【word】 甲磺隆在尼罗罗非鱼体内蓄积的研究

【word】 甲磺隆在尼罗罗非鱼体内蓄积的研究 甲磺隆在尼罗罗非鱼体内蓄积的研究 第26卷第1期 2011年2月 大连海洋大学 JOURNAL0FDALIANOCEANUNIVERSIrrY Vo】.26No.1 Feb.2O1l 文章编号:2095—1388(2011)01—0012—05 甲磺隆在尼罗罗非鱼体内蓄积的研究 邢殿楼,王华,王丽,王伟,雷衍之 (大连海洋大学生命科学与技术学院,LT.宁大连116023) 摘要:在室外人工水生生态试验装置中,采用放射性同位素示踪技术研究了”C标记的甲磺隆在尼罗罗非 鱼Oreochromisniloticus体内的蓄积过程.结果表明:尼罗罗非鱼不同组织器官对甲磺隆的蓄积量存在一定 差异,虽然鱼体肌肉中的放射性比活度在各器官中最低,但肌肉对放射性标记物的蓄积量最高;甲磺隆在 鱼体不同组织器官内的蓄积与排出达到动态平衡所需的时间不同,鱼内脏中达到平衡时所需时问最短,而 鱼躯干部所需时间最长,鱼内脏对甲磺隆表现为清除排出,而鱼头部 和躯干部对甲磺隆均表现为先吸收蓄 积,然后再逐渐转化为清除排出. 关键词:”C一甲磺隆;尼罗罗非鱼;蓄积 中图分类号:X174文献标志码:A 随着新品种除草剂的不断开发和大量使用,除 草剂对生态环境及生物的影响已引起人们的关 注J.甲磺隆(Metsulfuron—methy1)是一种高效 的磺酰脲类除草剂,在世界各地被广泛使用于小 麦,玉米,水稻等作物种植中阔叶杂草的防治J. 虽然人们对甲磺隆在环境中的行为和降解机制已有 了一些研究,但在使用过程中发现,甲磺隆 在土壤中极低的残留量就可能影响后茬作物(如 油菜等)的生长J.除此之外,甲磺隆还具有淋 溶性,有较强的随水迁移能力J,特别是将甲磺 隆施用于农田后,可能有部分甲磺隆在天然降水, 农业灌溉等因素的作用下进入到农田附近的池塘 中,或是随地表径流进入到河流,水库或湖泊中. 虽然甲磺隆属低毒类除草剂,但Wendt—Rasch 等和Cedergreen等?.发现,水环境中的甲磺隆 会对水生生态系统结构的稳定性产生影响,Miron 等?的研究也证实,甲磺隆会明显影响鱼脑组织 中乙酰胆碱酶(AChE)的活性,特别是水产品中 高浓度甲磺隆的蓄积可能会影响水产品的质量. 目前甲磺隆除草剂主要在中国长江流域及其以 南地区使用,这些地区的农田附近多有一些池塘, 随着降水等地表径流导致甲磺隆进入池塘中,从而 对池塘中的水生动物产生影响.本研究中,作者采 用人工模拟的池塘水生生态体系,利用HC标记的 甲磺隆作为示踪剂,以尼罗罗非鱼Oreochromis niloticus作为模式生物,考察进人到水体中的甲磺 隆在尼罗罗非鱼体内的蓄积过程,旨在为甲磺隆除 草剂在使用过程中的环境风险性以及水产品的 食品安全监测提供一些依据. 1材料与方法 1.1材料与试验装置 尼罗罗非鱼取自浙江杭州华家池农场,经驯养 后放人在试验系统中,共计5O尾,平均干重为 0.5g. Hc一甲磺隆(Hc标记在三嗪4位杂环碳上) 由中国农业科学院北京原子能利用研究所提供,放 射性比活度为4.55×10Sq/mg,放射化学纯度为 97.3%,化学纯度为96.2%. 水生生态试验装置是一个玻璃水族箱(95am ×70am×45am),内装150kg浙江华家池地区的 小粉土(pH为6.8,有机质为l9.5g/kg,交换性 总酸为0.05emol/kg,交换性钙为11.8emol/kg, 交换性镁为1.5cmol/kg,黏粒l2.5g/kg)作为底 泥.