PFOS對斑馬魚的急性毒性及安全濃度評價

郭晉姝 王金有 武佳琪 曹謹玲

摘要 [目的]探討全氟辛烷磺酸（PFOS）對斑馬魚的生態(tài)毒性效應(yīng)。[方法]采用靜態(tài)染毒法研究不同濃度的PFOS暴露對斑馬魚的急性毒性效應(yīng)。[結(jié)果]不同濃度PFOS暴露條件下斑馬魚出現(xiàn)魚體側(cè)翻、失去平衡、游泳能力和和呼吸能力減弱等中毒現(xiàn)象，隨著PFOS暴露濃度的增加和暴露時間的延長，斑馬魚的死亡率也相應(yīng)增加，存在明顯的劑量效應(yīng)和時間效應(yīng)關(guān)系。PFOS對斑馬魚24、48、72、96 h的半致死濃度（LC50）分別為26.09、9.08、3.91和2.58 mg/L，安全濃度為0.258 mg/L。根據(jù)急性毒性分級標準，判斷PFOS對斑馬魚的毒性為高毒。[結(jié)論]該研究結(jié)果可為掌握PFOS的生態(tài)毒性以及評價其生態(tài)風(fēng)險和危害提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 PFOS；斑馬魚；急性毒性；安全濃度；LC50

中圖分類號 S94；X174 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）07-0092-04

Acute Toxicity and Safe Concentration Assessment of Perfluorooctane Sulfonate（PFOS） to Danio rerio

GUO Jin-shu， WANG Jin-you，WU Jia-qi，CAO Jin-ling*

（College of Animal Science and Technology， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi 030801）

Abstract [Objective] To investigate the ecological toxicity effects of perfluorooctane sulfonates （PFOS） on Danio rerio. [Method] The acute toxicity effects of different concentrations of PFOS on D. rerio were studied by using static exposure method. [Result] The toxic symptoms of D. rerio appeared under the exposure of different concentrations of PFOS such as body roll， loss of equilibrium， declined swimming ability and respiratory ability. The death rate of D. rerio enhanced with increase of PFOS concentration and prolonging of exposure time， and there were obvious dose-response and time-response correlations. LC50 of PFOS to D. rerio at 24 ， 48 ， 72 ， 96 h were 26.09， 9.08， 3.91， 2.58 mg/L， respectively. The safe concentration of PFOS to D. rerio was 0.258 mg/L. According to the grading standard of acute toxicity， the toxicity of PFOS to D. rerio belonged to high toxicity. [Conclusion] The research results can provide scientific basis for studying the ecological toxicity of PFOS and evaluating its ecological risk and hazards.

Key words PFOS；Danio rerio；Acute toxicity；Safe concentration；LC50

全氟辛烷磺酸（Perfluorooctane sulfonate，PFOS）是全氟化合物中最具有代表性的一種物質(zhì)。PFOS中具有極高化學(xué)鍵能的C-F共價鍵，使其具有很高的熱和化學(xué)穩(wěn)定性[1]，同時PFOS具有疏油疏水的特性，因此被廣泛應(yīng)用于紡織、皮革、造紙、潤滑油、緩濁劑、洗滌劑和泡沫滅火劑等工業(yè)民用領(lǐng)域[2-3]。目前，水環(huán)境中PFOS的濃度數(shù)量級為ng/L，其中我國河海流域PFOS濃度達到1.11～7.65 ng/L[4]。近年來，PFOS在環(huán)境水體、野生生物、沉積物甚至人的血清和母乳中都有檢出[2，5-7]。PFOS是一種能在環(huán)境介質(zhì)和生物體內(nèi)積累、影響性激素水平的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物[8]。PFOS具有肝臟毒性，使肝臟變小，影響能量代謝[9]；PFOS引起肝臟內(nèi)的過氧化物增加，造成氧化損傷，直接或間接損害遺傳物質(zhì)，引發(fā)腫瘤[10-11]；PFOS破壞血清中皮質(zhì)酮和瘦素水平的平衡，影響去甲腎上腺素的濃度，干擾動物的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)[12]；PFOS誘使胎兒中毒，造成幼齡動物畸形，延緩幼齡動物的生長發(fā)育等[13-14]。

