中国黄海抹香鲸组织多氯联苯的分布特征及其毒性分析

黄健生, 张琳玲, 谢翠美, 卢伟华*, 陈海刚



中国黄海抹香鲸组织多氯联苯的分布特征及其毒性分析

黄健生1, 张琳玲1, 谢翠美1, 卢伟华1*, 陈海刚2

(1. 东莞市海洋与渔业环境监测站, 广东 东莞 523888; 2. 广东省渔业生态环境重点实验室, 中国水产科学研究院 南海水产研究所, 广东 广州 510300)

为探讨多氯联苯(PCBs)在抹香鲸体内的富集情况与组织分布特征, 采用气相色谱-质谱联用仪测定了中国黄海海域抹香鲸体内23种PCBs同系物的含量, 并分析了其组成特征和国际毒性当量。结果表明, 中国黄海抹香鲸4个组织中 PCBs含量为0.0005～1.39 μg/g, 其中脑油中PCBs含量最高, 与脂肪处于同一数量级, 比肌肉中含量高2个数量级, 比血液高4个数量级, 体内PCBs含量大约为20 g; 抹香鲸组织中PCBs组成特征相似, 均以高氯代的PCBs为主, 同系物含量为0.07～324 ng/g, 含量较高的有PCB118、PCB138、PCB153和PCB180等9种物质, 其中PCBs同族物均以含6个氯原子的PCBs含量最高, 占总量的48.1%～58.0%, 含5个以上氯原子的PCBs占总量的86.1％～100.0％; 抹香鲸组织中的TEQs为4.40～1763 pg/g, 其脂肪组织中的PCBs含量与所比较的其他海域抹香鲸的含量同处于一个数量级, 初步推断中国黄海抹香鲸受PCBs污染程度不重。

抹香鲸; 多氯联苯; 分布特征; 毒性评价

0 引 言

抹香鲸(), 属齿鲸亚目抹香鲸科, 为国家二级保护动物, 是世界上最大的齿鲸, 体重可超60 t, 寿命达80龄, 分布于世界各大海洋, 有在两极和赤道附近洄游的习性[1], 喜吃大型乌贼、章鱼和鱼类等, 处在海洋食物链顶端, 近年因在中国东海和黄海发生数起抹香鲸死亡事件而受到广泛关注。多氯联苯(Polychlorinated Biphenyls, PCBs)在20世纪工业生产中有过广泛的用途, 分布范围遍至全球。PCBs具有亲脂性和难降解性, 能通过食物链作用富集在鲸豚动物体中, 尤其是脂肪含量高、寿命长、食量大的抹香鲸体中, 对其生殖系统、神经系统及免疫系统等产生危害[2–3]。目前, 国内对抹香鲸组织中的PCBs研究较少, 国际上则主要有Aguilar研究了大西洋东北部海域抹香鲸组织中的PCBs分布[4], Henry.分析了南非海域抹香鲸脂肪内的PCBs残留情况[5], Godard-Codding.探讨了PCBs对大平洋海域抹香鲸皮层组织中的细胞色素P-450表达的影响[6]。本研究拟对死亡于中国黄海海域的抹香鲸体内组织中的PCBs进行分析, 研究其分布规律和毒性情况, 为保护海洋鲸类哺乳动物及进一步揭示PCBs生物地球化学作用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 仪器与试剂

气相色谱-质谱联用仪, TR-5 MS毛细管柱(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm); 多样品浓缩仪; 全自动样品净化浓缩仪, 配有Biobeads S-X3, 200-400目填料, 70 g; IQ-300VED超声波; 乙酸乙酯及环己烷为色谱纯, 所检测的PCBs 标准品购自Dr. Ehrenstorfer公司。

1.2 样品来源

2008年1月, 在黄海海域(山东荣城海域)发现1头死亡的抹香鲸(), 雄性, 体长约19 m, 体重约50 t, 采集了血液、肌肉、脂肪(外层)和脑油等4个组织样品保存于-20 ℃冰箱直至分析。

