4種多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參耗氧率和排氨率的影響研究

劉 帥, 詹澤榮, 車 鑒, 頡海波, 魏海峰, 李正炎, 劉長(zhǎng)發(fā)

4種多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參耗氧率和排氨率的影響研究

劉 帥1, 2, 詹澤榮3, 4, 5, 車 鑒6, 頡海波3, 4, 5, 魏海峰3, 4, 5, 李正炎1, 2, 劉長(zhǎng)發(fā)3, 4, 5

(1. 中國(guó)海洋大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266100; 2. 中國(guó)海洋大學(xué) 海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266100; 3. 遼寧省近岸海洋環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 大連 116023; 4. 大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院, 遼寧 大連 116023; 5. 遼寧省近海生態(tài)環(huán)境與災(zāi)害防護(hù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心, 遼寧 大連 116023; 6.大連鑫玉龍海洋生物種業(yè)科技股份有限公司, 遼寧 大連 116222)

為探究多環(huán)芳烴(PAHs)對(duì)海洋生物的生態(tài)毒理效應(yīng), 作者將仿刺參()分別暴露于質(zhì)量濃度為10、20、50、100、150 μg/L的菲、三甲基菲、蒽和二甲基蒽中, 檢測(cè)4種代表性多環(huán)芳烴脅迫下仿刺參的耗氧率和排氨率。結(jié)果顯示: 在不同質(zhì)量濃度多環(huán)芳烴的脅迫下, 仿刺參的耗氧率均顯著高于對(duì)照組, 且單位體質(zhì)量仿刺參耗氧率受三甲基菲濃度影響最大, 其相關(guān)方程為= 4.897 1+ 1.226 7,2= 0.894 5; 單位體質(zhì)量仿刺參排氨率隨4種多環(huán)芳烴濃度的增加出現(xiàn)上下波動(dòng)的現(xiàn)象, 且在菲脅迫下, 其排氨率波動(dòng)幅度最大, 在菲質(zhì)量濃度為20 μg/L時(shí)達(dá)到最大值22.87 μg/(g·h); O︰N比在4種不同濃度多環(huán)芳烴的作用下均顯著高于對(duì)照組并整體隨暴露濃度呈上升趨勢(shì), 且受二甲基蒽濃度影響最大, 其相關(guān)方程為= 0.347 1+ 0.396 7,2= 0.843 5。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果為多環(huán)芳烴類污染物對(duì)仿刺參的毒性作用機(jī)制探究提供了科學(xué)依據(jù)。

多環(huán)芳烴; 仿刺參(); 耗氧率; 排氨率; O︰N比

隨著沿海工業(yè)的迅速發(fā)展和海洋溢油事故的頻發(fā), 石油中的多環(huán)芳烴(PAHs)以各種不同方式遷入海洋, 嚴(yán)重破壞了中國(guó)海洋生態(tài)系統(tǒng)[1]。石油組分的1%～6%為PAHs, 其具有種類繁多、易擴(kuò)散、危害性強(qiáng)等特點(diǎn)[2]。石油等其他產(chǎn)品進(jìn)入海洋后, 會(huì)降解生成菲、三甲基菲、蒽和二甲基蒽等多環(huán)芳烴, 長(zhǎng)時(shí)間滯留海洋會(huì)危害海洋環(huán)境[3]。起初, 學(xué)者們大多研究水環(huán)境中[4]沉積物[5]、食品[6]和大氣[7]中多環(huán)芳烴的分布特征、來(lái)源及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估, 現(xiàn)今, 部分國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了多環(huán)芳烴對(duì)海膽()[8]、仿刺參()[9]的毒性影響, 但關(guān)于多環(huán)芳烴對(duì)海洋棘皮動(dòng)物的毒性影響研究仍不夠完善。海洋底層PAHs濃度較上層水更高, 且海洋棘皮動(dòng)物為淺海底棲動(dòng)物, 其受PAHs暴露的影響較其他海洋生物更大[9]。因此, 有必要研究多環(huán)芳烴對(duì)海洋棘皮動(dòng)物的毒理效應(yīng), 為其他研究者提供研究數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

