天然水体对有机氯污染物藻类毒性的影响

摘要 用去离子水和天然水体分别配制不同浓度的阿特拉津和PCB-77，研究2种有机氯污染物对蛋白核小球藻的毒性效应。通过观察藻的生长，计算出不同水体条件下有机氯污染物对小球藻生长抑制的96 h-IC50。结果表明，不同水体条件下阿特拉津和PCB-77对蛋白核小球藻的生长抑制作用存在差异，观山湖水体显著减小了阿特拉津和PCB-77的96 h-IC50值;天河潭水体显著减小了阿特拉津的96 h-IC50值，增大了PCB-77的96 h-IC50值，表明天然水体会影响有机氯污染物对藻类的毒性效应。

关键词 天然水体;有机氯污染物;毒性影响;藻类;阿特拉津;PCB-77

中图分类号 X 171.5  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2022）12-0060-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.12.016

开放科学（资源服务）标识码（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

由于现代工农业的快速发展，越来越多的工业废弃物和残留农药等污染物通过各种途径进入环境中，其中包括有机氯农药和多氯联苯等有机氯污染物[1]。有机氯污染物是一种典型的持久性污染物，在环境中可以通过多种介质进行迁移，并通过食物链在生物体内富集，从而对生态环境和人体健康产生危害[2]。联合国环境规划署（UNEP）已将持久性有机污染物看作世界面临的最大环境挑战之一，有机氯污染物也因其具有难降解性、生物积累性和致癌性等特点而受到广泛关注[3-4]。

据水环境研究显示，我国水体中有机氯污染物残留水平非常高，特别是南方地区经常出现水体有机氯含量超标现象[3，5]。水体中的有机氯污染物能够被细小生物摄取，并通过食物链传递到高等生物体内[6]。藻类是水环境中的初级生产者，对环境因子极其敏感，当其暴露于有害物质时，毒理效应将会对整个水环境生态系统产生影响[7-8]。同时，由于藻类具有对毒物敏感、易获得、个体小、繁殖快等特点，能够在较短时间内得到污染物对藻类世代及种群水平的影响评价，因此常被作为毒性测试的模式生物[1]。如曾莎莎等[9]在96 h的急性暴露下研究了5种有机磷农药对蛋白核小球藻的毒性相互作用。

当前对于有机氯污染物藻类毒性影响的研究主要集中在有机氯污染物的暴露浓度，对于其他环境因子与藻类毒理效应的研究较少[1]。开展天然水体对有机氯污染物藻类毒性影响的研究有利于进行生态风险评估，对水环境生态保护具有十分重要的意义。

为进一步评价有机氯污染物的环境毒理效应，该研究以蛋白核小球藻为模式生物，研究不同天然水体环境下阿特拉津、3，3′，4，4′-四氯联苯（3，3′，4，4′-Tetrachlorobiphenyl，PCB-77）2种典型有机氯污染物的毒理效应，以期为水环境生态保护和管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试材

阿特拉津，纯度97%，购买自百威林公司;PCB-77，纯度99%，购买于Accustandard公司。试验所用蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）购买自中国科学院水生生物研究所淡水藻种库。试验用水为去离子水。

1.2 样品采集 试验所用天然水体采集于贵阳市观山湖公园（106°64′E，26°64′N）和天河潭风景区（106°58′E，26°44′N），采集时间为2021年8月5日。采集时利用便携式水质采样器采样，每个采样地分5个采样点采取混合水样，采集后避光运输至实验室，利用0.45 μm微孔滤膜抽滤后于4 ℃条件下冷藏保存直至试验时使用。

1.3 试验方法

1.3.1 藻的培养。试验所用器皿均经过121 ℃高压蒸汽灭菌30 min，所用藻种利用BG-11培养液培养，培养至对数增长期备用。培养时放入智能光照培养箱，设置培养温度为（25.0±0.5）℃，光照度为3级，光暗比为14 h∶10 h，每天定时晃动3次。

BG-11培养基主要由超纯水和以下组分组成：NaNO3、K2HPO4、MgSO4·7H2O、Na2CO3、柠檬酸、柠檬酸铁铵、EDTANa2、CaCl2·2H2O、A5溶液[H3BO3、MnCl2·4H2O、ZnSO4·7H2O、CuSO4·5H2O、Na2MoO4·2H2O、Co（NO3）2·6H2O]，均为分析纯[10]，详细配方如表1。

1.3.2 总有机碳的测定。

总有机碳（total organic carbon，TOC）的测定采用燃烧氧化-非分散红外吸收法，水样直接用TOC-L CPH总有机碳分析仪（岛津，日本）测定总碳和无机碳，用差减法算出TOC[11]。

1.3.3 有机氯污染物对藻类毒性影响效应试验。用90 mL去离子水和天然水体分别与10 mL培养好的蛋白核小球浓缩藻液混合，置于250 mL锥形瓶中进行培养，初始藻细胞密度约为2.5×106 cells/mL。同时向锥形瓶中添加溶解于助溶剂丙酮中

