Hg_2_Ni_2_和Cu_2_对嗜热四膜虫的急性及联合毒性效应

Hg_2_Ni_2_和Cu_2_对嗜热四膜虫的急性及联合毒性效应 环 境 科 学 研 究 Research of Environmental Sciences Vol . 21 ,No . 4 ,2008 第 21 卷 第 4 期 2 + 2 + 2 + , Ni和 Cu对嗜热四膜虫的急性及联合 Hg 毒性效应 1 1 1 2 马正学, 王业秋, 宁应之,陈巧于 1. 西北师范大学 生命科学学院 ,甘肃 兰州 730070 2. 黑龙江中医药大学 佳木斯学院 ,黑龙江 佳木斯 154007 2 + 2 + 2 + ( ) 摘要 : 采用混合毒性指数法 ,研究了重金属离子 Hg,Ni和 Cu对嗜热四膜虫 Tetrahymena thermophilaBF 的急性及联合毒 5 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 性效应. 急性毒性效应研究明 : Hg,Ni和 Cu对嗜热四膜虫的毒性大小为 Hg> Ni> Cu,且 3 种重金属离子的 IC 50 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 值随时间的延长而变小. 联合毒性效应研究表明 : Hg不 Cu, Hg不 Ni,以及 Hg,Ni和 Cu三者共存 ,在毒性比为1?1 2 + 2 + 2 + 2 + 时 ,表现为先相加后协同作用 ; Hg不 Cu在浓度比为1?1时 ,表现为先拮抗后相加作用 ; Hg不 Ni在浓度比为1?1时 ,表现 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 为先拮抗后独立作用 ;Ni不 Cu在毒性比为 1?1 时 ,表现为协同作用 ,在浓度比为 1?1 时表现为相加作用 ; Hg,Ni和 Cu三者共存 ,在浓度比为 1?1 时 ,表现为拮抗作用. 2 + 2 + 2 + 关键词 : Hg; Ni; Cu; 联合毒性 ; 嗜热四膜虫 () 文章编号 : 1001 - 6929 200804 - 0174 - 05 中图分类号 : X17115 文献标志码 : A 2 + 2 + 2 + Ac ut e a nd J oint To xicitie s of Hg, Nia nd Cuto Tetra hyme na t hermop hila 1 1 1 2MA Zheng2xue, WANG Ye2qiu, NING Ying2zhi, CHEN Qiao2yun 1. College of Life Science , Northwest Normal University , Lanzhou 730070 , China 2. Jiamusi College , Heilongjiang University of Traditional Chinese Medicine , Jiamusi 154007 , China 2 + 2 + 2 + Abstract : The mixture toxicity index method was used to study the toxicities of Hg, Niand Cuon Tetrahymena thermophila BF . The 5 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + acute toxicities of Hg, Niand Cuwere in the sequence of Hg> Ni> Cu, the median inhibition concentrations of these kinds of 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + ions were reduced at time course . The joint toxicities of Hgwith Cu, Hgwith Ni, Hg, Niwith Cuat the toxicity proportion 2 + 2 + 1?1 changed from additive to synergistic ; the joint toxicity of Hgwith Cuat the concentration proportion 1?1 ,changed from antagonistic to 2 + 2 + additive ; the joint toxicity of Hgwith Niat the concentration proportion 1?1 changed from antagonistic to independent . The joint toxicity of2 + 2 + 2 + 2 + Cuwith Niat the toxicity proportion was synergistic , at the concentration proportion was additive . The joint toxicity of Hg, Niwith 2 + Cuat the concentration proportion was antagonistic . 