PFOS对斑马鱼的急性毒性及安全浓度评价

郭晋姝 王金有 武佳琪 曹谨玲

摘要 [目的]探讨全氟辛烷磺酸（PFOS）对斑马鱼的生态毒性效应。[方法]采用静态染毒法研究不同浓度的PFOS暴露对斑马鱼的急性毒性效应。[结果]不同浓度PFOS暴露条件下斑马鱼出现鱼体侧翻、失去平衡、游泳能力和和呼吸能力减弱等中毒现象，随着PFOS暴露浓度的增加和暴露时间的延长，斑马鱼的死亡率也相应增加，存在明显的剂量效应和时间效应关系。PFOS对斑马鱼24、48、72、96 h的半致死浓度（LC50）分别为26.09、9.08、3.91和2.58 mg/L，安全浓度为0.258 mg/L。根据急性毒性分级标准，判断PFOS对斑马鱼的毒性为高毒。[结论]该研究结果可为掌握PFOS的生态毒性以及评价其生态风险和危害提供科学依据。

关键词 PFOS；斑马鱼；急性毒性；安全浓度；LC50

中图分类号 S94；X174 文献标识碼 A 文章编号 0517-6611（2017）07-0092-04

Acute Toxicity and Safe Concentration Assessment of Perfluorooctane Sulfonate（PFOS） to Danio rerio

GUO Jin-shu， WANG Jin-you，WU Jia-qi，CAO Jin-ling*

（College of Animal Science and Technology， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi 030801）

Abstract [Objective] To investigate the ecological toxicity effects of perfluorooctane sulfonates （PFOS） on Danio rerio. [Method] The acute toxicity effects of different concentrations of PFOS on D. rerio were studied by using static exposure method. [Result] The toxic symptoms of D. rerio appeared under the exposure of different concentrations of PFOS such as body roll， loss of equilibrium， declined swimming ability and respiratory ability. The death rate of D. rerio enhanced with increase of PFOS concentration and prolonging of exposure time， and there were obvious dose-response and time-response correlations. LC50 of PFOS to D. rerio at 24 ， 48 ， 72 ， 96 h were 26.09， 9.08， 3.91， 2.58 mg/L， respectively. The safe concentration of PFOS to D. rerio was 0.258 mg/L. According to the grading standard of acute toxicity， the toxicity of PFOS to D. rerio belonged to high toxicity. [Conclusion] The research results can provide scientific basis for studying the ecological toxicity of PFOS and evaluating its ecological risk and hazards.

Key words PFOS；Danio rerio；Acute toxicity；Safe concentration；LC50

全氟辛烷磺酸（Perfluorooctane sulfonate，PFOS）是全氟化合物中最具有代表性的一种物质。PFOS中具有极高化学键能的C-F共价键，使其具有很高的热和化学稳定性[1]，同时PFOS具有疏油疏水的特性，因此被广泛应用于纺织、皮革、造纸、润滑油、缓浊剂、洗涤剂和泡沫灭火剂等工业民用领域[2-3]。目前，水环境中PFOS的浓度数量级为ng/L，其中我国河海流域PFOS浓度达到1.11～7.65 ng/L[4]。近年来，PFOS在环境水体、野生生物、沉积物甚至人的血清和母乳中都有检出[2，5-7]。PFOS是一种能在环境介质和生物体内积累、影响性激素水平的环境内分泌干扰物[8]。PFOS具有肝脏毒性，使肝脏变小，影响能量代谢[9]；PFOS引起肝脏内的过氧化物增加，造成氧化损伤，直接或间接损害遗传物质，引发肿瘤[10-11]；PFOS破坏血清中皮质酮和瘦素水平的平衡，影响去甲肾上腺素的浓度，干扰动物的神经内分泌系统[12]；PFOS诱使胎儿中毒，造成幼龄动物畸形，延缓幼龄动物的生长发育等[13-14]。

斑马鱼，俗称蓝条鱼、花条鱼，隶属鲤科短鱼丹属。斑马鱼身体细长，尾部稍侧扁从微尖，臀鳍较长。尾鳍呈叉形，体侧有像斑马一样的纵向条纹，具有一定的观赏价值，是一种亚热带水观赏鱼类。斑马鱼除了具有经济价值和观赏价值外，因其具有个体小、产卵周期短、产卵量高、卵大、体外受精、体外发育等特点而被广泛应用于胚胎学、发育生物学、毒理学、分子生物学等研究，被当作理想的分子生物学和免疫学研究的脊椎动物模型，具有较高的科研价值和良好的应用前景[15]。PFOS对水生生物的毒性在以前仅有少量致死效应的报道[16-17]，但缺乏深入细致的研究。筆者以斑马鱼为研究对象，研究PFOS对斑马鱼的半致死浓度，并对其进行安全性评价，旨在为掌握PFOS的生态毒性以及评价其生态风险和危害提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用斑马鱼体长（3.2±0.5） cm，体重（0.38±0.50） g，购自太原市花鸟鱼市场。经过12 d暂养后，选择健康斑马鱼作为受試材料。试验期间，水温保持在25 ℃，溶解氧≥5 mg/L，pH在7.0左右，光照周期14 L∶10 D，每天定时定量投喂斑马鱼专用饲料。PFOS浓度40%，货号77283，购自Sigma-Aldrich贸易有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 预试验。