仿刺參屬棘皮動(dòng)物門(mén)(Echinodermata)、刺參科(Stichopodidae)、仿刺參屬(), 是一種溫帶海洋性物種[10-11], 在山東、河北、遼寧等沿海地區(qū)廣泛存在, 具有較高的食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[12]。杜俊俏[13]、呂福榮[14]和林芳[15]分別進(jìn)行了多環(huán)芳烴類污染物對(duì)馬氏珠母貝()、馬糞海膽()胚胎和翡翠貽貝()胚胎的毒理學(xué)研究, 但國(guó)內(nèi)外對(duì)棘皮動(dòng)物的毒理學(xué)研究匱乏。呼吸和代謝是海洋生物新陳代謝的基本生理活動(dòng), 可以反映海洋生物新陳代謝規(guī)律和環(huán)境因子(多環(huán)芳烴)對(duì)海洋生物生理活動(dòng)的影響, 且氧氮比(O︰N)表示海洋生物呼吸代謝量度, 可反映海洋生物受PAHs等污染物脅迫時(shí)的生理響應(yīng)[16], 能夠展現(xiàn)海洋生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性以及生理活動(dòng)特性。目前, 已有報(bào)道研究低氧[17]、溫度[18]、溶解氧[19]等對(duì)仿刺參代謝的影響, 但標(biāo)志性污染物多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參的代謝影響研究仍不夠完善。因此, 研究不同濃度多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參耗氧率、排氨率和O︰N比的影響規(guī)律, 可為評(píng)估污染物的毒性效應(yīng)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)理論依據(jù)以及為刺參養(yǎng)殖業(yè)提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

菲、三甲基菲、蒽、二甲基蒽購(gòu)自Sigma公司(Sigma-Aldrich Corporation, USA), 純度均大于97%; 丙酮購(gòu)自上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

仿刺參購(gòu)自大連海寶漁業(yè)有限公司, 選取健康正常的仿刺參作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物, 其離水體體質(zhì)量為(12±2) g, 捕撈后用泡沫箱加冰袋低溫保存并運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。仿刺參需在實(shí)驗(yàn)室條件下馴養(yǎng)1周。馴養(yǎng)期間, 每天向玻璃缸中投喂適量鼠尾藻()藻粉飼養(yǎng)仿刺參, 實(shí)驗(yàn)用水為大連黑石礁砂濾后的海水, 通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)使水溫保持(15±1)℃。將菲、三甲基菲、蒽和二甲基蒽用丙酮溶液分別配成500 mg/L的4種儲(chǔ)備液, 將這4種儲(chǔ)備液與海水配置所需的不同濃度多環(huán)芳烴溶液。經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn), 獲取菲、三甲基菲、蒽和二甲基蒽濃度實(shí)驗(yàn)范圍后, 按等差間距依次設(shè)置10、20、50、100、150 μg/L 5個(gè)實(shí)驗(yàn)梯度, 并設(shè)置1個(gè)空白對(duì)照組和1個(gè)丙酮助溶劑對(duì)照組, 預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示各組實(shí)驗(yàn)中丙酮對(duì)照組與空白對(duì)照組均無(wú)顯著差異, 因此忽略丙酮對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。選用125 mL細(xì)口試劑瓶作為代謝瓶, 實(shí)驗(yàn)前采用預(yù)曝氣的方法確保海水溶解氧達(dá)到飽和狀態(tài), 然后將試劑瓶加入菲、三甲基菲、蒽和二甲基蒽儲(chǔ)備液使其達(dá)到設(shè)計(jì)的濃度, 每個(gè)瓶中加入1條稱重的仿刺參后立即用PE保鮮膜封口, 每個(gè)處理組10個(gè)平行樣, 實(shí)驗(yàn)進(jìn)行4 h, 最后用電極法和靛酚藍(lán)法測(cè)定溶解氧和氨氮的含量, 根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算耗氧率和排氨率。

1.3 計(jì)算

耗氧率(oxygen consumption rate, OCR)、排氨率(ammonia-N excretion rate, AER)和氧氮比(O︰N)值分別以下表達(dá)式來(lái)計(jì)算:

OC=[0–DO]×//, (1)

AE=[(N–0)×]//(2)

O︰N值=OC/AE, (3)

