聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫的毒性效应

刘青，崔延超，李双宇，付泉洁，揣洁

(大连海洋大学 辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁 大连 116023)



聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫的毒性效应

刘青，崔延超，李双宇，付泉洁，揣洁

(大连海洋大学 辽宁省水生生物学重点实验室，辽宁 大连 116023)

摘要:通过聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫Brachionus plicatilis幼体的急性、慢性毒性试验，研究了聚维酮碘对轮虫存活、生长和繁殖的影响。结果表明：聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫幼体的24 h LC50为2.25 mg/L，48 h LC50为1.99 mg/L，应用Turubell公式得出其安全浓度为0.47 mg/L；褶皱臂尾轮虫的平均存活时间、总生殖量、平均生殖次数和每次生殖个数均随聚维酮碘浓度的升高而减少，产前发育期则随浓度的升高而延长，其中0.5 mg/L高浓度组的这些种群增长参数与对照组及其他各浓度组间均有显著性差异(P<0.05)；内禀增长率(rm)、净增值率(R0)和周限增长率(λ)随浓度的升高而降低，世代周期(T)则随浓度的升高而升高，其中0.5 mg/L高浓度组的rm、λ、T与对照组及其他各浓度组间有显著性差异(P<0.05)。研究表明，0.1 mg/L低浓度聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫的存活、产前发育时间影响不大，即与对照组无显著性差异(P>0.05)， 但对其种群增长、繁殖有显著影响(P<0.05)。

关键词:褶皱臂尾轮虫；聚维酮碘；毒性试验；安全浓度

聚维酮碘(povidone-iodine)为碘伏类杀菌剂，它是由分子碘与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)结合而成的高分子化合物(PVP-I)[1]。其杀菌机理主要是遇组织中的还原物时，缓慢释放出游离碘而氧化细菌、病毒等原浆蛋白的活性基团, 并与蛋白质的氨基结合而使其变性，从而杀灭细菌、真菌、病毒等病原体。聚维酮碘因其性能稳定，并具有高效、低毒、无残留、毒副作用小的特点, 是目前国内首选的皮肤黏膜和外科消毒剂，并已扩大应用到口腔、妇科等其他医疗领域[2]。

聚维酮碘还具有受水体pH、盐度、温度影响较小的特点，在水产养殖鱼、虾、蟹、贝、藻的杀菌消毒上已被广泛使用，在水产经济动物类的疾病防治中起到重要作用[3-4]。目前，有关聚维酮碘对水生生物的毒性效应已有较多报道[5-16]，但研究内容主要是急性毒性试验方面，而对水域环境中生物的存活、种群增长与繁殖的进一步研究报道较少，因此，对于其使用后是否会对水体生态环境中其他生物的存活、种群繁殖造成影响，值得深入研究。

轮虫是水域环境中常见的一种浮游动物，对环境变化较为敏感，本试验中以褶皱臂尾轮虫Brachionusplicatilis为受试生物，研究了不同浓度的聚维酮碘对其生存、生长和繁殖的影响，以期为聚维酮碘在水产养殖中的安全使用提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

褶皱臂尾轮虫由大连海洋大学水生生物学重点实验室提供，以小球藻Chlorellasp.为饵料扩大培养，试验所用轮虫均选用新生的同步轮虫幼体。轮虫培养液是用过滤煮沸海水和曝气自来水配制而成，盐度为15(盐度计VR-211)。

聚维酮碘购自东莞市中加消毒科技有限公司，用硫代硫酸钠滴定后，测得有效碘浓度为2740 mg/L。本研究中提到的聚维酮碘浓度，均指有效碘浓度。为保证聚维酮碘的有效浓度，聚维酮碘试液均为每次使用前配制。

1.2方法

1.2.1聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫的急性毒性试验首先进行聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫的毒性预试验，根据预试验结果，急性毒性试验按等对数间距设置1.35、1.80、2.40、3.20、4.20、5.60、7.50 7个浓度组，另设1个空白对照组。试验用12孔细胞培养板，每孔加入5 mL试液和5只新生轮虫幼体，每组设3个平行(即3个12孔细胞培养板)。试验在GXZ-380B型恒温光照培养箱中进行，温度为(25±1)℃，光照强度为1500 lx，光周期为12∶12(L∶D)，急性毒性试验不喂食。观察记录1、2、4、6、12、24、48 h轮虫个体的死亡情况。