斑馬魚，俗稱藍條魚、花條魚，隸屬鯉科短魚丹屬。斑馬魚身體細長，尾部稍側(cè)扁從微尖，臀鰭較長。尾鰭呈叉形，體側(cè)有像斑馬一樣的縱向條紋，具有一定的觀賞價值，是一種亞熱帶水觀賞魚類。斑馬魚除了具有經(jīng)濟價值和觀賞價值外，因其具有個體小、產(chǎn)卵周期短、產(chǎn)卵量高、卵大、體外受精、體外發(fā)育等特點而被廣泛應(yīng)用于胚胎學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、毒理學(xué)、分子生物學(xué)等研究，被當作理想的分子生物學(xué)和免疫學(xué)研究的脊椎動物模型，具有較高的科研價值和良好的應(yīng)用前景[15]。PFOS對水生生物的毒性在以前僅有少量致死效應(yīng)的報道[16-17]，但缺乏深入細致的研究。筆者以斑馬魚為研究對象，研究PFOS對斑馬魚的半致死濃度，并對其進行安全性評價，旨在為掌握PFOS的生態(tài)毒性以及評價其生態(tài)風(fēng)險和危害提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用斑馬魚體長（3.2±0.5） cm，體重（0.38±0.50） g，購自太原市花鳥魚市場。經(jīng)過12 d暫養(yǎng)后，選擇健康斑馬魚作為受試材料。試驗期間，水溫保持在25 ℃，溶解氧≥5 mg/L，pH在7.0左右，光照周期14 L∶10 D，每天定時定量投喂斑馬魚專用飼料。PFOS濃度40%，貨號77283，購自Sigma-Aldrich貿(mào)易有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 預(yù)試驗。

正式試驗前，斑馬魚在經(jīng)曝氣的自來水中馴養(yǎng)12 d，在此期間自然死亡率低于5%。選擇健康活潑、反應(yīng)靈敏、大小一致的斑馬魚用于試驗。在試驗開始前1 d，停止對斑馬魚喂食。在同一規(guī)格的玻璃缸中分別加入10 L PFOS稀釋液，濃度分別為1 000.0、100.0、10.0、1.0、0.1 mg/L。為保證試驗濃度的準確性，試驗液每天更換1次。同時，及時記錄斑馬魚的行為、中毒癥狀以及24、48、72、96 h的死亡數(shù)量（輕觸斑馬魚尾部，若無任何反應(yīng)，則視為死亡），及時撈出死魚，以免污染水質(zhì)。

1.2.2 正式試驗。

根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果，在斑馬魚96 h全部存活的最高濃度和96 h全部死亡的最低濃度之間設(shè)置6個PFOS濃度：0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L，每個濃度設(shè)3個平行。試驗溶液調(diào)至相應(yīng)溫度后，從馴養(yǎng)魚群中隨機取出魚并迅速放入各試驗容器中，每個容器中放入15條斑馬魚，轉(zhuǎn)移期間處理不當?shù)聂~均應(yīng)棄除。分別在PFOS暴露后3和6 h觀察斑馬魚的行為，并記錄試驗魚的異常行為和中毒狀況，此后每隔6 h觀察1次，直至96 h結(jié)束。及時撈出死魚，并分別在24、48、72、96 h記錄斑馬魚的死亡數(shù)。試驗期間，每天定期檢測水質(zhì)。為避免試驗器材對斑馬魚產(chǎn)生的影響，試驗前用高錳酸鉀對所有器材進行消毒處理。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

根據(jù)PFOS對斑馬魚的急性毒性試驗結(jié)果，通過線性回歸方法得到回歸方程[18]，計算PFOS暴露對斑馬魚24、48、72、96 h的半致死濃度（LC50）。按照以下公式計算安全濃度：SC=96 h LC50×0.1。式中，SC為安全濃度，96 h LC50為PFOS暴露96 h后斑馬魚的半致死濃度[19-20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 斑馬魚PFOS中毒癥狀

斑馬魚中毒癥狀如下：初期斑馬魚表現(xiàn)異常，略顯焦躁，游泳速度加快，無規(guī)律地游動，隨著暴露時間的延長，斑馬魚的游泳能力減弱，呼吸能力下降，有些魚體發(fā)生側(cè)翻現(xiàn)象，失去平衡，在水體中不停旋轉(zhuǎn)，浮在水面或沉在水底，最后魚體死亡，腹部出現(xiàn)白色絮狀物。

