对于苯并a芘用种间相关估算模型预测的急性毒性数据和其测量的急 性数据构建的物种敏感性分布比较外文翻译资料

 2022-03-27 07:03

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对于苯并a芘用种间相关估算模型预测的急性毒性数据和其测量的急

性数据构建的物种敏感性分布比较

Jiangyue Wu a, Zhenguang Yan b, Xianliang Yi c, Yufei Lin a, Jianbin Ni a, Xiang Gao d,

Zhengtao Liu b, , Xiaoyong Shi a

a 国家海洋减灾服务，中华人民共和国国家海洋局，北京100194，中国

b 环境标准与风险评估国家重点实验室，国家环境保护化学生态效应与风险评价重点实验室，

中国环境科学研究院，北京100012，中国

c 食品与环境学院，大连理工大学，盘锦校区116024，中国

d 化学与化学工程学院，中国海洋大学，青岛266100，中国

亮点

bull;进行了苯并a芘（BaP）对8种中国本土水生物种的毒性试验

bull;使用测得的急性毒性数据和基于种间相关估算模型的预测值构建了苯并a芘的物种敏感性分布

bull;推导了苯并a芘基于种间相关估算模型预测和测量的水质指标

文章信息

文章历史：

2015年02月19日收到

2015年10月23日收到修订表格

2015年10月23日接受

2015年11月18日上线

处理编辑：James M. Lazorchak

关键词：苯并a芘 水质标准 种间相关估算 物种敏感性分布 原生物种

摘要：苯并a芘（BaP）是一个优先级的多环芳香烃（PAH），在环境中它对水生生物具有毒性并且被广泛地检测。然而，由于水质量标准（WQC）缺失和这种化学物质的毒性数据的缺乏，苯并a芘（BaP）的生态风险评价是难以实现的。为了填补数据空白，一种由美国环保局开发的种间相关估算（ICE）模型出现，它是从一个物种的毒性估算预测多个物种的毒性值。为了验证苯并a芘的种间相关估算模型的适用性，将使用8种中国本土水生物种产生的基于预测的物种敏感度分布（SSD）和使用三个替代物种(蓝鳃太阳鱼、锦鲤和大型蚤)预测数据产生的基于种间相关模型的物种敏感性分布进行比较。结果表明：两种SSD曲线和来自测量的急性毒性数据和基于种间相关估算模型预测的数据的两个物种5%危险浓度（HC5）之间无显著性差异。种间相关估算模型验证为在缺乏毒性数据的情况下构建物种敏感性分布的一种有效方法。

  1. 介绍

具有两个或两个以上芳香环的多环芳烃（PAHs）是一类有机污染物，可以在所有环境媒介中找到(Nadal et al., 2004)。近年来，苯并a芘（BaP，CAS # 50-32-8）作为一种优先级的多环芳香烃，其可能诱发致癌、畸形和致突变性，其已经在地表水中被检测出处于高水平，尤其是在中国。其最大浓度（537.2 mg/L）在环境低影响浓度（ERL、430 mg/L）之上但是在环境中度影响（ERM，1600毫克/升）之下，这表明苯并a芘可能对流动水环境构成潜在的威胁(Qiao et al., 2006)。然而，由于水质量标准（WQC）缺失和这种化学物质的毒性数据的缺乏，苯并a芘的生态风险评价是难以实现的。 (Meier et al., 2013; Stringer et al., 2012)。

假定水质量标准是水生环境中污染物影响水生生物总数5% 的浓度(美国环保局USEPA, 2003).WQC作为检测水质量的科学措施，水环境标准在中国水环境管理中起到了重要作用，并且合适准则的建立在已经成为全球调查中一个重要的领域(Paul et al., 2008; Yang et al., 2012)。在中国，没有苯并a芘的水质量标准，就像本地物种的毒性数据缺乏一样。