1.2.2聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫的慢性毒性试验依据急性试验结果求得聚维酮碘的安全浓度，根据安全浓度值，慢性试验设置0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/L 5个浓度组，另设1个空白对照组。试验用24孔细胞培养板，每孔中加入3 mL试液和1只新生同步轮虫幼体，每组设3个平行(即3个24孔细胞培养板)。每24 h更换一次培养液，以小球藻为饵料，各试验组保持饵料藻密度为1.28 ×106ind./mL。每天观察记录轮虫的生长、生殖情况，同时挑出新生轮虫个体，试验至轮虫全部死亡结束。其他试验条件同“1.2.1”节。

1.2.3半致死浓度的计算采用概率单位法[17]计算半致死浓度。即通过各组试验24 h和48 h的死亡率，计算平均死亡率，转换成概率单位；再将各组试验聚维酮碘浓度转换成浓度对数，以浓度对数为横坐标，概率单位为纵坐标作图，拟合概率单位-浓度对数回归方程，从而计算24 h半致死浓度(24 h LC50)和48 h半致死浓度(48 h LC50)。

1.2.4安全浓度的计算安全浓度(SC，mg/L)通过Turubell公式[18]计算：

SC=0.3×48 h LC50/(24 h LC50/48 h LC50)2。

1.2.5生命表参数的计算根据试验结果数据，计算内禀增长率(rm)、净生殖率(R0)、世代周期(T)和周限增长率(λ)并编制生命表，内禀增长率通过Lotka提出经Birch和林昌善简化的公式[19]计算得出。

T=lnR0/rm，

λ=erm。

其中：x为日龄(d)；lx为x日龄时的存活率；mx为x日龄时的出生率。

1.3数据处理

试验数据用平均数±标准差表示，用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析，并用Duncan法进行多重比较，显著性水平设为0.05。

2结果与分析

2.1聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫的急性毒性试验

不同聚维酮碘浓度组褶皱臂尾轮虫的存活率如表1所示。从表1可见：在试验开始的1 h内，各浓度组均无死亡个体；2 h 后随着聚维酮碘浓度的增加，褶皱臂尾轮虫的存活率呈下降趋势；6 h后5.60 mg/L和7.50 mg/L两个高浓度组的轮虫个体几乎无存活个体；至24 h时，2.40、3.20、4.20 mg/L 3个中浓度组的轮虫存活率也不及50%；但1.35 mg/L和1.80 mg/L两个低浓度组的存活率都保持较高值，48 h的存活率也达到近60%； 而对照组存活率始终稳定在100%。

表1　不同聚维酮碘浓度下褶皱臂尾轮虫的存活率

通过概率单位法求得24 h浓度对数与概率单位的直线回归方程为

y=3.9125x+3.6187，R2=0.9811,

计算得到24 h LC50为(2.250±0.093)mg/L。同样求得48 h浓度对数与概率单位的直线回归方程为

y=3.6773x+3.9018，R2=0.9809，

计算得到48 h LC50为(1.990±0.102)mg/L。再根据安全浓度计算公式，求得SC为0.47 mg/L。

图1　24 h和48 h条件下概率单位与聚维酮碘浓度对数的线性关系Fig.1　Liner relationship of probit and logarithm of povidone-iodine concentrations in 24 h and 48 h

2.2聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫生长和繁殖的影响

各浓度组聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫生长和繁殖影响结果如表2所示。从表2可以看出，轮虫的平均存活时间、总生殖量、一生平均生殖次数、每次生殖个数均随聚维酮碘浓度的升高而呈降低趋势，产前发育期则随浓度的升高而呈延长趋势。