式中,OC和AE分別表示單位體質(zhì)量仿刺參耗氧率(mg/(g·h))和排氨率(μg/(g·h));0、DO分別為實(shí)驗(yàn)開(kāi)始、結(jié)束后水中溶解氧含量(mg/L);N、0分別為實(shí)驗(yàn)開(kāi)始、結(jié)束后水中總氨氮濃度(μg/L),為試驗(yàn)瓶水的體積(L),為實(shí)驗(yàn)時(shí)間(h),為仿刺參體質(zhì)量(g)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 25.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析, 用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和進(jìn)一步加工。采用ANOVO-單因素方差分析法將各處理組與對(duì)照組作差異性分析, 且<0.05時(shí), 表示差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 菲對(duì)仿刺參耗氧率、排氨率和O︰N比的影響

由圖1可知, 仿刺參單位體質(zhì)量耗氧率隨菲暴露濃度增加呈逐漸上升的趨勢(shì), 其排氨率隨菲暴露質(zhì)量濃度增加呈先上升再下降最后上升的趨勢(shì), 其O︰N比隨菲暴露質(zhì)量濃度增加整體呈逐漸上升的趨勢(shì)。菲質(zhì)量濃度為10、20、50、100和150 μg/L的耗氧率均顯著高于對(duì)照組(<0.05), 當(dāng)菲質(zhì)量濃度達(dá)到150 μg/L時(shí), 耗氧率達(dá)到最大值8 mg/(g·h), 較對(duì)照組升高280.95%; 仿刺參單位體質(zhì)量排氨率在菲質(zhì)量濃度為10、20、100和150 μg/L時(shí)顯著高于對(duì)照組(<0.05), 當(dāng)菲質(zhì)量濃度達(dá)到20 μg/L時(shí), 排氨率達(dá)到最大值22.87 μg/(g·h), 較對(duì)照組升高99.39%; O︰N比在菲質(zhì)量濃度為10、20、50、100和150 μg/L時(shí)顯著高于對(duì)照組(<0.05), O︰N比隨著菲質(zhì)量濃度的升高(20～100 μg/L)出現(xiàn)了顯著上升, 20～100 μg/L質(zhì)量濃度下O︰N比超過(guò)對(duì)照111.1%～222.2%, 說(shuō)明仿刺參在菲的作用下體內(nèi)能量物質(zhì)的代謝方式發(fā)生了顯著變化, 并且隨著菲濃度的升高其代謝所需能量可能大多來(lái)自于脂肪和碳水化合物。

圖1 菲對(duì)仿刺參耗氧率、排氨率和O︰N比的影響

顯著性差異(<0.05)用不同小寫(xiě)字母表示, 無(wú)顯著性差異(>0.05)用相同小寫(xiě)字母表示, 下同

Significant differences (<0.05) with different lowercase letters, there was no significant difference (>0.05) with the same lowercase letter, the same below

2.2 三甲基菲對(duì)仿刺參耗氧率、排氨率和O︰N比的影響

由圖2可知, 仿刺參單位體質(zhì)量耗氧率隨菲暴露濃度增加呈逐漸上升的趨勢(shì), 其排氨率隨菲暴露質(zhì)量濃度增加呈上下波動(dòng)的無(wú)規(guī)律趨勢(shì), 其O︰N比隨菲暴露質(zhì)量濃度增加整體呈逐漸上升的趨勢(shì)。仿刺參單位體質(zhì)量耗氧率、排氨率和O︰N比隨三甲基菲暴露濃度增加呈現(xiàn)一定的變化趨勢(shì)。三甲基菲質(zhì)量濃度為10、20、50、100和150 μg/L的耗氧率均顯著高于對(duì)照組(<0.05), 出現(xiàn)顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系, 其相關(guān)性方程為= 4.897 1+ 1.226 7,2= 0.894 5, 且當(dāng)三甲基菲質(zhì)量濃度達(dá)到150 μg/L時(shí), 耗氧率達(dá)到最大值27.8 mg/(g·h), 較對(duì)照組升高1 224%; 與對(duì)照組相比, 仿刺參單位體質(zhì)量排氨率隨處理組質(zhì)量濃度的升高呈現(xiàn)上下波動(dòng)的趨勢(shì), 但波動(dòng)幅度不大; O︰N比隨著三甲基菲濃度的升高整體呈上升的趨勢(shì), 其相關(guān)性方程為= 0.302 6+ 0.499 3,2= 0.593 3, 當(dāng)三甲基菲質(zhì)量濃度達(dá)到100 μg/L時(shí), O︰N比達(dá)到最大值2.16, 較對(duì)照組升高1037%。說(shuō)明仿刺參在三甲基菲的作用下體內(nèi)能量物質(zhì)的代謝方式發(fā)生了顯著的變化, 并且隨著三甲基菲質(zhì)量濃度的升高其代謝所需能量可能大多來(lái)自于脂肪和碳水化合物。

