纳米二氧化钛对稀有鮈鲫幼体生长的影响
[吴声敢, 吕露, 安雪花, 陈丽萍, 柳新菊, 关文碧, 赵学平* 
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引用本文
吴声敢, 吕露, 安雪花, 陈丽萍, 柳新菊, 关文碧, 赵学平. 纳米二氧化钛对稀有鮈鲫幼体生长的影响[J]. 浙江农业科学, 2017,(10):1865-1867
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纳米二氧化钛对稀有鮈鲫幼体生长的影响
作者简介:吴声敢(1977—),助理研究员,硕士,从事农药与农业环境研究工作,E-mail:wushenggan@163.com。
摘要
通过纳米二氧化钛(nTiO2)对稀有鮈鲫幼体生长试验,研究nTiO228 d暴露对鱼类幼体生长的影响。结果表明,nTiO2浓度未对稀有鮈鲫幼体生长产生致死效应,但对稀有鮈鲫生长率有影响,最低可观察效应浓度(LOEC)为4.00 mg·L-1,无可观察效应浓度(NOEC)为2.00 mg·L-1。
关键词:
纳米二氧化钛(nTiO2); 稀有鮈鲫; 生长率; 慢性毒性
中图分类号:Q956
文献标志码:A
文章编号:0528-9017(2017)10-1865-03
doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20171055
随着纳米技术的飞速发展, 纳米材料在化学产品、生物医药、农业及制药等诸多领域得到广泛应用[1, 2]。其中, 纳米二氧化钛(nTiO2)是目前农业领域应用和研究最为广泛的纳米材料。nTiO2既可用于植物病害的防治, 也可对农药进行光催化降解, 还可应用于农药剂型加工等方面[3]。随着nTiO2的广泛应用, 越来越多的nTiO2进入水生生态系统, 其对水生生态环境的影响及其安全性评价就显得尤为重要。鱼类是水生生态环境中的重要组成部分, 处于水生生态系统食物链的顶端, 其组织器官和脂肪中可富集多种无机和有机污染物, 当污染物浓度达到一定阈值水平, 将会影响其产卵、发育、生长、成熟、繁殖, 甚至导致死亡[4]。因此, 鱼类是化学品生态毒性测试的理想试验动物。
稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)隶属鲤形目鲤科鮈鲫属, 是中国独有的稀有鱼类, 研究发现是一种敏感的试验动物[5, 6, 7], 具有模式试验动物旳潜力。本研究以稀有鮈鲫为试验对象, 参照我国“ 化学品 鱼类幼体生长试验” [8]的标准, 研究nTiO2的长期暴露对稀有鮈鲫幼体生长的影响, 评价其对水生生物的安全性, 以期为nTiO2环境安全性研究积累数据和提供试验依据, 从而为其合理使用及风险控制提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
1%二氧化钛纳米水剂, 8~12 nm, 锐钛矿型, 0.7%浓度, 纯度99.9%以上, 购于浙江安吉云界生物科技有限公司。
稀有鮈鲫购自无锡中科水质环境技术有限公司, 试验稀有鮈鲫为本机构繁殖, 批次为C20160424。
试验前, 稀有鮈鲫置于21.0~25.0 ℃水温, 培养光/黑时间比14∶ 10, 于曝气充氧的环境条件下预培养。预培养时, 每天喂食1~2次, 并及时清除粪便及食物残渣, 正式试验前24 h停止喂食。预培养期间未发现疾病, 试验开始前稀有鮈鲫死亡率为0。
试验前, 选择10尾稀有鮈鲫测量体重, 计算平均体重。测量时, 先用100 mg· L-1的MS222麻醉, 将试验用鱼的体表水吸干, 用电子天平称重。
1.2 方法
鱼类幼体生长试验[8]采用半静态法, 每周更换2次试验溶液, 间隔3或4 d, 总试验周期为28 d。试验时, 配制系列试验浓度溶液(4.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mg· L-1), 每个试验浓度溶液分装于3个烧杯, 每烧杯2 L, 同时设置不加药处理为空白对照。选择个体大小较为一致的稀有鮈鲫, 同样麻醉后进行称重, 称后尽量选择体重在试验前测定的平均体重± 10%范围内的试验用鱼。将试验用鱼随机分配到各试验烧杯中, 每杯5尾。每处理设3个重复, 每杯为1个重复。试验期间, 每天饲喂2次丰年虾, 以试验前称量所得的稀有鮈鲫平均体重为基准, 按照各杯稀有鮈鲫总体重的10%来计算每次投食量。
试验开始后每天观察并记录稀有鮈鲫的死亡情况。如果观测到鱼没有呼吸运动或触碰鱼尾无反应, 可判断鱼已死亡, 试验中及时清除死亡稀有鮈鲫。每天观察记录其他非致死效应, 即试验组与对照组试验用鱼明显不同的表征、大小和行为, 比如异常游动行为、外来刺激的不同反应、鱼类外观上的改变、摄食下降或停止及体长和体重改变等。试验结束时, 测量所有存活鱼的体长和体重, 测量方法同试验开始时。根据稀有鮈鲫的体重变化, 计算每个容器的平均特定生长率(r2)。
r2=
式中, W1, W2为时间t1和t2时鱼的重量;
使用DPS软件[9]统计分析效应浓度EC10、EC20、EC50, 最低可观察效应浓度(LOEC)或无可观察效应浓度(NOEC)。
1.3 质量控制
