不同温度盐度下TBBPA对拟长腹剑水蚤的毒性效应❋
2018-12-13朱丽岩江田田卜亚谦董辉辉
韩 萃, 朱丽岩, 江田田, 陈 香, 卜亚谦, 王 超, 董辉辉
(中国海洋大学海洋生命学院,山东 青岛266003)
不同温度盐度下TBBPA对拟长腹剑水蚤的毒性效应❋
韩 萃, 朱丽岩**, 江田田, 陈 香, 卜亚谦, 王 超, 董辉辉
(中国海洋大学海洋生命学院,山东 青岛266003)
四溴双酚A (TBBPA) 作为一种被广泛使用的溴代阻燃剂,是海洋环境中主要的有机污染物之一。在海洋污染检测和风险评估中,桡足类作为海洋生态系统中的关键环节被认为是理想的受试生物。实验以拟长腹剑水蚤 (Oithonasimilis)作为受试生物,探讨了温度和盐度影响下TBBPA对拟长腹剑水蚤的毒性效应。实验测得TBBPA对拟长腹剑水蚤48 h-LC50=3.106 mg·L-1。设定温度梯度10、20、30℃和盐度梯度10、20、30,拟长腹剑水蚤暴露在2.485、3.106、3.883 mg·L-1TBBPA中48 h,死亡率均会随着温度升高和盐度降低而上升。慢性毒性实验结果显示,在15、20、25 ℃,盐度10、20、30条件下,拟长腹剑水蚤暴露在0.031和0.310 mg·L-1TBBPA中,存活率和孵化率没有显著变化(Pgt;0.05),温度盐度改变,TBBPA对其影响也不显著(Pgt;0.05);而0.031和0.310 mg·L-1TBBPA对发育时间(无节幼虫到桡足类幼体﹑桡足幼体到成体﹑第一只挂卵雌体的出现)和产卵间隔的影响显著(Plt;0.05),改变温度和盐度,TBBPA的毒性效应也会相应改变;TBBPA对产卵量的影响会随温度的变化而变化,但盐度并没有引起显著变化(Pgt;0.05)。
四溴双酚A(TBBPA);环境因子;拟长腹剑水蚤;发育;生殖
四溴双酚A(TBBPA)是目前全球用量最大的溴代阻燃剂。2004年,全球溴代阻燃剂的使用量超过了170 000 t,其中TBBPA占据了60%[1]。而且,有研究表明[2-3],TBBPA可通过不同的途径进入环境中,在水体、沉积物以及生物体内均检测出TBBPA的存在,并且其含量日益增加,这使得TBBPA的毒理研究受到越来越多的关注。
近年来,桡足类作为海洋环境中重要的生物类群成为了研究热点。桡足类在海洋生态系统中占据着重要的生态位[4-5],是海洋生态系统食物链中的关键组成部分。另外,桡足类具有数量庞大、种类繁多、分布广泛、对污染物暴露敏感等特点,使之成为海洋污染监测及风险评估的理想受试生物。目前,桡足类已被广泛应用到污染研究中,曾艳艺等[6]和Andre等[7]分别研究了重金属和多环芳烃对桡足类毒性作用。Xu等[8]和Andy等[9]分别指出了DDT、三苯基锡对桡足类的毒性效应。此外,Jarvis 等[10]揭示新型污染物纳米材料对桡足类的潜在毒性。
上述研究都表明了污染物对桡足类的毒性影响,但是都是在一定环境条件下进行的,很少关注环境因子对污染物毒性效应的影响。而环境因子的变化能直接影响桡足类对有机污染物的响应。因此,本文选用海洋环境中分布广泛、数量庞大的拟长腹剑水蚤[11-12],研究不同环境条件下TBBPA对其生长、发育以及繁殖的影响。不仅探讨了TBBPA和环境因子对桡足类的影响,更重要的是研究了环境因子对TBBPA毒性效应的影响,为TBBPA的毒性研究提供数据,也为海洋环境中污染物的检测提供较为系统的方法和材料。
1 材料和方法
1.1 拟长腹剑水蚤的采集及培养
拟长腹剑水蚤于2014年11月中旬采集于山东省青岛市崂山区南窑虾池。实验前拟长腹剑水蚤需驯化2周,驯化条件同采集地,光照周期12 hL∶12 hD,水温20 ℃,盐度20。培养所用的海水经0.45 μm孔径的滤膜过滤,充分曝气24 h后使用。投喂球等鞭金藻(Isochroysisgalbana)1.0×105ind/mL。
1.2 急性毒性实验
根据48 h-LC50值,设定TBBPA浓度组分别是2.485、3.106、3.883 mg·L-1,对照组为溶剂对照组。设定温度梯度10、20、30℃(盐度20)和盐度梯度10、20、30(温度20 ℃)。每组有3个平行。每个平行组挑入20只拟长腹剑水蚤成体,实验条件同1.1,测定死亡率[17, 30]。
1.3 慢性毒性实验