1.3 样品分析

称取脂肪和脑油0.5 g于试管中, 加入1.0 g无水硫酸钠、5.0 mL乙酸乙酯/环己烷(体积比1﹕1), 涡旋5 min, 超声萃取20 min, 4000 r/min离心10 min (血液和肌肉样品则称取10.0 g, 同上步骤, 加乙酸乙酯/环己烷, 涡旋, 超声萃取, 离心, 取上层清液, 氮吹浓缩至5.0 mL, 加入1.0 g无水硫酸钠, 涡旋、离心), 提取液经0.45 μm滤膜抽滤, 移置另一试管中, 再加入5.0 mL乙酸乙酯/环己烷至原试管, 重复1次, 用乙酸乙酯/环己烷定容至10.0 mL, 混匀, 取5.0 mL注入全自动样品净化浓缩仪净化, 保持流速4.7 mL/min, 收集第12 min至第14 min淋洗液, 自动浓缩, 并用乙酸乙酯/环己烷定容到1.5 mL待检测分析[7]。

气相色谱载气为高纯氦气; 初始柱温65 ℃, 保持1.0 min后, 以50 ℃/min升温至170 ℃, 以10 ℃/ min升至200 ℃, 以5 ℃/min升至210 ℃, 以2 ℃/ min升至225 ℃, 以20 ℃/min升至280 ℃保持10 min。质谱离子源温度为250 ℃, 传输线温度为270 ℃, 离子化方式为EI, 电子能量为70 eV, 选择离子监测定性和定量[7]。

1.4 质量控制

选择PCB18、PCB52、PCB118和PCB194等4种标准品加标(分别加45.0 ng和180.0 ng标准浓度)测定, 外标法定量, 按照1.3、1.4中的方法分析测得的回收率为83.90%～95.70%, 变异系数为2.64%～9.81%, 可以满足分析研究。

1.5 毒性当量评估

2 结果与讨论

2.1 组织的PCBs含量

分析结果表明, 黄海海域抹香鲸的血液、肌肉、脂肪、脑油组织中23种PCBs同系物的含量分别为0.0005、0.017、1.16和1.39 μg/g。脑油的PCBs含量最高, 与脂肪处于同一数量级, 比肌肉高2个数量级, 比血液高4个数量级, 可见不同组织内PCBs含量差别显著。据Hoolsbeek.对北大西洋雄性抹香鲸的报道, 肌肉和脂肪组织的PCBs湿重含量分别在0.112～0.414 μg/g 和2.50～4.00 μg/g之间[9], Aguilar对西班牙海域抹香鲸的肌肉、脂肪和脑油组织的测定含量为0.325、6.59和9.48 μg/g[4], 其组织间的差异性与本研究基本一致。PCBs属于极性低、亲脂性化学物质, 有报道认为PCBs的含量水平和甘油三酸酯呈正相关关系[5]。因此, 各组织的甘油三酸酯含量不同应是导致各组织PCBs含量差异的主要因素。在国际上, 脂肪组织方面的研究较多, 如在1962年南极洲海域的抹香鲸未检出PCBs[4], 在1975年加勒比海域、1980年西班牙西北部海域、1995年比时利海域的抹香鲸脂肪中检出的PCBs含量分别为2.35、8.32和3.00 μg/g[4,9], 与本研究脂肪组织PCBs含量同处一个数量级, 污染程度相当。参考Hoolsbeek.的计算方法[9], 即肌肉和脂肪各占抹香鲸体重的三分之一, 得出抹香鲸体中的PCBs含量大约为20 g。

