壬基酚聚氧乙烯醚及其降解产物对水生生物的毒理效应

收稿日期 :20032 012 05 基金项目 : 中国水产科学研究院科研基金资助项目 (20012 42 4) 。 ) ,男 ,学士 ,副研究员 ,主要从事环境生物学的研究 。 第一作者 : 吴伟 (1967 —
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第 23 卷 第4期 2003 年 8 月
湛江海洋大学学报 Journal of Zhanjiang Ocean University
Vol. 23 No. 4 Aug. 2003
壬基酚聚氧乙烯醚及其降解产物对 水生生物的毒理效应
吴 伟, 瞿建宏 , 陈家长 , 胡庚东
( 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心 ,江苏 无锡 214081)
1 材料与方法
1. 1 试验材料 1. 1. 1 试剂 壬基酚聚氧乙烯醚 :NP10 EO ,纯度 99 % ,由上海助剂厂提供 。壬基酚聚氧乙烯醚
有不同的聚合度 ,因聚合度为 10 的产品应用最广泛 , 故选用 。42壬基酚 :42NP , 技术级 ,Sigma 公司产品 。二甲亚砜和丙三醇均为分析纯 ,由上海化学试剂厂生产 。 1. 1. 2 试验生物 试验生物选用鱼类 、 枝角类 、 藻类和微生物 。鱼类采用 ISO 推荐的斑马鱼 ( Brochydaino rerio) , 购自市场 , 试验前经筛选和暂养 10 d 以上 ,自然死亡率低于 10 % 。枝角类 采用大型蚤 ( Daphnia magna) , 藻类采用斜生栅藻 ( Scenedesmus obliquus ) , 微生物选用的是假单 胞菌 ( Pseudomonas sp . ) 、 诺卡氏菌 ( Nocardia sp . ) 、 假丝酵母 ( Candida sp . ) 和鼠伤寒沙门氏菌 ( Salmonella typhimurium ) 的组氨酸营养缺陷型菌株 TA98 和 TA100 。以上材料均由南京大学环境 科学与工程系提供 。 1. 1. 3 培养基 斜生栅藻采用 BBM 培养基 [4 ] ,假单胞菌采用肉汤培养基 ,诺卡氏菌和假丝酵 母采用马铃薯培养基 ,具体见文献 [ 5 ] 。 1. 2 试验方法 1. 2. 1 溶剂的选择 根据 Liu. D 的研究报道 [5 ] ,用 m ( 二甲亚砜) : m ( 丙三醇) = 70∶ 30 的有机 溶剂作为载体进行试验 。 1. 2. 2 鱼类 、 枝角类和藻类的急性毒性试验 鱼类急性毒性试验方法参照文献 [ 4 ] ,每个浓度 组放试验鱼 10 尾 。试验结果以半致死浓度 LC50 表示 。试验前用重铬酸钾作为参考毒物对试 验进行质量控制 。参考试验结果显示 ,重铬酸钾对斑马鱼 24 h 的 LC50值为 251 mg/ L ,在 200～ 400 mg/ L 的允许范围之内 ,表明这批鱼类毒性试验的用鱼是合格的 。枝角类和藻类的急性毒 性试验方法参照文献 [ 4 ] 。试验所用枝角类 ( 大型蚤) 为 1 日龄 ,每个浓度组放 10 个 ,试验容器 为直径是 20 cm 的培养皿 ,试验结果以半致死浓度 LC50表示 ; 试验藻类选用处于对数生长期的 藻类培养物 ,通过测定试验前后藻液的光密度 ( OD660 nm) 值表示藻类的生长和抑制情况 , 试验 结果以藻类生长受抑制的半效应浓度 EC50表示 。 1. 2. 3 微生物的毒性试验 受试物对微生物的毒性大小用受试物产生清晰抑菌圈的最小浓 度来反映 。在已灭菌的培养皿中倒入灭菌的固体培养基 ,每皿 20 mL ,冷却后倒置放入 29～30 ℃ 培养箱中干燥 36 h 。然后将微生物菌种由斜面转接入液体培养基中 ,于 29～30 ℃ 恒温振荡 培养 24 h ,取出后用 pH 值为 6. 0 ,质量浓度为 0. 01 mol/ L 的无菌磷酸缓冲液稀释 3 倍 ,在上述
