原油和消油剂对鱼类毒性的研究进展

沈君逸， 贾玉芳， 赵 文

(大连海洋大学 水产与生命学院 辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁 大连 116023)

随着原油工业的发展，原油污染所造成的海洋环境污染问题日渐凸显。大规模的溢油事故对海洋的生态环境和海洋产业产生了灾难性的影响。全世界因油轮事故溢入海洋的石油每年约39万t，中国沿海地区平均每4 d发生一起溢油事故。1973年至2006年，中国沿海大小船舶事故溢油量达到37077 t，近海水体系统长期处于不健康或亚健康状态[1]。

原油烃化合物进入水域之后，除了挥发性和易溶性的部分迅速分散，其他大量不溶组分会被乳化分散成小颗粒，或形成固体漂浮物；原油中的沉积物会黏附于礁石或滩涂，要完全消除需要经过数年时间。原油对水环境的危害具体表现为如下4个方面：1)阻碍水气交换，破坏了初级生产力；2)油膜对生物造成物理损伤；3)原油中的毒性成分能使水生生物致畸或致死；4)水产生物或产品经原油污染，肉质变质发臭，失去经济价值。

消油剂作为控制和减轻原油污染的常用手段，1967年以来大量被应用于原油污染处理。消油剂在国标中的定义是“可将水面浮油乳化分散或溶解于水体中的化学制剂”，其活性剂分子中有亲油和亲水两种基团，从而削弱了油-水界面的张力，将油污乳化分散，易于被水中的微生物等降解，最终成为二氧化碳等产物，促进水体的净化过程。但消油剂的使用也造成了新的二次污染。污染来自两方面：消油剂自身的毒性和其乳化分散的原油毒性。早期的消油剂芳烃含量高，10 mg/L就可使大部分海洋生物致死，对海洋生态造成了严重破坏。目前，多采用低毒且乳化率高的酯型主剂产品，并在产品投放前进行严格的有效性和毒性实验，但人们对其污染性仍然看法不一[2-3]。

针对原油和消油剂对海洋生态环境的影响，多年来，国内外学者积累了大量的试验结果和研究资料。在众多的试验方法中，鱼类毒性实验作为最基础和运用最广泛的方式，对人们了解这两种物质的毒性起到了重要的作用，本文对原油和消油剂对鱼类毒性试验的相关研究领域做了总结和展望，旨在为推进原油和消油剂的毒性生物监测和污染防治提供参考。

1原油对鱼类毒性的相关研究

1.1 原油在水环境中的毒性

原油是一种有机混合物，其主要成分是链烷烃以及多种环烷烃和芳香烃。在原油成分中，主要是溶解于水的组分引起了水体污染。其中易溶的芳香烃构成了对水生生物的主要危害，而不溶成分的毒性滞留时间较长，因此，原油对水生生物既有急性毒性，也有慢性毒性。浓度较高的原油污染可引起生物的麻醉、致癌甚至致死；原油中的一些化合物成分可在生物体内蓄积，并通过食物链而逐级放大，造成生态系统的受损。

1.2 鱼类试验在水环境毒理学中被广泛应用

在水环境污染的监测和防治中，生物测试可以弥补传统的理化检测试验无法直接获得污染所引起生物学效应的不足，能直观地获得环境污染物对生物的长期和短期影响，在其对人类健康造成的可能影响上具有较大的参考价值[4]。

鱼类在生物试验中表现出很多优点，成为运用最广泛的受试动物。鱼类的品种繁多、繁殖力强、世代周期较短、培育设施简单，适合进行遗传学、发育学、毒理学、行为科学等研究，尤其适用环境重金属污染和农药杀虫剂污染检测[5]。鱼类对水质变化非常敏感，用鱼类进行监测，除死亡外，还有多种非致死效应引起的行为表现和生理指标可用于监测结果的判断[6]。

鱼类早期生命发育阶段的胚胎和仔鱼，是整个生命周期中对各种污染物最为敏感的阶段。利用鱼类胚胎及仔鱼进行毒性实验(EL test)，不但是一种急性实验，也可以做为一种缩短的慢性实验，利用全胚胎培养技术(WEC)可以用少量动物提供足量胚胎，既节约了动物又克服了体内试验生殖周期长和用药量大的缺点[7]，这也是未来的鱼类毒性试验的发展方向。2002年，德国官方批准斑马鱼胚胎实验(DarT)替代鱼急性毒性试验用于污水检测；ECETOC推荐以鱼胚胎试验替代鱼试验检测污水[8]。

1.3 原油对鱼类的毒性

原油对污染水域中鱼类的影响是多方面的。水体中散布的油颗粒会黏附在鱼体、尤其是鱼鳃上，造成鳃丝黏连等物理性损伤；原油对鱼类的生殖发育影响很大，有时可导致鱼类的雌性化，从而使种群的雌雄比例失调；会造成鱼卵受精率低、孵化率低，引起幼鱼的死亡或发育畸形。这类畸形多为脊椎扭曲和V状弯尾，并可见少量仔鱼出现卵黄囊肿大。通常，原油烃浓度达到0.01～0.1 mg/L时即可引起鱼类的慢性中毒，其长期毒性会影响鱼类的神经系统，对生命活动造成影响[9]。