2.3 蒽對(duì)仿刺參耗氧率、排氨率和 O︰N比的影響

由圖3可知, 仿刺參單位體質(zhì)量耗氧率隨菲暴露質(zhì)量濃度增加呈逐漸上升的趨勢(shì), 其排氨率隨菲暴露質(zhì)量濃度增加呈上下波動(dòng)的無(wú)規(guī)律趨勢(shì), 其O︰N比隨菲暴露質(zhì)量濃度增加整體呈逐漸上升的趨勢(shì)。蒽質(zhì)量濃度為10、20、50、100和150 μg/L的耗氧率均顯著高于對(duì)照組(<0.05), 出現(xiàn)顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系, 相關(guān)性方程為= 2.46+ 3.44,2= 0.955 2, 且當(dāng)蒽質(zhì)量濃度達(dá)到150 μg/L時(shí), 耗氧率達(dá)到最大值19 mg/(g·h), 較對(duì)照組升高201.6%; 仿刺參單位體質(zhì)量排氨率在蒽質(zhì)量濃度為10 μg/L時(shí)顯著高于對(duì)照組, 且在蒽質(zhì)量濃度為20和150 μg/L時(shí)顯著低于對(duì)照組(<0.05); O︰N比隨著蒽質(zhì)量濃度的升高整體呈上升的趨勢(shì), 其相關(guān)性方程為= 0.289 7+ 0.296,2= 0.796 9, 當(dāng)蒽質(zhì)量濃度達(dá)到150 μg/L時(shí), O︰N比達(dá)到最大值2.18, 較對(duì)照組升高289.3%。說(shuō)明仿刺參在蒽的作用下體內(nèi)能量物質(zhì)的代謝方式發(fā)生了顯著的變化, 并且隨著蒽濃度的升高其代謝所需能量可能大多來(lái)自于脂肪和碳水化合物。

圖2 三甲基菲對(duì)仿刺參耗氧率、排氨率和O︰N比的影響

圖3 蒽對(duì)仿刺參耗氧率、排氨率和O︰N比的影響

2.4 二甲基蒽對(duì)仿刺參耗氧率、排氨率和 O︰N比的影響

由圖4可知, 仿刺參單位體質(zhì)量耗氧率隨菲暴露質(zhì)量濃度增加整體呈逐漸上升的趨勢(shì), 其排氨率隨菲暴露質(zhì)量濃度增加呈上下波動(dòng)的無(wú)規(guī)律趨勢(shì), 其O︰N比隨菲暴露質(zhì)量濃度增加整體也呈逐漸上升的趨勢(shì)。二甲基蒽質(zhì)量濃度為10、20、50、100和150 μg/L的耗氧率均顯著高于對(duì)照組(<0.05), 出現(xiàn)顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系, 其相關(guān)性方程為= 4.34+ 3.293 3,2= 0.822, 且當(dāng)二甲基蒽質(zhì)量濃度達(dá)到150 μg/L時(shí), 耗氧率達(dá)到最大值33.7 mg/(g·h), 較對(duì)照組升高439.2%; 仿刺參單位體質(zhì)量排氨率在二甲基蒽質(zhì)量濃度為50和150 μg/L時(shí)顯著高于對(duì)照組, 且在二甲基蒽質(zhì)量濃度為20和100 μg/L時(shí)顯著低于對(duì)照組(<0.05); O︰N比隨著二甲基蒽質(zhì)量濃度的升高整體呈上升的趨勢(shì), 其相關(guān)性方程為= 0.347 1+ 0.396 7,2= 0.843 5, 當(dāng)二甲基蒽質(zhì)量濃度達(dá)到150 μg/L時(shí), O︰N比達(dá)到最大值2.6, 較對(duì)照組升高364.3%。說(shuō)明仿刺參在蒽的作用下體內(nèi)能量物質(zhì)的代謝方式發(fā)生了顯著的變化, 并且隨著二甲基蒽質(zhì)量濃度的升高其代謝所需能量可能大多來(lái)自于脂肪和碳水化合物。