2.2 PFOS對斑馬魚的急性毒性

2.2.1 預(yù)試驗結(jié)果。

PFOS暴露96 h后，斑馬魚全部死亡的最低濃度和全部存活的最高濃度分別為10.0和0.1 mg/L。1 000.0 mg/L PFOS組在暴露6 h后魚體無規(guī)律地快速游動，呼吸頻率異常，9 h時尾鰭擺動緩慢，游動明顯緩慢，出現(xiàn)魚體側(cè)翻和魚體旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，失去平衡，腹鰭的擺動頻率下降，沉于水底不動。12 h后開始出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，24 h內(nèi)魚體全部死亡。100.0 mg/L PFOS組在暴露20 h后斑馬魚出現(xiàn)異常反應(yīng)，有死亡現(xiàn)象，存活魚體不停旋轉(zhuǎn)，浮在水面，出現(xiàn)呼吸困難、呼吸能力減弱的現(xiàn)象，游泳速度也大大降低，甚至浮在水面或沉在水底不動。在暴露26 h后，100.0 mg/L PFOS組斑馬魚全部死亡。10.0 mg/L PFOS組在暴露24 h后出現(xiàn)魚體中毒癥狀，34 h后出現(xiàn)魚體死亡，48 h內(nèi)全部死亡。1.0 mg/L PFOS組暴露24 h后出現(xiàn)魚體旋轉(zhuǎn)、側(cè)翻、失去平衡的現(xiàn)象，開始有魚體死亡，30 h內(nèi)死亡2條，其余存活魚的游泳速度緩慢，游泳能力減弱，此后魚體活力有所恢復(fù)和上升。

2.2.2 正式試驗結(jié)果。

正式試驗濃度設(shè)置5個PFOS濃度：0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L。試驗剛開始時，魚體無明顯異?，F(xiàn)象，基本適應(yīng)水環(huán)境。由表1可知，隨著暴露時間的延長，魚體從低濃度到高濃度出現(xiàn)中毒癥狀和死亡現(xiàn)象，且隨著PFOS濃度的增加，斑馬魚的死亡率逐漸增加。空白對照組斑馬魚無中毒和死亡現(xiàn)象，魚體表現(xiàn)正常。當PFOS暴露濃度為2.0～8.0 mg/L時，魚體在24 h內(nèi)均出現(xiàn)死亡現(xiàn)象，暴露96 h后8.0 mg/L PFOS組魚體全部死亡，斑馬魚死亡率為100%；4.0 mg/L PFOS組斑馬魚死亡率高達93%，僅存活1條；2.0 mg/L PFOS組斑馬魚的死亡率為53%，存活的其他7條魚體游泳速度降低，魚體沉在水底或浮在水面緩慢移動，魚體旋轉(zhuǎn)或側(cè)翻，失去平衡，呼吸能力下降，呼吸表現(xiàn)困難，聚集在氧氣石周圍不動或浮在水表面。0.5 mg/L PFOS組和1.0 mg/L PFOS組在48 h出現(xiàn)魚體死亡，96 h后0.5 mg/L PFOS組斑馬魚的死亡率20%，1.0 mg/L PFOS組斑馬魚的死亡率達到33%，存活魚體有活動能力受阻的現(xiàn)象。隨著PFOS濃度的增加和暴露時間的延長，斑馬魚的死亡率也有所增加，且PFOS濃度越高，斑馬魚的死亡率越高，呈現(xiàn)出劑量-效應(yīng)關(guān)系和時間-效應(yīng)關(guān)系。

2.2.3 半致死濃度和安全濃度。

由表2可知，PFOS暴露24、48、72、96 h斑馬魚的LC50值依次為26.09、9.08、3.91、2.58 mg/L，表明PFOS對斑馬魚的毒性隨著暴露時間的延長而顯著增加。根據(jù)魚類急性毒性分級標準[21]：若96 h LC50<1 mg/L，為極高毒；若96 h LC50為1～10 mg/L，為高毒；若96 h LC50為10～100 mg/L，為中毒；若96 h LC50>200 mg/L，為低毒。PFOS對斑馬魚96 h的 LC50介于1～10 mg/L，為 高毒；按照美國華盛頓州化學(xué)品毒性分級，屬于B級，即為高毒性（表3）。PFOS對斑馬魚96 h的安全濃度為0.258 mg/L。

