2019, Vol. 40
2. 江苏省常州环境监测中心, 江苏省环境保护水环境生物监测重点实验室, 常州 213001;
3. 江苏理工学院化学与环境工程学院, 常州 213001
, XUE Yin-gang1,2
, WEI Yong1 , XU Xia1 , LIU Fei1 , XUE Ke1 , SHI Xin-lan2 , GU Ming3
2. Key Laboratory of Environmental Protection of Water Environment Biological Monitoring of Jiangsu Province, Changzhou Environmental Monitoring Center of Jiangsu Province, Changzhou 213001, China;
3. College of Chemistry and Environmental Engineering, Jiangsu University of Technology, Changzhou 213001, China
近年来, 大气污染已成为发展中国家的重大公共卫生问题, 尤其是由PM2.5引发的大气污染问题是影响人类健康的主要环境问题之一.我国作为最大的发展中国家, 近几年来受PM2.5的影响日益严重, 据报告显示：我国PM2.5的污染可能会导致每年120万人过早死亡, 并且还会影响2500万人的生命健康[1]. PM2.5粒径小, 比表面积大, 易吸附有毒有害物质(重金属、有机物、无机离子以及细菌病毒等微生物)[2~4], 且在大气中停留时间长, 易进入人体的呼吸系统并沉积在肺泡中, 有的甚至能通过肺泡直接进入人体循环系统, 可能会导致心血管疾病[5].此外, 高浓度PM2.5还与呼吸及神经系统疾病的病发率有较大关联, 甚至可能诱发肺癌和脑肿瘤等疾病[6~7].不仅如此, 更有学者发现直径＜200 nm的颗粒物还会进入人类大脑造成脑部细胞氧化应激损伤[8].
国内外许多学者针对PM2.5的研究主要集中在生物毒性、时空分布和源解析等方面[9~11].而关于生物毒性方面, 大多数学者采用不同类型的单一生物毒性测试方法, Palleschi等[12]研究得出PM2.5对A549细胞活性无影响, 而Zhang等[13]则发现PM2.5对斑马鱼胚胎的死亡率、畸形率和孵化率均有显著影响.由此可知, 不同种类的生物对外界环境具有不同的敏感度和致毒机制, 因此应用多种生物组合可以更有效地评价PM2.5的生物安全性.
斑马鱼及其胚胎是非常理想的水生生物模型[14], 斑马鱼作为毒理学模式生物具有低成本、易饲养、易观察、产卵量大、对毒性物质反应灵敏等特点, 并与人类基因具有75%的相似度, 更重要的是斑马鱼与哺乳动物的组织器官、系统、生理、发育和代谢高度相似[15, 16].发光细菌作为1种快速、灵敏和便捷的生物毒性检测手段, 在国际上已被广泛应用, 主要应用于化学品、污废水、地表水和其它环境污染物的毒性检测[17~20].相比于上述两种生物毒性测试, 体外细胞毒性测试具有重复性好、试验组间差异小等优点[21], 此外肺上皮细胞是颗粒物主要接触的靶细胞[22], 因此将A549细胞作为细胞毒性试验的受试对象更能实际反映PM2.5对人体的影响.本研究结合理化因子并利用发光细菌急性毒性、斑马鱼胚胎急性毒性以及A549体外细胞毒性试验对常州市居住区不同时间段的PM2.5进行评价, 以期为今后的PM2.5综合生物毒性和人体健康评价的研究提供基础.
1 材料与方法 1.1 试验材料受试生物：试验用斑马鱼(AB野生型)购自湖北省中科院水生所国家斑马鱼资源中心, 饲养在自动水循环的养殖系统中(上海海圣生物试验设备有限公司, 上海), 鱼龄为6个月.饲养条件为：水温(28±1)℃, pH 7~8, 电导率(550±5) μS·cm-1, 光暗比16:8.发光细菌费氏弧菌冻干粉购自英国Mondern Water公司, 初始发光度高于200万光子数. A549细胞由常州大学生物医学工程与健康科学研究院提供.
试验耗材：发光细菌毒性试验用试剂主要有Microtox稀释液和Microtox渗透调节液(Mondern Water公司, 英国); 体外细胞毒性试验用试剂主要有二甲基亚砜(DMSO), 纯度≥99.7%, 购自于Sigma公司, F-12培养基、青霉素-链霉素、0.25%胰酶消化液和胎牛血清均购自于Gibco公司; 斑马鱼胚胎试验用试剂主要有硫酸镁、氯化钾、碳酸氢钠和氯化钙, 均为分析纯, 购自中国国药有限公司; 试验用水均采用Milli-Q Reference超纯水系统(Merck Millipore公司, 德国)制备的去离子水(电阻率为18.2 MΩ·cm).
