有機錫化合物是一種典型的持久性有機污染物,其作為重要的化工、紡織、農藥等的原料,被廣泛應用于工農業生產中。但有機錫化合物具有高毒性,包括“三致”\\(致癌、致畸、致突變\\)、生殖毒性、神經毒性和內分泌干擾特性等,在環境中持久存在,并可通過生物食物鏈\\(網\\)累積而對人類健康及環境造成有害影響。迄今為止,有機錫化合物是人為引入海洋的毒性最大的物質之一,其主要來源是有機錫農藥和海洋防污涂料。聯合國國際海事組織決定到2008年1月,禁止所有船舶使用含有機錫的防污涂料。即便如此,有機錫化合物仍將長期滯留于海洋中,對海洋生物造成毒害,使海洋環境遭到巨大破壞。通過黃海膽抗脂質過氧化丙二醛\\(MDA\\)致死含量,可以作為監測海洋TPT污染的生物標志物。我國海洋環境中已經檢測出高于國際制定標準的有機錫,特別是在海河河口及與相鄰的渤海灣地區,存在較嚴重的有機錫污染。目前,有機錫的海洋生態毒理效應研究已成為國內外共同關注的熱點。
據報道,環境中極低含量的有機錫即能對生物產生毒性影響。存在于海洋環境中毒性較高的三苯基錫\\(Triphenyltin Chloride,TPT\\)和三丁基錫\\(Tributyltin Chloride,TBT\\)對敏感物種,如牡蠣、貽貝和部分甲殼類動物等的急性致死濃度為0.64~16μg·L-1\\(以Sn計\\)。研究表明,有機錫具有神經、生殖發育及遺傳毒性。
TBT能抑制神經遞質生成,對動物的行為產生影響,有機錫是一類內分泌干擾物質,它能影響生物的生殖功能,干擾體內激素的分泌造成生殖和遺傳的不良后果,0.3μg·L-1時可對絕大多數水生生物產生明顯的內分泌毒性,例如導致腹足類水生動物雌性個體產生明顯雄性特征,嚴重時可導致性別比例失調,種群衰退。盡管如此,目前對有機錫生態毒理的認識還不十分清楚,有待進一步深入。
海膽屬棘皮動物門\\(Echinodermata\\)、海膽綱\\(Eehinoidea\\),它個體較小,但生命力極強,能適應多變的環境,在日本、加拿大和美國等國家已廣泛將其作為模式生物用于檢測重金屬的毒性及監測海洋環境的污染狀況。本文以大連黃海膽\\(Glyptocidaris crenularis\\)為實驗動物,研究了兩種典型有機錫—三苯基錫和三丁基錫對海膽急性毒性效應,并評估了兩種有機錫作用的安全濃度。研究結果可為經濟水產動物海膽的養殖水體環境監測提供參考數據,同時對海洋環境有機錫化合物污染的監測和防控具有一定的理論意義和參考價值。
1、材料和方法
1.1儀器與試劑
儀器:pH計\\(HORIBA pH/ION METER F-24\\),溶解氧測定儀\\(METTLER TOLEDO\\),電子分析天平\\(AE240,Mettler-toledo\\);高壓滅菌鍋\\(SM-52-2,Yamato\\);試劑見表1。
1.2 實驗材料
實驗動物:大連黃海膽,殼徑\\(6.0±0.4\\)cm,購于大連長興海鮮市場。正式實驗之前,轉入與實驗用水質、溫度和光照相同的靜水養殖系統中適應7d,以使海膽適應實驗室的生活環境,如水溫、水質和光照等,且便于對實驗海膽進行健康選擇。每3天投喂1次\\(裙帶菜\\)。在馴養期內,動物的死亡率不得超過5%。選擇的健康個體,即選擇活動頻繁,棘刺管足正常,未受任何疾病感染的個體。
1.3 實驗條件
水質:海水,pH值7.8±0.5,鹽度\\(32.2±0.3\\)‰,水溫\\(22.5±1\\)℃;光照為自然光照;負荷為每升水放海膽<1.0g;試驗周期為96h;試驗方式為半靜態 \\(24h全部更換受試液\\)。
1.4 實驗方法
參照《國家環保局化學品測試準則》的方法進行試驗。配制試驗溶液時,TPT和TBT不易溶解于水,以丙酮為助溶劑配制儲備液。試驗時用蒸餾水將儲備液稀釋成試驗所需濃度。實驗在10L的培養箱中進行。每個培養箱中放入10個暫養健康的海膽,量其體長并作記錄。試驗設置4平行系列,同時設置空白對照和助溶劑對照。
連續觀察受試對象的活動狀況,同時觀察其中毒癥狀表現,如棘刺有無脫落、有無排泄物、外表有無變色、殼體是否貼壁良好等。以用鑷子多次碰觸軀體完全無反應作為死亡判斷標準,及時取出死亡個體,每隔12h觀察1次,每隔24h換受試液一次,試驗時間為96h。為減少誤差,試驗前用對應的藥物質量濃度浸泡實驗容器12h以上。
1.5數據處理
根據有機錫對海膽的急性毒性試驗結果,利用SPSS 17.0軟件中的Probit命令分別建立不同觀察時段的死亡概率單位—質量濃度直線回歸方程,分別求出各相應觀察時段的半致死濃度,并計算有機錫的安全濃度:安全濃度SC=0.1×96h LC50。
2、結果
2.1 實驗動物中毒癥狀
