基于微宇宙生态系统的丙草丹对三种海洋底栖生物急性水体毒性与慢性沉积物毒性研究

《Aquatic Toxicology》:Acute waterborne and chronic sediment toxicity of prometryn to three marine benthic species using microcosms

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月12日 来源:Aquatic Toxicology 4.6

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   摘要普美曲林是一种在近岸水体中被检测到的三嗪类除草剂,它能强烈吸附于沉积物并在其中持久存在,但其对海洋底栖生物毒性的表征仍不充分。我们采用经经合组织经济合作与发展组织(OECD)和美国环境保护署(U.S. EPA)指南改编的程序,对 Manila clam(Ruditapes

  

摘要

普美曲林是一种在近岸水体中被检测到的三嗪类除草剂,它能强烈吸附于沉积物并在其中持久存在,但其对海洋底栖生物毒性的表征仍不充分。我们采用经经合组织经济合作与发展组织(OECD)和美国环境保护署(U.S. EPA)指南改编的程序,对 Manila clam(Ruditapes philippinarum)、nereid(Perinereis aibuhitensis)和 ghost shrimp(Callianassa japonica)进行了急性(96小时,水媒介)和慢性(28天,加标沉积物微型生态系统)毒性评估。由于试验过程中未全程验证实际暴露浓度,实验毒性终点值基于名义浓度,因此实际效应浓度可能低于本文报告的名义效应浓度。三种物种的96小时LC50分别为25.3、11.8和2.40 mg/L,28天LC50分别为8.67、3.51和1.42 mg/kg干重。在最低测试沉积物浓度下,nereid和ghost shrimp同时出现生长受抑和大量死亡,因此无法在物种间建立一致的生长与存活敏感性排序。基于21种海洋物种急性数据的探索性物种敏感性分布显示HC5为2.06 μg/L,初级生产者比所测动物更为敏感。筛选商值方面,海洋或沿岸水体达到0.31,海洋沉积物为0.064,而淡水或河口沉积物达到1.2,淡水农业排水沟渠为2.1。仅凭海洋数据,无一商值接近1;但现有唯一海洋沉积物调查仅涵盖单一海湾的9个站位,且沉积物基准值本身依赖于外推的ghost shrimp生长EC10。在两种情境下,最敏感实验室阈值与最高报告浓度之间的安全余量在沉积物中均比在水体中窄数倍:海洋观测约为1000倍对比约3800倍,纳入河流-河口和淡水观测后约为50倍对比约550倍。因此,沉积物在普美曲林的风险评估中需要明确的、按介质区分的专门处理。

引言

普美曲林是一种广泛用于防治陆生食品和饲料作物中一年生阔叶杂草和禾本科杂草的除草剂(USEPA, 1996; Fu et al., 2015)。它也用于控制水产养殖中的藻类生长(Zhao and Zhu, 2016)。陆地径流和养殖排水可将除草剂残留物带入沿岸水体(Drizo and Shaikh, 2023)。已有报道的海洋或沿岸浓度包括:北黄海和渤海64个站位中最高达0.63 μg/L(Yang et al., 2019),以及中国海南近岸珊瑚礁样带上最高达0.44 μg/L,其中相邻的八门湾达0.21 μg/L(Dsikowitzky et al., 2020)。在法国西部维莱纳湾的河口连续体中,普美曲林在不同地点的10%至44%样品中被检出,但从未超过0.02 μg/L的定量限(Caquet et al., 2013)。淡水中的浓度更高:希腊东北部沿岸农业排水沟渠的中位数为0.078 μg/L,极端值为4.4 μg/L(Vryzas et al., 2011)。本文对淡水观测值单独讨论,而非描述为海水暴露。
普美曲林是一种中等亲脂性、溶解度较低的化合物(20°C时水溶性33 mg/L,log Kow为3.46;表S1)。由于其化学稳定性高、亲脂性强且具有生物累积潜力,普美曲林在土壤和水中持久存在并具有迁移性,其好氧半衰期超过270天,且对水解、光解和厌氧降解具有抗性(USEPA, 1996; ?iki?, 2014; Xu et al., 2014)。因此,其环境残留物可能对底栖生物构成相当大的风险。
近期研究已考察了普美曲林对水生生物的急性和慢性毒性(表S2)。普美曲林对光合生物毒性很高:藻类和水生植物的EC50值已报道低于1 mg/L(USEPA, 1996)。对于鱼类、虾类和贝类等非靶标动物,报道的96小时LC50值范围为0.012-43.9 mg/L,对应全球化学品统一分类和标签制度中的急性类别1至3(United Nations, 2023; USEPA, 2000; Xie et al., 2010; Fu et al., 2015; Zhao et al., 2015; Liu et al., 2022; Yang et al., 2022)。这些数据显示出显著的种间变异,且某些类群在1 mg/L以下即出现效应。
尽管普美曲林被广泛使用,但针对底栖生物的毒性数据仍然有限。底栖生物是环境变化的有用指示生物(Jayachandran et al., 2022),而持久性、与沉积物相关的普美曲林可能通过孔隙水、直接接触和摄食沉积物使其暴露于该污染物中。因此,我们选择了双壳类Ruditapes philippinarum、多毛类Perinereis aibuhitensis和甲壳类Callianassa japonica。一项96小时、无沉积物的水媒介半静态试验提供了急性终点值,用于与以水媒介为主的文献进行数量级比较,并用于探索性物种敏感性分布分析。另一项独立的28天加标沉积物微型生态系统试验则针对这些生物所栖息的介质。沉积物试验改编自OECD测试指南218和219(OECD, 2023a, 2023b)以及美国EPA针对沉积物相关污染物和海洋或河口暴露的方法(USEPA, 1994, 2002);这些方法是为其他类群开发的,本实验不声称符合指南规定的试验。主要改编内容和有效性信息汇总于表S3。
选择这三种物种是为了代表中国北部温带沿岸软底质底栖群落的主要功能类群,同时在摄食方式、沉积物接触程度和系统发育上有所差异。Manila clam是一种滤食性双壳类,浅层钻穴,可通过闭壳隔离其柔软组织,是该地区养殖最广泛的贝类之一。Nereid是一种食碎屑性多毛类,直接摄食沉积物并灌溉其洞穴,是中国潮间带已确认的扰动生物(Tian et al., 2019)。Ghost shrimp是一种深层钻穴的磷虾类甲壳动物,其广泛的洞穴系统使其持续接触孔隙水和沉积颗粒。这三种物种共同涵盖了滤食、食碎屑和穴居三种生态策略,以及三个门(软体动物门、环节动物门、节肢动物门),因此响应差异既可与系统发育相关,也可与沉积物暴露程度相关联。