Abstract : The toxic effects of nonylphenol ethoxylates (NP10 EO) and its degradation product 42 nonylphenol ( 42NP) on the aquatic organisms were studied. The results showed that NP10 EO and 42NP had acute toxicity to the aquatic organisms , and the toxicity of 42NP was much high2 er than that of NP10 EO. The sensitivity of aquatic organism was cladocera > fish > algae > mi2 croorganisms. Ames test results showed that 42NP had mutation activity , but NP10 EO was not mutagen. These results indicate that these two substances must be controlled and their water quality standards should be :ρ( 42NP) ≤ 0. 014 mg/ L , ρ(NP10 EO) ≤ 0. 60 mg/ L. Key words : nonylphenol ethoxylates ;42nonylphenol ; aquatic organisms ; toxic effect
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第 4 期 吴 伟 : 壬基酚聚氧乙烯醚及其降解产物对水生生物的毒理效应
2 结果与讨论
2. 1 壬基酚聚氧乙烯 ( 10) 醚和 42壬基酚对斑马鱼的急性毒性 急性毒性试验结果见表 1 。由表 1 可知 ,壬基酚聚氧乙烯 ( 10) 醚在水温为 ( 22 ± 1) ℃ 时对
斑马鱼 24 h 、 48 h 和 96 h 的 LC50值分别为 15. 20 、 13. 82 和 11. 84 mg/ L 。42壬基酚在相同的试验 条件下对斑马鱼 24 h 、 48 h 和 96 h 的 LC50值分别为 1. 44 、 1. 28 和 0. 96 mg/ L 。表明壬基酚聚氧 ( ) 乙烯 10 醚在水环境中的降解产物与母体化合物相比 , 前者对鱼类具有更强的急性毒性 。这 种现象与该类物质的表面活性有关 。在降解过程中 ,随着壬基酚对位取代长链上亲水性的乙 氧基重复单元的逐渐减少直至消失 ,降解产物的疏水性增加 ,降低了水体的表面张力 ,从而影 响了鱼鳃的通透功能 ,对鱼类的急性毒性增大 。为了解试验条件对试验结果的影响 ,在水温为 ( 30 ± 1) ℃ 时做了重复试验 ,试验结果为 : 壬基酚聚氧乙烯 ( 10) 醚和 42壬基酚对斑马鱼 96 h 的 LC50值分别为 10. 62 和 0. 90 mg/ L 。说明在鱼类适宜生存的一定温度范围内 ,温度的上升将导 致毒性的上升 。为保护水体环境中的鱼类免受这两种化学物质的侵害 ,采用 0. 1 为安全系数 , 则可得到壬基酚聚氧乙烯 ( 10) 醚和 42壬基酚对斑马鱼的安全浓度分别为 1. 06 和 0. 09 mg/ L , 即此两种物质在低于此浓度时对鱼类是安全的 。 2. 2 壬基酚聚氧乙烯 ( 10) 醚和 42壬基酚对大型蚤的急性毒性 壬基酚聚氧乙烯 ( 10) 醚和 42壬基酚在水温为 ( 22 ± 1) ℃ 时对大型蚤的急性毒性试验结果 见表 2 。根据表 2 ,采用直线内插法可获得 2 种受试物对大型蚤的 LC50 值 。壬基酚聚氧乙烯 ( 10) 醚对大型蚤 24 h 、 8. 2 和 6. 0 mg/ L ; 而 4 - 壬基酚对大型 48 h 和 96 h 的 LC50值分别为 10. 0 、 蚤 24 h 、 48 h 和 96 h 的 LC50值分别为 0. 3 、 0. 22 和 0. 14 mg/ L 。而二甲亚砜2丙三醇作为溶剂在 上述 2 浓度范围内对枝角类无毒 。枝角类的试验再次表明壬基酚聚氧乙烯醚在环境中的降解 产物 42壬基酚较之其母体化合物对水生动物的毒性更大 。试验同时反映出壬基酚聚氧乙烯醚 对鱼类和枝角类的毒性比较接近 ,而 42壬基酚对枝角类的毒性则超过鱼类 ,故其在水环境中除 可直接影响鱼类外 ,还可通过食物链上浮游动物这一环节来影响鱼类及其它高等生物 。壬基 酚聚氧乙烯 ( 10) 醚和 42壬基酚对大型蚤的安全浓度分别为 0. 60 和 0. 014 mg/ L 。
