四溴双酚A和纳米材料对金鱼藻的复合作用_戴朝霞.pdf

第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023四溴双酚 A 和纳米材料对金鱼藻的复合作用戴朝霞1,2,刘海霞1,2,姜伟立2,刘伟京2(1 江苏开放大学环境生态学院,江苏 南京 210016;2 江苏省环境工程重点实验室,江苏 南京 210017)摘 要:纳米材料排放到水环境后,吸附环境中的污染物,对水生生态系统造成生态危害和影响,本文以生态毒理学理论为基础,以典型有机物四溴双酚 A(TBBPA)、多壁碳纳米管(MWCNTs)为研究对象,研究其在水环境中的行为及其对水生生物氧化胁迫指标的影响。并得到以下结论:MWCNTs 影响金鱼藻对 TBBPA 的富集量及氧化胁迫程度。抗氧化系统的诸多参数如 SOD、GSH 等从酶学和分子水平上反映了污染物对金鱼藻的损伤,可考虑作为水环境中生物监测指标。关键词:四溴双酚 A;生物有效性;金鱼藻;多壁碳纳米管中图分类号:X173 文献标志码:B文章编号:1001-9677(2023)02-0073-04 基金项目:“江苏省环境工程重点实验室”开放基金 纳米材料对有机污染物生物有效性的影响研究(No:KF2013002);“江苏省环境工程重点实验室”开放基金 环保酵素在水污染治理中的研究(KF2015008)。第一作者:戴朝霞(1977-),女,副教授,主要从事环境科学研究。Effect of Nano-materials on Bioavailbility of TBBPA onCeratophyllum DemersumDAI Zhao-xia1,2,LIU Hai-xia1,2,JIANG Wei-li2,LIU Wei-jing2(1 School of Environmental Ecology,Jiangsu Open University,Jiangsu Nanjing 210016;2 Jiangsu Province Key Laboratory of Environmental Engineering,Jiangsu Nanjing 210017,China)Abstract:After nanomaterials are discharged into the water environment,they adsorb pollutants in the environmentand cause ecological hazards and impacts on aquatic ecosystems.Tetrabromobisphenol A(TBBPA),nanometer MWCNTswere chosed as the pollutants to probe their behavior and oxidative stress in aquatic organisms The main contents andresults of the experiments were as follows:MWCNTs influenced bioaccumulation and oxidative stress of TBBPA onCeratophyllum demersum.As the reactive oxygen species defense,activities of the antioxidant enzymes(SOD and GSH)were affected compared to the control group,and they can be considered to be biological monitoring standards in aquaticenvironment.Key words:TBBPA;biological availability;Ceratophyllum demersum;MWCNTs在水环境中,水生高等植物对于保持水体稳定,起到关键性作用,沉水植物如金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)是非常敏锐的生态物种,因其完全水生的特点,对环境变化最为敏感1。金鱼藻作为水生植物研究中较为常用的模式植物,同时也是一种抗污染植物,可以作为污染的指示生物物种2。国内外关于金鱼藻的研究报道迅速增多3-5,大量文献表明,金鱼藻能够富集重金属镉,对重金属污染的去除有重要意义,金鱼藻暴露在重金属和一些除草剂污染的水体中,会发生应激性反应,抗氧化系统活跃。研究发现,在金鱼藻的培养液中提取出来生物碱,这对斜生栅藻的生长有明显的生化干预作用6。人工纳米材料进入水体,造成水生生态系统的污染,通过食物链对人类健康产生潜在的危害。纳米材料由于其自身特殊的理化性质,对环境中存在的持久性有机污染物产生吸附作用,有可能一方面改变其自身的生物效应,同时又引起环境中其他污染物生物效应的改变。美国纳米技术开发署(National Nanotechnology Initiative)报道,目前世界范围内产量较大的纳米材料为碳素、金属氧化物。研究纳米金属氧化物的水生态安全,目前已经取得较好的研究成果。研究中发现,nZnO 富集于四膜虫的食物泡中,并诱导四膜虫体内自由基升高,抑制超氧化物歧化酶的活性。而多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)和四溴双酚 A(tetrabromobisphenol A,TBBPA)作为典型的持久性有机污染物,已经在世界各地被检出。尤其在我国,各大水体中都大量存在PAHs 和 TBBTA,而且含量逐渐增加,已经有大量文献研究证实其环境效应。因此纳米材料排放到水环境后,吸附环境中的污染物,对水生生态系统造成生态危害和影响,旨在研究其可能造成的影响,以及一定程度上评价及其影响机制,确定可能存在的潜在生态风险,本文以金鱼藻为对象,主要研究:(1)在室内模拟条件下,四溴双酚 A(TBBPA)在金鱼藻内的富集和生态效应;(2)纳米材料(MWCNTs)对 TBBPA 在金鱼藻内的生物有效利用性及其氧化胁迫的影响。