三种农药与三种重金属对发光菌的联合毒性效应

苏丽敏，刘惠清，李志群，田竹君，吕 军，赵 峰，朱晓琳

（1.东北师范大学城市与环境科学学院，吉林长春 130024；2.松辽流域水环境科学研究所，吉林长春 130021）

三种农药与三种重金属对发光菌的联合毒性效应

苏丽敏1，2，刘惠清1，李志群2，田竹君2，吕 军2，赵 峰2，朱晓琳1

（1.东北师范大学城市与环境科学学院，吉林长春 130024；2.松辽流域水环境科学研究所，吉林长春 130021）

研究了呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3种农药与重金属Cu、Zn、Cd以毒性单位比为1∶1，1∶3和3∶1构成的二元混合体系对发光菌（Photobacteriumphosphoreum）的联合毒性，并采用相加指数法对联合毒性效应进行了评价.结果表明：Cu与3种有机农药作用后主要表现为拮抗作用，呋喃丹毒性减弱最多，氯氰菊酯次之，溴氰菊酯则有增强的趋势；Zn与各有机农药作用后主要表现为拮抗作用，不同浓度配比对3种农药的影响不同；Cd与各有机农药作用后主要表现为相加作用，但不同混合体系相加作用程度有差异，Cd与氯氰菊酯表现为偏于拮抗的相加作用，Cd与溴氰菊酯表现为明显的相加作用，Cd与呋喃丹表现为偏于协同的相加作用.

农药；重金属；联合毒性；发光菌

水生和陆生生态系统都会同时受到多种污染物的污染，当待测生物暴露在混合污染物中时，由于混合物中各组分相互影响、相互作用，会产生联合毒性，表现为相加作用、协同作用、拮抗作用或独立作用［1－3］.重金属与有机物的复合污染在环境中普遍存在，目前有关有机物之间的联合毒性［4－5］、重金属之间的联合毒性已有报道［6－7］，但对重金属与有机物联合毒性的研究较少［8－9］.本文研究了呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3种有机农药与重金属Cu、Zn、Cd以毒性单位配比为1∶1，1∶3和3∶1构成的二元混合体系对发光菌（Photobacteriumphosphoreum）的联合毒性，并采用相加指数法（AI）对联合毒性效应进行了评价，为复合污染的生态风险评价提供了依据.

1 材料与方法

1.1 实验材料

受试物：呋喃丹（75%）由吉林农业大学提供，产自吉林省磐石市金秋农药有限公司；氯氰菊酯（5%乳油）产自天津拜耳作物科学有限公司；溴氰菊酯（2.5%乳油）产自天津施普乐农药技术发展有限公司.重金属CuSO4·5H2O和Cd Cl2产自国药集团化学试剂有限公司，ZnSO4产自北京化工厂；重金属化合物均为分析纯.

实验材料：明亮发光杆菌（Photobacteriumphosphoreum）T3变种，由中国科学院南京土壤研究所微生物室提供.菌种按文献［10］进行培养.

1.2 单一毒性的判定

受试物对发光菌的单一毒性：测定方法参考文献［11］，并计算相对抑光率和发光抑制率为50%时的浓度值及95%的置信区间.

1.3 联合毒性的判定

为了研究呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3种农药与重金属Cu、Zn、Cd在不同浓度配比下对发光菌的联合作用是否存在很大的差异，本文设定3种农药分别与重金属Cu、Zn、Cd以毒性单位比为1∶3，1∶1，3∶1的比例混合，即1∶3时表明重金属的毒性配比大，1∶1表明两种混合物是等毒性的，3∶1表明农药的毒性配比大.根据预实验的结果，按与单一毒性相同的测定步骤，测定各混合体系对发光菌的联合毒性.

1.4 联合毒性的评价方法

采用相加指数法来评价3种农药与重金属二元混合物在3种配比下对发光菌的联合毒性.相加指数法是在毒性单位概念的基础上发展起来的.毒性单位是指当试验溶液的毒物浓度等于该毒物对某种水生生物的半数效应浓度c（EC50）时，则试验溶液对水生生物的毒性强度就为一个毒性单位.根据这个原理，混合物中i组分的毒性单位可表示为

式中：Ci为混合物中i组分的浓度；c（EC50，i）为第i种化合物单独作用时的EC50值.