方差分析和Duncan多重比较结果表明：平均存活时间以对照组最长，为(11.875±0.355)d，除0.1 mg/L浓度组外，其他浓度组与对照组均存在显著性差异(P<0.05)；总生殖量亦是对照组最高，为(31.833±2.499)ind./只，各浓度组与对照组均存在显著性差异(P<0.05)；一生平均生殖次数和每次生殖个数亦是对照组最高，除0.1 mg/L浓度组的平均生殖次数外，其他浓度组与对照组均存在显著性差异(P<0.05)；产前发育期亦是对照组最短，为(2.18±0.02)d，除0.1 mg/L浓度组外，其他浓度组与对照组均存在显著性差异(P<0.05)。

表2　不同聚维酮碘浓度下褶皱臂尾轮虫的生长、繁殖状况

注：同列中标有不同小写字母者表示组间有显著性差异(P<0.05)，标有相同小写字母者表示组间无显著性差异(P>0.05)，下同

Note:The means with different letters within the same column are significant differences at the 0.05 probability level,and the means with the same letters within the same column are not significant differences,et sequentia

2.3聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫种群增长参数的影响

根据试验结果编制如表3所示的生命表。由表3可以看出，各组均在第2日开始有新个体出生，且第2日对照组出生率显著高于试验组(P<0.05)，0.1 mg/L浓度组与其他各试验组均存在显著差异(P<0.05)，至14日，0.1 mg/L浓度组出生率高于对照组。0.5 mg/L高浓度组在第7日开始出现死亡个体,而0.1 mg/L和0.2 mg/L低浓度组则在第10日时才出现死亡个体。

不同聚维酮碘浓度组中褶皱臂尾轮虫种群增长参数如表4所示。从表4可见：rm、R0和λ均随浓度的升高而降低，T随浓度的升高而延长；对照组rm最高，约为0.59/(ind.-1·d-1)，各浓度组与对照组间均存在显著性差异(P<0.05)；对照组R0也最高，约为29.82，0.1~0.3 mg/L低浓度组与对照组无显著性差异(P>0.05)；对照组λ也最高，约为1.81/(ind.-1·d-1)，各浓度组与对照组均存在显著性差异(P<0.05)；0.5 mg/L高浓度组T最长，约为6.20 d，各浓度组与对照组均存在显著性差异(P<0.05)。

表3　不同聚维酮碘浓度下褶皱臂尾轮虫的生命表

注：同行中标有不同小写字母者表示组间有显著性差异(P<0.05)，标有相同小写字母者表示组间无显著性差异(P>0.05)

Note:The means with different letters within the same line are significant differences at the 0.05 probability level,and the means with the same letters within the same line are not significant differences

表4　不同聚维酮碘浓度下褶皱臂尾轮虫的种群增长参数

3讨论

3.1聚维酮碘对水生生物的急性毒性效应

作为杀菌剂，聚维酮碘已经在水产养殖鱼、虾、蟹的杀菌消毒方面得到广泛应用[3]。已有研究表明，各类水生生物对聚维酮碘的敏感性依种类不同而有很大差异。由表5可以看出，泥鳅Misgurnusanguillicaudatus、沙蚕Perinereisaibuhitensis等底栖生活种类对聚维酮碘最不敏感，扁吻鱼Aspiorhynchuslaticeps幼鱼、点篮子鱼Siganusguttatus幼鱼等次之。受试生物对毒物的敏感性，不仅各生物类群之间存在着很大差异，即使是同一类生物，不同种之间也存在明显的差异。同是甲壳动物的虾类，聚维酮碘对青虾Macrobrachiummipponensis幼虾和斑节对虾Penaeusmonodon仔虾的安全浓度相差20倍以上。

从本研究的急性试验结果得出，聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫的24 h LC50值为2.25 mg/L，48 h LC50值为1.99 mg/L，LC50值均低于个体较大的水产经济动物，褶皱臂尾轮虫的安全浓度为0.47 mg/L，也大多低于表5中所列的水产经济动物。