圖4 二甲基蒽對(duì)仿刺參耗氧率、排氨率和O︰N比的影響

2.5 4種多環(huán)芳烴的毒性比較

根據(jù)抗氧化酶多種指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的方法[28], 分別計(jì)算出多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參的耗氧率的平均促進(jìn)率、排氨率的平均促進(jìn)率和O︰N的平均抑制率進(jìn)行了毒性比較, 結(jié)果如下: 三甲基菲>菲>二甲基蒽>蒽, 見(jiàn)表1。

表1 4種多環(huán)芳烴毒性比較

3 討論

3.1 多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參耗氧率的影響

海洋生物耗氧率可直接或間接反映海洋生物的代謝和生理狀況, 了解其呼吸規(guī)律可為海洋生物生理生態(tài)學(xué)研究提供科學(xué)依據(jù)。多環(huán)芳烴會(huì)對(duì)海洋生物呼吸器官的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生一定的影響作用, 通過(guò)促進(jìn)呼吸器官細(xì)胞的DNA合成和改變其細(xì)胞抗氧化酶活性, 提高海洋生物的呼吸速率, 激發(fā)應(yīng)激反應(yīng)實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)[20]。本實(shí)驗(yàn)中, 在4種不同濃度的多環(huán)芳烴脅迫下, 仿刺參耗氧率均顯著高于對(duì)照組(<0.05), 且隨4種多環(huán)芳烴濃度的升高整體呈不同程度的上升趨勢(shì), 這與周建聰[21]研究的不同規(guī)格紅螯螯蝦()在質(zhì)量濃度為0～8 mg/L氨氮急性攻毒條件下耗氧率上升和張賽賽[22]研究的單環(huán)刺螠稚螠()在質(zhì)量濃度為0.019 8～ 0.050 2 mg/L亞硝酸鹽脅迫條件下耗氧率上升的現(xiàn)象一致。因此, 可以推測(cè), 耗氧率可反映各種海洋生物有機(jī)體內(nèi)糖、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝程度情況, 海洋生物通過(guò)有氧呼吸消耗體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 為海洋生物生命活動(dòng)提供ATP, 當(dāng)海洋生物受到外界不良環(huán)境脅迫時(shí), 會(huì)改變機(jī)體相關(guān)系統(tǒng)的代謝情況, 提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解速率來(lái)適應(yīng)外界不良環(huán)境脅迫[23]。實(shí)驗(yàn)中, 單位體質(zhì)量仿刺參耗氧率受三甲基菲濃度影響最大, 耗氧率隨三甲基菲濃度的升高呈約5倍數(shù)的增長(zhǎng), 這可能與三甲基菲毒性作用較其他種類多環(huán)芳烴強(qiáng)有關(guān), 強(qiáng)毒性三甲基菲提高呼吸器官-呼吸樹(shù)細(xì)胞CAT活性, 及時(shí)清除活性氧和氧自由基, 避免機(jī)體細(xì)胞、組織超過(guò)氧化損傷的承受范圍, 從而有效提高自身的呼吸速率。高士博[24]研究表明, 仿刺參呼吸樹(shù)經(jīng)6種苯系物脅迫后, 其CAT活性主要呈上升趨勢(shì), 且隨苯、甲苯和乙基苯作用濃度的升高, 仿刺參呼吸樹(shù)CAT活性明顯增加, 呈存在顯著劑量效應(yīng)關(guān)系(<0.01), 其中乙基苯的促進(jìn)作用最強(qiáng), 約為15倍。

