邻苯二甲酸酯对浮游生物的毒性效应研究进展

李 欣，申晨晨，魏 杰，谢 玺

( 1.大连海洋大学，辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁 大连 116023；2.辽宁省海洋水产科学研究院，辽宁 大连 116023 )

邻苯二甲酸酯(PAEs)(又称钛酸酯)是由邻苯二甲酸酐与醇类物质在酸性条件下酯化而成；因醇类物质的侧链基团不同，衍生出大约20余种邻苯二甲酸酯类化合物，是一种广泛使用的增塑剂和软化剂。多种邻苯二甲酸酯类具有一般毒性和特殊毒性，部分邻苯二甲酸酯类对动物致畸和致突变，呈明显的内分泌干扰性。邻苯二甲酸酯类被称为“第二个全球性污染物多氯联苯(PCB)”，其引起的环境污染问题已受到全球性关注。早在1977年，美国国家环保局就将6种邻苯二甲酸酯类列为优先控制的有毒污染物，同年世界野生动物基金会列出的68种环境激素类物质中也包括8种邻苯二甲酸酯类[1]。目前，中国已将邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基已基)酯(DEHP)列入优先控制污染物名单，且《地表水环境质量标准》也将DBP和DEHP作为邻苯二甲酸酯类污染物的检测指标。然而，中国邻苯二甲酸酯消耗量已超过美国，居全球之首，水环境中邻苯二甲酸酯含量严重超标，污染严重[2]。随着塑料的生产、应用与处理，邻苯二甲酸酯不断地向周围环境释放，水环境中残余量持续增长，已经在长江、黄河等重要水域及多种水生生物(海洋哺乳动物、鱼类及水生无脊椎动物)中普遍检出，且对水生生物产生影响[3]，还可通过食物链的富集和传递，潜在威胁人体健康[4-6]。因此，研究邻苯二甲酸酯对水生生物的毒性效应，对控制水环境中邻苯二甲酸酯类污染和保护人类健康具有重要意义。

浮游生物是水生生物中的重要组成部分，是水生态系统食物链的关键环节，水体中邻苯二甲酸酯可通过浮游生物传递到更高营养级，危害生物体。笔者主要综述了邻苯二甲酸酯的理化性质、毒性作用机制、水体中含量及其对浮游生物的毒性效应等方面研究的最新成果，为控制水环境的邻苯二甲酸酯污染提供参考。

1 邻苯二甲酸酯的理化性质

邻苯二甲酸酯由一个刚性平面芳环和2个可塑的非线型脂肪侧链组成[7]。常见邻苯二甲酸酯的主要环境参数(表1)，既是了解和掌握该类化合物污染规律的重要指标，也是制定排放标准的主要依据。该类化合物具有相当宽的液态温度范围，流动性很大，挥发性和水溶性却较小，这些特殊的理化性质决定了邻苯二甲酸酯独特的环境行为——在环境中性质稳定、存留时间长、有较强的生物蓄积毒性。

2 水体中邻苯二甲酸酯的含量

邻苯二甲酸酯来源有直接和间接2种途径：直接途径是含有邻苯二甲酸酯工业废水的排放以及聚氯乙烯塑料等固体废弃物经雨水淋洗而缓慢释放；间接途径是该类化合物首先排入到大气中，通过干沉降或雨水淋洗而转入水环境中[8]。水体邻苯二甲酸酯的分布与其组分的溶解度密切相关，分子量较低的邻苯二甲酸酯易溶于水，而分子量较高的邻苯二甲酸酯不溶于水。邻苯二甲酸酯在全球主要工业国家的生态环境中已达到普遍检出的程度，国内外部分水体中邻苯二甲酸酯的含量见表2。目前，我国多个湖泊、河流、城市水体(含饮用水)中检出的邻苯二甲酸酯质量浓度(>8.00 μg/L)超过了地表水环境质量标准(PRC-NS GB 3838—2002)和饮用水质量标准(PRC-NS GB 5749—2006)，已成为我国水环境的重要风险因子；故由邻苯二甲酸酯引起的水生态污染及其对水生生物生长发育的潜在影响也备受关注[9-14]。

表1 邻苯二甲酸酯的主要环境参数Tab.1 The types and characteristics of common phthalate esters (PAEs) compounds

表2 国内外部分水体中邻苯二甲酸酯的质量浓度 μg/LTab.2 Contents of PAEs in some waters at home and abroad

(续表2)