相加指数法最早是由Marking提出来的［12］.若令M＝∑x（Ti），即各组分的毒性单位之和，则相加指数值（A I）的计算式可表示为：

相加指数法的评价标准是：当AI＝0时，为简单的相加作用；当A I＜0时，为拮抗作用；当AI＞0时，为协同作用.A I＝0是一种理想的相加作用，在实际实验中，由于存在误差，即使是相加作用，也很难恰好得到AI＝0的结果，因此Marking提出若A I的置信区间包含0，就认为是相加作用［8］.

2 结果与讨论

2.1 3种农药与重金属的单一毒性比较

呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3种农药与重金属Cu、Zn、Cd对发光菌的单一毒性结果见表1.从表1可以看出，有机农药中两种菊酯类农药的毒性都比呋喃丹的毒性强，其中溴氰菊酯在所测的化合物中毒性最强.重金属的毒性顺序为Zn＞Cu＞Cd.

表1 受试物对发光菌的单一毒性

2.2 3种农药与重金属的联合毒性比较

呋喃丹、氯氰菊酯、溴氰菊酯3种农药与重金属Cu、Zn、Cd构成的有机－无机二元混合体系在毒性单位比为1∶3，1∶1，3∶1配比下，发光菌的A I值见表2.

从表2可以看出，呋喃丹与Cu、Zn在3种配比下的联合作用主要表现为拮抗作用.分析各不同配比下拮抗作用的强弱，呋喃丹与Cu的拮抗作用接近，也就是说联合作用的强弱受混合物中各组分的比例影响较小；呋喃丹与Zn在不同配比下的拮抗作用存在一定差异，混合物中呋喃丹所占的比例越大拮抗作用越强，在1∶3的配比下，表现为近于相加的弱拮抗作用；呋喃丹与Cd的联合作用与Cu、Zn不同，表现为相加作用或近于相加的弱协同作用.

氯氰菊酯与Cu在等毒性配比时表现为拮抗作用，而在1∶3和3∶1的配比下则表现为相加作用；氯氰菊酯与Zn在3种配比下均表现为拮抗作用，而且拮抗作用的强弱接近；氯氰菊酯与Cd联合作用评价结果的A I值置信区间均包含0，说明其联合作用为相加作用，但从其值的大小可以看出，随着混合物中Cd浓度的升高，其A I值减小，说明其联合毒性也呈现出变小的趋势.

表2 混合物对发光菌的联合毒性

溴氰菊酯与Cu在1∶3的配比下，即Cu的比例较大时，表现为弱的拮抗作用，而在等毒性配比和3∶1配比时则为协同作用，从A I值可以看出，Cu在混合物中所占的比例越小，协同作用越强，可见少量的Cu会使溴氰菊酯的毒性增强，而多量的Cu则会减弱溴氰菊酯的毒性；溴氰菊酯与Zn在1∶3和1∶1配比下表现为拮抗作用，而在3∶1配比下则表现为一定的协同作用，可见Zn在低配比时，会使溴氰菊酯的毒性明显增加，这与Cu的作用机制类似；溴氰菊酯与Cd在1∶3配比时表现为弱的拮抗作用，而在等毒性配比和3∶1配比时则表现为相加作用，可见高配比的Cd对溴氰菊酯的毒性有一定的削弱作用.