为了填补数据的空白，美国环保局开发了一种种间相关估算（ICE）模型，它基于一对物种的多种化学物质的毒性数据的对数关系(Zhang et al., 2010)。用于发展水生网的种间相关估算模型的整个急性毒性数据集包括180个物种和1258种化学品的5487个测试结果(Raimondo et al., 2010)。应用种间相关估算模型，多个物种的化学毒性（水生和陆地）可以从代替物种数据中进行预测(Dyer et al., 2006; Dyer et al., 2008; Golsteijn et al., 2012; Raimondo et al., 2007)。当有毒性数据缺失时种间相关估算模型是非常有用的，并且已经成为一种最有效的方法以减少用于达到实验目的的生物的数量(Callen et al., 2013; Juhasz et al., 2014)。使用种间相关估算的目的是补充的测试数据，而不是确定它是否与先前审查的种间相关估算一致或是否有可能提高标准。特别是，该模型的应用可以避免使用濒危物种。目前，该模型已被证明适用于许多毒物(Awkerman et al., 2008; Bejarano and Barron, 2014; Raimondo et al., 2007)，但对多环芳烃的研究一直较少。为了解决这个问题，用物种敏感性分布法（SSDs）对种间相关估算模型中的实验数据和预测数据进行绘制和比较以验证种间相关估算对苯并a芘的适用性。

在目前的研究中，用8种代表物种急性毒性试验，都是普遍的本地物种（来自3门7科），包括两种鲤科鱼类（Rhodens sinensis and Cyprinus flammans），一种鳅鱼（Misgurnus anguillicaudatus），一种浮游甲壳动物(Mac-robrachium nipponense)，一种环节类 (Limnodrilus hoffmeisteri)，一种昆虫类(Chironomus plumosus)和一种两栖动物(Rana limnocharis)。基于种间相关估算的预测毒性值的的产生使用了三种代替物种（蓝鳃太阳鱼、锦鲤和大型蚤）。

这项研究的目标是：（1）对苯并a芘的毒性数据库提供的一种补充（2）用测得的急性毒性数据和基于种间相关估算的预测数据生成苯并a芘的物种敏感性分布（3）得到苯并a芘的基于种间相关估算和基于测量WQC的数据 。这项研究可以对周围水环境中苯并a芘的

环境风险评价和污染管理提供有用的信息。

  1. 材料与方法

2.1测试化学品和生物体

苯并a芘，化学式C20H12，纯度ge;98%（高效液相色谱法），是从美国Sigma Aldrich公司购买， 根据美国环保局指南（USEPA，1985），在水质量的推导中，需要从三个不同门抽取至少8个水产动物和一个水生植物数据。 除了公布的苯并a芘生态毒性数据外，我们还在中国选择了八种常住水生物种进行了急性毒性试验。

2.2一般试验条件

所有测试均为静态更新，其中测试溶液以24小时间隔完全补充。 用活性炭处理的脱氯自来水用于毒性试验中的稀释。 稀释水的化学参数如下：pH 7.2plusmn;0.5，溶解氧（DO）7.3plusmn;0.5 mg / L，总有机碳0.02 mg / L，硬度为CaCO3 192plusmn;0.1 mg / L， 试验水中的主要离子浓度为Ca（0.1mM）。 毒素测试在三个重复（每个包含10个生物体）中进行，指定的浓度，溶剂对照组和空白对照组。

将两个荧光UV-A-340管（Q-panel Company，Cleveland，Ohio）放置在用于曝光的台架上方40cm处，并且间隔12cm。 管子模拟365nm处的临界短波长UV区域和295nm处的太阳能截止值的峰值，并在340nm处发射峰值（Dyer等，1997; Wernersson和Dave，1997）。

所有毒性试验均按照美国材料试验协会（ASTM）标准指南（ASTM，1993; Gaikowski等，1999; Yin等，2003）进行。 在急性试验期间，没有喂食测试生物。 除非另有说明，否则将测试室浸入水温保持在20plusmn;2℃的水浴中。 每天在试验室中测量温度，DO和pH。 每天至少进行一次生物学观察。 对于大型蚤测试终点是48小时-EC 50（在48小时内的50％的测试生物体中有效浓度），但对于其他水生动物是96小时-LC50（在96小时内50％的测试生物体死亡的致死浓度）被用作测试终点。

2.3急性毒性试验

本研究中测试的所有生物体（表1）均来自潮汐和大型森林水产养殖公司。 在进行毒性测试之前，所有测试生物体都适应于一般测试条件至少7天。我们在中国环境科学研究院的实验室，从内部培养获得大型蚤（lt;24小时龄）。