1.2 试验方法 1.2.1 PM2.5的采集采用崂应2050型智能空气/TSP综合采样器(青岛崂应应用技术研究所, 山东省)并配备PM2.5切割器进行采集, 采样器置于常州市环境监测中心站内东楼楼顶, 楼高约20 m, 采样器离地面1.5 m, 采样流量为100 L·min-1, 采样时间为20 h.采集日期分别为2018年冬季雾-霾天：1月15日、1月17日、1月18日、1月20日、1月21日、1月22日; 冬季正常天：2月6日、2月7日、2月8日、2月12日、2月13日、2月14日; 夏季：5月22日、5月23日、5月24日、5月28日、5月29日、5月30日、5月31日、6月1日、6月2日, 每天记录天气情况, 期间遇雪天和雨天等恶劣天气则不进行采样, 颗粒物样品采集于φ90 mm的石英滤膜(Pallflexm公司, 美国)上.采样前将滤膜置于450℃的SX2型箱式电炉(上海浦东荣丰科学仪器有限公司, 上海)中焙烤4 h, 去除有机杂质和其它污染物. PM2.5重量分析参考文献[23], 采样前将滤膜放入温度为23℃, 湿度为45%的HSX-150恒温恒湿箱(杭州蓝天仪器有限公司, 浙江省)中平衡24 h, 采样后立即利用AL104梅特勒万分之一电子天平(Mettler Toledo公司, 瑞士)进行称重, 称重两次, 两次重量之差应＜0.4 mg.应用下列公式计算颗粒物的质量浓度：
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(1) |
式中, ρ表示PM2.5的质量浓度(mg·m-3); w2表示采样后滤膜的质量, g; w1表示空白滤膜的质量, g; V表示已换算成标准状态下(101.325 kPa, 273 K)下的采样体积, m3.
1.2.2 PM2.5的制备参考Duan等[24]的试验方法利用酒精消毒后的陶瓷剪刀将滤膜剪成1 cm×1 cm大小的碎片, 置于烧杯中并加入30 mL纯水, 放入S60H型超声振荡器(Elmasonic公司, 德国)中并加入冰袋保持水温在20℃以下, 共振荡3次, 每次20 min, 将超声振荡后的颗粒物和滤膜混合物通过8层无菌纱布过滤, 得到PM2.5洗脱液, 放入真空冷冻干燥机(北京博医康试验仪器有限公司, 北京)内进行干燥, 随后称重得到PM2.5粉末的重量, 保存于-20℃下, 待试验时取出.
1.2.3 发光细菌急性毒性试验参考(ISO 11348-3: 2007)[25]将保存在-22℃下的发光菌冻干粉用2 mL的Microtox稀释水(保存于4℃下)复苏15 min, 用DeltaTox毒性检测仪器(SDI公司, 美国)的ATP模式测量其发光度, 取0.1 mL复苏菌液于比色皿中测量其初始发光度.将冬季雾-霾天、冬季正常天和夏季PM2.5样品分别稀释成：0、70、140、210、280和350 μg·mL-1, 0、80、160、240、320和400 μg·mL-1, 0、180、360、540、720和900 μg·mL-1, 分别取不同质量浓度样品1 mL和渗透调节液0.1 mL加入比色管中混匀, 再取混匀后的样品0.9 mL加入0.1 mL的复苏菌液中, 混匀后用便携式毒性仪ATP模式依次测15 min发光强度, 每个质量浓度设置3个重复.
质量控制：发光细菌初始发光度大于200万光子数; 在45% B-Tox中毒性模式下, 当硫酸锌标准溶液质量浓度为2.2 mg·L-1时, 发光细菌的相对发光度为50%, 其误差不超过±10%.
1.2.4 斑马鱼胚胎急性毒性和发育毒性试验参考(ISO 15088: 2007)[26]进行斑马鱼胚胎收集：挑选健康和性成熟的斑马鱼, 以雌雄比1:2放入产卵盒中, 用隔板把雌雄鱼分开避光10 h.第2 d光周期开始后, 抽掉隔板让雌雄斑马鱼交配产卵, 约30 min内完成产卵受精.收集受精卵, 清洗2~3次去除残留物, 放入28℃的SPX-250B-Z型生化培养箱(上海博讯实业有限公司, 上海)中待用.
试验前将24孔板放入稀释水中浸泡30 min后取出晾干.随后根据预试验结果利用稀释水配制成上述相同的质量浓度, 每个染毒质量浓度设置3组平行, 并设置阴性对照, 每组10个孔, 每孔加入2 mL样品.在XTL-850P体式显微镜(上海光密仪器有限公司, 上海)下挑选正常发育的受精胚胎进行暴露试验, 每孔放入1枚卵, 置于生化培养箱中连续培养72 h, 每24 h观察胚胎发育情况(死亡、孵化、致畸).
质量控制：胚胎培养48 h后24微孔板对照组中胚胎不得死亡, 阴性对照组胚胎存活率≥90%, 阳性对照组胚胎死亡率≥10%.