在低劑量組,24h內海膽活動狀況與對照組幾乎無任何區別,全部貼壁,棘刺和管足反應迅速,有少量絲狀排泄物;48h后活動能力逐漸遲緩,個別棘刺出現脫落,貼壁不緊,出現死亡,培養箱內均出現長絲狀絮狀排泄物;隨著染毒時間的延長,72h時大多數個體貼壁不緊,棘刺脫落嚴重,接近半數個體死亡,長絲狀絮狀排泄物更加明顯;96h時,存活個體,出于亞致死狀態,棘刺脫落嚴重,管足幾乎不動,超過半數死亡。在高劑量組,海膽對毒物反應敏感,到48h時,大多海膽的口和齒緊閉,貼壁不緊,少數出現棘刺掉脫光,接近半數死亡,絲狀排泄物多;72h時超過半數海膽死亡,棘刺掉光;96h時,幾乎全部個體死亡。
實驗過程中,海膽隨染毒濃度的增加,身體暗紅色加深;所有死亡海膽圍口膜及個體暗紅,圍口膜更加明顯。
2.2有機錫對海膽急性毒性效應
由表2可知,丙酮溶劑對照組和自然海水對照組在96h均無死亡情況出現,并且活力正常。低濃度組\\(TPT:5.6,7.5μg·L-1;TBT:4.6,5.2μg·L-1\\)在96h內均出現半數死亡;高濃度組在72h的死亡率很高,隨著時間的延長死亡率逐漸增加。從結果來看,海膽對兩種有機錫最初具有一定的耐受性,隨時間的增加,72h均出現死亡率變化最大,96h變化趨于緩慢。
TPT/TBT對海膽的毒性效應均隨質量濃度的提高和時間的增加而明顯增強,表現出良好的時間-效應和劑量—效應。
2.3有機錫在海膽體內的蓄積及其安全質量濃度評價
由表3可知,TPT和TBT對黃海膽24h,48h,72h,96h的LC50,分別為:25.007、18.743、9.514、6.662μg·L-1和19.850、15.986、7.888、4.916μg·L-1。LC50隨試驗時間的延長而減少,表明有機錫的致毒能力均隨試驗時間的延長而明顯增強,說明其存在較為明顯的蓄積急性致毒效果。有機錫對海膽的毒性作用可根據其急性中毒試驗的96h的LC50分為4級:劇毒、高毒、中毒、低毒,TPT和TBT對海膽均為劇毒,海膽對有機錫污染十分敏感。
3、討論
黃海膽是營養極其豐富的海珍品之一,通過商業活動供人類食用。有機錫在海膽體內的富集和傳遞對人體健康具有潛在的風險。因此研究海洋生物中有機錫富集狀況對控制海洋環境的有機錫污染和保護人體健康具有重要意義。
在本試驗過程中觀察到,在正常情況下,海膽外殼呈黃褐色,染毒后,體色加深,死亡時,身體暗紅,圍口膜處尤其明顯。據報道,紫球海膽在體壁發生感染時,可產生由大量紅色桑椹細胞的聚集而引起感染部位變成黑色或暗紅色環狀組織的現象。本實驗發現大連黃海膽染毒后身體顏色與發生感染的紫球海膽相似。棘皮動物通過非特異性免疫系統進行免疫應答,由體腔細胞和多種體液免疫因子共同介導,直接作用于入侵病原體。作為參與免疫反應的主要體腔細胞,吞噬細胞和桑椹細胞具有趨化性,在組織受損,聚集于該部位發生浸潤現象。本實驗可以推測,大連黃海膽體細胞中可能含有紅色桑葚細胞,有機錫化合物通過海膽攝食進入體內,引發機體發生非特異性免疫反應,產生大量紅色桑椹細胞聚集于受損組織,引起感染部位變成暗紅色。有報道稱有機錫能使生物體神經系統在分子和細胞水平發生改變,同時抑制神經遞質,對動物的行為產生影響。海膽在正常情況下,外殼上棘刺和管足自動伸縮。染毒后,棘刺逐漸脫落,吸附能力下降,對外界刺激反應遲鈍。我們認為海膽反應遲鈍可能是有機錫化合物作用于神經傳導通路,抑制了海膽行為。
有機錫種類繁多,化學結構不同,其毒性同類化合物中烷基錫的毒性大于芳基錫。本研究發現,TBT對海膽的毒性高于TPT,此研究與已有的報道相一致。鑒于TBT對同一生物的毒性比TPT的毒性高,從TBT對生物的毒性來看,TBT對海膽96h的LC50為4.916μg·L-1,此結果高于TBT對鯉魚96h的LC50\\(3.150μg·L-1\\)和油鯡96h的LC50\\(1.88μg·L-1\\)。
這說明與魚類相比,海膽對有機錫還是有一定的耐受性,究其原因,可能是魚鰓比海膽圍口鰓發達,毒物吸收快,且海膽石灰質的外殼增強了對毒物的抗性。目前，我國港口水域有機錫化合物污染問題已相當嚴重,特別是近海\\(港灣和內河港口\\),有機錫化合物濃度已大大超出一些國家的環境質量標準。
由于海膽等水生生物對有機錫化合物的降解慢,富集系數高,如長期暴露于有機錫化合物污染,可能在此有機錫化合物濃度下就會對有機錫化合物造成慢性毒性效應,進而很有可能造成海膽的死亡或種群衰退。通過試驗發現,海膽對上述毒物具有較好的敏感性,結果穩定,重現性好,建議將海膽作為水體環境中有機錫污染的監測生物。
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