慢性毒性实验分别在温度15、20、25 ℃(盐度20);盐度10、20、30(温度20℃)条件下进行。其他条件同上,设定溶剂对照组、1/100 LC50组、1/10 LC50组。每组3个平行,每个平行24只。挑选孵化时间lt;24 h的无节幼虫置于24孔板中,待发育至桡足幼体阶段,挑至50 mL的烧杯中培养至挂卵雌体出现,然后将挂卵雌体挑至12孔板中待其孵化,记录发育时间、产卵量以及孵化的无节幼虫数。每24 h换水50%并记录死亡个体数[17, 30]。
1.4 数据分析
实验所有数据都使用SPSS 19.0软件进行分析,Plt;0.05,差异显著,Plt;0.01,差异极显著。
2 结果
2.1 急性毒性实验
2.1.1 TBBPA对拟长腹剑水蚤48 h急性毒性 实验结果经SPSS 19.0软件线性回归分析得出TBBPA对拟长腹剑水蚤48 h-LC50值为3.106 mg·L-1。
表1 TBBPA对拟长腹剑水蚤48 h的急性毒性Table 1 Acute toxicity of TBBPA to O.similis in 48 h
2.1.2 不同温度下TBBPA对拟长腹剑水蚤的急性毒性 在盐度20条件下,10、20、30 ℃组拟长腹剑水蚤的死亡率均与TBBPA浓度呈正相关关系(见图1)。而暴露在2.485、3.106和3.883 mg·L-1TBBPA中,死亡率都随着温度的升高而上升。温度30℃组与10℃组相比,死亡率分别增加了58.56%、61.05%和52.11%。
经分析,各TBBPA浓度组间与各温度组间差异极其显著(Plt;0.01),说明TBBPA和温度对拟长腹剑水蚤存活影响极其显著。
(不同字母Plt;0.05;相同字母Pgt;0.05。Different lettersPlt;0.05; Same lettersPgt;0.05)
图1 暴露在不同温度和不同TBBPA浓度下拟长腹剑水蚤48 h死亡率
Fig.1 Average mortality ofO.Similisexpose to various concentrations of TBBPA under different temperature for 48 h
2.1.3 不同盐度下TBBPA对拟长腹剑水蚤的急性毒性 图2显示,2.485、3.106和3.883 mg·L-1TBBPA组的死亡率随盐度的升高而降低,同时,在盐度10、20、30条件下,拟长腹剑水蚤的死亡率随着TBBPA浓度的升高呈现上升趋势。暴露在3.883 mg·L-1TBBPA中,各盐度组死亡率达到最高,盐度10、20和30组分别是81.17%、65.65%和35.91%。分析得出各盐度组和各浓度组间差异极其显著(Plt;0.01)。
图2 暴露在不同盐度和不同TBBPA浓度下拟长腹剑水蚤48 h死亡率
2.2 慢性毒性实验
2.2.1 温度和盐度对暴露在TBBPA中的拟长腹剑水蚤存活的影响 不同温度、盐度和浓度组间,在生长发育过程中,拟长腹剑水蚤的存活率均gt;80%(见表2),分析结果显示各组间并没有显著差异(Pgt;0.05),可以认为实验设定的温度、盐度以及TBBPA对拟长腹剑水蚤的存活影响不明显。
表2 暴露在不同盐度不同温度不同TBBPA浓度下无节幼虫的死亡率
2.2.2 温度和盐度对暴露在TBBPA中的拟长腹剑水蚤发育时间的影响
2.2.2.1 对无节幼虫到桡足幼体阶段发育的影响
结果显示,温度15~25 ℃,D组、0.031、0.310 mg·L-1TBBPA组无节幼虫发育至桡足幼体的时间呈现缩短趋势。温度20和25 ℃条件下,暴露在0.031和0.310 mg·L-1TBBPA中会缩短发育时间(见图3)。此外,在15 ℃条件下,无节幼虫在第16 d依然未发育到幼体阶段,所以之后的实验没有讨论15 ℃组。
温度15 ℃与20、25 ℃间差异显著(Plt;0.05);D组和TBBPA浓度组差异显著(Plt;0.05)。其余组间差异不显著(Pgt;0.05)。
图3 暴露在不同温度不同浓度TBBPA中无节幼虫发育至桡足幼体的时间
无节幼虫到桡足幼体的发育时间在盐度10、20和30组中,均随着盐度的降低而缩短,D组在盐度10条件下的发育时间,相对于盐度20和30分别缩短了2.50和2.47 d(见图4);另外,在各盐度条件下,TBBPA都会缩短发育时间。
分析得出,D组与TBBPA浓度组间差异显著(Plt;0.05);各盐度组间差异极其显著(Plt;0.01);0.310与0.0310 mg·L-1TBBPA组只有在盐度10条件下才显示明显差异(Plt;0.05)。