表5不同水生动物对聚维酮碘的半致死浓度和安全浓度

Tab.5Median lethal concentration and safety concentration of povidone iodine in different aquatic organisms

mg/L

3.2聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫种群增长的影响

轮虫是水域环境中常见的一种浮游动物，其个体小、繁殖力强、营养丰富，为水域环境中鱼类及其他水生动物的天然饵料。轮虫主要摄食水体中的浮游植物、细菌、有机碎屑等，其数量种群变动影响着水域环境的物质循环和能量流动。因其生殖量大、周期短，以轮虫作为受试生物的毒性研究多有报道。金解敏[20]研究表明，褶皱臂尾轮虫对Cu2+和 Zn2+的敏感性存在差异。谢钦铭等[21]研究表明，孔雀石绿、高锰酸钾和甲醛对褶皱臂尾轮虫的24 h LC50分别为0.613、0.873、11.277 mg/L；谢志浩等[22]研究表明，百草枯对褶皱臂尾轮虫的24 h LC50为 9.17 mg/L；加上本试验的研究结果，综合得到褶皱臂尾轮虫对5种消毒药物的敏感性依次为孔雀石绿>高锰酸钾>聚维酮碘>百草枯>甲醛，这说明褶皱臂尾轮虫对各类药物的耐受性也有较大差异。根据国家环境保护局1989年颁布的《化学农药环境安全评价试验准则》[23]，参考溞类毒性标准，1.0 mg/L<48 h EC50≤10 mg/L为中毒性，推断聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫为中毒性药物。

急性毒性试验是评价毒物最直接的方法，当深入评价某一毒物的毒性强度时，急性毒性试验已不能满足需求，需要做低浓度下的慢性毒性试验，以观察毒物对受试生物的寿命、繁殖和种群增长及其他生理指标等的影响。目前，还缺乏聚维酮碘对受试生物的慢性毒性试验研究。本试验结果表明，浓度为0.2 mg/L以上的聚维酮碘对褶皱臂尾轮虫的寿命、繁殖和种群增长有显著影响，而与对照组相比，0.1 mg/L的聚维酮碘虽然对褶皱臂尾轮虫的存活、产前发育时间影响不大(P>0.05)，但总生殖量、每次生殖个数、内禀增长率、世代周期和周限增长率均与对照组有显著性差异(P<0.05)，因此，浓度为0.1 mg/L的聚维酮碘对轮虫种群增长和繁殖也有显著影响。

聚维酮碘为环境外源性药物，在鱼、虾、蟹、贝病害防治时作为消毒剂，有时会在养殖池塘中全池泼洒，使用剂量常为0.2～0.5 mg/L[3]，该剂量通常在经济水产动物的安全浓度范围内。在日常使用中，若只考虑到经济水产动物的安全性，而忽略了对轮虫等小型浮游动物的影响，长此以往，将会对养殖水环境中其他微小生物造成危害，进而影响水域生态系统的稳定性。因此，生产中要根据实际情况酌情使用聚维酮碘。

参考文献：

[1]何宝时.影响聚维酮碘溶液稳定性的因素及对策[J].医学信息,2010,23(7):2460-2461.

[2]柳占彪,胡巧玲.碘伏毒理研究综述[J].中国兽药杂志,2007,41(7):45-48.

[3]龚珞军,付国斌,李赛城,等.水产用聚维酮碘的使用技术[J].渔业致富指南,2007(11):51-52.

[4]Satyanarayan S,Bejankiwar R S,Chaudhari P R,et al.Impact of some chlorinated pesticides on the haematology of the fishCyprinuscarpioandPuntiusticto[J].Journal of Environmental Sciences,2004,16(4): 631-634.

[5]张俊杰,鄢庆枇,李胜忠,等.聚维酮碘和二氧化氯对泥鳅的急性毒性试验[J].水产科学,2010,29(12):729-731.

[6]赖祖鹏,冯善聪,梁伍气,等.几种常用消毒剂对双齿围沙蚕的急性毒性试验[J].水产科学,2014,33(3):147-151.

[7]谢春刚,张人铭,吐尔逊,等.7种常用药物对扁吻鱼幼鱼的急性毒性试验[J].干旱区研究,2010,27(1):104-108.

[8]邹雄,章龙珍,刘鉴毅,等.5种常用鱼药对点篮子鱼幼鱼急性毒性试验[J].海洋渔业,2012,34(2):189-194.

[9]柯浩,彭绪运,陈毕生.几种常用消毒剂对杂色鲍幼鲍的急性毒性试验[J].试验与技术,2006,12(30):5-9.

[10]李飞,郭建林,张宇飞.4种常用水产药物对青虾幼虾的毒性研究[J].生物学杂志,2013,12(6):62-65.