的不同浓度梯度阿特拉津和PCB-77母液，根据有机氯污染物毒性和溶解度设定阿特拉津的初始浓度梯度为0、80、160、320 μg/L，PCB-77的初始浓度梯度为0、2、6、8 μg/L。其中0梯度为空白对照，每个浓度点试验都设置3个平行组。其中，助溶剂丙酮的添加浓度低于1 μL/mL，经前期预试验测定，此浓度以下的丙酮溶液对蛋白核小球藻没有毒性。

样品瓶用灭菌滤纸封口后统一放在（25.0±0.5）℃室内静置培养96 h，光照周期为14 h∶10 h，每天定时人工摇藻5次，每24 h对消耗的阿特拉津和PCB-77进行补充。

1.3.4 半抑制浓度测定。藻细胞采用血细胞计数板在显微镜下进行观察计数，并通过以下公式计算：

I= （1-Nt/N0） ×100%（1）

式中，I为藻的生长抑制率，Nt和N0 分别代表试验组和空白组的蛋白核小球藻的细胞密度。依托有机氯污染物浓度与小球藻96 h生长抑制率变化绘制剂量-效应关系曲线，根据所得剂量-效应关系曲线，使用SPSS 25.0软件，选用Four-Parameter logistic方程进行非线性回归计算出阿特拉津和PCB-77的96 h后令小球藻相对抑制率为50%时的污染物浓度（96 h-IC50）。

1.4 数据分析 试验数据采用 Excel 作图分析，并用SPSS 25.0软件进行方差分析。数据均为3次重复测定值的平均值。

2 结果与分析

2.1 不同水体对有机氯污染物藻类毒性效应的影响

不同有机氯污染物对藻类有不同的毒性效应，按照“1.3.3”试验方法，96 h后取样测定藻细胞密度。根据公式（1）计算出不同水体条件下阿特拉津和PCB-77对蛋白核小球藻的生长抑制率，结果如图1所示。由图1可知，阿特拉津对小球藻的毒性效应在3种水体（观山湖水体、天河潭水体、去离子水体）中总体呈随浓度增加抑制作用增长速率先增强后减弱的趋势，且在受试浓度范围内3种水体中对小球藻的最高抑制率都超过50%。PCB-77对小球藻的毒性效应在观山湖水体和去离子水体中总体同样呈随浓度增加抑制作用增长速率先增强后减弱的趋势，最高抑制率大于50%;但在天河潭水体中，PCB-77对小球藻的生长在浓度低于2 μg/L时无显著影响，在浓度为8 μg/L时对小球藻的抑制率未达到50%。与去离子水相比，观山湖水体显著增强了2种有机氯污染物的毒性，天河潭水体明显增强了阿特拉津毒性，削弱了PCB-77毒性。

2.2 不同水体条件下阿特拉津和PCB-77对小球藻的96 h- IC50值

根据阿特拉津和PCB-77对小球藻的生长抑制剂量-效应关系曲线计算出3种水体（观山湖水体、天河潭水体、去离子水体）条件下有机氯污染物对小球藻生长抑制的96 h-IC50，结果如图2所示。由图2可知，在去离子水体中阿特拉津和PCB-77的96 h-IC50值分别为269.271和6.871 μg/L，观山湖水体明显减小了阿特拉津和PCB-77的96 h-IC50值，分别减小了24.5%和72.4%;相比去离子水体，天河潭水体明显减小了阿特拉津的96 h-IC50值，减小了36.9%，增大了PCB-77的96 h-IC50值，增大了45.6%。

上述结果表明，不同水体条件下阿特拉津和PCB-77对蛋白核小球藻的生长抑制作用存在差异，且不同浓度对小球藻的生长毒性效应也不同。同时天然水体能够增强或削弱阿特拉津和PCB-77对小球藻的毒性。

3 讨论

天然水体中天然有机质（NOM）广泛存在，因此在研究有机污染物在天然水环境中的环境行为和生态效应时还需要考虑天然有机质的影响。天然有机质主要由腐殖质和非腐殖质组成，其中非腐殖质占20%～40%的总有机碳含量;腐殖质占60%～80%的总有机碳含量，在天然有机质中占主要地位。有研究指出，天然有机质能够与有机污染物相互作用，从而影响有机污染物的迁移、转换、降解和生物可利用性等环境行为[12]。天然有机质对有机污染物特别是疏水性有机物的水生生物有效性和毒性存在以下几种影响作用：①增溶作用，增加疏水性有机物在水中的溶解度;②对降解性的影响，影响疏水性有机物的光降解速率，从而影响生物毒性;③减小有效浓度，与疏水性有机物结合，降低水体中疏水性有机物的游离态浓度，减小其的生物可利用度;④形成保护膜，减少生物体与污染物的接触，从而减小污染物毒性[13]。同时，疏水性有机物大多在水中的溶解度较低，天然有机质主要通过增大疏水性有机物在水中溶解度的方式影响其在水体中的环境行为[14]。