CuO―ENPs在三疣梭子蟹不同组织中的积累效应研究

摘要 为研究CuO-ENPs在三疣梭子蟹不同组织中的积累效应，选择三疣梭子蟹的鳃、血淋巴、肌肉、肝胰腺、心脏和胃作为研究对象，开展了CuO-ENPs在20、40 mg/L浓度下对三疣梭子蟹的慢性毒性试验，探讨了CuO-ENPs在不同组织内的积累效应。结果表明： CuO-ENPs的富集含量从高到低的顺序为 鳃>血淋巴>肌肉>肝胰腺>心脏和胃， 三疣梭子蟹暴露于不同CuO-ENPs浓度的条件下，体内CuO-ENPs的积累量具有一定差异，除血淋巴外，随着CuO-ENPs浓度的增高，不同组织的CuO-ENPs残留量有一定程度的增加，表现出明显的浓度效应。三疣梭子蟹鳃对CuO-ENPs的富集能力较强，在20、40 mg/L浓度下富集系数分别高达76.35和58.15，血淋巴对CuO-ENPs的富集系数分别为2.6和1.4，肌肉对CuO-ENPs的富集系数分别为1.77和1.43，肝胰腺对CuO-ENPs的富集系数分别为1.3和0.8，心脏和胃对CuO-ENPs的富集系数分别为1.30和0.65。三疣梭子蟹鳃对CuO-ENPs的富集作用远高于三疣梭子蟹的血淋巴、肌肉、肝胰腺和心脏及胃等组织。

关键词 CuO-ENPs；三疣梭子蟹；积累；富集系数

中图分类号 S968.25+2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）19-0259-02

Abstract To study the accumulation effect of CuO-ENPs in different tissues of Portuns trituberculatus，gills，haemolymph，muscles，hepatop-ancreas，heart and the stomach of Portuns trituberculatus had been taken as objects in this study，and chronic toxicity test of Portuns trituberculatus had been carried out under the concentrations of CuO-ENPs of 20 mg/L and 40 mg/L，respectively.The results showed that the order from high to low of enrichment content of CuO-ENPs in different tissues of Portuns trituberculatus was gill>haemolymph>muscle>hepatopancreas >heart and stomach.The enrichment content of CuO-ENPs in different tissues of Portuns trituberculatus was different with different concentration of CuO-ENPs.With the concentration of CuO-ENPs increased，the enrichment content of CuO-ENPs in different tissues was increased except for haemolymph.The enrichment ability of gills of Portuns trituberculatus was far higher than haemolymph，muscles，hepatopancreas，heart and the stomach.Under the concentrations of CuO-ENPs of 20 mg/L and 40 mg/L，respectively，the enrichment factors of gills were 76.35 and 58.15，respectively，while the enrichment factors of haemolymph were 2.6 and 1.4，respectively.The enrichment factors of muscles were 1.77 and 1.43，respectively.The enrichment factors of hepatopancreas were 1.3 and 0.8，respectively.The enrichment factors of heart and stomach were 1.30 and 0.65，respectively.

Key words CuO-ENPs；Portuns trituberculatus；accumulation；enrichment factor

随着纳米技术的飞速发展，多种纳米材料被广泛应用并逐步进入到周围的环境中，纳米材料的生物安全性和生态毒理学效应逐渐成为国内外关注的热点。纳米氧化铜（CuO-ENPs）因具有良好的杀菌性、催化特性、热稳定性而被广泛应用于涂料、废水处理、杀菌、生物医药、陶瓷材料等领域[1]，因此它将不可避免地进入环境和生态系统中，使其在环境中的释放概率增大，对生物体的影响也受到了人们的普遍关注。

目前，关于CuO-ENPs的毒性和生态毒性效应已有一些报道，国内外的相关研究主要探讨了CuO-ENPs对离体细胞[2-3]、微生物[4]、藻类[5]、原生动物[6]、甲壳动物[7-8]、软体动物[9]、海生双壳类[10]、海洋贝类[11-12]以及高等植物[13-14]的毒性和作用机理。本研究在CuO-ENPs对三疣梭子蟹急性毒性研究成果的基础上，开展了CuO-ENPs对三疣梭子蟹的慢性毒性试验，探讨其在三疣梭子蟹肌肉、鳃、肝胰腺等不同组织器官中的积累效应，这对于正确评价CuO-ENPs在海洋生态系统中的生态风险及制订环境保护标准和污染控制决策具有重要的指导意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验海水。海水取自浙江省海水增养殖基地――浙江省舟山市普陀区西闪岛附近的海域，经48 h沉淀，测得盐度为27.9‰～29.2‰，pH值7.96～8.24，溶解氧>8.2 mg/L。