2.2 组织的PCBs组成特征

在抹香鲸血液、肌肉、脂肪和脑油组织中检出22种PCBs同系物, 含量为0.07～324 ng/g, 含量较高的有PCB118、PCB138、PCB153和PCB180等9种物质, 见图1。在血液中, 检出5种PCBs, 其中PCB180和PCB153含量最高, 分别占总量的27.4%和25.6%, 其次是PCB149、PCB118、PCB138, 分别占总量的18.5%、14.7%和13.8%。在肌肉中, 检出11种PCBs, 其中PCB153含量最高, 占总量的22.0%, 其次是PCB138、PCB170、PCB101和PCB149, 分别占总量的15.1%、12.2%、12.1%和11.0%。在脂肪中, 检出22种PCBs, 其中PCB153含量最高, 占总量的22.4%, 其次是PCB138、PCB101和PCB149, 分别占总量的15.8%、11.6%和10.9%。在脑油中, 检出21种PCBs, 其中PCB153含量最高, 占总量的23.3%, 其次是PCB138、PCB101和PCB149, 分别占总量的17.0%、12.3%和11.4%, 其余PCBs占总量的比例低于10%。在本次研究的血液、肌肉、脂肪和脑油组织中, PCBs同族物均以含6个氯原子的PCBs含量最高, 分别占总量的58.0%、48.1%、55.5%和54.4%, 其次分别是含5个和7个氯原子的同族物, 所占比例分别为14.7%～26.0%和10.4%～27.4%, 其中含5个以上氯原子的PCBs在4个组织中分别占总量的86.1%～100.0%, 见图2。可见, 各组织的PCBs以高氯代的化合物为主, 组成特征相似。这与中国东海中华白海豚和澳大利亚南部海域抹香鲸的脂肪组织, 以及中国南海糙齿海豚和北大西洋海域的抹香鲸的脂肪和肌肉等组织中PCBs的残留特征相符, 均以PCB 153、PCB138、PCB118等含5个氯原子以上的PCB同系物为主[7,9–12]。这种组成特征应与环境中高氯代的PCBs同系物比低氯代的更稳定更难降解, 尤其在苯环上2, 3, 4位或2, 4, 5位被氯原子取代的PCBs同系物最难降解有关[13], 推断在较长的一段时期内抹香鲸体内残留的PCBs仍将以上述几种较难降解的污染物为主。

图1 中国黄海抹香鲸组织中多氯联苯同系物的组成比例

图2 中国黄海抹香鲸组织中多氯联苯同族物组成比例

2.3 组织的PCBs毒性分析

在本次分析中检出PCB126、PCB169和PCB118等11种共平面PCBs同系物, 根据国际上估算二噁英类化合物PCBs毒性当量通用的方法, 计算得出血液、肌肉、脂肪和脑油的TEQs分别为4.40、2.44、3117和1763 pg/g, 见表1, 其中血液和肌肉组织的TEQ主要来自单邻位取代PCB118, 脂肪和脑油则来自非邻位取代PCB126和PCB169, 分别占总量的77.4%、21.6%和92.9%、5.73%, 可见不同组织TEQ的差异可达2个数量级。PCBs类化合物能够与细胞胞质体上的芳香烃受体结合, 导致细胞色素P450酶的基因表达改变, 从而对鲸豚类动物产生危害[2]。国际上对评价鲸类动物中PCBs危害安全值的研究不多, 参考Corsloini.报道的研究结果, 即海洋哺乳动物体中的TEQs在100～5000 pg/g之间可认为是健康的[14], 以及参考Wagemann.[15]有关体内PCBs浓度超过50～200 μg/g时可能会对鲸豚动物产生危害。参考皮层脂肪组织中的TEQs及PCBs含量可知, 黄海抹香鲸受到PCBs的污染程度尚未达到危害水平。但是, 鉴于已有斑海豹TEQs含量达到209 pg/g(脂重)将可能导致免疫功能紊乱, 水貂中的TEQs含量达到60 pg/g(湿重)可引起生殖问题, 一定量的PCBs会致使白鲸抑制其免疫反应的报道, 以及考虑该抹香鲸的TEQs比澳大利亚塔斯马尼亚海域2002年11月搁浅死亡的抹香鲸组织中的TEQs值28.5 pg/g高2个数量级等因素[16–17], PCBs对抹香鲸健康的威胁, 尤其是对能发出超声波(起着导航作用)的鲸脂器官的影响是否导致其迷航搁浅等课题仍亟待研究解决。