2 + 2 + 2 + Key words : Hg; Ni; Cu; joint toxicity ; Tetrahymena thermophila 2 23 ,随着巟农业的迅速发展以及人口的急近年来 学品的毒性效应,对多种化合物共同作用引起的 复合污染研究较少剧增长 ,人类赖以生存的环境受到越来越严重的干 . 但是 ,仅用单一化学品的毒性 扰和破坏 ,环境污染问题日益突出 ,已成为严峻的社 效应来评价环境质量是不够的 ,因为在多数情况下 , 2 种或多种化学物质共同作用于生物体时 , 会引起 会问题 , 特 别 是 重 金 属 污 染 已 引 起 人 们 广 泛 的 兲14 注 不各物质单独作用时完全不同的毒性反应. 重金属离子通迆破坏细胞膜或抑制细胞分裂,即毒 导致生物生长不繁殖异常 、生物体畸变 ,甚至死亜.理学中所称的联合作用. 由于毒物组合及配比的复 () 传统的毒理学研究和环境制定都是依据单一化杂性 ,在美国环境保护局 USEPA组织的联合作用 研讨会上 ,有不少学者主张采用敏感快速的生态毒 理技术进行联合作用机制研究. 收稿日期 : 2007 - 10 - 26 修订日期 : 2007 - 12 - 04 迄今为止 ,兲于重金属对四膜虫单一毒性的研( ) 基金项目 : 国家自然科学基金项目 30470208; 兰州市科学技术局 5 27 究已有很多报道 ,但鲜见兲于重金属联合毒性的 () 科研项目 03 - 1 - 66. 研究报道. 为此 ,笔者以嗜热四膜虫 BF为实验材() ( ) 5 作者简介 : 马正学 1953 - ,男 回族, 甘肃平凉人 , 副教授 , 硕士 , 主要从事污染生态学方面的研究 ,mzhx53 @163 . com. 料 ,对汞 、镍和铜的联合毒性进行了探讨. 1126 和 1160 ; 3 种 污 染 物 的 混 合 按 照 0130 , 0136 , 1 材料与 0142 ,0150 和 0160 倍 96 h IC值进行 , 相应的毒性50 1. 1 材料 ( ) 单位为 0190 ,1108 ,1126 , 1150 和 11801 求出不同时 嗜热四膜虫 Tetrahymena thermophila BF由中5 间 、不同配比下 4 组联合毒物的 IC. 50 国科学院武汉水生生物研究所提供. 1. 2. 4 联合毒性的评价方法 经实验得到单一毒性培养基 :蛋白胨 115 % ,酵母浸出汁 012 % ,葡萄 和联合毒性的 IC后 ,采 糖 011 % ,蒸馏水配置对照液用 1 molΠL 的 NaOH 调 50 8 210 ?,15～30 min 灭 节 p H 为 710 ,迆滤 ,011 MPa ,12115 用混合毒性指数法求 M TI :n 菌 ,置于4 ?冰箱中备用.lg M M TI = 1 - ; M = TU;i ? lg M 0i = 1 HgCl,CuSO5? HO 和 NiCl6? HO 均为纯 , 2 4 2 2 2 C M i 用蒸馏水配置成 2 gΠL母液 ,实验时稀释成所需要的 M= ; TU= 0 i ()TU L CIC或 i ,max50 , i 50 , i 浓度. 式中 , C为 i 组分在混合物中的浓度 ; IC为 i 组分 i 50 , i 1. 2 方法 的单一 IC值 ; TU为混合物中毒性单位最大值.50 i ,max 实验在 50 mL 锥形瓶中进行 ,每个锥形瓶中加 M TI 的 评 价 标 准 : M TI < 0 时 为 拮 抗 作 用 ; 入 1103 倍实验浓度梯度的溶液 1915 mL ,高压灭菌 ; M TI = 0 时为独立作用 ;0 < M TI < 1 时为部分相加 实验时在无菌条件下加入嗜热四膜虫母液 015 mL . 作用 ; M TI = 1 时为简单相加作用 ; M TI > 1 时为协 1. 2. 1 预备实验 同作用. 若混合物中各化合物是等毒性的 , 以上公 以 10 倍之差估计 5 个浓度 ,处理 24 h ,分别找 式可简化为 M TI = 1 - lg MΠlg N ,其中 , N 为混合物 出汞 、镍和铜的 100 %抑制浓度和无抑制浓度. 中所含组分的数目. 1. 2. 2 正式实验 2 结果根据预备实验结果设 5 个浓度组和 1 个对照 2. 1 急性毒性实验组 ,各 污 染 物 水 溶 液 的 正 式 单 一 毒 性 实 验 浓 度 : 2 + 2 + 2 + 2 + Hg,Ni和 Cu对嗜热四膜虫的急性毒性实 ρ( ) Hg为 3100 , 3178 , 4175 , 5198 和 7153 mgΠL ; 2 + 验结果见表 1 . ρ() Ni为 12188 ,14145 ,16122 ,18120 和 20142 mgΠL ; 2 + 2 + 2 + 2 + 由表 1 可见 , Hg,Ni和 Cu对嗜热四膜虫ρ( ) Cu为 15114 , 18162 , 22191 , 28118 和 34167 ( ) 24 h IC半 数 抑 制 浓 度 分 别 为 5166 , 17178 和 mgΠL . 