天然水體對有機氯污染物藻類毒性的影響

屠興坤 張帥 唐世坤 方潤 李子寒 劉安蓉

摘要 用去離子水和天然水體分別配制不同濃度的阿特拉津和PCB-77，研究2種有機氯污染物對蛋白核小球藻的毒性效應。通過觀察藻的生長，計算出不同水體條件下有機氯污染物對小球藻生長抑制的96 h-IC50。結果表明，不同水體條件下阿特拉津和PCB-77對蛋白核小球藻的生長抑制作用存在差異，觀山湖水體顯著減小了阿特拉津和PCB-77的96 h-IC50值;天河潭水體顯著減小了阿特拉津的96 h-IC50值，增大了PCB-77的96 h-IC50值，表明天然水體會影響有機氯污染物對藻類的毒性效應。

關鍵詞 天然水體;有機氯污染物;毒性影響;藻類;阿特拉津;PCB-77

中圖分類號 X 171.5? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）12-0060-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.016

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Natural Water on Algae Toxicity of Organochlorine Pollutants

TU Xing-kun1，2，ZHANG Shuai1，2，TANG Shi-kun1，2 et al

（1.College of Geography and Environmental Science，Guizhou Normal University，Guiyang，Guizhou 550025; 2.State Key Laboratory Breeding Base for Karst Mountain Eco-environment of Guizhou Province，Guiyang，Guizhou 550025）

Abstract Different concentrations of atrazine and PCB-77 were prepared with deionized water and natural water respectively，and the toxic effects of the two organochlorine pollutants on Chlorella pyrenoidosa were studied.By observing the growth of algae，the 96 h-IC50 of the inhibition of organic chlorine pollutants on algae under different water conditions was calculated.The results showed that the inhibitory effects of atrazine and PCB-77 on algae were different under different water conditions，the water body of Guanshan Lake significantly decreased the 96 h-IC50 values of atrazine and PCB-77;the Tianhetan water body significantly decreased the 96 h-IC50 value of atrazine and increased the 96 h-IC50 value of PCB-77，indicating that natural water would affect the toxic effects of organochlorine pollutants on algae.

Key words Natural water; Organochlorine pollutants;Toxic effect;Algae;Atrazine;PCB-77

由于現代工農業的快速發展，越來越多的工業廢棄物和殘留農藥等污染物通過各種途徑進入環境中，其中包括有機氯農藥和多氯聯苯等有機氯污染物[1]。有機氯污染物是一種典型的持久性污染物，在環境中可以通過多種介質進行遷移，并通過食物鏈在生物體內富集，從而對生態環境和人體健康產生危害[2]。聯合國環境規劃署（UNEP）已將持久性有機污染物看作世界面臨的最大環境挑戰之一，有機氯污染物也因其具有難降解性、生物積累性和致癌性等特點而受到廣泛關注[3-4]。

據水環境研究顯示，我國水體中有機氯污染物殘留水平非常高，特別是南方地區經常出現水體有機氯含量超標現象[3，5]。水體中的有機氯污染物能夠被細小生物攝取，并通過食物鏈傳遞到高等生物體內[6]。藻類是水環境中的初級生產者，對環境因子極其敏感，當其暴露于有害物質時，毒理效應將會對整個水環境生態系統產生影響[7-8]。同時，由于藻類具有對毒物敏感、易獲得、個體小、繁殖快等特點，能夠在較短時間內得到污染物對藻類世代及種群水平的影響評價，因此常被作為毒性測試的模式生物[1]。如曾莎莎等[9]在96 h的急性暴露下研究了5種有機磷農藥對蛋白核小球藻的毒性相互作用。

當前對于有機氯污染物藻類毒性影響的研究主要集中在有機氯污染物的暴露濃度，對于其他環境因子與藻類毒理效應的研究較少[1]。開展天然水體對有機氯污染物藻類毒性影響的研究有利于進行生態風險評估，對水環境生態保護具有十分重要的意義。

為進一步評價有機氯污染物的環境毒理效應，該研究以蛋白核小球藻為模式生物，研究不同天然水體環境下阿特拉津、3，3′，4，4′-四氯聯苯（3，3′，4，4′-Tetrachlorobiphenyl，PCB-77）2種典型有機氯污染物的毒理效應，以期為水環境生態保護和管理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試材

阿特拉津，純度97%，購買自百威林公司;PCB-77，純度99%，購買于Accustandard公司。試驗所用蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）購買自中國科學院水生生物研究所淡水藻種庫。試驗用水為去離子水。

1.2 樣品采集 試驗所用天然水體采集于貴陽市觀山湖公園（106°64′E，26°64′N）和天河潭風景區（106°58′E，26°44′N），采集時間為2021年8月5日。采集時利用便攜式水質采樣器采樣，每個采樣地分5個采樣點采取混合水樣，采集后避光運輸至實驗室，利用0.45 μm微孔濾膜抽濾后于4 ℃條件下冷藏保存直至試驗時使用。