在试验装置内加入自来水,控制底泥上覆水的 体积为100L,并放入适量金鱼藻Bellamyapurifica— ta和紫背浮萍Spirodelapolyrhiza. 收稿日期:2010一O5一O5 基金项目:辽宁省教育厅高等学校科研项目(2009A175) 作者简介:邢殿楼(1953一),男,高级实验师.E—mail:xingdianlou@dlou.edu.cn 通信作者:王华(1973一),男,博士,副教授.E,mail:wanghua@dlou.edu.cn 第1期邢殿楼,等:甲磺隆在尼罗罗非鱼体内蓄积的研究13 1.2方法 称取105.5mgHC一甲磺隆固体溶于少量甲醇 中,然后均匀加入试验系统中.试验过程中不充 气,不投饵,每隔两天加入少量水,以使上覆水的 体积保持在100L.在加入Hc一甲磺隆后2,4,12 h和1,2,4,6,10,15,20,30,45d时随机 取尼罗罗非鱼3尾.每次取出的尼罗罗非鱼样品先 在自来水中充分冲洗至水中无放射性物质检出,然 后将鱼体解剖为头部,躯干部和内脏三部分.所有 生物样品均在6O?下干燥至恒重后,用分析天平 称重,然后采用生物氧化燃烧仪(HarveyBiologi— calOxidizer,OX一400)燃烧制样.燃烧生成的 HCO2用自制的闪烁液(PPO5g+POPOP0.4g+ 二甲苯475mL+乙醇胺175mL+乙二醇乙醚350 mL)吸收,并用液体闪烁计数器(WallacWin- spectral1414)测量吸收液的放射性活度. 将45d时取出的尼罗罗非鱼样品分为头,鳃, 鳞片,鳍,骨,肉和内脏,分别置于液体闪烁计数 瓶中,称重后在闪烁计数瓶中加入体积分数为 60%的HCIO40.2mL和H2O20.2mL,于6O?下 消化12h,然后加入固体NaOH调整pH至中性, 加入自制闪烁液后测定放射性活度,经校正,计算 甲磺隆在尼罗罗非鱼体各部分的蓄积. 试验结束时,取水样1mL,置于闪烁计数瓶 中,加入2mL乙二醇乙醚助溶,再加入5mL自制 闪烁液,充分摇匀后用液体闪烁计数器测量放射性 活度,计算水中甲磺隆的总放射性活度.取0,3 cm表层底泥样品少许,置于通风橱内风干,干燥 后经粉碎称重,采用生物氧化燃烧仪燃烧制样,经 校正,计算底泥中甲磺隆的含量.每次测定设3个 重复. 2结果与讨论 2.1甲磺隆在尼罗罗非鱼体内的分布 45d时甲磺隆在尼罗罗非鱼体内各部分的放 射性比活度的平均值如图1所示.放射性物质在鱼 体各部分中的比活度大小依次为:鳃>鳞,鳍>内 脏>骨>头>肌肉.生物蓄积是有机污染物进入鱼 体内最主要的一种方式,大约有67%的有机污染 物在鱼体内会出现生物放大的现象.鳃是尼罗 罗非鱼的主要呼吸器官,鱼鳃的特定结构增加了鳃 与水的接触面积,鱼在呼吸过程中大量的水不停地 流过鱼鳃,导致水中放射性标记物进入鱼鳃.Ran— dall等-1的研究证实,鱼鳃是鱼体吸收水中农药 的重要器官,大部分的1,2,3,4一四氯苯是通过鳃 进入鲑鳟Salmotrutta的体内.尼罗罗非鱼鳞和鳍 的放射性比活度也较高,可能是由于鳍和鳞直接与 外界水环境接触所致,鱼的表皮中分布有大量的单 细胞黏液腺,能不断向体表分泌黏液,甲磺隆可能 部分被吸附在黏液中.虽然尼罗罗非鱼内脏中的放 射性比活度低于鳃,鳍和鳞片,但明显高于鱼体其 它部分.内脏是鱼体新陈代谢最活跃的器官,进人 鱼体中的物质主要通过内脏进行吸收和再分配. Cazenave等?认为,鱼体对微囊藻毒素的吸收主 要是利用鳃和消化道,通过鳃的呼吸作用或食物链 进入鱼体内,再通过血液循环进入到鱼躯体的其它 部分.