正式试验前，斑马鱼在经曝气的自来水中驯养12 d，在此期间自然死亡率低于5%。选择健康活泼、反应灵敏、大小一致的斑马鱼用于试验。在试验开始前1 d，停止对斑马鱼喂食。在同一规格的玻璃缸中分别加入10 L PFOS稀释液，浓度分别为1 000.0、100.0、10.0、1.0、0.1 mg/L。為保证试验浓度的准确性，试验液每天更换1次。同时，及时记录斑马鱼的行为、中毒症状以及24、48、72、96 h的死亡数量（轻触斑马鱼尾部，若无任何反应，则视为死亡），及时捞出死鱼，以免污染水质。

1.2.2 正式试验。

根据预试验结果，在斑马鱼96 h全部存活的最高浓度和96 h全部死亡的最低浓度之间设置6个PFOS浓度：0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L，每个浓度设3个平行。试验溶液调至相应温度后，从驯养鱼群中随机取出鱼并迅速放入各试验容器中，每个容器中放入15条斑马鱼，转移期间处理不当的鱼均应弃除。分别在PFOS暴露后3和6 h观察斑马鱼的行为，并记录试验鱼的异常行为和中毒状况，此后每隔6 h观察1次，直至96 h结束。及时捞出死鱼，并分别在24、48、72、96 h记录斑马鱼的死亡数。试验期间，每天定期检测水质。为避免试验器材对斑马鱼产生的影响，试验前用高锰酸钾对所有器材进行消毒处理。

1.3 数据统计与分析

根据PFOS对斑马鱼的急性毒性试验结果，通过线性回归方法得到回归方程[18]，计算PFOS暴露对斑马鱼24、48、72、96 h的半致死浓度（LC50）。按照以下公式计算安全浓度：SC=96 h LC50×0.1。式中，SC为安全浓度，96 h LC50为PFOS暴露96 h后斑马鱼的半致死浓度[19-20]。

2 结果与分析

2.1 斑马鱼PFOS中毒症状

斑马鱼中毒症状如下：初期斑马鱼表现异常，略显焦躁，游泳速度加快，无规律地游动，随着暴露时间的延长，斑马鱼的游泳能力减弱，呼吸能力下降，有些鱼体发生侧翻现象，失去平衡，在水体中不停旋转，浮在水面或沉在水底，最后鱼体死亡，腹部出现白色絮状物。

2.2 PFOS对斑马鱼的急性毒性

2.2.1 预试验结果。

PFOS暴露96 h后，斑马鱼全部死亡的最低浓度和全部存活的最高浓度分别为10.0和0.1 mg/L。1 000.0 mg/L PFOS组在暴露6 h后鱼体无规律地快速游动，呼吸频率异常，9 h时尾鳍摆动缓慢，游动明显缓慢，出现鱼体侧翻和鱼体旋转现象，失去平衡，腹鳍的摆动频率下降，沉于水底不动。12 h后开始出现死亡现象，24 h内鱼体全部死亡。100.0 mg/L PFOS组在暴露20 h后斑马鱼出现异常反应，有死亡现象，存活鱼体不停旋转，浮在水面，出现呼吸困难、呼吸能力减弱的现象，游泳速度也大大降低，甚至浮在水面或沉在水底不动。在暴露26 h后，100.0 mg/L PFOS组斑马鱼全部死亡。10.0 mg/L PFOS组在暴露24 h后出现鱼体中毒症状，34 h后出现鱼体死亡，48 h内全部死亡。1.0 mg/L PFOS组暴露24 h后出现鱼体旋转、侧翻、失去平衡的现象，开始有鱼体死亡，30 h内死亡2条，其余存活鱼的游泳速度缓慢，游泳能力减弱，此后鱼体活力有所恢复和上升。

2.2.2 正式试验结果。

正式试验浓度设置5个PFOS浓度：0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L。试验刚开始时，鱼体无明显异常现象，基本适应水环境。由表1可知，随着暴露时间的延长，鱼体从低浓度到高浓度出现中毒症状和死亡现象，且随着PFOS浓度的增加，斑马鱼的死亡率逐渐增加。空白对照组斑马鱼无中毒和死亡现象，鱼体表现正常。当PFOS暴露浓度为2.0～8.0 mg/L时，鱼体在24 h内均出现死亡现象，暴露96 h后8.0 mg/L PFOS组鱼体全部死亡，斑马鱼死亡率为100%；4.0 mg/L PFOS组斑马鱼死亡率高达93%，仅存活1条；2.0 mg/L PFOS组斑马鱼的死亡率为53%，存活的其他7条鱼体游泳速度降低，鱼体沉在水底或浮在水面缓慢移动，鱼体旋转或侧翻，失去平衡，呼吸能力下降，呼吸表现困难，聚集在氧气石周围不动或浮在水表面。0.5 mg/L PFOS组和1.0 mg/L PFOS组在48 h出现鱼体死亡，96 h后0.5 mg/L PFOS组斑马鱼的死亡率20%，1.0 mg/L PFOS组斑马鱼的死亡率达到33%，存活鱼体有活动能力受阻的现象。随着PFOS浓度的增加和暴露时间的延长，斑马鱼的死亡率也有所增加，且PFOS浓度越高，斑马鱼的死亡率越高，呈现出剂量-效应关系和时间-效应关系。