章节摘要

沉积物和试验生物的准备

从北戴河沿岸采集天然沉积物,用海水冲洗以去除大型碎屑、贝壳碎片和活体大型底栖动物,风干,通过40目筛网,密封袋保存。冲洗和筛分可能去除了部分最细颗粒;未测定粒径分布、含水量和孔隙水pH,因此未进行正式质构分类。天然海水采集自北戴河站沿岸水域,静置沉降后

普美曲林对三种海洋生物的急性毒性

急性毒性试验表明,普美曲林对三种海洋物种的毒性效应与该化合物的浓度和暴露持续时间均呈正相关。随着普美曲林浓度增加和暴露时间延长,试验生物的死亡率显著上升(图1)。在相同浓度下,暴露时间越长,死亡率越高;同样,在固定暴露时间下,浓度越高导致

普美曲林对底栖物种的急性毒性

普美曲林对广泛的水生生物具有毒性,尤其对光合类群。表S2中海洋初级生产者的效应浓度低至μg/L量级,而已报道的动物LC50或EC50值则跨越数个数量级。在本试验的名义暴露条件下,Manila clam、nereid和ghost shrimp的96小时LC50分别为25.3、11.8和2.40 mg/L,对应的LC10值分别为11.0、8.46和1.16 mg/L。
死亡率通常随浓度

结论

本研究为跨三个门的三种海洋底栖无脊椎动物提供了配套的96小时水媒介和28天全沉积物毒性数据,此前海洋数据尚缺乏这一组合。Ghost shrimp(Callianassa japonica)在两种介质中均为最敏感物种,其96小时LC50为2.40 mg/L,28天沉积物LC50为1.42 mg/kg干重,且三种物种的生长均受到影响。由于这些值基于名义浓度,效应可能

CRediT作者贡献声明

Ruiqi Fan:撰写—初稿,概念构思,调查研究,数据管理,正式分析,方法论。Jiaqi Peng:调查研究,数据管理。Wenfei Guo:调查研究,数据管理。Fei Si:数据管理,正式分析。Zhaohui Sun:数据管理,正式分析。Yuanyuan Ren:正式分析。Yingchun Mu:概念构思。Bo Cheng:概念构思,经费获取,撰写—审阅与编辑,项目管理,方法论。

伦理声明

本试验所用试验生物——Manila clam(Ruditapes philippinarum)、多毛类(Perinereis aibuhitensis)和ghost shrimp(Callianassa japonica)——均为海洋无脊椎动物,不在欧盟指令2010/63/EU等特定动物实验法规的覆盖范围内,因此无需伦理审批。尽管如此,所有操作均遵循动物福利一般原则和3R原则(替代、减少和优化):所用动物数量

数据可用性

支持本研究结果的所有数据均已在文章及其补充材料中提供。

稿件撰写过程中生成式人工智能和人工智能辅助技术的声明

在本文准备过程中,作者使用ChatGPT 5.5以纠正语法和表达错误。使用该工具后,作者根据需要对内容进行了审阅和编辑,并对出版内容的全部质量承担完全责任。

未引用参考文献

Liu et al., 2016b

CRediT作者身份贡献声明

Ruiqi Fan:撰写—初稿,方法论,调查研究,正式分析,数据管理,概念构思。Jiaqi Peng:调查研究,数据管理。Wenfei Guo:调查研究,数据管理。Fei Si:正式分析,数据管理。Zhaohui Sun:正式分析,数据管理。Yuanyuan Ren:正式分析。Yingchun Mu:概念构思。Bo Cheng:撰写—审阅与编辑,项目管理,方法论,经费获取,概念构思。
Ruiqi Fan|Jiaqi Peng|Wenfei Guo|Fei Si|Zhaohui Sun|Yuanyuan Ren|Yingchun Mu|Bo Cheng
中国水产科学研究院,农业农村部水产品质量安全控制重点实验室,北京 100141,中国
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