作者在前期的研究中也发现,尼罗罗非鱼的 内脏对进入水环境中的甲磺隆具有极高的生物富集 系数,这与Edginton等的研究结果相似.Edgin— ton等?认为,白鲑,鲤和罗非鱼主要通过内脏中 的胆囊,消化道和肝脏来富集水中的除草剂——阿 特拉津.本试验中,虽然肌肉中的放射性比活度是 鱼体各部分中最低的,但仍高于45d时水中的放 射性比活度,说明进入水体中的甲磺隆已在尼罗罗 非鱼体内蓄积. 鳃鳍鳞内脏骨头肌肉 GillFinScaleVisacraBoneHeadMuscle 图145d时甲磺隆在鱼体各部分的分布 Fig.1Thedistributionofmetsulfuron--methylresidues indifferentpartsofthefishat45days 图2为45d时甲磺隆在鱼体各部分蓄积量的 相对比例,其大小依次为:肌肉>内脏>头部> 鳞,鳃>骨>鳍,可见尼罗罗非鱼鱼体各部分的质 量对甲磺隆残留物蓄积量的影响比较明显.尼罗罗 非鱼肌肉的总质量明显高于鱼体其它各组成部分, 虽然肌肉中的放射性比活度是鱼体各部分中含量最 低的(图1),但其蓄积放射性标记物的总量却是 累量的相 对比例 Fi昏2Relativepercentagesofmetsulfuron—methyl residuesindifferentpartsofthefishat45days 2.2甲磺隆在尼罗罗非鱼体内的蓄积过程 甲磺隆属于磺酰脲类除草剂,其分子结构是由 苯环,磺酰脲桥及均三嗪杂环组成.进入到天然水 体中的甲磺隆会发生化学降解,在降解过程中,甲 磺隆分子中脲桥键上的羰基碳易受水分子等带电基 团的亲核进攻,导致脲桥键断裂,使母体化合物分 解为氨磺酰和氨基杂环化合物.特别是在酸陛条件 下,甲磺隆母体化合物更易受氢质子的进攻,水解 就更为强烈.甲磺隆降解半衰期与水环境条件 (温度,pH,光照强度等)有关,并且在降解过程 中可能有部分甲磺隆降解物以CO形式进入到大气 中J.本试验结果表明,MC一甲磺隆及其放射性 降解物在水和底泥中的总量与Hc的加入量基本相 同,说明甲磺隆及其降解产物未从试验系统中明显 流失.由于HC标记在甲磺隆分子的均三嗪杂环 上,所以本试验中检测到的放射性总量应包括甲磺 隆母体化合物和均三嗪杂环等进一步降解产物,是 甲磺隆及其含HC标记的放射性降解产物的总量. 甲磺隆进入到人工水生生态系统后,会由水向 系统中的底泥,水生动物和水生植物等其它环境介 质迁移.Clark等钊认为,对农药在环境中迁移的 各种描述都是在用不同的方法解释相同的问题,常 用的分析农药在环境介质中蓄积的数学模型是库系 统模型.室外人工模拟的池塘水生生态试验系统应 属于开放式多库系统,但试验系统中HC放射性标 记物的总量未发生变化,因此可以将甲磺隆存在的 人工水生生态系统简化为封闭系统.此外,由于尼 罗罗非鱼体内放射性标记物的蓄积总量与体系中 Hc标记物的总量相比可以忽略,所以可以把尼罗 罗非鱼个体从多库系统中独立出来,认为在外部系 统中放射性标记物总量未变的条件下,尼罗罗非鱼 个体可归属于一个单库系统,这样有利于探讨甲磺 隆在鱼体内的蓄积过程.鱼体对甲磺隆的蓄积作用 取决于水中甲磺隆的含量,蓄积时间及鱼体对甲磺 隆的排出能力等因素.甲磺隆在尼罗罗非鱼各组织 器官内的蓄积速度与单位时间内鱼体吸收甲磺隆的 速度以及清除速度有关.当水环境中的甲磺隆在鱼 体内蓄积的同时,也存在着甲磺隆在鱼体内代谢转 化与清除的过程.