1.1.2 试验药品。CuO-ENPs为40 nm、球形（99.5%），由成都西亚化工股份有限公司生产（批号：L21315）。

1.1.3 试验生物。三疣梭子蟹取自浙江省海水增养殖基地，壳宽7.2～9.4 cm，体重164～238 g。

1.1.4 试验装置。试验所用装置为60 cm×40 cm×50 cm的塑料方箱，并配备充氧装置。

1.2 试验方法

将三疣梭子蟹先在试验用海水中暂养7 d，取没有异常表现的生物进行试验。三疣梭子蟹试验设20、40 mg/L 2个浓度组，每个浓度设1个平行。每个塑料方箱装12 L水，放15只蟹，并放入筛绢网片作为隐蔽物，以防蟹相互残杀。采用半静水法进行试验[15]，每24 h换水1次，整个试验过程中保持充氧，控制室温在23～26 ℃，实测试验期间水温为24.1～25.3 ℃。

试验开始前取三疣梭子蟹解剖出其鳃、血淋巴、肌肉、肝胰腺、心脏和胃等不同组织，测定各组织中铜的本底浓度，然后在试验开始后5、10、15、20、25、30 d分别取三疣梭子蟹解剖出其鳃、血淋巴、肌肉、肝胰腺、心脏和胃等不同组织，测定各组织中铜的浓度。

1.3 生物富集系数计算方法

生物富集系数（BCF）是衡量环境中化合物在生物体内富集趋势和程度的参数，一般定义为平衡时化合物在生物体内与环境中浓度的比值[16]。计算公式如下：

BCF=（Cn-C0）/CW

式中：BCF―试验生物富集系数；C0―对照组实验生物体内药物浓度（mg/kg）；Cn―第n天试验组生物体内药物浓度（mg/kg）；CW―试液中药物浓度（mg/L）。

2 结果与分析

2.1 CuO-ENPs在三疣梭子蟹不同组织的积累

本研究在CuO-ENPs对三疣梭子蟹急性毒性研究成果的基础上[17]，选择20、40 mg/L 2个浓度开展了CuO-ENPs对三疣梭子蟹的慢性毒性试验。从图1、2可以看出，CuO-ENPs在不同组织中的富集呈现明显的差异，积累量从高到低的顺序为鳃>血淋巴>肌肉>肝胰腺>心脏和胃。 2个试验组中，CuO-ENPs在三疣梭子蟹鳃中的富集达到最大的时间约为15 d，积累量分别达到1 578 mg/kg和2 377 mg/kg；CuO-ENPs在三疣梭子蟹血淋巴中的富集达到最大的时间约为20 d，积累量分别达82 mg/kg和76 mg/kg；CuO-ENPs在三疣梭子蟹肌肉中的富集达到最大的时间为20～25 d，积累量分别达到40 mg/kg和62 mg/kg；CuO-ENPs在三疣梭子蟹肝胰腺中的富集达到最大的时间约为15 d，积累量分别达30 mg/kg和36 mg/kg；CuO-ENPs在三疣梭子蟹心脏和胃中的富集达到最大的时间约为30 d，积累量分别达29 mg/kg和29 mg/kg。

随着时间的延长，三疣梭子蟹不同组织CuO-ENPs含量开始逐渐下降，一定时间后处于一种相对平衡状态。此外，三疣梭子蟹暴露于不同CuO-ENPs浓度的条件下，体内 CuO-ENPs的积累量具有一定差异，除血淋巴外，随着CuO-ENPs浓度的增高，不同组织的CuO-ENPs残留量有一定程度的增加，表现出明显的浓度效应。

2.2 CuO-ENPs在三疣梭子蟹不同组织的生物富集系数

本研究根据三疣梭子蟹不同组织CuO-ENPs浓度，计算CuO-ENPs 20、40 mg/L浓度下在三疣梭子蟹不同组织的生物富集系数BCF值，结果均扣除对照组中CuO-ENPs含量。从表1可以看出，在30 d试验周期内，鳃内CuO-ENPs的生物富集系数分别高达76.35和58.15；血淋巴内CuO-ENPs的生物富集系数分别为2.6和1.4；肌肉内CuO-ENPs的生物富集系数分别为1.77和1.43；肝胰腺内CuO-ENPs的生物富集系数分别为1.3和0.8；心脏和胃内CuO-ENPs的生物富集系数分别为1.30和0.65。三疣梭子蟹鳃对CuO-ENPs的富集作用远高于三疣梭子蟹的血淋巴、肌肉、肝胰腺和心脏及胃等组织。

