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编号:10260721
氯酚在鲫鱼体内的分布、存在形式与生物富集研究
http://www.100md.com 《卫生研究》 1999年第3期
     作者:王 芳 林少彬 陈亚妍

    单位:王 芳 林少彬 陈亚妍 中国预防医学科学院环境卫生监测所,北京 100021

    关键词:氯酚;氯酚存在形式;生物富集

    卫生研究990314 摘要:用气相色谱-电子捕获检测器法测定鱼组织中4种有代表性的氯酚(CPs)及其共轭物。选取CPs分别对鲫鱼在室温(22±5)℃进行96h半静态染毒实验。实验发现:24h换一次水,能充分保证CPs实验水的浓度恒定,鱼的存在并不影响实验水的浓度。实验水系统中,CPs在鲫鱼(Cruican carps)体内的分布和积累的研究结果表明,CPs在鱼体内以游离CPs及其共轭物2种形式存在。CPs总量在各鱼组织间的分布顺序为:胆>肝、肾>肌肉,随着氯(Cl)原子数目的增多,CPs共轭物所占比例亦增大,而PCP共轭物所占比例则较TCP有所下降。胆组织中CPs共轭物由葡萄糖苷酸共轭物和硫酸酯共轭物2种形式组成,其中葡萄糖苷酸含量大于93%。通过计算生物浓缩因子(BCF)值来度量CPs在鱼组织中的生物富集效果。由胆中游离氯酚和硫酸酯共轭物得到的BCF值均与正辛醇/水体系的分配系数KOW没有相关性;而通过葡萄糖苷酸共轭物和CPs总量分别计算得到的BCF值均与KOW有较好的相关性,(r>0.96)。鲫鱼鱼胆的BCF,在2.0×103~6.3×103之间。
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    中图分类号:X835.01 X503.225

    Study on the existence, distribution and bioaccumulation of

    chlorophenols in crucian carps

    Wang Fang, Lin Shaobin, Chen Yayan

    Institute of Environmental Health Monitoring, Chinese Academy of Preventive Medicine,Beijing 100021,China

    Four representative chlorophenols(CPs) and their conjugates in fish tissues were determined by gas chromatography with electron capture detector(GC-ECD). Crucian carps were exposed to water contaminated with CPs or not contaminated water separately at room temperature(22±5℃) for 96h. If the contaminated water samples are continuously replaced at 24h interval, the concentration of CPs can be maintained constant throughout the experiment. The presence of fish will not have influence on the concentration of CPs. The experiment results showed that both free and conjugated CPs existed in fish tissues. The total amount of these chlorophenols in fish tissues is bile>liver and kindney>muscle. The proportion of conjugated CPs increases with the number of chlorine atoms in each compound, nevertheless, the proportion of conjugated CPs in PCP is less than that of TCP. Conjugated CPs in bile are composed of glucuronide and sulfate ester conjugates, and glucuronide conjugate is over 93%. The bio-accumulation of CPs in fish tissues is expressed by bio-concentration factors (BCF).The BCF abstained from free CPs and their sulfate ester conjugate in bile has no correlaton with the partition coefficient of 1-octanol/water system(KOW).On the other hand, a good correlation is observed between BCF and KOW abstained from glucuronide conjugate and total amount of CPs(r>0、96).The bioconcentration factors(BCF) of CPs in bile are 2、0×103~6.3×10\+3.
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    Key words:chlorophenols, cruican carps, bioaccumulation

    在工业上大量使用氯酚类化合物作为农业化学品、药品、生物杀伤剂和染料,并广泛存在于环境中。瑞典环境保护局研究发现:含有氯酚(CPs)的造纸废水严重影响了鱼的正常生长发育,使鱼的体长和体重增长速度减慢。生物富集是化学品通过鳃或其它生物膜输送至各脏器组织,使其在鱼体内累积的过程,通常以生物浓缩因子(BCF)来度量化学品在鱼体中累积的趋势[1,2]。定义为:

    Cf=BCF×Cw

    Cf和Cw分别为化学品在鱼组织内和水中的浓度。国外学者通过测定鱼胆中CPs共轭物来反映其所在水域的污染情况,但研究的多为虹鳟、虹鱼将、黑头软口鲦等本国鱼。本文选取了4种有代表性的CPs:2-氯酚(MCP)、2,4-二氯酚(DCP)、2,4,6-三氯酚(TCP)和五氯酚(PCP)分别对鲫鱼在室温进行96h半静态染毒实验,初步探讨CPs在鲫鱼体内的分布、存在形式及其生物富集情况。
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    1 实验部分

    1.1 材料和试剂

    实验用鱼为北京市水产科学研究所的当年生鲫鱼,体重21~35g。在备有塑料窗纱制网盖的大白搪瓷桶(40L)中驯养5~6天。驯养期间不喂食,充分曝气。

    所用乙酸乙酯、环乙烷、吡啶、乙酸酐等有机试剂均经重蒸。碳酸钾、盐酸、硫酸、亚硫酸氢钠、乙酸盐缓冲溶液、β-葡萄糖苷酸酶(G-0376)和硫酸酯酶(S-8629)。