1.3 試驗方法

1.3.1 藻的培養。試驗所用器皿均經過121 ℃高壓蒸汽滅菌30 min，所用藻種利用BG-11培養液培養，培養至對數增長期備用。培養時放入智能光照培養箱，設置培養溫度為（25.0±0.5）℃，光照度為3級，光暗比為14 h∶10 h，每天定時晃動3次。

BG-11培養基主要由超純水和以下組分組成：NaNO3、K2HPO4、MgSO4·7H2O、Na2CO3、檸檬酸、檸檬酸鐵銨、EDTANa2、CaCl2·2H2O、A5溶液[H3BO3、MnCl2·4H2O、ZnSO4·7H2O、CuSO4·5H2O、Na2MoO4·2H2O、Co（NO3）2·6H2O]，均為分析純[10]，詳細配方如表1。

1.3.2 總有機碳的測定。

總有機碳（total organic carbon，TOC）的測定采用燃燒氧化-非分散紅外吸收法，水樣直接用TOC-L CPH總有機碳分析儀（島津，日本）測定總碳和無機碳，用差減法算出TOC[11]。

1.3.3 有機氯污染物對藻類毒性影響效應試驗。用90 mL去離子水和天然水體分別與10 mL培養好的蛋白核小球濃縮藻液混合，置于250 mL錐形瓶中進行培養，初始藻細胞密度約為2.5×106 cells/mL。同時向錐形瓶中添加溶解于助溶劑丙酮中

的不同濃度梯度阿特拉津和PCB-77母液，根據有機氯污染物毒性和溶解度設定阿特拉津的初始濃度梯度為0、80、160、320 μg/L，PCB-77的初始濃度梯度為0、2、6、8 μg/L。其中0梯度為空白對照，每個濃度點試驗都設置3個平行組。其中，助溶劑丙酮的添加濃度低于1 μL/mL，經前期預試驗測定，此濃度以下的丙酮溶液對蛋白核小球藻沒有毒性。

樣品瓶用滅菌濾紙封口后統一放在（25.0±0.5）℃室內靜置培養96 h，光照周期為14 h∶10 h，每天定時人工搖藻5次，每24 h對消耗的阿特拉津和PCB-77進行補充。

1.3.4 半抑制濃度測定。藻細胞采用血細胞計數板在顯微鏡下進行觀察計數，并通過以下公式計算：

I= （1-Nt/N0） ×100%（1）

式中，I為藻的生長抑制率，Nt和N0 分別代表試驗組和空白組的蛋白核小球藻的細胞密度。依托有機氯污染物濃度與小球藻96 h生長抑制率變化繪制劑量-效應關系曲線，根據所得劑量-效應關系曲線，使用SPSS 25.0軟件，選用Four-Parameter logistic方程進行非線性回歸計算出阿特拉津和PCB-77的96 h后令小球藻相對抑制率為50%時的污染物濃度（96 h-IC50）。

1.4 數據分析 試驗數據采用 Excel 作圖分析，并用SPSS 25.0軟件進行方差分析。數據均為3次重復測定值的平均值。

2 結果與分析

2.1 不同水體對有機氯污染物藻類毒性效應的影響

不同有機氯污染物對藻類有不同的毒性效應，按照“1.3.3”試驗方法，96 h后取樣測定藻細胞密度。根據公式（1）計算出不同水體條件下阿特拉津和PCB-77對蛋白核小球藻的生長抑制率，結果如圖1所示。由圖1可知，阿特拉津對小球藻的毒性效應在3種水體（觀山湖水體、天河潭水體、去離子水體）中總體呈隨濃度增加抑制作用增長速率先增強后減弱的趨勢，且在受試濃度范圍內3種水體中對小球藻的最高抑制率都超過50%。PCB-77對小球藻的毒性效應在觀山湖水體和去離子水體中總體同樣呈隨濃度增加抑制作用增長速率先增強后減弱的趨勢，最高抑制率大于50%;但在天河潭水體中，PCB-77對小球藻的生長在濃度低于2 μg/L時無顯著影響，在濃度為8 μg/L時對小球藻的抑制率未達到50%。與去離子水相比，觀山湖水體顯著增強了2種有機氯污染物的毒性，天河潭水體明顯增強了阿特拉津毒性，削弱了PCB-77毒性。

2.2 不同水體條件下阿特拉津和PCB-77對小球藻的96 h- IC50值

根據阿特拉津和PCB-77對小球藻的生長抑制劑量-效應關系曲線計算出3種水體（觀山湖水體、天河潭水體、去離子水體）條件下有機氯污染物對小球藻生長抑制的96 h-IC50，結果如圖2所示。由圖2可知，在去離子水體中阿特拉津和PCB-77的96 h-IC50值分別為269.271和6.871 μg/L，觀山湖水體明顯減小了阿特拉津和PCB-77的96 h-IC50值，分別減小了24.5%和72.4%;相比去離子水體，天河潭水體明顯減小了阿特拉津的96 h-IC50值，減小了36.9%，增大了PCB-77的96 h-IC50值，增大了45.6%。

