無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)微囊藻毒素的SSD曲線變化較緩，在低濃度時(shí)，無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)微囊藻毒素的敏感性高于柱孢藻毒素和類毒素，但隨著濃度的增加，敏感性逐漸低于柱孢藻毒素和類毒素。

對(duì)比脊椎動(dòng)物、無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)不同藻毒素(柱孢藻毒素，類毒素)的SSD曲線(圖3)可看出，柱孢藻毒素與類毒素的情況相似，在低濃度時(shí)，無(wú)脊椎動(dòng)物與脊椎動(dòng)物的敏感性差異較顯著，無(wú)脊椎動(dòng)物的敏感性高于脊椎動(dòng)物；隨著濃度增大，脊椎動(dòng)物的敏感性增大趨勢(shì)更迅速，因此在到達(dá)高濃度時(shí)，無(wú)脊椎動(dòng)物與脊椎動(dòng)物的敏感性差異較小。

表6 藻毒素對(duì)水生生物的HC5值（單位：μg·L-1）Table 6 HC5values of cyanotoxins to aquatic organisms(unit:μg·L-1)

2.5 自然水體中藻毒素生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

運(yùn)用本文擬合的SSD曲線對(duì)我國(guó)典型水體藻毒素污染水平進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[4,27]，其物種損害比例見(jiàn)表7。在廣東省東莞市水濂山水庫(kù)和河北省秦皇島市洋河水庫(kù)，分別檢測(cè)到柱孢藻毒素濃度和類毒素濃度為8.25 μg·L-1、0.29 μg·L-1，均低于本研究HC5值，對(duì)全部物種的影響比例為0.1%和0.01%，顯示水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不顯著。節(jié)球藻毒素和貝毒素在水體中的濃度水平較低，但在我國(guó)東海和南海海域的貝類中毒素的檢出率分別為14%和30%[28]，表明水生動(dòng)物以藻類為食亦可造成藻毒素體內(nèi)富集和產(chǎn)生毒害效應(yīng)，進(jìn)而威脅水生態(tài)安全。

3 討論（Discussion）

圖2 脊柱動(dòng)物（I）、無(wú)脊椎動(dòng)物（II）對(duì)微囊藻毒素、柱孢藻毒素和類毒素的SSD曲線比較

圖3 脊椎動(dòng)物、無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)柱孢藻毒素（I）、類毒素（II）的SSD曲線比較

表7 國(guó)內(nèi)水體柱孢藻毒素和類毒素對(duì)淡水生物的PAF預(yù)測(cè)值（單位：%）Table 7 Predicted PAF values of cylindrospermopsin and anatoxin-a to freshwater species in studied waters(unit:%)

通過(guò)對(duì)4種藻毒素水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)，可見(jiàn)不同藻毒素的水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)差異顯著，同為神經(jīng)毒素的類毒素與貝毒素對(duì)全部物種的HC5值相差近650倍，可歸因于其致毒分子機(jī)制的差異。研究表明，類毒素主要與乙酰膽堿存在煙堿受體的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合作用，在對(duì)虹鱒(Oncorhynchus mykiss)魚苗的暴露實(shí)驗(yàn)中，魚體肌肉組織的乙酰膽堿酯酶(AChE)活性隨著類毒素劑量的增加而顯著增強(qiáng)[29]；而麻痹性貝類毒素(paralytic shellfish toxins,PSTs)之一的貝毒素則通過(guò)阻止神經(jīng)細(xì)胞鈉離子通道抑制神經(jīng)沖動(dòng)的正常動(dòng)作電位傳輸，從而引起神經(jīng)肌肉的麻痹，被認(rèn)為是最有效的和快速的神經(jīng)毒素之一[30]。此外，同種藻毒素對(duì)不同種類生物毒性影響亦差異顯著，無(wú)脊椎動(dòng)物對(duì)柱孢藻毒素與類毒素暴露的敏感性均明顯高于脊椎動(dòng)物。可能與其對(duì)藻毒素降解機(jī)制的差異有關(guān)，谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶(glutathione s-transferase,GST)通過(guò)催化內(nèi)源性谷胱甘肽(glutathione,GSH)與毒素結(jié)合而起到降毒作用，是生物體毒素降解的重要指標(biāo)之一。10 μg·L-1柱孢藻毒素對(duì)羅非魚(Oreochromis niloticus)暴露7 d，魚體內(nèi)GST酶活性增強(qiáng)，誘導(dǎo)率約為35%[31]；而648.6 ng·L-1柱孢藻毒素對(duì)大型蚤(Daphnia magna)暴露24 h，蚤體內(nèi)GST酶活性即被誘導(dǎo)，誘導(dǎo)率達(dá)25.14%[32]。顯示無(wú)脊椎動(dòng)物大型蚤(Daphnia magna)在低濃度藻毒素暴露下短時(shí)間內(nèi)即產(chǎn)生應(yīng)急毒性響應(yīng)，敏感性更高。