图4 暴露在不同盐度不同浓度TBBPA中无节幼虫发育至桡足幼体的时间Fig.4 The development time from nauplii to copepodid expose to various concentrations of TBBPA under different salinity
2.2.2.2 对桡足幼体至成体发育时间的影响
桡足幼体与20 ℃组相比,25 ℃组的拟长腹剑水蚤发育至成体的时间明显缩短,D组、0.031和0.310 mg·L-1TBBPA组的发育时间分别缩短了3.8、1.7和7.9 d(见图5)。在20 ℃条件下,与D组相比,0.031 mg·L-1TBBPA组发育时间会缩短,0.310 mg·L-1TBBPA组会延长;但在25 ℃条件下,2个TBBPA浓度组发育时间都会缩短。分析得出,温度组和浓度组间差异均显著(Plt;0.05)。
图5 暴露在不同温度不同浓度TBBPA中桡足幼体发育至成体的时间
桡足幼体发育至成体的时间随着盐度的升高,在D组和0.031 mg·L-1TBBPA组显示逐渐延长趋势;在0.310 mg·L-1TBBPA组显示逐渐降低趋势。同盐度条件下,0.031 mg·L-1TBBPA会促进桡足类的发育。而0.310 mg·L-1TBBPA,只在盐度30组显示促进拟长腹剑水蚤的发育(见图6)。分析显示,各盐度组间差异极其显著(Plt;0.01),但在各浓度组间差异不显著(Pgt;0.05)。
2.2.2.3 对第一只挂卵雌体出现时间的影响 D组在盐度10、20、30条件下,第一只挂卵雌体出现的时间分别是第27、29和38 d(见表3),随盐度的升高而延长,而0.031 和0.310 mg·L-1TBBPA组在盐度20条件下第一只挂卵雌体出现的时间最短,在盐度10条件下最长。D组、0.031和0.310 mg·L-1TBBPA组第一只挂卵雌体出现的时间在盐度10条件下逐渐延长;在盐度20条件下逐渐缩短;在盐度30条件下没有明显变化。分析得出盐度组间差异及其显著(Plt;0.01);浓度组间差异不显著(Pgt;0.05)。
图6 暴露在不同盐度不同浓度TBBPA中桡足幼体发育至成体的时间
与20 ℃条件相比,25 ℃条件下第一只挂卵雌体出现的时间明显缩短(Plt;0.01),D组、0.031、0.310 mg·L-1TBBPA组分别缩短了5.7、7.7、7.7 d(见表3)。20和25 ℃条件下,0.031和0.310 mg·L-1TBBPA组的挂卵雌体出现时间都有明显缩短,0.310 mg·L-1TBBPA组的时间最短(Plt;0.01)。
表3 暴露在不同盐度不同温度不同浓度TBBPA中第一只挂卵雌体出现的时间Table 3 The mature time of first female expose to various concentrations of TBBPA under different salinity and temperature
2.2.3 温度和盐度对暴露在TBBPA中的拟长腹剑水蚤繁殖的影响
2.2.3.1 对产卵量的影响 D组在不同盐度条件下,产卵量无明显的变化规律。盐度10条件下,0.031 mg·L-1TBBPA组产卵量最少;在盐度20条件下,产卵量随着TBBPA浓度的升高呈现上升趋势;在盐度30条件下,0.031 mg·L-1TBBPA组产卵量最高(见表4)。各浓度组间和各温度组间差异均不显著(Pgt;0.05)。
如表4,产卵量在25 ℃条件下的产卵量要明显高于20 ℃条件下的,在0.310 mg·L-1TBBPA组(20 ℃:10.05只;25 ℃:14.24只)。D组、0.031和0.310 mg·L-1TBBPA组在20和25 ℃时拟长腹剑水蚤的产卵量都呈现升高趋势。数据分析显示,温度组间差异显著(Pgt;0.05);浓度组间差异不显著(Pgt;0.05)。
表4 暴露在不同盐度不同温度不同浓度TBBPA中拟长腹剑水蚤的产卵量Table 4 Egg production of O.similisexpose to various concentrations of TBBPA under different salinity and temperature