上述結果表明，不同水體條件下阿特拉津和PCB-77對蛋白核小球藻的生長抑制作用存在差異，且不同濃度對小球藻的生長毒性效應也不同。同時天然水體能夠增強或削弱阿特拉津和PCB-77對小球藻的毒性。

3 討論

天然水體中天然有機質（NOM）廣泛存在，因此在研究有機污染物在天然水環境中的環境行為和生態效應時還需要考慮天然有機質的影響。天然有機質主要由腐殖質和非腐殖質組成，其中非腐殖質占20%～40%的總有機碳含量;腐殖質占60%～80%的總有機碳含量，在天然有機質中占主要地位。有研究指出，天然有機質能夠與有機污染物相互作用，從而影響有機污染物的遷移、轉換、降解和生物可利用性等環境行為[12]。天然有機質對有機污染物特別是疏水性有機物的水生生物有效性和毒性存在以下幾種影響作用：①增溶作用，增加疏水性有機物在水中的溶解度;②對降解性的影響，影響疏水性有機物的光降解速率，從而影響生物毒性;③減小有效濃度，與疏水性有機物結合，降低水體中疏水性有機物的游離態濃度，減小其的生物可利用度;④形成保護膜，減少生物體與污染物的接觸，從而減小污染物毒性[13]。同時，疏水性有機物大多在水中的溶解度較低，天然有機質主要通過增大疏水性有機物在水中溶解度的方式影響其在水體中的環境行為[14]。

該試驗所采用的阿特拉津和PCB-77這2種有機氯污染物具有較高的辛醇-水分配系數，有著一定的親油疏水性，屬于疏水性有機物。采集的天然水體經過總有機碳分析儀測定，天河潭水體和觀山湖水體的總有機碳（TOC）濃度分別為13.28、8.21 mg/L。天然水體因天然有機質的存在能夠影響阿特拉津和PCB-77對小球藻的毒性作用。推測可能的機理為：觀山湖中的天然有機質的結合效應使阿特拉津和PCB-77更易與藻細胞接觸，從而增加了阿特拉津和PCB-77進入藻細胞的機會，使2種污染物的毒性高于去離子水;天河潭水體中的天然有機質增加了阿特拉津與藻細胞的接觸，反而減小了PCB-77的有效濃度，因此使阿特拉津的毒性高于去離子水中的毒性，而PCB-77的毒性小于去離子水毒性。造成這種現象的原因可能是PCB-77的疏水性比阿特拉津大很多，因為天河潭水中相對較高的總有機碳濃度，說明天河潭中天然有機質的含量較高，致使PCB-77與水體中更多的天然有機質相結合，且天河潭水體中有機質中疏水親脂的基團可能更多，使其與PCB-77的結合更緊密，難以解離，從而減小了游離態的PCB-77濃度，使得其毒性削弱。張帥[13]研究的天然有機質對氯苯小球藻毒性的影響也顯示，富集在小球藻細胞表面的高氯取代氯苯與天然有機質結合牢固，很難被藻細胞吸收，從而減小了氯苯的毒性效應。這也說明不同的天然有機質對不同的污染物作用有所不同，主要依賴于天然有機質和污染物的性質，致毒的機理仍需進一步研究。

當前我國在《斯德哥爾摩公約》履行方面的工作取得了很大成效，有機氯污染物的使用也得到了有效的控制[15]，但是據報道，我國水體、沉積物、大氣、土壤中都已遭受到有機氯污染物的污染[16]?，F在關于有機氯污染物對藻類和植物的毒害效應研究多關注暴露濃度，很少考慮天然有機質的影響，從實際應用環境來看，天然水體中有機氯污染物的毒性往往與室內實驗室毒性試驗存在一定差異，因此室內配制的有機氯污染物的毒性效應濃度很有可能會被低估。從該試驗所測得的天然水體中阿特拉津和PCB-77對藻類的毒性效應可看出，與去離子水體中有機氯污染物毒性相比，天然水體中有機氯污染物毒性增強現象多于毒性削弱現象。這一結果提示應當注意天然水體中有機氯污染物對水生動植物毒性以及水環境的影響。

4 結論

（1）不同水體條件下阿特拉津和PCB-77對蛋白核小球藻的生長抑制作用存在差異，總體呈隨濃度增加抑制作用增長速率先增強后減弱的趨勢。

（2）天然水體對有機氯污染物藻類毒性存在影響，觀山湖水體顯著減小了阿特拉津和PCB-77的96 h-IC50值，即增強了2種有機氯污染物的毒性效應;天河潭水體顯著減小了阿特拉津的96 h-IC50值，增大了PCB-77的96 h-IC50值，即增強了阿特拉津毒性效應，削弱了PCB-77毒性效應。

（3）不同的天然有機質對不同的污染物作用有所不同，作用效果主要依賴于天然有機質和污染物的性質。

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