原油的组分差异影响其毒性大小，其中芳香烃和小烷烃越多，水溶性越大，毒性也越大。鱼胚胎的毒性试验通常要求染毒在囊胚期之前开始，并对每一发育时期作镜检分析，和正常健康胚胎作对比。通常，能观察到的鱼类重要致毒效应指标包括卵凝结、尾部畸形、脊椎侧弯、卵黄囊异常、心跳停止等。仔鱼孵化破膜后，失去了卵膜的保护，直接与毒环境接触，这个阶段通常被认为毒性敏感性提高，也是一个较好的观察阶段[10]。

原油中所含的多种有毒物质会降低鱼卵的孵化率，并能造成仔稚鱼的变异、畸形甚至导致死亡，其浓度与其对鱼类胚胎的毒性指标均成正相关[11]。原油对孵化率的抑制作用可能来自其对胚胎内酶分布的改变。

原油的水溶性成分(WAF)在2.02 mg/l时即对斜带髭鲷受精卵的孵化有明显抑制，并引起破膜仔鱼畸形(短尾、糜烂、弯体)，所孵化出仔鱼的畸变率有明显的含量依赖性[12]。原油可引起前鳞鲻仔鱼呼吸困难，体表粘膜受损，各鳍损伤糜烂。仔鱼消化道中有细微油粒存在，随着原油浓度的加大，油粒的数量也增多[13]。

原油可导致褐牙鲆仔稚鱼鳃部发炎，仔鱼的死亡时间普遍短于稚鱼(24～48 h达到高峰)，并可表现出明显的毒物蓄积症状[14]。原油毒性可在斑马鱼胚胎发育时造成卵凝结和尾部弯曲，引起仔鱼焦躁、狂游、旋转和抽搐等症状，严重时导致昏迷，并麻痹致死[15]。

几种原油对几种鱼类的LC50毒性研究结果见表1。

1.4 致毒作用差异性和原理

原油毒性效应因鱼类种类不同而异，如在敏感性上，真鲷>牙鲆>黑鲷。很多试验表明，经济鱼类的仔鱼敏感性要高于近岸的非经济鱼类，这可能是由于经济鱼类成鱼体型大、生活于远洋和较深的洁净水体中，对毒物的耐受性不如近岸小型鱼类。在同种鱼类进行的试验中，不同体型和不同温度等因素也造成了结果差异。通常在温度升高时，毒性影响增强，但由于胚胎孵化速度也随着升温而加快，导致破膜时间提前。如原油对真鲷胚胎孵化率的影响，在17℃时要比15℃ 时反而略有减弱[16]。

表1 原油对几种鱼类毒性的LC50

陈民山[14]认为，原油烃对胚胎的致畸作用有如下几种可能：其中的苯等物质导致了鱼卵染色体异常；可溶性的芳香烃具有麻醉作用，造成了胚胎活力下降，破坏了胚胎发育过程中的能量动态平衡。鱼类胚胎和仔鱼期机体反馈系统发育程度的不同也造成了胚胎和仔鱼对毒物敏感性的差异，所造成仔鱼的亚急性效应也同样值得重视。

2 消油剂对鱼类毒性的相关研究

2.1 消油剂造成了水环境的二次污染

消油剂对水环境的二次污染通常被认为来自两个方面：一是其中含有的表面活性剂组分自身具有的毒性。Swedmark等将分散剂的96 hLC50毒性分为3级：1～100 mg/L为高毒；100～1000 mg/L为一般毒性；1000～10000 mg/L为微毒[17]。二是其乳化作用促进了低分子量烃类的溶解，使其生物利用率增加。乳化颗粒被认为可以透过鳃丝和血管等进入生物体内，加大了油污对生物的毒性作用，并使得原油烃通过食物链影响到更多生物，延长了毒性存留的时间。有研究表明加入消油剂后，0号柴油对马粪海胆的生物毒性增强[18]。

2.2 消油剂对鱼类毒性影响的研究

高浓度的消油剂可造成水体浑浊，可见度降低。消油剂能影响鱼类的味觉器官，不利于鱼类的摄食和繁殖等生命活动[19]。消油剂对鱼类呼吸器官的毒性不可逆转，但对于神经系统的毒性则能够逆转[20]。

同种消油剂对于不同的受试生物，毒性有所不同。裸项栉虾虎鱼仔鱼对GM-2消油剂的毒性敏感性高于卤虫幼体和凡纳滨对虾仔虾，但低于蒙古裸腹蚤Ⅰ龄幼体[21]。杨渡关等的研究也表明，不同品种的消油剂对阿匍鰕虎鱼的毒性差异很大，Correxit 9527的毒性远大于双象I号等微毒性消油剂[22]。