[11]高晓华,曹海鹏,侯三玲,等.水产用聚维酮碘对异育银鲫养殖的安全性评价[J].动物学杂志,2013,48(2):261-268.

[12]刘庆坤,姜玉声,丛文虎,等.聚维酮碘对三疣梭子蟹大眼幼体及仔蟹的急性毒性研究[J].水产科学,2012,30(9):563-567.

[13]吕豪,梁峻,龙强.聚维酮碘对海湾扇贝等贝类幼虫的毒性试验研究[J].水产科学,2003,22(6):8-11.

[14]黄辩非,阮国良,缪有玲.2种碘制剂对异育银鲫鱼苗的急性毒性试验[J].长江大学学报:自然科学版,2005,25(4):60-63.

[15]穆祥兆,李玉华.3种药物对斑节对虾仔虾的毒性研究[J].安徽农业科学,2011,39(6):3641-3643.

[16]郭永军,白东清.3种药物对凡纳滨对虾仔虾的毒性研究[J].安徽农业科学,2010,38(3):1297-1299,1302.

[17]周永欣,章宗涉.水生生物毒性试验方法[M].北京：农业出版社,1989:74-80.

[18]姜礼蟠.鱼药的安全浓度评价方法[J].中国渔业经济研究,1995,6:27.

[19]林昌善.动物种群数量变动的理论与试验研究(II):杂拟谷盗溞TriboloiumconfusumH.的内禀增长能力(rm)的研究[J].动物学报,1964,16:323-338.

[20]金解敏.铜锌离子对褶皱臂尾轮虫的急性毒性试验[J].水产科技情报,1991,26(3):121-124.

[21]谢钦铭,赵伟伟.三种药物对褶皱臂尾轮虫的急性毒性[J].南昌大学学报,2007,31(1):100-102.

[22]谢志浩,屠燕萍,俞泓伶,等.除草剂百草枯对褶皱臂尾轮虫(Brachionusplicatilis)摄食和实验种群动态的影响[J].海洋与湖沼,2013,44(2):299-304.

[23]蔡道基,杨佩芝,龚瑞忠,等.化学农药环境安全评价试验准则[S].北京:国家环境保护局,1989:2-13.

Toxicity of povidone-iodine to rotiferBrachionusplicatilis

LIU Qing, CUI Yan-chao, LI Shuang-yu, FU Quan-jie, CHUAI Jie

(Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China)

Abstract：The acute and chronic toxicity of povidone-iodine to rotifer Brachionus plicatilis was studied to evaluate influence of povidone-iodine on survival, growth and reproduction of the rotifer. The result showed that the LC50of this chemical was 2.25 mg/L in 24 h, and 1.99 mg/L in 48 h, with safe concentration of 0.47 mg/L by Turubell formula. The life-span, life-time fecundity, number of broods per female and number of young per brood of the rotifer were found to be decrease with the increase in povidone-iodine concentration, and the development of pre-reproduction was extended with the increase in povidone-iodine concentration, with significant difference between the high concentration group(0.5 mg/L) and the control group and between the other groups (P<0.05). The intrinsic rate of increase(rm)，net productive rate(R0) and finite rate of increase(λ) were shown to be decrease with the increase in povidone-iodine concentration, and the mean generation time(T) was increased with the increase in concentration. There were significant difference in rm,λ, and T between high povidone-iodine concentration group (0.5 mg/L) and the control group and between the other groups (P<0.05). The findings indicated that the low concentration of povidone-iodine (0.1 mg/L) showed no significant effect on survival and development of pre-reproduction of the rotifer (P>0.05), but had significant impact on growth and reproduction of the rotifer(P<0.05).

Key words：Brachionus plicatilis; povidone-iodine; toxicity test; safe concentration

作者简介：刘青(1965—), 女, 副教授。E-mail:liuqing@dlou.edu.cnmg/L

基金项目：国家海洋公益项目(201305005)；国家海洋局近岸海域生态环境重点实验室资助项目(201310)

收稿日期：2015-01-05

中图分类号：Q179.2

文献标志码：A

文章编号：2095-1388(2015)02-0149-06

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2015.02.007