3 邻苯二甲酸酯对浮游生物的毒性效应

浮游生物的种群数量与群落组成将直接影响整个水生态系统的结构功能及健康水平，常作为研究不同水体中污染物毒性效应的指示生物。

3.1 邻苯二甲酸酯对浮游植物的毒性效应

研究表明，邻苯二甲酸酯可直接损害浮游植物，具体体现在抑制藻细胞生长，降低叶绿素a含量等，邻苯二甲酸酯对6种淡水藻类和4种海水藻类的半数有效质量浓度和无可观察效应质量浓度见表3。在淡水藻类中，Adams等[5]测试了14种邻苯二甲酸酯对羊角月牙藻(Selenastrumcapricornutum)的急性毒性，其中有4个碳原子或更短烷基链长度的邻苯二甲酸酯的急性毒性质量浓度范围(0.21～377 mg/L)取决于酯在水中的溶解性。低分子量邻苯二甲酸酯(DMP、DEP、DBP、BBP)毒性随水溶解度的降低而增强；而烷基链长度为6个碳原子或更多的邻苯二甲酸酯在接近它们各自的水溶解度的质量浓度下通常没有急性毒性。Suggatt等[31]基于叶绿素a含量和细胞数量研究了DMP、DEP和BBP对羊角月牙藻的96 h半数有效质量浓度，分别为39.8～42.7 mg/L，85.6～90.3 mg/L和0.11～0.13 mg/L，可见毒性大小依次为BBP>DMP>DEP。Gledhill等[32]也测得了BBP对羊角月牙藻96 h的半数有效质量浓度为0.40 mg/L，与上述结果接近。Melin等[33]通过考察二氧化碳的含量变化，发现当DBP质量浓度大于2.78 mg/L可抑制埃氏小球藻(Chlorellaemersonii)和羊角月牙藻的生长和光合作用。在海水藻类中，Wilson等[34]报道了DMP、DEP、DPP、DBP和DEHP对短裸甲藻(Gymnodiniumbreve)的影响，其中以DBP对短裸甲藻的毒性最高。有研究认为，DBP可能通过作用于短裸甲藻线粒体和细胞膜，导致活性氧的过量积累而氧化损伤藻细胞，抑制藻细胞生长[35]。

表3 邻苯二甲酸酯对浮游植物的毒性试验结果Tab.3 Results of toxicity tests of PAEs to phytoplankton

(续表3)

(续表3)

3.2 邻苯二甲酸酯对浮游动物的毒性效应

浮游动物是指水中营浮游生活的动物，主要包括原生动物、轮虫、枝角类和桡足类等。枝角类是湖泊、河流、水库等水域生态系统中的初级消费者，处于食物链和营养循环的中间环节，其生长状况和种群变动在水域生态学和湖沼学研究中起关键指示作用[43]。以浮游动物作为研究对象，探讨环境污染物对水域生态环境的影响时，主要通过急慢性毒性试验。大型溞(Daphniamagna)是淡水中常见枝角类，分布广泛、易于操作和观察，对污染物胁迫十分敏感，成为水生态毒理学研究的模式生物，被广泛用于化合物毒性和水环境污染监测。部分国内外有关邻苯二甲酸酯对大型溞的急慢性毒性试验结果见表4。由表4可见，邻苯二甲酸酯对大型溞的生存、生长和繁殖等均有不同影响，表现出不同程度的毒性效应。任何化学物质对生物的危害都存在着一个从量变到质变的过程，化学物质只有达到一定的剂量时才显示出其对生物的毒性。依据半数致死质量浓度和半数致死剂量的大小，可以将化学物质的毒性分为剧毒、高毒、中等毒、低毒和微毒5级[44]。据文献报道[45]，对溞类而言，48 h半数致死质量浓度<0.1 mg/L时属于剧毒物质，48 h半数致死质量浓度为0.1～10 mg/L时应属于高毒物质，48 h半数致死质量浓度为10～100 mg/L时应属于中等毒物质。根据表4中半数致死质量浓度按照上述毒物分级标准将邻苯二甲酸酯进行分级，DEP、DMP和DOP对大型溞应属中等毒物质，DBP、BBP、DEHP、610P、DIOP属高毒物质，BOP、DINP、711P和DUP属剧毒物质，DIDP和DTDP介于剧毒和高毒物质间。Wei等[46]研究了DBP对大型溞的急性毒性和跨代效应，发现亲代暴露于DBP对大型溞未产生跨代影响。刘伟杰等[47]研究发现，不同世代多刺裸腹溞(Moinamacrocopa)对DBP具有一定耐受性，F1和F2代耐受性下降，敏感性增强，F3敏感性下降。由此可见，相同种类邻苯二甲酸酯对水生生物的半数致死质量浓度或无可观察效应质量浓度与慢性毒性略有不同，其主要原因可能与试验使用的助溶剂、环境条件(如温度)以及受试生物的生殖系统和内分泌系统对邻苯二甲酸酯的敏感性不同有关。

表4 邻苯二甲酸酯对大型溞急慢性毒性试验结果Tab.4 Results of acute and chronic toxicity tests of PAES to water fleas D. magna

(续表4)

4 邻苯二甲酸酯对水生生物的毒性作用机制

大量动物试验发现，邻苯二甲酸酯进入有机体可以结合激素受体干扰内分泌系统，包括由雌激素、雄激素、孕激素和甲状腺激素介导的多种生物学途径，影响生物发育，导致机体结构畸形、生长迟缓、功能障碍及死亡，属于典型的环境雌激素[47,60-61]。多年以来，国内外学者从不同角度研究了邻苯二甲酸酯对水生动物的毒性效应：