    1.2 实验方法

    染毒实验 4种CPs分别单独实验,每个搪瓷桶内投四尾鱼。试验在半静态条件下进行,每隔24h更换一次水。实验用水经过除余氯(经过颗粒活性碳过滤)和曝气处理过的自来水,水质情况总余氯(Cl2)<0.01mg/L,pH7、4~8、0,温度(22±5)℃,总硬度(CaCO3)计355mg/L,溶解氧(O2) 7、03mg/L。CPs各实验水浓度选择低于鲤鱼类96h LC50的浓度配制。MCP、DCP、TCP和TCP各实验水浓度分别为1.0、0.54、0.25和0.033mg/L。同时设丙酮对照组。实验期间不喂食,不曝气。预实验结果表明,鲫鱼在整个实验过程中可正常地生活在含有CPs的实验水中。在96h实验后,取胆、肝、肾和肌肉组织按预处理方法进行处理,最后在GC-ECD进行定量测定[3]
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    2 结果与讨论

    2.1 实验水中CPs浓度在24h内的稳定性变化

    为检验CPs的挥发性、鲫鱼的新陈代谢等因素对实验水浓度变化的影响程度,通过测定24h内不同时间采集的两组CPs实验水样(有无鱼存在)进行分析测定。结果表明,CPs在24h内浓度变化均很小,两组数据没有显著性差异。由此认为:24h换一次水,可充分保证CPs实验浓度的恒定,鱼的存在并不影响实验水的浓度。

    2.2 CPs在鱼组织中的分布和存在形式

    对空白对照组鱼体内各组织的分析测定,结果表明空白鱼样中没有CPs的存在。

    从表1可见,CPs在鱼体内以游离和共轭物两种形式存在。CPs总量在各组织中的分布顺序为:胆>肝、肾>肌肉,胆中CPs浓度远远大于其它组织。在胆中CPs主要以共轭物形式存在,其含量均大于95%;而在肾和肌肉组织中,则主要以游离CPs形式存在,其含量大于52.7%;肝游离CPs和共轭物含量相差不大。在各组织中,随着氯原子的增多,CPs共轭物所占比例亦增大,而PCP共轭物所占比值则较TCP有所下降。原因可能是由于5个氯原子的存在,减少了苯环与生物组织的接触面,即空间效应防止PCP与各种酶的结合,影响了它向生物体内的迁移。
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    表1 CPs在鲫鱼组织中的分布(n=4)(1) 组织

    MCP

    DCP

    游离(μg/g)

    共轭物

    (μg/g)

    共轭物

    比值(%)

    游离

    (μg/g)

    共轭物

    (μg/g)
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    共轭物

    比值(%)

    胆

    95.0±7.6

    1977.0±145.0

    95.4

    31.5±2.6

    1885.0±297.0

    98.4

    肝

    113.7±9.4

    105.5±13.0
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    48.1

    154.1±6.2

    456.5± 7.2

    74.8

    肾

    29.0±1.1

    13.6± 9.1

    31.8

    62.0±0.6

    87.5±27.0

    58.5

    肌肉

, 百拇医药     4.9±0.4

    0.3± 0.6

    5.4

    11.0±2.3

    0.6± 2.1

    5.3

    组织

    TCP

    PCP

    游离(μg/g)

    共轭物

    (μg/g)

    共轭物
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    比值(%)

    游离

    (μg/g)

    共轭物

    (μg/g)

    共轭物

    比值(%)

    胆

    2.98±0.20

    1111.0±94.0

    99.7

    7.22±0.50

    183.4±8.30
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    96.2

    肝

    0.53±0.04

    11.2±2.1

    95.5

    0.41±0.05

    2.86±0.90

    87.5

    肾

    6.37±0.60

    5.4±2.1

    45.8

, 百拇医药     2.86±0.10

    1.38±0.70

    32.5

    肌肉

    0.48±0.03

    0.43±0.03

    47.3

    0.28±0.03

    0.05±0.04

    15.2

    注:(1) CPs共轭物比值等于其与游离CPs及其共轭物之和的百分比。

    CPs在鱼肝中发生结合反应生成亲水性的代谢产物排到胆囊。因胆液是水溶性的,CPs共轭物含量大于游离CPs含量;而肌肉和肾脏组织的类脂物含量相对较大,因此在这些组织中,游离CPs含量相对多些。通过表2可见,在胆中CPs共轭物以葡萄糖苷酸共轭物和硫酸酯共轭物两种形式存在,其中葡萄糖苷酸含量大于93%,且其含量也随着氯原子数目的增多而增大,PCP共轭物所占比值比TCP有所下降,同CPs共轭物所占比例规律相同。本结果与Oikari,Soderstrom等的研究结论相同[4,5]。然而葡萄糖苷酸酶的作用和转化过程受外部条件影响较大,诸如温度、光照等。水的温度会影响鱼的呼吸和热量摄入,也就影响了污染物的摄取、排泄、鱼类的生长及其类脂含量;许多种酶均呈现昼夜周期,在晚上酶活性最大。由于客观原因,在实验期间不能保持恒定的温度和光周期,因此实验结果存在一定的误差。
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    表2 鱼胆中CPs共轭物的组成情况