3 討論

3.1 不同種類水生生物對PFOS的敏感性不同

不同水生動物對PFOS的敏感性存在差異。LC50值越高，說明敏感性越低。PFOS對水生生物有較大的急性毒性，魚類的LC50為4.20～81.18 mg/L[22-24]，藻類的EC50值為81.60～305.00 mg/L[22，25-26]，蚤類的LC50值為4.17～78.09 mg/L[22，24，27]。不同水生生物對水質(zhì)的要求及環(huán)境的適應(yīng)能力存在差異，從而導(dǎo)致不同水生生物對PFOS的耐受性不同。一般認為，魚類中的不同種屬會因生物學(xué)特征的差異而對污染物損傷的敏感性不同。該研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1.0 mg/L的PFOS暴露24 h后斑馬魚體出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、側(cè)翻、失衡的中毒現(xiàn)象，開始有魚體死亡，但此后存活斑馬魚魚體活力有所恢復(fù)和上升，這可能是斑馬魚對水環(huán)境的一種適應(yīng)能力和適應(yīng)行為。根據(jù)急性毒性分級標準[21]，PFOS對斑馬魚表現(xiàn)為高毒，這可能是因為PFOS在水生生物食物鏈中有明顯的生物蓄積效應(yīng)[28]，而在通常情況下魚類在食物鏈中有毒物質(zhì)的富集程度較大，所以食物鏈中魚類的PFOS含量較高[29]，魚類對PFOS較為敏感，毒性較大。因此，斑馬魚的LC50值較低，表現(xiàn)為敏感性較高，呈高毒。

3.2 PFOS對斑馬魚的安全濃度評價

PFOS在生物體內(nèi)主要分布于肝臟和血液，并能引起器官病變、發(fā)育過程、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)的毒性和致癌性等[30-35]。此外，PFOS具有較強的生物積累性，在哺乳動物、蚤類和其他水生生物食物鏈等高生態(tài)位的水生生物中都具有很強的生物富集作用[28]。該研究結(jié)果表明，PFOS對斑馬魚的96 h LC50值為2.583 0 mg/L，安全濃度為0.258 3 mg/L，根據(jù)魚類急性毒性分級標準[21]，魚類的96 h LC50介于1～10 mg/L，判斷 PFOS對斑馬魚為高毒性。按照美國華盛頓州化學(xué)品毒性分級標準，PFOS毒性為B級，屬于高毒性物質(zhì)。2種毒性分級標準的判斷結(jié)果一致。目前，PFOS在我國海河流域中的濃度為1.11～7.65 ng/L[4]，在美國加利福尼亞洲河流中PFOS濃度高達30～127 ng/L[36]，而PFOS對水生生物存在較高急性毒性的研究報道很少。同時，現(xiàn)階段我國尚未制定PFOS對魚類的安全濃度標準，而PFOS在水環(huán)境中的持久性、在生物體內(nèi)的富集性以及對動物和人體潛在的毒性引起了廣泛關(guān)注。因此，為了保護水生生物免受PFOS的危害，有必要開展PFOS對魚類的急性毒性研究，為進一步確定PFOS對水生生物的安全濃度提供依據(jù)。

4 結(jié)論

筆者開展了水環(huán)境中不同濃度PFOS對斑馬魚的急性毒性試驗，確定了PFOS對斑馬魚24、48、72、96 h的半致死濃度依次為26.09、9.08、3.91和2.58 mg/L，并計算出PFOS對斑馬魚96 h的安全濃度為0.258 mg/L。根據(jù)急性毒性的分級標準，判斷PFOS對斑馬魚為高毒。該試驗對PFOS的毒性進行了初步判斷，豐富了PFOS對水生生物毒性的研究資料，為更好地掌握PFOS的生態(tài)毒性，評價其生態(tài)風(fēng)險和危害提供了科學(xué)依據(jù)。

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