设 2 个平行组 ,分别在 24 ,48 ,72 和 96 h 记录50 μ 10L 培养液中嗜热四膜虫的数目 ,重复实验 2 次.25147 mgΠL ; 48 h IC分 别 为 5102 , 17134 和 22175 50 计算 IC.50 mgΠL ;72 h IC分别为 4183 ,16152 和 21143 mgΠL ; 96 50 1. 2. 3 联合毒性实验h IC分别为 4163 ,15174 和 19191 mgΠL . 50 在单一毒性实验的基础上 ,按浓度比为 1?1 和 2. 2 联合毒性实验2 + 2 + 2 + 2 + 2 +2 + 2 + 2 + 毒性比为 1?1 进行 Hg不 Ni, Hg不 Cu,Ni Hg2. 2. 1 ,Ni和 Cu两两混合对嗜热四膜虫的 2 + 2 + 2 + 2 + 不 Cu以及 Hg,Ni和 Cu三者共存下的联合毒毒性效应 2 + 2 + 性. 在浓度比为 1?1 时 , Hg不 Ni共存 ,2 种离子 在急性毒性实验的基础上 ,在相同实验条件下 , 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + 在污染物水溶液中的质量浓度分别为 2100 , 2183 , 分别对 Hg不 Ni, Hg不 Cu,Ni不 Cu共 32 + 2 + 4101 ,5168 和 8100 mgΠL ; Hg不 Cu共存 ,2 种离子 组各设毒性比为 1?1 和浓度比为 1?1 的 2 种不同浓 在污染物水溶液中的质量浓度分别为 2100 , 2191 , 度配比下的联合毒性实验 ,结果见表 2～41 2 + 2 + 2 + 2 + 4124 ,6117 和 8197 mgΠL ;Ni不 Cu共存 ,2 种离子 由表 2 可见 ,在 Hg不 Ni的毒性比为 1?1 情 在污染物水溶液中的质量浓度分别为 10100 ,11189 , 况下 ,其 24 h 的 M TI 为 01750 , 结果为部分相加作 2 + 2 + 2 + 14113 ,16179 和 20100 mgΠL ; Hg,Ni和 Cu三者 用 ;其 48 ,72 和 96 h 的 M TI 分别为 11229 ,11387 和 共存 ,3 种离子在污染物水溶液中的质量浓度分别 11381 ,均大于 1 ,结果为协同作用. 在浓度比为1?1 为 2100 ,2191 ,4124 ,6117 和 8197 mgΠL . 在毒性比为的情况下 ,其 24 ,48 和 72 h 的 M TI 均小于零 ,结果 1?1 时 ,以 96 h IC值为一个毒性单位 ,2 种污染物50 为拮抗作用 ;其 96 h 的 M TI 等于零 ,结果为独立作 2 + 2 + 的混 合 按 照 0130 , 0138 , 0149 , 0163 和 0180 倍 96 h用. 由此可见 ,在毒性比为 1?1 时 , Hg不 Ni共存 2 + 2 + IC值 进 行 , 相 应 的 毒 性 单 位 为 0160 , 0176 , 0198 ,50 增强了毒性 ;在浓度比为 1?1 时 , Hg不 Ni共存降 176 环 境 科 学 研 究 第 21 卷 2 + 2 + 2 + 表 1 Hg, Ni和 Cu对嗜热四膜虫的急性毒性效应 2 + 2 + 2 + Table 1 Acute toxicity of Hg,Niand Cuto Tetrahymena thermophila - 1 2 - 1 tΠh ( )()F ICΠmg?L 回归检验 重金属 回归方程 () R95 %置信区间ΠmgL? 50 1)y = 51032 x + 11209 01820 166 24 5142～5192 51037 82)1 y = 61857 x + 01192 01861 5102 48 4169～51381721866 2 + Hg1) y = 61059 x + 01853 01847 4183 72 4150～51181551225 1) y = 51448 x + 11373 01863 4163 96 1761327 4135～41941)y = 71807 x - 4176 1833 178 24 017167～20118 15891877 )1 y = 61898 x - 31546 01896 17134 48 1551836 15196～181842 + Ni)1y = 111671 x - 91211 01779 16152 72 981936 15178～171301)y = 141347 x - 121177 01638 15174 491355 96 14179～161751)y = 41166 x - 01857 1912 147 02524 182～27123 233961167 )1 y = 413 x - 01837 01855 22175 48 2241788 20184～241832 + Cu1)y = 31354 x + 01536 01879 21143 72 19177～231232771143 1)y = 31954 x - 01137 01826 19191 96 1801987 18184～21104注 : F= 9101 ; F= 281241 0105 0101 ) 1回归兲系极显著. 