表1 中国黄海抹香鲸组织中多氯联苯的毒性当量(湿重)

3 结 论

(1)抹香鲸不同组织对PCBs总含量差异大, 所分析的4个组织的 PCBs含量为0.0005～1.39 μg/g, 其中脑油的含量最高, 与脂肪处于同一数量级, 比肌肉的含量高2个数量级, 比血液高4个数量级。

(2)抹香鲸组织中PCBs组成特征相似, 以高氯代的化合物为主, 同系物含量为0.07～324 ng/g, 含量较高的有PCB118、PCB138、PCB153和PCB180等9种物质, PCBs同族物均以含6个氯原子的PCBs含量最高, 分别占总量的48.1%～58.0%, 其次分别是含5个和7个氯原子的同族物, 所占比例为10.4%～27.4%, 其中含5个以上氯原子的PCBs在4个组织中分别占总量的86.1%～100.0%。组织中的TEQs为4.40～1763 pg/g, 其中脂肪和脑油比血液及肌肉组织高2个数量级。

(3)初步推断PCBs对抹香鲸的污染程度较轻, 没对其健康造成威胁, 不是该抹香鲸死亡的主因, 但是抹香鲸体内残留的PCBs多至20 g, PCBs对其健康的毒理作用和风险评估仍待进一步深入研究。

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Distribution and toxicity assessment of polychlorinated biphenyls (PCBs) in tissues of sperm whale from the Yellow Sea of China

HUANG Jian-sheng1, ZHANG Lin-ling1, XIE Cui-mei1, LU Wei-hua1*and CHEN Hai-gang2

1. Dongguan Marine and Fishery Environment Monitoring Station, Dongguan 523888, China; 2. Key Laboratory of Fishery Ecology Environment, Guangdong Province, South China Sea Fisheries Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China

To investigate the accumulation status and distribution patterns of polychlorinated biphenyls (PCBs) in sperm whale from Yellow Sea of China, the concentrations of 23 polychlorinated biphenyls (PCBs) were measured using GC/MS in different tissues of sperm whale. Formation characteristics and toxic equivalency of PCBs were analyzed as well. PCBs contents in four tissues of sperm whale ranged from 0.0005 μg/g to 1.39 μg/g. The tissue that had the highest concentration of PCBs was spermaceti oil, followed by blubber, muscle and blood. The levels of PCBs in the spermaceti oil and blubber tissues were close, which were two orders of magnitude higher than those in muscle tissues, and four orders of magnitude higher than those in blood tissues. The concentrations of PCB congeners in those tissues ranged from 0.07 ng/g to 324 ng/g. Distributionof different PCBs suggested that the concentration of PCB118, PCB138, PCB153 and PCB180 were higher than other congeners. Hexachlorobiphenyls accounted for 48.1% to 58.0% of total PCBHomologs groups in different tissues. The PCBs congeners which contained more than five chlorine atoms took 86.1% to 100.0% in the total PCBs in those tissues. The TEQs of PCBs in those tissues ranged from 4.40 pg/gto 1763 pg/g, while the weight of PCBs in the sperm whale was about 20 g. Comparing with the levels of PCBs in the tissues of sperm whale from other sea area, results suggested that the sperm whale from Yellow Sea of China was in a mild degree of PCBs pollution.

sperm whale; polychlorinated biphenyls; distribution characteristics; toxic equivalency

P593; Q89; X8

A

0379-1726(2013)03-0290-06

2012-07-02;

2012-11-20;

2013-01-14

东莞市科技计划资助项目(K10017K); 广东省渔业生态环境重点实验室开放课题基金(LFE-2011-02)

黄健生(1981–), 男, 硕士、工程师, 从事海洋与渔业环境监测研究工作。E-mail: zgqncfd@163.com

LU Wei-hua,E-mail: Lu@dg.cn; Tel:+86-769-23116111