2.2.3.2 对产卵间隔的影响 20 ℃与25 ℃组相比,20 ℃的产卵间隔明显延长(Plt;0.01)。D组、0.031、0.310 mg·L-1TBBPA组在20 ℃条件下的产卵间隔相比25 ℃分别延长了3、1.4和1.3 d(见图7);与D组相比,TBBPA组在20 ℃下会缩短拟长腹剑水蚤的产卵间隔(Plt;0.05),但在25 ℃条件下,没有明显差异(Pgt;0.05)。
图7 暴露在不同温度不同浓度TBBPA中拟长腹剑水蚤的产卵间隔
D组、0.031、0.310 mg·L-1TBBPA组的产卵间隔在盐度10的条件下最短(见图8)。除了盐度20条件下的D组外,其他组都显示盐度越低产卵间隔越短(Plt;0.05)。而TBBPA浓度组相对于对照组,产卵间隔有缩短的趋势,但差异并不明显(Pgt;0.05)。
图8 暴露在不同盐度不同浓度TBBPA中拟长腹剑水蚤的产卵间隔Fig.8 Spawn interval of O.similis expose to various concentrations of TBBPA under different salinity
2.2.3.3 对无节幼虫孵化的影响 在不同温度和盐度条件下,浓度组间无节幼虫孵化率并没有显著差异(Pgt;0.05),均gt;80%,可认为在温度20~25 ℃,盐度10~30的范围内,0.031和0.310 mg·L-1的TBBPA对无节幼虫的孵化没有显著影响。
表5 暴露在不同盐度不同温度不同浓度TBBPA中拟长腹剑水蚤的孵化率Table 5 Hatching rate interval of O.similis expose to various concentrations of TBBPA under different salinity and temperature
3 讨论
目前的研究认为,TBBPA引起哺乳动物的急性毒性效应的剂量相对较高,达到一定的剂量的要求才会引起毒害效应,而对于水生动物而言,TBBPA对其具有较高的急性毒性[13]。有研究表明TBBPA对大型溞[14]、栉孔扇贝幼贝[15]、斑马鱼[16]的48 h-LC50分别是8.590、4.169和2.310 mg·L-1。TBBPA对拟长腹剑水蚤成体48 h-LC50为3.106 mg·L-1。与其他水生生物相比,拟长腹剑水蚤对TBBPA 的敏感性相对较高。而且,有研究表明[34]污染物对生物的48 h-LC50在1~10 mg·L-1范围内,被认为该污染物对该生物是有毒的。所以说,TBBPA对于上述水生生物都是有毒性的。
在急性毒性实验中,设定TBBPA浓度为2.485、3.106和3.883 mg·L-1,温度梯度10、20、30 ℃和盐度梯度10、20、30,测定48 h的死亡率。结果表明,暴露在相同TBBPA浓度中,在温度10~30 ℃范围内,拟长腹剑水蚤的死亡率会随着温度的上升而升高;在盐度10~30的范围内,拟长腹剑水蚤的死亡率会随着盐度的降低而升高。相似的结果也在其他一些研究中得到验证。Kwok等[17]研究指出Cu和TBT对日本虎斑猛水蚤的毒性效应随着温度的升高和盐度的降低而增强。黄瑛等[18]发现温度的升高会增强三丁基氧化锡(TBTO)对火腿许水蚤的毒性效应,而火腿许水蚤在盐度15比25敏感性更高。这些研究表明不同污染物对不同种类的毒性效应受温度和盐度影响相同,温度升高和盐度降低都能放大污染物的毒性效应。Raymond Gaudy等[19]研究表明桡足类的呼吸速率在高温和低盐的条件下最高。Changling Li等[20]得出,温度升高促进桡足类的摄食率和滤水率,在盐度25~35范围内,盐度越高摄食率和滤水率越低。Siriporn等[21]研究表明,温度和盐度会影响BPA在生物体内的累计和毒性。可以得出结论:温度和盐度的改变会影响桡足类的新陈代谢,从而影响TBBPA对拟长腹剑水蚤的毒性效应,暴露在TBBPA中,温度升高或盐度降低都能放大TBBPA对桡足类的毒性效应。
在慢性毒性实验中,研究了不同温度和盐度条件下,TBBPA对拟长腹剑水蚤的生长发育和繁殖过程的影响。结果显示,在生长发育过程中,在温度15~25 ℃,盐度10~30范围内,0.031和0.310 mg·L-1TBBPA对拟长腹剑水蚤的存活没有显著影响,所有组中拟长腹剑水蚤的存活率均大于80%。说明0.031和0.310 mg·L-1TBBPA不会对拟长腹剑水蚤产生致死效应,改变温度和盐度,TBBPA对拟长腹剑水蚤的毒性效应也不明显。