3.2 多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參排氨率的影響

仿刺參為排氨型海洋生物, 其蛋白質(zhì)代謝的最終產(chǎn)物以氨態(tài)氮的形式直接排出體外, 故掌握其代謝特點(diǎn)可為海洋生物生理學(xué)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[17]。據(jù)資料顯示, 多環(huán)芳烴通過(guò)作用于仿刺參的多環(huán)芳烴受體蛋白(AhR), 來(lái)誘導(dǎo)或抑制細(xì)胞色素酶()的合成, 從而改變海洋生物物質(zhì)代謝方式[25-26]。本實(shí)驗(yàn)中, 在質(zhì)量濃度為10～20 μg/L菲的作用下, 仿刺參排氨率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì), 可能與在不良環(huán)境條件下, 短時(shí)間內(nèi)刺參會(huì)采取應(yīng)激反應(yīng), 利用蛋白質(zhì)作為能量來(lái)源使其排氨率升高有關(guān), 且脅迫作用越大, 應(yīng)激反應(yīng)越明顯, 這與NERICE等[25-26]研究結(jié)果一致。當(dāng)菲處理組質(zhì)量濃度大于20 μg/L時(shí), 仿刺參排氨率上升程度較低濃度處理組低, 這可能是由于高濃度菲破壞部分多環(huán)芳烴受體蛋白, 從而降低了細(xì)胞色素酶的合成, 抑制了代謝產(chǎn)物排放。根據(jù)表1可知, 三甲基菲的毒性最強(qiáng), 在三甲基菲處理組質(zhì)量濃度為10～20 μg/L時(shí), 仿刺參排氨率出現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)(<0.05), 這與強(qiáng)毒性三甲基菲直接破壞多環(huán)芳烴受體蛋白, 且濃度越高破壞程度越大有關(guān)。當(dāng)三甲基菲處理組質(zhì)量濃度大于20 μg/L時(shí), 仿刺參機(jī)體出現(xiàn)明顯的生理紊亂現(xiàn)象, 故排氨率先上升再下降最后上升。由于蒽和二甲基蒽的毒性較菲和三甲基菲弱, 故處理組中仿刺參排氨率維持在11.34 μg/(g·h) (對(duì)照組數(shù)值)附近波動(dòng), 且單位體質(zhì)量仿刺參排氨率平均抑制率不超過(guò)10%。曾麗璇等[27]報(bào)道, 雙酚A和壬基酚對(duì)河蜆() 排氨率的影響表現(xiàn)為隨脅迫程度的升高而增加。劉慧玲等[28]研究顯示, 不同濃度亞硝酸鹽對(duì)雙齒圍沙蠶()排氨率的影響表現(xiàn)為, 隨脅迫程度的升高先增加后降低。魏海峰等[8]研究表明, 質(zhì)量濃度為20、50、150 μg/L的菲暴露導(dǎo)致中間球海膽()排氨率顯著高于對(duì)照組。這些研究結(jié)果都表現(xiàn)出不一致性, 證實(shí)了不同濃度和種類的污染物對(duì)不同海洋生物排氨率的影響不同, 生物排氨率是否與污染物濃度具有相關(guān)性有待進(jìn)一步研究。

3.3 多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參O︰N比的影響

O︰N比表示有機(jī)體體內(nèi)蛋白質(zhì)與脂肪和碳水化合物分解代謝的比率, 也可分析耗氧率中的氧原子數(shù)與排氨率中的氮原子數(shù)之間的倍數(shù)關(guān)系, O︰N比值越小, 則有機(jī)體利用的蛋白質(zhì)越多, 利用脂肪和碳水化合物越少[29], 且O︰N比可評(píng)價(jià)海洋生物受水環(huán)境危害程度和作為生物體適應(yīng)環(huán)境壓力的指標(biāo)[30-31]。本實(shí)驗(yàn)中, O︰N比與菲、三甲基菲、蒽和二甲基蒽的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系, 說(shuō)明隨著多環(huán)芳烴質(zhì)量濃度的升高其代謝所需能量來(lái)自于脂肪和碳水化合物, 對(duì)有機(jī)體內(nèi)的蛋白質(zhì)利用較少, 這與魏海峰[8]和范德朋[32]的實(shí)驗(yàn)結(jié)論“O︰N比與多環(huán)芳烴的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系, 表明其代謝所需能量主要由原來(lái)的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)向脂肪和碳水化合物”相反, 該實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果差異性產(chǎn)生的原因可能與海洋生物不同導(dǎo)致其呼吸代謝途徑和機(jī)制存在差異有關(guān), 其現(xiàn)象產(chǎn)生原因和作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究分析。