旨在阐明 MWCNTs 和 TBBPA 在沉水植物中的复合富集效应以及产生的氧化胁迫毒性效应和机理,进而探讨能否筛选出对此反应灵敏的氧化胁迫指标,为其在水74 广 州 化 工2023 年 1 月环境中早期污染暴露安全性和生态风险评价提供科学依据。1 实 验1.1 仪器与试剂仪器:RE52 旋转蒸发器;HP1100 高效液相色谱;UV1600紫外可见分光光度计;Bruker EMX 10/12 型 ESR 谱仪;RF-5000 型岛津荧光分光光度计;BeckmanJ2-HS 高速冷冻离心机;DK-S24 恒温水浴锅;冷冻干燥仪。试剂:四溴双酚 A(TBBPA,97%),Aldrich;多壁碳纳米管(MWCNTs,20 40 nm),深圳纳米港公司;2-硫代巴比妥酸(TBA,2-thiobarbituric acid)、Florisil(60 100 目),ACROSOrganics;甲醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷,Tedia;其余试剂均采用分析纯以上试剂。1.2 实验材料及暴露条件实验对象为江苏省南京市江心洲的金鱼藻。培养后,选择健康,生长、大小等状况差不多一致的金鱼藻,用清水洗净金鱼藻,放入烧杯中,每个烧杯中放入大约 8 g 的金鱼藻,继续用营养液进行为期 7 天的培养,每天换水。MWCNTs 和 TBBPA 共同暴露:分为参照组和受试组。每组均设置平行样。参照组用改良 Hoagland 营养液进行培养,实验组分别暴露于 0、0.04、0.2、0.4、0.8 和 2.0 mg L-1MWCNTs-0.5 mgL-1TBBPA-改良 Hoagland 营养液中,根据动态实验结果选择暴露时间为 14 d。每天换水一次。1.3 取样和样品预处理实验时间到达后,采集金鱼藻样品,收取时经过自来水、去离子水冲洗干净,吸干金鱼藻根叶表面的水分,根据实验方法,称重,液氮以及冰柜保存,用于指标的分析测定。1.4 测定方法1.4.1 植物中 TBBPA 的富集量测定称取一定量金鱼藻样品,冷冻干燥后磨成粉末,超声萃取20 min(甲醇溶液),重复3 次,合并上清液,旋转浓缩,过柱,柱中上层装无水硫酸钠,下层装弗罗里土,二氯甲烷淋洗。过柱后浓缩至少量,定容。LC-MS、HPLC 分析。1.4.2 其他指标测定方法自由基测定,取样后的金鱼藻经过冷冻干燥,剪碎称量,装入内径为 3 mm 石英管中 EPR 分析7-8。丙二醛含量(MDA)测定,双组分分光光度计法9。谷胱甘肽含量(GSH)测定采用荧光分光光度法,参照Gupta 等10(1998)以及Hissin 和Hilf11(1976)的方法。蛋白和酶活性(SOD)测定采用邻苯三酚自氧化法10。1.5 统计分析实验结果表述形式为平均数标准误差。使用 SPSS 统计软件差异性显著分析,差异显著(P 0.05),差异极显著(P 0.01)。自由基数据用 Origin 7.0 统计软件进行处理。2 结果与讨论2.1 MWCNTs 对 TBBPA 在金鱼藻中富集及自由基信号的影响MWCNTs 对 TBBPA 在金鱼藻中富集量及自由基信号的影响见图1。当 MWCNTs 的浓度为0.04 mgL-1时,发现 TBBPA 在金鱼藻中的富集量呈下降趋势,当 MWCNTs 的浓度为 0.20 mgL-1时,是一个拐点,出现了富集量回升趋势。金鱼藻中 TBBPA的富集量降低。而自由基信号强度随 MWCNTs 浓度变化则没有明显规律。当 MWCNTs 的浓度为 0.04 mgL-1时,自由基信号强度有个显著降低。可能原因是自由基和富集量呈线性相关关系,MWCNTs 浓度低时,吸附的 TBBPA 在金鱼藻中的富集量也就降 低,诱 导 产 生 的 自 由 基 也 含 量 降 低 而 降 低;当MWCNTs 浓度继续增加,虽然生物富集量也随之降低,但MWCNTs 也可能诱导金鱼藻自由基,因而总的自由基信号强度没有明显变化。图 1 MWCNTs 对自由基信号与金鱼藻中 TBBPA 富集量的影响Fig.1 Effect of MWCNTs on free radical signal intensity andthe concentrations of TBBPA in Ceratophyllum demersuml研究表明,MWCNTs 浓度在 0.0397 1.985 mgL-1范围内,可降低金鱼藻中 TBBPA 的富集量,与有机质影响鱼和大型蚤中其它疏水性化合物富集量的研究结论一致12-13。水溶液中 MWCNTs 和 TBBPA 之 间 存 在 着 相 互 作 用,进 而 导 致MWCNTs 对金鱼藻中 TBBPA 富集量的影响,金鱼藻对 TBBPA的吸收是一个复杂的机理过程。目前,关于这种影响机制还不是非常清楚,主要认为与化合物的性质有关。有研究表明,MWCNTs 对有机物的吸附与配合作用,有可能导致 MWCNTs 降低有机物的生物有效性。即加入 MWCNTs 后,TBBPA 能被MWCNTs 吸附或配合。TBBPA 与 MWCNTs 相互作用将导致生成 MWCNTsTBBPA 结合物,该结合物由于分子量太大或极性太大不能穿过生物膜进入金鱼藻组织中,只有游离态 TBBPA能渗透穿过生物膜进入金鱼藻组织中。因而,加入 MWCNTs后,降低能被生物吸收的游离溶解态 TBBPA 浓度,从而使金鱼藻中 TBBPA 的富集量随 MWCNTs 浓度增加而降低。2.2 MWCNTs 对 TBBPA 在金鱼藻中 MDA 含量变化图 2 MWCNTs 对 TBBPA 在金鱼藻中的 MDA 产生量的影响Fig.2 Effect of MWCNTs on MDA contents inCeratophyllum demersuml第 51 卷第 2 期戴朝霞,等:四溴双酚 A 和