从各重金属对有机农药毒性的影响来看，Cu与各有机农药作用后主要表现为拮抗作用，即毒性减弱的影响，与3种农药AI值总的变化趋势是：呋喃丹＜氯氰菊酯＜溴氰菊酯，说明由于Cu的加入，呋喃丹毒性减弱最多；其次是氯氰菊酯，毒性变化不大；最后是溴氰菊酯，有毒性增强的趋势.Zn与各有机农药作用后主要表现为拮抗作用，不同配比对3种农药的影响不同.当Zn在高配比（1∶3）时，总的表现为使3种农药的毒性减弱，其毒性减弱顺序为：溴氰菊酯＞氯氰菊酯＞呋喃丹，与呋喃丹作用时已表现为偏于拮抗的相加作用；当Zn在中配比（1∶1）时，与3种农药的作用表现为相差不大的拮抗作用，说明此配比下，Zn对3种农药的影响相近；当Zn在低配比（3∶1）时，其作用与Cu的作用趋势相似，表现为Zn的加入使呋喃丹毒性减弱最多，其次是氯氰菊酯，与溴氰菊酯的作用则表现为偏于协同的相加作用，毒性有增强趋势.Cd与各有机农药作用后主要表现为相加作用，总的来看与3种农药的AI值变化趋势是：氯氰菊酯＜溴氰菊酯＜呋喃丹，即Cd与氯氰菊酯表现为偏于拮抗的相加作用，Cd与溴氰菊酯表现为明显的相加作用（1∶3配比除外），Cd与呋喃丹表现为偏于协同的相加作用.

从以上分析来看，混合体系类型以及混合配比都会影响联合作用的结果，不能只用简单的相加模式预测影响效果.

3 结论

（1）Cu与各有机农药作用后主要表现为拮抗作用，即毒性减弱的影响，呋喃丹毒性减弱最多，氯氰菊酯毒性变化不大，溴氰菊酯则有毒性增强的趋势；Zn与各有机农药作用后主要表现为拮抗作用，不同配比对3种农药的影响不同，说明Zn与各有机农药的作用机理比较复杂，在研究实际复合污染时，要具体情况具体分析；Cd与各有机农药作用后主要表现为相加作用，但不同混合体系相加作用的程度有差异，Cd与氯氰菊酯表现为偏于拮抗的相加作用，Cd与溴氰菊酯表现为明显的相加作用（1∶3配比除外），Cd与呋喃丹表现为偏于协同的相加作用.

（2）不同的重金属与有机物复合，重金属在混合体系中起的作用并不相同，而且所占的比例不同时，联合作用结果也可能有较大差异，因此在实际的生态风险评价时，一定要考虑混合体系之间的联合作用.

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Joint toxicity of 3 pesticides and 3 heavy metals onPhotobacteriumphosphoreum

SU Li－min1，2，LIU Hui－qing1，LI Zhi－qun2，TIAN Zhu－jun2，LU Jun2，ZHAO Feng2，ZHU Xiao－lin1

（1.College of Urban and Environmental Sciences，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；2.Songliao Basin Institute of Water Environmental Science，Changchun 130021，China）

Joint toxicities of binary mixtures of 3 pesticides and heavy metals Cu，Zn，Cd onPhotobacteriumphosphoreumat different proportions－toxic unit ratios of 1∶1，1∶3，3∶1 were studied using microtox method.Additional index was adopted to evaluate the joint toxic effects.It was found that binary mixtures of Cu and 3 pesticides mainly showed antagonistic effects，the toxicity of carbofuran was weakened most，then cypermethrin，however toxicity of deltamethrin was slightly enhanced when combined with Cu.Binary mixtures of Zn and 3 pesticides mainly showed antagonistic effects and different effects were found at different Zn proportions.Binary mixtures of Cd and 3 pesticides mainly showed addition effects，the mixtures of Cd and cypermethrin showed addition effects close to antagonistic，the mixtures of Cd and deltamethrin showed clearly addition effects，however the effects of Cd and carbofuran was close to weak synergism.

pesticides；heavy metals；joint toxicity；Photobacteriumphosphoreu

X 171.5

610·10

A

1000－1832（2011）04－0137－04

2011－05－12

国家自然科学基金资助项目（21107012）；国家水体污染与治理科技重大专项课题（2009ZX07527－002）.

苏丽敏（1976—），女，博士，讲师，主要从事环境化学研究；通讯作者：刘惠清（1949—），女，教授，博士研究生导师，主要从事自然地理学研究.

方 林）