试验结束时, 对照组鱼死亡率不得超过10%; 对照组的平均重量应有足够增长, 必须为初始平均重量的50%以上; 试验期间任何时候各试验容器之间的温差不超过± 1 ℃, 且应保持在受试生物适宜温度的± 2 ℃范围内; 试验溶液的溶解氧浓度应大于60%空气饱和值。
2 结果与分析
2.1 死亡和体重情况
试验期间, 实验室条件正常, 试验温度为22.7~24.0 ℃, 试验溶液pH值为7.03~7.57, 溶解氧为64.6%~103.8%, 水质总硬度(以CaCO3计)为155~186 mg· L-1(使用二水合氯化钙进行人为调节), 试验光/黑时间为14 h/10 h, 以上参数均满足试验方法的要求。空白对照组中, 稀有鮈鲫死亡率为0。试验开始时, 空白对照中平均单尾鱼重为0.053 g; 试验结束时, 空白对照中平均单尾鱼重为0.151 g。试验用鱼平均增长率为试验开始时平均鱼重的185%。因此, 稀有鮈鲫其生长情况符合试验要求。
采用半静态法将稀有鮈鲫暴露于不同浓度nTiO2中28 d, 处理组和对照组的稀有鮈鲫均未出现死亡, 即稀有鮈鲫死亡率为0, 且所有稀有鮈鲫均表现正常, 未观察到任何非致死效应。由此可知, nTiO2对稀有鮈鲫幼体生长致死效应浓度> 4.00 mg· L-1。
由表1可知, 试验开始时稀有鮈鲫各处理组的体重较均衡, 不具显著性差异; 试验结束时, 对照组稀有鮈鲫平均体重为0.151 g, 经1.00、0.50、0.25 mg· L-1的nTiO2处理后, 体重分别为0.152、0.157、0.164 g, 且0.25 mg· L-1的nTiO2处理的体重相对于空白对照有显著增加。而4.00、2.00 mg· L-1的nTiO2处理的稀有鮈鲫体重相对于空白对照有减小, 分别为0.125和0.144 g, 且4.00 mg· L-1的nTiO2处理具有显著性差异。
 | 表1 试验开始与结束时稀有鮈鲫的体重情况 |
2.2 特定生长率和抑制率
由表2可见, 4.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mg· L-1及CK的r2分别为3.11、3.55、3.74、3.89、3.99和3.70。采用DPS统计分析软件对其进行方差分析显示, 4.00和0.25 mg· L-1处理的r2值与CK间差异达显著水平, 2.00、1.00和0.50 mg· L-1处理的r2值与CK间无显著性差异, 该趋势与稀有鮈鲫体重增长情况相同。
| 表2 每个容器的稀有鮈鲫平均特定生长率 |
相比空白对照, 4.00、2.00、1.00、0.50、0.25 mg· L-1处理组的r2抑制率分别为16.14%、4.27%、-0.98%、-5.01%和-7.60%。由于1.00、0.50和0.25 mg· L-1的r2抑制率为负值, 剩余2个处理组的抑制率不足以计算效应浓度, 故不计算EC10、EC20和EC50等值。nTiO2对稀有鮈鲫幼体生长的抑制作用, 2.00 mg· L-1处理后的抑制率与CK间无显著性差异, 而4.00 mg· L-1处理后具有显著性抑制作用, 因此, 本研究中最低可观察效应浓度为4.00 mg· L-1, 无可观察效应浓度为2.00 mg· L-1。综上所述, 本试验条件下, 最低可观察效应浓度为4.00 mg· L-1, 无可观察效应浓度为2.00 mg· L-1。
3 讨论
我国《新化学物质环境管理办法》中明确规定, 新化学物质的生态毒理学数据必须包括在中国境内用中国的供试生物完成的测试数据, 其中要求在鱼的毒性试验中应选择稀有鮈鲫为试验生物[10]。现有研究已表明, 稀有鮈鲫是化学品毒性测试和环境水样毒性试验的理想材料[11, 12]。
在稀有鮈鲫幼体生长试验中, 所试nTiO2暴露浓度未导致稀有鮈鲫死亡及非致死效应, 但对稀有鮈鲫生长率有影响, 即低浓度nTiO2促进稀有鮈鲫的生长, 高浓度nTiO2则显示出抑制作用。这种非营养的有毒物质, 在高剂量时产生有害效应, 在低剂量时则产生有益效应或兴奋效应的现象, 被称为“ 毒物兴奋效应” [13]。环境毒理学研究中, 该种剂量效应关系也比较常见。朱小山等[14]研究发现, 较低浓度的nZnO、nTiO2和nAl2O3均能促进斜生栅列藻的生长, 而高浓度则会产生抑制影响。
本研究中, 4.00 mg· L-1的nTiO2暴露28 d对稀有鮈鲫的幼体生长具有显著抑制作用, 但无异常游动行为、鱼类外观上的改变、摄食下降或停止等非致死效应。但有研究显示, 0.1 mg· L-1的nTiO2对斑马鱼进行为期13周暴露, 会显著影响斑马鱼的繁殖能力[15]。而将暴露时间继续延长至6个月时, nTiO2对斑马鱼的毒性作用随暴露时间的延长和作用浓度的增加而更为显著, 比肝重上升, nTiO2能够穿透心-血屏障和血-脑屏障进入各个器官并进行累积[16]。因此, 虽然本研究显示nTiO2对稀有鮈鲫的幼体生长影响并未十分显著, 但随暴露时间的延长, nTiO2在鱼类体内的蓄积作用, 使得其势必对鱼类造成严重危害。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献:
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