在不同盐度和温度条件下,拟长腹剑水蚤发育时间对TBBPA的敏感性实验中,从无节幼虫到桡足幼体阶段的发育时间、桡足幼体到成体的发育时间以及第一只挂卵雌体出现的时间这三个指标得出结论:(1)在温度15~25 ℃,盐度10~30范围内,拟长腹剑水蚤的发育时间会随着温度的升高和盐度的降低而缩短(见表3,图3、4、5、6)。这与Stottrup等[22]、Rhyne等[23]、Santhanam等[24]和Alexander等[25]研究结果一致,低温会延长桡足类的发育时间,高温会缩短其发育时间。还有Chinnery等[26]发现,5~20 ℃条件下,20 ℃时桡足类无节幼虫最早发育至桡足幼体阶段。Shayegan等[31]指出汤氏纺锤水蚤Acartiatonsa的发育时间随盐度的升高而延长。Kyun等[27]表明温度升高和盐度降低,都能使无节幼虫的发育时间缩短。上述研究都表明桡足类在温度较高,盐度相对降低的条件下发育更快。Alexander等[25]研究表明温度和盐度会通过改变桡足类新陈代谢速度,从而影响发育时间。也就是说,在一定温度和盐度范围内,高温和低盐条件会促进拟长腹剑水蚤的发育。(2)对照组和TBBPA浓度组比较发现,在一定时间内0.031和0.310 mg·L-1TBBPA会促进拟长腹剑水蚤的发育,但生物体内蓄积的TBBPA达到一定量时又会抑制拟长腹剑水蚤的发育(见图5、6)。盐度10、温度25 ℃条件下的0.310 mg·L-1的TBBPA表现出了对桡足类发育的抑制作用(见图5、6),这可能是低盐高温促进了TBBPA在桡足类体内的积累达到了抑制效应浓度,从而表现出抑制作用。Piazza等[32]研究表明温度升高和盐度降低都能放大镉对纹藤壶幼虫的毒性效应。在拟长腹剑水蚤发育阶段,温度升高和盐度降低会使桡足类对TBBPA的摄入和吸收加快,进而增加了TBBPA在桡足类体内的蓄积量,蓄积量达到一定剂量,产生毒性效应。可以得出结论,温度的升高和盐度的降低放大了TBBPA对拟长腹剑水蚤的毒性效应。
在不同盐度和温度条件下,TBBPA对拟长腹剑水蚤繁殖过程的影响实验中,从产卵量、产卵间隔以及无节幼虫孵化率这3个指标可以得出结论:(1)在温度20~25,盐度10~30范围内,产卵间隔会随着温度的升高和盐度的降低而缩短(见图7、8)。Cortney L. Ohs等[28]研究表明,桡足类的产卵间隔在随盐度升高而延长,而温度对产卵间隔的影响研究中,Andrew L. Rhyne等[23]指出,温度越高产卵间隔越短。可以得出结论高温低盐条件促进桡足类的新陈代谢,加速了卵的成熟,缩短了生活史周期。(2)在本文研究发现产卵量会随温度的升高而增加,而盐度对产卵量的影响不显著(见表4)。P. Santhanam等[29]和Andrew L. Rhyne等[23]研究也分别表明,桡足类在15~26和24~28 ℃范围内,分别在26和28 ℃条件下产卵量达到最高。Ohs等[33]研究中也得出盐度10~35,对Pseudodiaptomuspelagicus的产卵量没有显著影响。温度升高会促进桡足类繁殖,而盐度影响不明显。(3)在对照组和TBBPA浓度组间的比较中发现,0.031和0.310 mg·L-1TBBPA会缩短拟长腹剑水蚤的产卵间隔(见图7),增加产卵量(见表4),而无节幼虫的孵化率没有受到显著影响(见表5)。这就说明温度升高和0.310 mg·L-1TBBPA存在都会促进繁殖,而盐度变化对拟长腹剑水蚤的繁殖影响只表现在产卵间隔上。综上,温度、盐度、TBBPA都会对拟长腹剑水蚤繁殖过程产生影响,TBBPA对拟长腹剑水蚤繁殖的毒性效应受温度和盐度影响显著。
总之,温度、盐度、TBBPA对桡足类的生长、发育和繁殖有显著影响,另外,温度和盐度还会通过影响桡足类的新陈代谢水平,从而影响TBBPA的摄入量以及在体内的积累量,导致桡足类对TBBPA的敏感性变化。本文讨论了TBBPA对拟长腹剑水蚤的毒性效应,以及环境因子对这种毒性效应的影响,为之后污染检测提供较为完善的方法和材料。
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责任编辑 高 蓓
TheEffectofTBBPAonCopepod(Oithonasimilis)UnderDifferentSalinityandTemperature
HAN Cui, ZHU Li-Yan, JIANG Tian-Tian, CHEN Xiang, BU Ya-Qian, WANG Chao, DONG Hui-Hui