2 + 2 + 表 2 Hg与 Ni对嗜热四膜虫的联合毒性效应 2 + 2 + Table 2 Joint toxicity of Hgand Nito Tetrahymena thermophila - 1 ()ICΠmg?L 502 + 2 + tΠh ( ) 结果 MTI 毒物 Hg不 Ni配比 2 + 2 + HgNi ()()1750 024 3123 2145～4126 199 8134～14149 10部分相加作用 () () 48 11229 协同作用 2116 1182～21567133 6117～8171毒性比为 1?1 () () 11387 协同作用 72 1184 1148～21286134 5111～7187 () () 96 1178 1158～21006105 5138～618111381 协同作用 ()()1198 - 024 5198 5155～6146 198 5155～6146 拮抗作用 5 - 01462 48 () () 拮抗作用 5165 5109～61275165 5109～6127浓度比为 1?1 - 01442 () () 拮抗作用 72 5141 4176～61145141 4176～6114 () () 96 4159 3197～51314159 3197～51310 独立作用 注 :括号内数字为范围. 下同. 2 + 2 + 表 3 Hg与 Cu对嗜热四膜虫的联合毒性效应 2 + 2 + Table 3 Joint toxicity of Hgand Cuto Tetrahymena thermophila - 1 ()ICΠmgL? 502 + 2 + tΠh ( ) 毒物 Hg不 Cu配比 MTI 结果 2 + 2 + HgCu ()()24 1000 12172 2145～3101 138 10128～12159 简单相加作用 11 48 11183 () () 协同作用 2130 2105～21599162 8155～10181毒性比为 1?1 11364 72 () () 协同作用 1193 1165～21268107 6189～9146 () () 96 1175 1145～21117131 6107～818111425 协同作用 ()()24 1715 - 06153 5177～7140 153 5177～7140 拮抗作用 6 - 01418 () () 48 拮抗作用 5178 5116～61495178 5116～6149浓度比为 1?1 () () - 01459 拮抗作用 72 5130 4166～61035130 4166～6103 () () 96 4110 3162～41654110 3162～416501580 部分相加作用 2 + 2 + 低了毒性. 见 ,在毒性比为 1 ?1 时 , Hg不 Cu共存总体表现 2 + 2 + 2 + 2 + 由表 3 可见 , Hg不 Cu在毒性比为 1?1 的情 为毒性增强 ;在浓度比为 1 ?1 时 , Hg不 Cu共存 况下 ,其 24 h 的 M TI 等于 1100 ,结果为简单相加作 表现为拮抗作用. 2 + 2 + 用 ;其 48 ,72 和 96 h 的 M TI 分别为 11183 ,11364 和 由表 4 可见 ,Ni不 Cu在毒性比为 1?1 的情 11425 ,均大于 1 ,结果为协同作用. 在浓度比为1?1况下 ,其 M TI 均大于 1 ,结果为协同作用 ; 在浓度比 的情况下 ,其 24 ,48 和 72 h 的 M TI 分别为 - 01715 ,为 1?1 的情况下 , 0 < M TI < 1 , 结果为部分相加作 - 01418 和 - 01459 ,均小于零 ,结果为拮抗作用 ; 其用. 由此可见 ,无论在毒性比为 1?1 还是在浓度比 2 + 2 + 96 h 的 M TI 为 01580 ,结果为部分相加作用. 由此可为 1?1 时 ,Ni不 Cu共存时的毒性均有所增强. 2 + 2 + 表 4 Ni与 Cu对嗜热四膜虫的联合毒性效应 2 + 2 + Tetrahymena thermophila Table 4 Joint toxicity of Niand Cuto - 1 ()ICΠmgL? 