    μg/g BCF

    游离CPs

    葡萄糖苷酸共轭物

    硫酸酯共

    轭物

    葡萄糖苷酸

    共轭物比值

    MCP

    95.00

    1992.0

    145.3
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    93.2

    DCP

    31.50

    1834.0

    24.9

    98.7

    TCP

    2.98

    995.0

    3.2

    99.7

    PCP

    7.22
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    185.9

    1.6

    99.2

    2.3 CPs在鱼组织中的积累

    随着氯原子数目的增多,CPs的亲脂性逐渐增大,越趋于在鱼体内累积。有机化合物的正辛醇/水体系分配系数(KOW)反映化学物质在水体系向有机体系间的迁移能力,是描述其在环境中行为的重要物化特性参数,与化合物的水溶性和生物浓缩因子密切相关。通过计算生物浓缩因子(BCF)值来度量CPs在鱼组织中的生物富集效果,在脂溶相分配达到一定程度时,BCF值与KOW存在一定的相关性。

    表3 鱼胆内不同的生物浓缩因子值 BCF

    lgKow
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    lgBCF游离

    LgBCF硫酸脂

    lgBCF葡萄糖苷酸

    lgBCF

    MCP

    2.15

    1.97

    2.16

    3.29

    3.34

    DCP

    3.08
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    1.78

    1.68

    3.55

    3.56

    TCP

    4.03

    1.07

    1.08

    3.60

    3.60

    PCP

    5.15

    2.37
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    1.74

    3.78

    3.80

    r

    0.159

    -0.657

    0.967

    0.973

    胆中游离氯酚和硫酸酯共轭物的BCF值较小,均与KOW没有相关性。原因可能是游离氯酚和硫酸酯共轭物在胆中所占比例偏低,造成其含量与CPs亲脂性之间的关系不明显。通过葡萄糖苷酸共轭物和酶水解所得的CPs总量分别计算得到的BCF值均在同一数量级,BCF值在2.0×103~6.3×103之间;且随着氯原子数目的增多均变大,而且lgBCF值均与lgKow有较好的相关性,相关系数r>0.96。因此只能用葡萄糖苷酸共轭物和酶水解所得的CPs总量计算BCF值来表示在鱼体内的生物富集效果。
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    本实验是在一定的浓度条件下,对鲫鱼染毒96h实验后得到的生物浓缩因子值。影响BCF值的因素有很多种,诸如水中的CPs浓度、鱼体的暴露时间、所选择的鱼种、水体系的温度、光照条件等因素,其中以水中的CPs浓度和鱼体的暴露时间为主要影响因素。本实验得到的BCF值比文献偏低,原因可能是水中CPs的浓度较低,鲫鱼在CPs实验水中的暴露时间太短,造成CPs在鱼体内的富集还未达到平衡所致;也许鲫鱼自身的生物富集效果没有虹鳟好。因此,本实验只是初步探讨了在一定浓度条件下,染毒96h后的鲫鱼生物富集效果。为了得到更多的有关鲫鱼CBF值信息,须进行慢性毒理实验。在不同浓度、不同的染毒时间条件下,分别采水样和鱼样测定,以确定其在鱼体内达到富集平衡的时间,测定富集达到平衡状态时的BCF值以评价鲫鱼的生物富集效果,然后进行释放实验,观察鱼体内CPs的排泄情况,再通过大量的实际样品分析,检验方法的可靠性。

    结论:4种氯酚在鲫鱼组织中的分布顺序:胆>肝、肾>肌肉;CPs在鱼体内以游离CPs及其共轭物2种形式存在;鲫鱼鱼胆内CPs生物浓缩因子值均在同一数量级,BCF值在2.0×103~6.3×103之间。
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    劳动人事部留学人员回国基金资助

    作者简介:王芳,女,硕士,工程师,现在工作单位:化工部北京橡胶工业研究设计院物理化学室,100039

    参考文献

    1 Kishino T and Kobayashi K Relation between toxicity and accumulation of CPs at various pH, and their absorption mechanism in fish. Wat Res.,1995,29(2).431—442

    2 何艺兵,赵元慧,王连生,等.有机化合物正辛醇/水分配系数的测定.环境化学,1994,13(3):195—197

    3 王芳,林少彬,陈亚妍.鱼组织中氯酚及其共轭物的分离与测定.卫生研究,1998,27(3):204—205
, 百拇医药
    4 Soderstrom M, Wachtmeister, Forlin L. Analysis of chlorophenolics from bleach kraft mill effluents(BKME) in bile of perch from the Baltic sea and development of an analytical procedure also measuring chlorocatechols. Chemosphere,1994,28(9):1701—1719

    5 Saarikoski J, Vilukesla M. Relation between physicochemical parameters of phenols and their toxicity and accumulation in fish. Ecotox. Environ Saf,1982,6:501—510, http://www.100md.com