2.2.3 半致死浓度和安全浓度。

由表2可知，PFOS暴露24、48、72、96 h斑马鱼的LC50值依次为26.09、9.08、3.91、2.58 mg/L，表明PFOS对斑马鱼的毒性随着暴露时间的延长而显著增加。根据鱼类急性毒性分级标准[21]：若96 h LC50<1 mg/L，为极高毒；若96 h LC50为1～10 mg/L，为高毒；若96 h LC50为10～100 mg/L，为中毒；若96 h LC50>200 mg/L，为低毒。PFOS对斑马鱼96 h的 LC50介于1～10 mg/L，为 高毒；按照美国华盛顿州化学品毒性分级，属于B级，即为高毒性（表3）。PFOS对斑马鱼96 h的安全浓度为0.258 mg/L。

3 討论

3.1 不同种类水生生物对PFOS的敏感性不同

不同水生动物对PFOS的敏感性存在差异。LC50值越高，说明敏感性越低。PFOS对水生生物有较大的急性毒性，鱼类的LC50为4.20～81.18 mg/L[22-24]，藻类的EC50值为81.60～305.00 mg/L[22，25-26]，蚤类的LC50值为4.17～78.09 mg/L[22，24，27]。不同水生生物对水质的要求及环境的适应能力存在差异，从而导致不同水生生物对PFOS的耐受性不同。一般认为，鱼类中的不同种属会因生物学特征的差异而对污染物损伤的敏感性不同。该研究结果发现，1.0 mg/L的PFOS暴露24 h后斑马鱼体出现旋转、侧翻、失衡的中毒现象，开始有鱼体死亡，但此后存活斑马鱼鱼体活力有所恢复和上升，这可能是斑马鱼对水环境的一种适应能力和适应行为。根据急性毒性分级标准[21]，PFOS对斑马鱼表现为高毒，这可能是因为PFOS在水生生物食物链中有明显的生物蓄积效应[28]，而在通常情况下鱼类在食物链中有毒物质的富集程度较大，所以食物链中鱼类的PFOS含量较高[29]，鱼类对PFOS较为敏感，毒性较大。因此，斑马鱼的LC50值较低，表现为敏感性较高，呈高毒。

3.2 PFOS对斑马鱼的安全浓度评价

PFOS在生物体内主要分布于肝脏和血液，并能引起器官病变、发育过程、免疫系统、生殖系统、神经系统的毒性和致癌性等[30-35]。此外，PFOS具有较强的生物积累性，在哺乳动物、蚤类和其他水生生物食物链等高生态位的水生生物中都具有很强的生物富集作用[28]。该研究结果表明，PFOS对斑马鱼的96 h LC50值为2.583 0 mg/L，安全浓度为0.258 3 mg/L，根据鱼类急性毒性分级标准[21]，鱼类的96 h LC50介于1～10 mg/L，判断 PFOS对斑马鱼为高毒性。按照美国华盛顿州化学品毒性分级标准，PFOS毒性为B级，属于高毒性物质。2种毒性分级标准的判断结果一致。目前，PFOS在我国海河流域中的浓度为1.11～7.65 ng/L[4]，在美国加利福尼亚洲河流中PFOS浓度高达30～127 ng/L[36]，而PFOS对水生生物存在较高急性毒性的研究报道很少。同时，现阶段我国尚未制定PFOS对鱼类的安全浓度标准，而PFOS在水环境中的持久性、在生物体内的富集性以及对动物和人体潜在的毒性引起了广泛关注。因此，为了保护水生生物免受PFOS的危害，有必要开展PFOS对鱼类的急性毒性研究，为进一步确定PFOS对水生生物的安全浓度提供依据。

4 结论

笔者开展了水环境中不同浓度PFOS对斑马鱼的急性毒性试验，确定了PFOS对斑马鱼24、48、72、96 h的半致死浓度依次为26.09、9.08、3.91和2.58 mg/L，并计算出PFOS对斑马鱼96 h的安全浓度为0.258 mg/L。根据急性毒性的分级标准，判断PFOS对斑马鱼为高毒。该试验对PFOS的毒性进行了初步判断，丰富了PFOS对水生生物毒性的研究資料，为更好地掌握PFOS的生态毒性，评价其生态风险和危害提供了科学依据。

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