2.4道德声明

本研究得到了中国动物伦理委员会环境科学研究院的批准，并按照国家和国际相关指导原则进行。 目前，这些物种都没有被列为濒危物种，所有努力都是为了减轻动物的痛苦（Bouloubassi和Saliot，1991;Karacıket al。，2013）。

2.5种间相关估算数据集

美国环保局已经开发了种间相关估算软件（Awkerman等，2008），并且还可以从在线数据库（http://www.epa.gov/ webice）获取额外的强大的水生和野生动物种间相关估算模型。 本研究采用基于Web的种间相关估算平台。 基于Web的种间相关估算提供种间外推模型，通过用户友好的界面预测急性毒性。

ICE中的替代物种选择已被证明对于预测化学品的准确毒性值很重要。 与模型鲁棒性相关的统计数据对于准确的估计（例如，R 2，均方误差MSE，自由度（df），p值，交叉验证成功率和分类距离）很重要（Raimondo等，2013）。 Dyer（Dyer et al，2006）对不同化学类别和作用机制之间的种间相关性的研究进行了综合研究。 为了最小化杂散结果，他们只使用具有高度显著相关性的模型（p lt;0.05），每个物种对至少有10个观察值，并且斜率要大于0.65。 根据上述原理，选择了三种外源物种蓝鳃太阳鱼、锦鲤和大型蚤（分别为5mu;g/ L，27mu;g/ L和1.5mu;g/ L），以估计其他物种的毒性网页-种间相关估算（Web-ICE）程序。

2.6数据分析

许多累积分布函数已被用于拟合SSD（Aldenberg和Jaworska，2000; Hose and Van den Brink，2004; Van der Hoeven，2001; Wagner andLoslash;kke，1991; Wang et al。，2014; Yan et al，2012a ; Yan et al，2012b）。 为了在本研究中进行统计上的有意义的比较，使用对数逻辑分布，因为它经常符合毒性数据（Kooijman，1987; Newman et al，2000a）。 方程如下：

Y = 1/(1 exp ((alpha; minus; X )/beta; )) (1)

其中Y是物种的累积概率，定义为“数据点的顺序”除以1加上数据点的总数; X是对数转换的LC50或EC50; alpha;是表示位置（或截距）的参数; beta;是表示曲线斜率的参数。

为每个模型提供了几种统计方法来评估估计值的准确性。 模型的有效性的描述由Raimondo等人提供。 （Raimondo等人，2010）。

用于选择Web-ICE预测的标准简要列举如下：（1）相对低的均方误差（MSE）（lt;0.22）; （2）近距离（53）; （3）高交叉验证成功率（gt; 85％）; （4）高自由度（dfgt; 8）; （5）高r2值（gt; 0.6）; （6）低p值（lt;0.01）; （7）图上狭窄的置信区（Dyer等，2006）。 通常情况下，最好的估计一般发生在同一属、家族、年龄并且r2gt; 0.6的模型的替代或预测的分类群中。

急性毒性数据按顺序排列，然后配备对数逻辑分布来构建SSD（Feng等，2013a）。当对同一物种有多于一种急性值时（例如LC50或EC50），计算并显示几何物种平均值。（Wang等，2013）。 此外，双样本Kolmogorov-Smirnovtest（K-S测试）是一种非标准方法，可用于测试两个样本是否来自相同的分布。 因此本研究分析基于种间相关估算的毒性数据组与测量数据组之间的差异（Jin et al，2011）。

本研究使用SPSS 20.0（IBM，Armonk，NY）和Origin 8.0（OriginLab，Northampton，MA）进行数据分析。

  1. 结果与讨论

3.1八种天然水生生物毒性试验结果

苯并a芘对8种水生物种的线性回归方程和急性毒性值，如表2所示。对照组和溶剂对照组均未观察到死亡率。使用八种水生物种进行急性毒性试验的结果（表2）显示，具有1.298mu;g/ L的96-h-LC50的大型蚤是对苯并a芘最敏感的物种，随后是L. hoffmeisteri，C.pl

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