物種敏感性分布是一種基于單物種測(cè)試的外推方法，它把可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)依靠統(tǒng)計(jì)模型以概率的方式表達(dá)出來(lái)。影響SSD評(píng)估不確定性的因素包括毒性數(shù)據(jù)的選擇和統(tǒng)計(jì)模型的選擇[33]。目前的研究結(jié)果表明數(shù)據(jù)的選擇比統(tǒng)計(jì)模型的選擇對(duì)HC5值影響更大[9]。SSD方法對(duì)毒理數(shù)據(jù)的選擇暫沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)推薦的最小數(shù)據(jù)量為5個(gè)，美國(guó)環(huán)保署(US EPA)建議至少涉及3個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)8個(gè)分類群。本研究中柱孢藻毒素和類毒素的毒理數(shù)據(jù)量足夠覆蓋3個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，而節(jié)球藻毒素和貝毒素的毒理數(shù)據(jù)量不足3個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)，但超過(guò)OECD推薦的5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)限值。此外，物種敏感性分布假定有限的生物物種是從整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中隨機(jī)取樣的，故認(rèn)為評(píng)估有限物種的損害概率是適合整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的。但在實(shí)際應(yīng)用中，物種樣本的數(shù)據(jù)是根據(jù)數(shù)據(jù)的有效性來(lái)采用的，而不是隨機(jī)樣本，因此在很大程度上增加了不確定性。因此針對(duì)毒理數(shù)據(jù)缺乏帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不確定性，需進(jìn)一步開展水生受試生物的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)，豐富毒理學(xué)研究數(shù)據(jù)，提高采用SSD方法評(píng)估的準(zhǔn)確性與可靠性。

綜上所述，藻毒素因致毒機(jī)制等差異可對(duì)水生生物造成不同程度毒性影響，有必要對(duì)多種藻毒素進(jìn)行水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以獲得其生態(tài)安全濃度閾值。本研究基于不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)水生生物對(duì)肝毒性和神經(jīng)毒性藻毒素的急性毒性數(shù)據(jù)運(yùn)用SSD概率統(tǒng)計(jì)分布方法評(píng)估4種藻毒素風(fēng)險(xiǎn)，指出其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)閾值HC5為0.3～205.39 μg·L-1不等，尤以神經(jīng)毒素貝毒素的水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高，為藻毒素污染的水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)。但在SSD模型評(píng)估中，毒性數(shù)據(jù)缺失及不同地區(qū)敏感物種組成的差異性，導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不確定性增加，有必要開展進(jìn)一步的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)或野外研究，獲得多營(yíng)養(yǎng)級(jí)更多分類群的毒理數(shù)據(jù)，進(jìn)一步修正本文的相關(guān)研究結(jié)果。

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Assessing Ecological Risk of Cyanotoxins Based on Interspecies Correlation Estimation and Species Sensitivity Distributions

Zhu Xiaoyi1,2,Chen Jin1,2,Zhang Jianying1,2,*

1.Environmental Science Institute,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China
2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Organic Pollution Process and Control,Hangzhou 310058,China

15 July 2015 accepted 17 November 2015

The risk of cyanotoxins to human health has been widely concerned.However,their effect on aquatic species sensitivity distribution was not well understood.This study aimed to assess the ecological risks of two typical cyanobacterial hepatotoxins(nodularins,cylindrospermopsin)and two typical cyanobacterial neurotoxins(anatoxin-a,saxitoxins)by employing the interspecies correlation estimation(ICE)and species sensitivity distributions (SSDs)models.SSDs were constructed based on 71 available sets of acute toxicity data covering 64 aquatic organisms exposure to cyanotoxins.The potentially affected fractions(PAF)under various concentrations and the hazardous concentrations for 5%of the species(HC5)were calculated and compared among different aquatic species.Re-sults show that the estimated HC5values for nodularins,cylindrospermopsin,anatoxin-a and saxitoxins were 74.96 μg·L-1,205.39 μg·L-1,194.39 μg·L-1and 0.3 μg·L-1,respectively,suggesting that the hazardous risk of species is assessed at higher and lower level for saxitoxins and cylindrospermopsin.The invertebrates exposure to cylindrospermopsin and anatoxin-a presented lower HC5than that of the all aquatic organisms with 122.93 μg·L-1and 95.19 μg ·L-1,respectively,which indicate that cylindrospermopsin and anatoxin-a cause more damage to invertebrates than other species.The PAF of 10-1000 μg·L-1cylindrospermopsin and anatoxin-a to invertebrates were higher than that of vertebrates,suggesting that invertebrates are more sensitive to cylindrospermopsin and anatoxin-a than vertebrates.

cyanotoxins;aquatic organisms;species sensitivity distributions;ecological threshold

2015-07-15 錄用日期：2015-11-17

1673-5897（2016）3-131-09

X171.5

A

10.7524/AJE.1673-5897.20150715005

簡(jiǎn)介：張建英(1967-)，女，環(huán)境工程博士，副教授，主要研究方向?yàn)樗廴旧鷳B(tài)化學(xué)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21177106，21477103)

朱小奕(1990-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)樗鷳B(tài)毒理學(xué)，E-mail:21414020@zju.edu.cn

*通訊作者（Corresponding author），E-mail:zjy@zju.edu.cn