为了进一步阐明甲磺隆在尼罗罗 非鱼体内各部分的蓄积过程,考虑到水中甲磺隆浓 度变化和鱼体各部分蓄积甲磺隆含量的变化,可建 立如下甲磺隆在尼罗罗非鱼体内的蓄积动力学模 型: — M×=Ot×M×Ci一卢×M×C.+R.(1) 式中:为鱼体各部分的重量(mg);dc/dt为单 位时间内生物体所蓄积甲磺隆的放射性活度 (Bq/g?d);C代表甲磺隆在鱼体各部分中的放射 性活度(Bq/g);C.代表鱼体排出甲磺隆的放射性 活度(Bq/g);R是单位时间内鱼体所蓄积甲磺隆 的量(Bq/d);和/3分别代表单位时间内进入鱼 体内和从鱼体内排出的甲磺隆的迁移系数(d). 将式(1)两边除以得 dc=×Ci一/3xC.+R ,(2) 设r=,则式(2)变为 =×Ci一卢×c.+r.(3) 式中:dc/dz在一定的相邻时间段内可变换为Ac/ ?,则 r=L?一OL×Ci+卢×C..(4)i+1一 式中:ti和c指在ti时刻鱼体内蓄积甲磺隆的放射 性活度c;t…和c…指在t…时刻鱼体内蓄积甲磺 隆的放射性活度C….对于c,C…和Ci,可由试 验数据直接代入,c.是鱼体外甲磺隆的放射性活 度,可用水中甲磺隆的放射性活度来代替.对于甲 磺隆在同一尼罗罗非鱼体内相邻时间段内迁移过程 的差异可以忽略,系数Ot和口值可认为是1.这样 将试验结果代人式(4),可以计算出r值.如果r 值为正,表示尼罗罗非鱼对甲磺隆的吸收速率超过 第1期邢殿楼,等:甲磺隆在尼罗罗非鱼体内蓄积的研究15 清除速率,鱼体对甲磺隆的吸收过程占主导趋势; 如果r值为负,表示鱼体对甲磺隆的排出速率超过 吸收速率,排出过程占主导趋势;如果r值为零, 表示此时甲磺隆在鱼体内的吸收速率和排出速率相 等,吸收过程与排出过程达到相对平衡.因此,r 值既可用来反映甲磺隆在尼罗罗非鱼体内吸收速率 与排出速率间的关系,也可以代表甲磺隆在鱼体内 蓄积速率的变化.甲磺隆在尼罗罗非鱼的内脏,头 部和躯干部的r值随时间变化如图3所示. 从图3可见,甲磺隆在尼罗罗非鱼不同组织器 官内的蓄积过程存在差异.虽然均存在以吸收趋势 为主变成以排出为主,但两个过程所需的时间却不 同,且蓄积速率的大小也不同.尼罗罗非鱼内脏对 刚进入水中的甲磺隆的蓄积速率非常高,然后在6 h内就迅速变成以代谢排出为主,且在以后的试验 时间内r值均保持为负值,表明鱼内脏先吸收积累 大量甲磺隆,然后再排出,以适应外界水质的改 变.同时,鱼内脏在6h后的蓄积速率的绝对值随 时间延长逐渐降低,表明鱼内脏已适应甲磺隆的影 响. 从图3还可见,尼罗罗非鱼头部和躯干部对甲 磺隆残留物在试验前期表现为以吸收积累为主,在 试验后期表现为以代谢排出为主,但鱼头部的代谢 排出能力明显高于鱼体躯干部.鱼头部在10d后 表现为由吸收积累转化为代谢排出,鱼体躯干部则 在20d后才由吸收积累为主转化为代谢排出为主. 这表明鱼体躯干部作为环境污染物的蓄积库,在水 生生态系统中?C的总量未发生明显变化的条件 下,鱼体躯干部对甲磺隆的蓄积能力更强,甲磺隆 在鱼体内的蓄积会更持久. 3结论 甲磺隆可在尼罗罗非鱼体内形成生物蓄积,其 在鱼体内的分布是不均匀的.尼罗罗非鱼内脏对甲 磺隆的蓄积量较高,可作为甲磺隆除草剂污染的生 物指示器官.虽然尼罗罗非鱼肌肉中的放射性比活 度是鱼体各部分中最低的,但其对甲磺隆残留物的 蓄积量却是最高的. 对甲磺隆在尼罗罗非鱼体内蓄积过程的分析结 果表明,鱼体不同组织器官对甲磺隆的蓄积存在一 定差异.尼罗罗非鱼内脏可在极短时间内对甲磺隆 表现为以代谢排出为主,但鱼头部和躯干部对甲磺 隆残留物均先表现为以吸收积累为主,再转化为以 代谢排出为主,而鱼躯干部对甲磺隆的蓄积能力则 更强. ?