3 讨论

本试验表明，CuO-ENPs在不同组织中的富集呈现明显的差异，积累量从高到低为鳃>血淋巴>肌肉>肝胰腺>心脏和胃。当三疣梭子蟹暴露于不同CuO-ENPs浓度条件下，随CuO-ENPs浓度增高，不同组织CuO-ENPs残留量有一定程度增加，表现出明显的浓度效应。甲壳动物吸收金属离子主要有2种方式：一是通过鳃，二是通过消化道进入肝胰腺，铜离子作为三疣梭子蟹必需的微量元素，主要就是通过以上2种方式吸收入血淋巴[18]。据研究，铜离子在三疣梭子蟹不同组织中的积累顺序为鳃>肝胰腺>肌肉[19]。在本试验中鳃对CuO-ENPs的富集明显高于其他组织，而在肝胰腺中的富集并不是很高，可能与CuO-ENPs主要以颗粒态形式存在有关。

4 参考文献

[1] 付昕，葛泰根，朱方，等.氧化铜纳米颗粒的环境影响及其生态毒理效应综述[J].江苏农业科学，2015，43（8）：340-344.

[2] WANG Y，AKER W G，HWANG H M，et al.A study of the mechanism of in vitro cytotoxicity of metal oxide nanopa-rticles using catfish primary hepatocytes and human HepG2 cells[J].Sci Total Environ，2011，409（22）：4753-4762.

[3] XU J，LI Z，XU P，et al.Nanosized copper oxide induces apoptosis through oxidative stress in podocytes[J].Arch Toxicol，2013，87（6）：1067-1073.

[4] BAEK Y W，AN Y J.Microbial toxicity of metal oxide nanoparticles（CuO，NiO，ZnO，and Sb2O3）to Escherichia coli，Bacillus subtilis，and Streptococcus aureus[J].Science of the Total Environment，2011，409（8）：1603-1608.

[5] ARUOJA V，DUBOURGUIER H C，KASEMETS K，et al.Toxicity of nanop-articles of CuO，ZnO and TiO2 to microalgae pseudokirchneriella subcapi-tata[J].Science of the Total Environment，2009，407（4）：1461-1468.

[6] MORTIMER M，KASEMETS K，KAHRU A.Toxicity of ZnO and CuO na-noparticles to ciliated protozoa Tetrahymena thermophila[J].Toxicology，2010，269（2-3）：182-189.

[7] BLINOVA I，IVASK A，HEINLAAN M，et al.Ecotoxicity of nanoparticles of CuO and ZnO in natural water[J].Environmental Pollution，2010，158（1）：41-47.

[8] HEINLAAN M，IVASK A，BLINOVA I，et al.Toxicity of nanosized and bulk ZnO，CuO and TiO2 to bacteria Vibrio fischeri and crustaceans Daphnia magna and Thamnocephalus platyurus[J].Chemosphere，2008，71（7）：1308-1316.

[9] 刘佳.纳米氧化铜对底栖动物铜锈环棱螺的生态毒理学效应[D].张家界：吉首大学，2012.

[10] BUFFET P E，TANKOUA O F，PAN J F，et al.Behavioural and bioch-emical responses of two marine invertebrates Scrobicularia plana and Hediste diversicolor to copper oxide nanoparticles[J].Chemosphere，2011，84（1）：166-174.

[11] GOMES T P，CARDOSO，C G，PINHEIRO C，et al.Accumulation and toxicity of copper oxide nanoparticles in the digestive gland of Mytilus galloprovincialis[J].Aquat Toxicol，2012，118/119：72-79.

[12] HU W，CULLOTY S，DARMODY G，et al.Toxicity of copper oxide nan-oparticles in the blue mussel，Mytilus edulis：a redox proteomic invest-igation[J].Chemosphere，2014，108：289-299.

[13] PERREAULT F，SAMADANI M，DEWEZ D.Effect of soluble copper released from copper oxide nanoparticles solubilisation on growth and photosynthetic processes of Lemna gibba L[J].Nanotoxicology，2014，8（4）：374-382.

[14] 何蓉.CuO NPs对拟南芥幼苗的胁迫机理研究[D].深圳：深圳大学，2014.

[15] 海洋监测规范：GB17378-2007[S].北京：中国标准出版社，2008.

[16] 姜琳琳.邻苯二甲酸酯类在普通小球藻-真鲷鱼苗食物链中积累效应研究[J].渔业现代化，2014，41（4）：5-10.

[17] 尤炬炬，薛彬，喻亮，等.CuO-ENPs对三疣梭子蟹的急性毒性研究[J].现代农业科技，2015（20）：226-227.

[18] 张毓琪，陈叙龙.环境生物毒理学[M].天津：天津大学出版社，1993：28.

[19] 陈寅儿，金珊，徐S. Cu2+在三疣梭子蟹体内的毒性效应和积累[J].科技通报，2011，27（4）：554-556.