4 結(jié)論

4種多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參耗氧率和O︰N比具有顯著的影響, 且在低濃度暴露條件下其也具有相應(yīng)的反應(yīng)表現(xiàn), 因此耗氧率和O︰N比可以作為海洋環(huán)境多環(huán)芳烴污染的潛在生物監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

按照多環(huán)芳烴對(duì)仿刺參耗氧促進(jìn)率、排氨促進(jìn)率和氧氮比抑制率綜合評(píng)價(jià)得出4種多環(huán)芳烴的毒性大小順序?yàn)槿谆?菲>二甲基蒽>蒽, 且三甲基菲毒性強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其他3種多環(huán)芳烴, 因此有關(guān)部門(mén)監(jiān)控海洋水環(huán)境污染因子時(shí), 應(yīng)著重加強(qiáng)三甲基菲檢測(cè)力度。

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Effect of four distinct PAHs on the oxygen consumption and the ammonia exhalation rate of

LIU Shuai1, 2, ZHAN Ze-rong3, 4, 5, CHE Jian6, JIE Hai-bo3, 4, 5, WEI Hai-feng3, 4, 5, LI Zheng-yan1, 2, LIU Chang-fa3, 4, 5

(1. College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. Key Laboratory of Marine Environment and Ecology of Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3. Key Laboratory of Coastal Marine Environmental Science and Technology of Liaoning Province, Dalian 116023, China; 4. Dalian Ocean University, School of Marine Science and Environment Engineering, Dalian 116023, China; 5. Technology Innovation Center for Coastal Ecological Environment and Disaster Protection, Dalian 116023, China; 6. Dalian Xinyulong Marine Biological Seed Technology Co., Dalian 116222, China)

To investigate the toxic effects of PAHs, which is mainly composed of phenanthrene, 3-methylphenan-threne, anthracene, and 2-methylanthracene on the marine organisms, the sea cucumberwas introduced to PAHs at varied concentrations of 10, 20, 50, 100 and 150 μg/L, respectively. The oxygen consumption rate and the ammonia excretion rate ofunder the stress of four distinct PAHs were measured accor-dingly. The results demonstrated that under the stress of four respective concentrations of PAHs, the oxygen consumption rate ofwas significantly higher than that of the control group, and the concentration of 3-methylphenanthrene had the greatest influence on the oxygen consumption rate per unit body weight, with the correlation equation of= 4.897 1+ 1.226 7,R= 0.894 5. Similarly, the ammonia emission per unit body weight also fluctuated with the increase of PAH concentration. Under the phenanthrene stress, with the phenanthrene concentration- of 20 μg/L, the ammonia exhalation rate fluctuated the most and reached the maximum of 22.87 μg/(g·h). The O : N ratio was substantially higher than those of the control group under the four distinct concentrations of PAHs, and proliferated with the overall exposure concentration, and was most affected by the concentration of 2-methylanthracene with the correlation equation of= 0.347 1+ 0.396 7,R= 0.843 5. The experimental results established a scientific rationale for exploring the toxic mechanism of PAHs on.

PAHs;; oxygen consumption; ammonia excretion; O : N ratio

Aug. 16, 2021

X171.5

A

1000-3096(2022)04-0106-08

10.11759/hykx20210816005

2021-08-16;

2021-09-27

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2018YFC1407600); 遼寧省教育廳服務(wù)地方項(xiàng)目(DL201804); 國(guó)家海洋局海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(201309, 201809); 國(guó)家海洋局近岸海域生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目(201013); 大連海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部北方海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目(2018-KF-21)

[National Key R&D Project, No. 2018YFC1407600; Local Project of Liaoning Education Department, No. DL201804; Open Foundation of Key Laboratory of Oil Spill Identification and Damage Assessment Technology of State Oceanic Administration, Nos. 201309, 201809; Key Laboratory of Coastal Ecological Environment of State Oceanic Administration, No. 201013; Key Laboratory of Seawater Enhancement and Aquaculture in North China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Dalian Ocean University, No. 2018-KF-21]

劉帥(1998—), 男, 安徽銅陵人, 研究生, 主要從事海洋環(huán)境方面研究, E-mail: 1455344975@qq.com; 魏海峰(1978—),通信作者, E-mail: weihaifeng@dlou.edu.cn; 李正炎(1971—), 通信作者, E-mail: zhengyan@ouc.edu.cn

(本文編輯: 譚雪靜)