(1)邻苯二甲酸酯对水生动物的急慢性毒性研究为评价邻苯二甲酸酯的毒性计量效应提供基础数据。邻苯二甲酸酯的急慢性毒性剂量效应研究较多。刘伟杰等[47]研究表明，DBP对多刺裸腹溞的生长和繁殖具有显著的毒性效应，且24 h半数致死质量浓度为8.44 mg/L；Huang等[62]发现，DEHP对大型溞的毒性高于DBP，二者对大型溞的24 h半数有效质量浓度分别为2.1 mg/L和8.0 mg/L；还有研究表明，DBP对大型溞种群增长不会造成跨代影响[46]，而DEHP可对大型溞3个世代(P代、F1代和F2代)的种群增长产生不同程度的毒性作用[63]。Wang等[64]研究发现，DEHP能够干扰长江上游特有种中国稀鲫(Gobiocyprisrarus)的内分泌系统，成年稀有鲫在39.4 μg/L及更高剂量的DEHP里暴露21 d后，雌鱼生殖腺中睾酮与雌二醇的比值升高，而在雄鱼中降低。

(2)邻苯二甲酸酯对水生动物的细胞毒性研究为监测环境污染筛选生物标志物。邻苯二甲酸酯在水生生物体内的积累可以促使过氧化酶体增生，从而产生细胞毒性，研究发现邻苯二甲酸酯可抑制斑马鱼(Daniorerio)、海胆、鲍、对虾等的受精率和孵化率，造成胚胎发育畸形甚至死亡[61,65-67]。Zhou等[68]研究表明，邻苯二甲酸酯对九孔鲍(Haliotisdiversicolor)胚胎发生的毒性为DBP>DEP>DMP>DOP>DEHP，并认为DEHP由于侧链较长、脂溶性强、难于渗透到胚胎细胞中而毒性相对较低，与Yang等[69]研究结果一致。DMP对九孔鲍受精过程和胚胎发育也有不利影响，表现为精子活力下降和受精卵发育畸形[70]。此外，邻苯二甲酸酯还可诱导改变鲍胚胎Na+/K+-泵、Ca2+/Mg2+-泵的活性，改变过氧化物酶活性和丙二醛水平，破坏卵膜结构，导致氧化损伤[68]。DEHP能够诱导翡翠贻贝(Pernaviridis)内脏团和外套膜两种组织的脂质过氧化损伤，并且在短期内无法消除[71]。DBP暴露下的大型溞幼溞较成溞更为敏感的原因也可能是氧化损伤[72]。DBP对水生生物除了产生氧化胁迫外， 还存在着神经毒性[73]。

(3)邻苯二甲酸酯对水生动物的分子毒性研究为理解污染物的毒理作用阐明机制。研究发现，DMP不仅能与胰蛋白酶相互结合改变构象，从而影响胰蛋白酶的活性[74]；还能够与鲱鱼精子DNA相结合，改变DNA分子的双螺旋结构和构象，造成分子和遗传毒性[75]。邻苯二甲酸酯不但对九孔鲍胚胎发育有毒理效应，还可干扰鲍gpx等内分泌激素相关基因的表达[68]。Golshan等[76]发现若长期暴露于1 μg/L的DEHP，金鱼(Carassiusauratus)的精子质量和活性降低，雄鱼体内睾丸酮含量下降且类固醇合成基因StAR表达量下调。Wang等[54]研究发现，DEHP暴露可以调节大型溞幼溞和成溞的抗氧化酶活性和相关基因表达。DEHP还可干扰斑马鱼胚胎甲状腺含量及甲状腺相关基因表达水平[77]，DBP可通过wnt信号途径影响斑马鱼胚胎背腹轴形成[78]。进一步研究表明，DEHP和DBP能诱导斑马鱼胚胎心率下降、自主运动异常、脊柱弯曲和心包水肿等一系列发育异常，显著抑制心脏发育相关蛋白Nkx2.5的含量，并且10 μg/L的DEHP 和DBP即可对斑马鱼胚胎的发育造成影响，此剂量低于二者在一些水域的检出质量浓度[79]。此外，1.8 mg/L的DBP暴露导致雄性斑马鱼的生殖和胚胎的发育异常可以传递至F1代[80]。因此，DEHP和DBP对水生生物的危害急需重视。

5 展 望

我国水环境中邻苯二甲酸酯的污染已相当普遍，因此应加大对邻苯二甲酸酯的污染监测力度，研发更加简便快速准确的检测方法；目前研究已经证实，邻苯二甲酸酯对淡水浮游生物等水生生物有明显的急慢性毒性和生殖毒性，能导致其死亡和生殖系统发育畸形、精子损伤、性别错乱等，需要进一步对其致毒机理及相关分子机制系统阐明；邻苯二甲酸酯在生物体内可长期存留，沿食物链进行传递，今后应加强研究邻苯二甲酸酯对海洋浮游生物和咸水湖浮游生物的毒性效应及生态安全评价，以期揭示邻苯二甲酸酯进入水体后对水生生物生长和繁殖的长期干扰效应及其规律，为全面认知邻苯二甲酸酯的水生态风险提供基础数据。