隨著人們對海洋生態系統保護意識的增強,很多學者對造成海洋污染的成因、機理、污染物對海洋生物的生態毒理進行了深入的研究[1-5]。近年來,持久性有機污染物(persistentorganicpollutants,POPs)對海洋生物生理和生化過程的影響已成為該領域的研究熱點。

1POPs的發現及新型POPs記錄

1964年,Jensen用氣-液相色譜法從野生生物樣品中分離有機氯農藥,發現了一個未知峰[6],1966年這些未知峰被確定為多氯聯苯(PCBs)。此后,陸續有學者發現PCBs及其他有機化合物在全世界的海洋底泥、無脊椎動物、魚及其他生物體內也有殘留,至今已無處不在[7]。這類持久性有機污染物具有持久性、生物富集性、半揮發性和毒性,能在大氣環境中遠距離遷移并沉積,對人類健康和環境造成嚴重危害[8]。為控制POPs對環境繼續造成污染,2001年5月,中國簽署了《斯德哥爾摩持久性有機污染物公約》,對12種POPs的生產和使用加以限制。然而,隨著環境污染日趨嚴重及各國學者對POPs污染的研究深入,人們發現對環境安全造成威脅的POPs遠不止這12種,如PBDE(polybrominatedbiphenylether,多溴聯苯醚)、BDE(polybrominatedbiphenylethers,多溴二苯醚)、PFOS(peifluorooctanesulfonate,全氟辛烷磺酰基化合物)、PFOA(perfluorooctanoicacid,全氟辛酸)、2,4-DCP(2,4-dichlorophenol,2,4-二氯酚)等新型POPs陸續為文獻報道。這些POPs是設計用來替代那些被禁用或過時的POPs,或者是一些已經使用多年但近期才發現可以在生態系統中富集、危害可能性增大的環境污染物;新型POPs還有另一個可能的來源是存在于環境中的有機化學物質通過物理或生物降解成為毒性更大、更容易被生物富集的形式如PFO(烷基酚和全氟辛烷磺酰基化合物)[9]。

2POPs在海洋中的廣泛性和危害性

隨著被認知的POPs種類的不斷增加,人們發現POPs污染問題越來越嚴重。通過陸源排放和大氣沉降等途徑,釋放于各種環境中的POPs最終進入海洋,使得海洋成為POPs的重要聚集地,海洋生態系統的穩定性也因此受到嚴重威脅,這一情況已引起全球學者對海洋污染物來源研究的重視。以硫丹污染為例,來自美國、澳大利亞和印度剛果河流域[10-13]的調查數據顯示,徑流從土壤中帶來的硫丹可使其在這三個地區水域中的濃度分別升高到13.4,45μg/L和66.5μg/L,這些濃度已遠高于對水生生物產生急性和慢性毒害作用的濃度0.22μg/L和0.05μg/L[14]。很多種類的POPs都被證明具有生物富集效應和生物放大效應[15-20]。POPs在海洋生態系統中隨著食物鏈的延伸而遷移,最終將對食物鏈的最高營養級——人類的健康造成嚴重威脅。因此,國內外對于可供食用的海洋動物體內POPs濃度水平的研究較多[21-22],而POPs對藻類生態毒理研究部分則相對較薄弱。

3POPs藻類生態毒理研究

藻類是整個生態系統物質循環和能量流動的重要基礎,其本身的生長和代謝會直接受到POPs污染的影響,進而影響到初級消費者及高級消費者的正常生長和生理過程。藻類對于許多毒物比魚類、甲殼類更為敏感,而且藻類具有周期短、易于培養、可以直接觀察細胞水平上的毒性癥狀等特點[23]。利用藻類的這些生物學特點進行生態毒理學研究,有助于我們客觀了解和準確評估POPs對整個海洋生態系統造成的威脅,為阻斷POPs在食物鏈中的傳遞,降低和避免對人類健康造成的危害,為解決中國海洋環境POPs污染問題提供科學依據。

3.1POPs對藻類生長的毒性效應

許多研究結果表明,在POPs暴露和脅迫下,藻類生長受到明顯的影響。Delorenzo等[24]在研究中發現,綠藻(Pseudokirchneriellasubcapitatum)在硫丹中暴露的EC50濃度為427.8μg/L。在室內試驗中,當PFOS的濃度高于50mg/L時,羊角月牙藻(Selenastrumcapricornutum)和小球藻(Chlorellavul-garis)的生長會被顯著抑制[25]。但有些種類的藻在一定濃度范圍內的某種POPs中還能正常生長。小球藻(Chl.fuscavar.vacuolata)和項圈藻(Anabaenavari-alilis)在有5~40nmol/L濃度DNP存在的條件下能夠正常生長并表現出較高的富集DNP的能力[26];小球藻(C.vulgaris)和Coenochlorispyrenoidosa在24h光照培養下,5d內在50mg/L的p-chlorophenol和p-nitrophenol環境中能對兩種有機污染物進行富集[27];扁藻(Tetraselmismarina)還能通過與葡萄糖共轉移的方式將2,4-DCP類化合物富集,從而降低其對藻體產生的毒性[28]。

3.2藻類抗氧化酶防御系統對POPs的響應

許多毒性物質的致毒機理在于能夠誘導細胞產生大量活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)而對機體產生各種損害,誘發細胞抗氧化酶系統活性增強,加快ROS清除過程。抗氧化酶系統涉及的抗氧化酶包括抗壞血酸過氧化物酶(APX)、超氧化物岐化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽還原酶(GR)等。由于抗氧化防御系統對污染物脅迫相當敏感,因此在指示污染物脅迫的早期預警中發揮巨大的作用[29]。不同的POPs對同一種生物的抗氧化防御系統產生的影響不同,不同種類的抗氧化酶對POPs脅迫的響應也不盡相同。當金魚藻(Ceratophyllumdemersum)暴露于10mg/L的1,2-DCP和10mg/L的1,4-DCP中時,GST活性顯著增高;當二者的濃度達到5mg/L的時候,POD和GR的活性就顯著增強[30]。乙氧氟草醚(oxyfluorfen)和敵草隆(diuron)對斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)的單獨以及聯合作用24h后的研究結果顯示:CAT、APX、GR和s-GST在乙氧氟草醚的刺激下活性增強,而敵草隆未對3種酶活性有顯著影響。乙氧氟草醚和敵草隆對S.obliquus的抗氧化反應具有拮抗作用,但在酶水平上,只能觀察到對CAT酶的拮抗表現[31]。通過對暴露于不同濃度的硫丹環境中水聚藻(Myriophyllumquitense)體內CAT、GR、s-GSTs和m-GSTs活性變化的研究結果表明,硫丹濃度為0.02μg/L(淡水中最大安全濃度)時未能引起M.quitense體內抗氧化壓力升高,但在試驗中設計濃度0.5μg/L和5μg/L時抗氧化酶系活性都應激升高。藻類抗氧化酶防御系統對POPs與其他有毒物質的響應類似[32]。

3.3POPs對藻類的毒性機制