502 + 2 + tΠh () MTI 结果 毒物 Ni不 Cu配比 2 + 2 + NiCu ()()1194 24 18136 7136～9148 128 9106～11167 协同作用 10 11293 () () 协同作用 48 7131 6153～81188197 8103～10105毒性比为 1?1 11476 72 () () 协同作用 6141 5173～71187191 7106～8185 11791 协同作用 () () 96 5161 4190～61436190 6103～7191 ()()24 1222 015184 15149～16122 184 15149～16122 部分相加作用 15 01199 () () 48 部分相加作用 15149 15114～1518415149 15114～15184浓度比为 1?1 () () 72 01154 部分相加作用 15114 14179～1514915114 14179～15149 () () 01106 部分相加作用 96 14179 14145～1511414179 14145～15114 2 + 2 + 2 + 2 + 2 + Hg,Ni和 Cu三者共存时对嗜热四膜虫 2. 2. 2 性实验基础上 , 在相同条件下进行了 Hg,Ni和 2 + 的毒性 Cu三者共存时的联合毒性实验 ,结果见表 5 . 2 + 2 + 2 + 在 3 种重金属离子急性毒性实验及两两联合毒 由表 5 可见 , Hg,Ni和 Cu三者共存 ,在毒 2 + 2 + 2 + 表 5 Hg, Ni和 Cu对嗜热四膜虫的联合毒性 2 + 2 + 2 + Tetrahymena thermophila Table 5 Joint toxicity of Hg,Niand Cuto - 1 2 + 2 + ()ICΠmg?L ( 毒物 Hg,Ni和 50tΠh 结果 MTI 2 + 2 + 2 + 2 + ) Cu配比 HgNiCu ()()()1737 024 2151 2132～2172 153 7189～9123 150 9171～11135 部分相加作用 810 01842 48 () () () 部分相加作用 2113 2100～21277123 6178～71718189 8134～9148毒性比为 1?1 01939 () () () 72 部分相加作用 1176 1157～11985198 5133～61717136 6156～8126 () () () 96 1151 1132～11735113 4149～51866131 5152～712111029 协同作用 ()()()1381 - 024 6168 6125～7114 168 6125～7114 168 6125～7114 拮抗作用 66 - 01649 () () () 48 拮抗作用 6156 5161～71676156 5161～71676156 5161～7167浓度比为 1?1 - 01556 72 () () () 拮抗作用 6111 5127～71086111 5127～71086111 5127～7108 () () () 96 5147 4139～61075147 4139～61075147 4139～6107- 01394 拮抗作用 性比为 1?1 时 ,表现为先部分相加后协同作用 ,总体性实验也表明 ,24 h 为拮抗作用 ,48 h 为相加作用 , 为毒性增强 ;在浓度比为 1?1 时 ,其 M TI 均小于零 ,96 h 为协同作用. 这种重金属之间的联合作用随时 间的变化而存在不同的表现形式的作用机理虽然也 表现为拮抗作用 ,即三者共存降低了毒性. 有一些探讨 ,但还缺乏进一步的实验支持. 3 讨论2 + 2 + Ni 不 Cu 在毒性比为 1 ?1 时表现为协同作 通迆比较 3 种重金属离子单独作用和暴露不同 14 用 ,有兲重金属协同作用的例子 ,如 Cu 不 Zn , Pb 时间的 IC值 ,均可得出 3 种重金属离子对嗜热四 50 15 16 2 + 2 + 2 + 不 Zn , Cu 不 Cd 等协同作用产生的机制 ,可能 膜虫的毒性大小为 Hg> Ni> Cu; 3 种重金属 是这些重金属共存于生物体内 ,使细胞膜的通透性 离子的 IC值随时间的延长而变小 ,具有明显的时 50 加大 ,导致毒性增强. 间 - 效应兲系 ,符合生物毒性的一般觃律 ,这不多数 多种毒物污染环境后 ,发生了复杂的联合毒性研究者研究报道的重金属对不同生物的毒性作用结 11 212 效应 ,只用单一毒物的浓度去判断环境污染的毒性 果相一致. 2 + 2 + 危害是不切实际的 ,自然环境的污染评价在测量单 联合毒性实验结果表明 , Hg不 Cu在毒性比 一毒物浓度的同时 ,还应从联合毒性的角度对环境 为 1?1 时 ,24 h 表现为简单相加作用 ,48 ,72 和 96 h 质量做出客观综合的评价. 表现为协同作用 ;在浓度比为 1?1 时 ,表现为先拮抗 2 + 2 + 参考文献( References) : 后部分相加作用. 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