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湛 江 海 洋 大 学 学 报 第 23 卷
壬基酚聚氧乙烯醚是一类非离子表面活性剂 ,由壬基酚和环氧乙烷加合而成 。其表面活 性主要来自于壬基酚的疏水性和对位取代长链上乙氧基重复单元的亲水性 。壬基酚聚氧乙烯 醚是目前全球商用第二大类的非离子表面活性剂 ,具有性质稳定 、 耐酸碱等特征 ,广泛应用于 工业 ( 如纺织 、 塑料 、 造纸等) 、 农业和日常生活 ( 家用洗化用品) 。它进入水体环境后可经生物 降解去除亲水的乙氧基部分 ,形成中间代谢产物壬基酚[1 ] 。与母体化合物相比 ,壬基酚具有难 降解特性及疏水性 、 脂溶性和生物累积性 。 最近的研究表明壬基酚聚氧乙烯醚及其降解产物 [2 ] 是环境雌激素物质 ,因此 ,其环境污染效应非常严重 。但目前国内外对其进入水环境后的风 险性评价研究不多 ,仅对其在鱼体和部分畜禽体内的蓄积残留作了初步的探讨[3 ] 。为此 ,我们 以水生生物作为试验材料 ,研究了壬基酚聚氧乙烯醚及壬基酚的生态毒理效应 ,为防范该类非 离子表面活性剂产生的环境风险提供依据 。
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含固体培养基的平皿中加入 0. 5 mL 涂布 。待干燥后以微量进样器在平板上按逆时针方向等 距离加上 5. 0μ L 的空白对照和 5 个不同的受试物浓度系列 ( 受试物用二甲亚砜2丙三醇溶液作 溶剂配制并抽滤除菌) ,待样品被吸收后 ,倒置于 29～30 ℃ 培养 24～48 h ( 培养时间因菌种不 同而不同) 后 ,在皿上可见由浅到深以至透明的抑菌圈 ,以能使抑菌圈中有可分离的菌落的样 品浓度为该样品对微生物的产生清晰抑菌圈最小浓度 。 1. 2. 4 微生物致突变试验 — — — Ames 试验 试验采用鼠伤寒沙门氏菌 ( Salmonella typhimurium ) 组氨酸营养缺陷型菌株 TA98 、 TA100 ,以 22氨基芴为阳性对照 , 以二甲亚砜2丙三醇为阴性对照 , 在添加 S29 活化系统的条件下进行 Ames 平皿掺入试验 。试验前对所用菌株进行包括组氨酸 营养缺陷型 ( his2) 、 R 因子等性状 表面粗糙突变 ( rf a ) 、 紫外线损伤修复基因 B 缺失 ( △uvrB ) 、 鉴定 ,同时测定自发回变数及用已知阳性物作诊断试验 。检定合格后才进行试验 。试验结果 以致突变率 RM 表示 。RM = 诱发回变 his + 菌落数/ 自发回变 his + 菌落数 。凡 RM ≥ 2 且具有可 重复的剂量效应者为阳性 ,否则为阴性 。具体参照文献 [ 4 ] 。
摘 要 : 研究了壬基酚聚氧乙烯醚及其降解产物 42壬基酚对水生生物的毒理效应 。结果表明 ,壬 基酚聚氧乙烯 (10) 醚和 42壬基酚对水生生态系统中的各级生物都有一定的急性毒性 ,水生生物对 这 2 种化合物的敏感性顺序为 : 枝角类 > 鱼类 > 藻类 > 微生物 ,且 42壬基酚的毒性程度较壬基酚 聚氧乙烯 (10) 醚更强 。Ames 试验同时表明 42壬基酚具有致突变性 ,而壬基酚聚氧乙烯 ( 10) 醚则不 显致突变活性 。建议这 2 种物质在水环境中的允许浓度为 :ρ( 42壬基酚 ) ≤ 0. 014 mg/ L ;ρ( 壬基酚 聚氧乙烯 (10) 醚) ≤ 0. 60 mg/ L 。 关键词 : 壬基酚聚氧乙烯醚 ;42壬基酚 ; 水生生物 ; 毒理效应 中图分类号 :X172 文献标识码 :A 文章编号 :100727995 (2003) 1220039206
Toxic Effects of Nonylphenol Ethoxylates and Its Degradation Product on Aquatic Organisms
WU Wei , QU Jian2hong , CHEN Jia2zhang , HU Geng2dong
( Freshwater Fisheries Research Center , Chinese Academy of Fishery Sciences , Wuxi 214081 , China)