(College of Marine Life Sciences, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)
As a widely used brominated flame retardant, Tetrabromobisphenol A (TBBPA) was one of the main pollution in marine environment. In the monitoring and risk assessment of the Marine pollution, copepod seen as the ideal subjects because of its important status in marine ecology system. In experiment,Oithonasimilisas the subjects, discussed the effect of TBBPA onO.Similisunder different temperature and salinity. The 48 h-LC50of TBBPA effect on copepod was 3.106 mg·L-1. The 48 h acute toxicity experiment shown, under the temperature 10, 20, 30 and salinity 10, 20, 30, the mortality ofO.Similiswas increasing with the increasing of temperature and the decreasing of salinity when expose to 2.485, 3.106, 3.883 mg/L TBBPA. Chronic toxicity experiment results shown: under the temperature 15, 20, 25 ℃and salinity 10, 20, 30, the hatching rate and mortality ofO.Similishad no significant difference exposed to 0.031and 0.310 mg·L-1TBBPA . Temperature and salinity changing did not affect hatching rate and mortality ofO.Similis. But the toxic effect that the development time and spawning interval were affected significantly by TBBPA changed with temperature and salinity. The egg reproduction was increasing expose to TBBPA, change temperature, the response of egg reproduction was change, but salinity was not affect it.
TBBPA;environmental factor;Oithonasimilis;development;reproduction
X55
A
1672-5174(2018)01-049-08
10.16441/j.cnki.hdxb.20160355
韩萃,朱丽岩,江田田, 等.不同温度盐度下TBBPA对拟长腹剑水蚤的毒性效应[J]. 中国海洋大学学报(自然科学版),2018, 48(1): 49-56.
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国家自然科学基金项目(3157261;31172412)资助
Supported by Natural Science Foundation of China(3157261;31172412)
2016-11-10;
2016-12-28
韩萃(1993-),女,硕士生。E-mail: hancui999@126.com
❋❋ 通讯作者:E-mail:lyzhu@ouc.edu.cn