隨著人們對海洋生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)意識的增強,很多學(xué)者對造成海洋污染的成因、機理、污染物對海洋生物的生態(tài)毒理進(jìn)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(lǐng)域的研究熱點。

1POPs的發(fā)現(xiàn)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(nóng)藥,發(fā)現(xiàn)了一個未知峰[6],1966年這些未知峰被確定為多氯聯(lián)苯(PCBs)。此后,陸續(xù)有學(xué)者發(fā)現(xiàn)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(nèi)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(fā)性和毒性,能在大氣環(huán)境中遠(yuǎn)距離遷移并沉積,對人類健康和環(huán)境造成嚴(yán)重危害[8]。為控制POPs對環(huán)境繼續(xù)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(chǎn)和使用加以限制。然而,隨著環(huán)境污染日趨嚴(yán)重及各國學(xué)者對POPs污染的研究深入,人們發(fā)現(xiàn)對環(huán)境安全造成威脅的POPs遠(yuǎn)不止這12種,如PBDE(polybrominatedbiphenylether,多溴聯(lián)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(xù)為文獻(xiàn)報道。這些POPs是設(shè)計用來替代那些被禁用或過時的POPs,或者是一些已經(jīng)使用多年但近期才發(fā)現(xiàn)可以在生態(tài)系統(tǒng)中富集、危害可能性增大的環(huán)境污染物;新型POPs還有另一個可能的來源是存在于環(huán)境中的有機化學(xué)物質(zhì)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(rèn)知的POPs種類的不斷增加,人們發(fā)現(xiàn)POPs污染問題越來越嚴(yán)重。通過陸源排放和大氣沉降等途徑,釋放于各種環(huán)境中的POPs最終進(jìn)入海洋,使得海洋成為POPs的重要聚集地,海洋生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也因此受到嚴(yán)重威脅,這一情況已引起全球?qū)W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(diào)查數(shù)據(jù)顯示,徑流從土壤中帶來的硫丹可使其在這三個地區(qū)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(yuǎn)高于對水生生物產(chǎn)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(yīng)和生物放大效應(yīng)[15-20]。POPs在海洋生態(tài)系統(tǒng)中隨著食物鏈的延伸而遷移,最終將對食物鏈的最高營養(yǎng)級——人類的健康造成嚴(yán)重威脅。因此,國內(nèi)外對于可供食用的海洋動物體內(nèi)POPs濃度水平的研究較多[21-22],而POPs對藻類生態(tài)毒理研究部分則相對較薄弱。

3POPs藻類生態(tài)毒理研究

藻類是整個生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的重要基礎(chǔ),其本身的生長和代謝會直接受到POPs污染的影響,進(jìn)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(yǎng)、可以直接觀察細(xì)胞水平上的毒性癥狀等特點[23]。利用藻類的這些生物學(xué)特點進(jìn)行生態(tài)毒理學(xué)研究,有助于我們客觀了解和準(zhǔn)確評估POPs對整個海洋生態(tài)系統(tǒng)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(huán)境POPs污染問題提供科學(xué)依據(jù)。

3.1POPs對藻類生長的毒性效應(yīng)

許多研究結(jié)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(fā)現(xiàn),綠藻(Pseudokirchneriellasubcapitatum)在硫丹中暴露的EC50濃度為427.8μg/L。在室內(nèi)試驗中,當(dāng)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(nèi)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(xiàn)出較高的富集DNP的能力[26];小球藻(C.vulgaris)和Coenochlorispyrenoidosa在24h光照培養(yǎng)下,5d內(nèi)在50mg/L的p-chlorophenol和p-nitrophenol環(huán)境中能對兩種有機污染物進(jìn)行富集[27];扁藻(Tetraselmismarina)還能通過與葡萄糖共轉(zhuǎn)移的方式將2,4-DCP類化合物富集,從而降低其對藻體產(chǎn)生的毒性[28]。

3.2藻類抗氧化酶防御系統(tǒng)對POPs的響應(yīng)

許多毒性物質(zhì)的致毒機理在于能夠誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生大量活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)而對機體產(chǎn)生各種損害,誘發(fā)細(xì)胞抗氧化酶系統(tǒng)活性增強,加快ROS清除過程。抗氧化酶系統(tǒng)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(tǒng)對污染物脅迫相當(dāng)敏感,因此在指示污染物脅迫的早期預(yù)警中發(fā)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(tǒng)產(chǎn)生的影響不同,不同種類的抗氧化酶對POPs脅迫的響應(yīng)也不盡相同。當(dāng)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(dāng)二者的濃度達(dá)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(lián)合作用24h后的研究結(jié)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(yīng)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(xiàn)[31]。通過對暴露于不同濃度的硫丹環(huán)境中水聚藻(Myriophyllumquitense)體內(nèi)CAT、GR、s-GSTs和m-GSTs活性變化的研究結(jié)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(nèi)抗氧化壓力升高,但在試驗中設(shè)計濃度0.5μg/L和5μg/L時抗氧化酶系活性都應(yīng)激升高。藻類抗氧化酶防御系統(tǒng)對POPs與其他有毒物質(zhì)的響應(yīng)類似[32]。

3.3POPs對藻類的毒性機制