曼 蚕 蒋 }}趣三 O.13O_34O.751.5358l2.517.52537.5 时阃Time/d O.130.34075l5358l2.517.52537.5 时间Time/d , 0.13O.340751.535812.517.52537.5 时间3”ime/d 图3甲磺隆在鱼内脏,头部,躯干中蓄积速率的变化 Hg.3Dynamicaccumulationratesofmetsulfuronresi- duesinviscera-head.andtrunkoftheFish 参考文献: [1]GevaoB,SempleKT,JonesKC.Boundpesticideresiduesin sdls:areview【J].EnvironmenlalPollution,2000,108:3—14. 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Accumulationofmetsulfuron?——methylresiduesinNiletilapia OreochromisnUoticus XINGDian—lou,WANGHua,WANGLi,WANGWet,LEIYan—zhi (SchoolofLifeScienceandTechnology,DalianOceanUniversity,Dalian116023,China) Abstract:Accumulationofmetsulfuron—methylresiduesinNiletilapiaOreochromisnilot/cuswasstudiedunder simulatedpondconditionsbyCisotopictracertechnique.Thequantityofmetsulfumn—methylresidueswere founddifferentinthefishtissues.Comparedwithothertissuesoffish.themaxi malamountofaccumulatedmetsul— fumn—methylwasobservedintheflesh.event}Ioughtheminimalconcentrationofmetsulfuron—methylresiduesin thesametissue.Thedynamicofmetsulfuron—methylresiduesinthefishtissu esdemonstratedthatthedurationfor reachingthebalancebetweentheaccumulationandeliminationwasfounddifferent.Thelessrequireddurationwas foundinthefishvisceraandmorerequireddurationinthetruckforthebalance.Thetendencyofmetsulfuron— methylresiduesinfishviscerawasexpressedaselimination,whereasthefishheadandtruckshowedaccumulation attheinitialstagesoftheexperiment,andthenitgraduallychangedtoelimination. Keywords:C14一metsulfuron—methyl;Niletilapia;accumulation