溢油污染多发于海面，因此对消油剂作用研究多以海水环境为主。在自然环境中，较高的温度有利于消油剂发挥作用，在25℃时最佳；提高剂油比也利于乳化，但高于20%则反而效率降低[23]。也有一些试验研究了常用的几种分散剂对淡水鱼类的毒性作用，为其在盐度较低的河口或内河流域的使用起到了参考作用[24]。过低的盐度对消油剂的乳化率有极大的影响。在其他实验条件一致的条件下，盐度为33海水的乳化率为58，而盐度为0时，水的乳化率仅为1[25]，因此，通常认为消油剂不适于用在内河等低盐度的水域。

几种消油剂对几种鱼类的LC50毒性研究结果见表2。

2.3 消油剂和原油联合作用影响的研究

关于消油剂和原油的联合作用，目前进行的研究较少，争议也较大。这是由于海水环境情况复杂、原油种类较多而消油剂对原油具有选择性等原因造成，实验室模拟状态下提供的结果和实际情况往往有所不同。有观点认为，消油剂的乳化作用使原油乳化为几微米的颗粒，导致鱼类暴露在分散态的原油中。这些颗粒可进入水生生物体内发生作用，从而加大了油污的毒害作用。

在静水环境下，相同浓度下的原油-消油剂的混合液比单独消油剂或原油溶液影响要大得多。这是因为水体小，交换差，水体中的部分原油被乳化而不能随水扩散，再加上消油剂自身的毒性，导致反而加重了原油的危害程度[26]。但在对Corexit 9527的研究(Gulec， 1997)中发现，在原油水溶性成分中添加消油剂后，对生物的半致死浓度大为降低[27]。

3 研究展望

3.1 消油剂未来发展趋势

通过大量的鱼类毒性实验，人们得以了解消油剂自身毒性的作用方式和发生条件，促进了浓缩型和低温型等新型产品的研发，并有助于在事故中确定分散剂使用的种类和用量，从而尽量避免乳化率低、水体DO值骤变或无法顺利扩散等二次污染。海洋中生态系统复杂，不同的生态系、不同生物、不同生命阶段、不同环境因子均会引起生物对原油烃的不同敏感度。精确合理的使用消油剂，有利于保护生态系中脆弱的环节，降低原油烃在食物链中的富集。

表2 消油剂对几种鱼类毒性的LC50

3.2 实验用鱼类的开发进展

除斑马鱼外，目前国外已经成功培育虹鳉、亚马孙鳉、新月鱼等纯系；国内即将建成的有剑尾鱼、稀有鮈鲫和红鲫等。这些鱼类实验动物被分别应用于衰老、致癌机制、内分泌学、水生生态毒理学研究以及作为药物的生物检定材料[6]。中国2004年颁布的新化学物质危害评估导则规定，新化学物质的基础水平申报材料所使用水生生物急性毒性试验数据中首选鱼类实验数据。在OECD高产量化学品计划(HPV)中，急性鱼类毒性试验是一项基本要求，除了96 hLC50，还有鱼类14 d延长毒性试验、鱼类早期生活阶段毒性试验、鱼类胚胎一卵黄囊吸收阶段的短期毒性试验、鱼类幼体生长试验等一系列试验[9]。

尽管计算机模拟等生物试验替代技术有所发展，但在原油和消油剂的毒性研究领域中，鱼类试验(包括鱼细胞系和鱼胚胎试验)因其简单方便的实验条件、可控的遗传家系和明确及结果便于分析等优点，依然作为基本研究方法而长期占据重要的地位。用于毒性试验的胚胎品种发育过程时间短，便于观察和控制。染毒后可分析其作用时间、死亡率、致畸性等多项指标，和成本相对较高的成鱼急性毒性试验相比，具有很大的优势[28]。欧洲化学品毒理学和生态毒理学中心(ECETOC)也提出用细胞系和鱼胚胎试验来替代标准鱼类毒性实验[9]。

在今后的环境毒理学研究中，应当继续加强实验鱼类纯化基因品系的建立，进行更多的基因测序，并拓展眼界，从更多的品种中筛选出体型和敏感度适宜的品种来丰富实验动物的选择范围，并从其功能性上加以更细致的划分。在毒性试验方面，应对不同毒性指标进行深入分类和原理探讨，除了死亡这种污染晚期效应外，致畸和理化指标、脏器病变、酶活性变化等早期指标也应受到进一步重视。

3.3 原油和消油剂相关毒性试验展望

在原油工业长足发展的今天，原油污染及其解决办法是水环境毒理学的重要研究课题之一。目前，用于研究的实验动物鱼种多为淡水鱼类，用于咸水或海水环境的鱼种并不多。除了大型经济鱼类的胚胎和幼鱼外，一些适用于实验室保存和繁殖的小型海水鱼现在也得到了重视和研究，如裸项栉虾虎鱼的人工繁育已到第6代，对其人工繁殖和生理研究积累了较多的研究成果。

由于海洋环境的极端复杂性，相关毒性试验有必要优化和细化，以期在试验环境上能真实模拟溢油现场。原油和消油剂在水体中的转化、沉降等动力学特征和化学反应应得到进一步研究。其毒性对鱼类的影响的具体机理目前尚不清楚，引起酶活性的变化和染色体变异等微观生物学效应是有待发展的新兴领域。

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