1.2.5 体外细胞(A549)毒性试验参考Deng等[27]的试验方法将人肺腺癌A549细胞培养在灭活的含10%胎牛血清和双抗(青霉素和链霉素各100 U·mL-1)的F-12培养基中.置于温度37℃、5%的MCO-18A1C型CO2培养箱中(SANYO公司, 日本).当细胞融合至80%时用0.25%胰蛋白酶消化, 在倒置显微镜观察收集对数生长期的A549细胞, 利用培养基配置成5×104个·mL-1的细胞悬液, 以100 μL·孔-1接种于96孔板中(每孔5000个细胞), 置于CO2培养箱中培养24 h每组设定5个复孔, 细胞贴壁后弃去培养液, 加入与上述质量浓度梯度相同的颗粒物样品100 μL和100 μL不含胎牛血清的培养基进行暴露试验, 以超纯水作为溶剂对照.染毒24 h后加入MTT溶液培养4 h后弃去上清液, 加入150 μL的DMSO溶解, 用Infinite® F50酶标仪(Tecan公司, 瑞士)在492 nm波长下检测吸光度值.
1.3 综合毒性评价指标目前对生物毒性结果评估的方法主要有TU、AvTx、TxPr和MST法等[28].因此本研究采用上述4种毒性评价方法对3种生物进行毒性测试(发光细菌急性毒性、斑马鱼胚胎急性毒性和A549细胞毒性), 结果进行整合计算, 计算公式如下.
TU值计算[28]：
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(2) |
式中, EC50为半数效应浓度即染毒后引起50%效应变化的质量浓度, LC50为半数致死浓度即染毒后引起50%死亡率的质量浓度.
若当受试生物暴露于100%原水中时, 所导致的计量效应未达到50%, 从而无法计算EC50或LC50, TU可以通过下列公式计算得到：
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(3) |
式中, RE为经染毒后发光细菌的相对抑制发光强度, 斑马鱼胚胎的死亡率和畸形率及A549细胞相对抑制率.
AvTx值计算[29]：
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(4) |
式中, Ti为第i个毒性试验的毒性单位; N为参与评价的毒性试验数.
TxPr值计算[29]：
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(5) |
式中, n为生物毒性试验测试结果为阳性的试验数.
MST为最敏感的测试生物所对应的毒性值, 即毒性单位最大值[29].
1.4 数据统计与分析采用SPSS 22.0版本Probit程序计算发光细菌15 min-EC50值和斑马鱼胚胎72 h-EC50值; 运用ANOVA方差分析暴露组与对照组之间的差异; 应用EXCEL 2013版本计算平均值与标准偏差; 利用Origin 8.0版本绘制点线图和柱状堆积图.
2 结果与分析 2.1 理化指标冬季雾-霾天、冬季正常天和夏季这3个时间段的基本理化指标平均值见表 1, 其中自动站数据由常州市环境监测中心提供.由表可知冬季雾-霾天空气质量指数(AQI)最高为129, 而冬季正常天和夏季AQI分别为72和76, 与冬季雾-霾天相比空气质量较好.但3个时间段的PM2.5质量浓度均超过了《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)规定的日均质量浓度限值75 μg·m-3.冬季雾-霾天可溶性离子的质量浓度普遍高于冬季正常天和夏季, 其中NO3-的质量浓度最大, 占冬季雾-霾天PM2.5质量浓度的37.47%, 冬季正常天12.92%以及夏季15.72%. Ca2+质量浓度在3个时间段中占比均最低, 为0.31%~0.40%.在重金属中Zn质量浓度最高, 其中冬季雾-霾天中Zn质量浓度最高为131.97 ng·m-3, 是冬季和夏季正常天的3.65倍和3.70倍; 此外Cd质量浓度最低, 3个时间段排序为夏季(0.25 ng·m-3)＜冬季(0.59 ng·m-3)＜冬季雾-霾天(2.09 ng·m-3).冬季雾-霾天OC和EC质量浓度均最高, 分别为19.77 μg·m-3和5.48 μg·m-3, 均分别高于冬季OC(6.80 μg·m-3)和EC(3.82 μg·m-3)及夏季OC(9.54 μg·m-3)和EC(4.11 μg·m-3).
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表 1 不同时间段PM2.5理化指标 Table 1 Physical and chemical indices of PM2.5 in different time periods |
2.2 生物毒性评价 2.2.1 发光细菌急性毒性结果
随着PM2.5质量浓度对数的增加, 3个时间段的发光细菌抑制率也随之增大(图 1).本研究根据中国科学院南京土壤所提出的发光细菌等级划分方法(L>90, 无毒; 70 < L≤90, 低毒; 50 < L≤70, 中毒; 30 < L≤50, 重毒; 0 < L≤30, 高毒; L=0, 剧毒)来判定发光细菌急性毒性[30].3个时间段的PM2.5均对发光细菌起抑制作用, 其中冬季雾-霾天急性毒性最大, 属重毒, 其EC50值为200.91 μg·mL-1, 冬季正常天毒性为中毒, EC50为336.49 μg·mL-1, 夏季毒性为低毒, EC50为486.84 μg·mL-1.
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图 1 不同质量浓度PM2.5对发光细菌的急性毒性 Fig. 1 Acute toxicity of different concentrations of PM2.5 to luminescent bacteria |
图 2为3个时间段PM2.5斑马鱼胚胎急性毒性, 由于夏季PM2.5未呈现毒性效应, 因此夏季数据未给出.从中可以看出, 冬季雾-霾天和冬季正常天的PM2.5质量浓度和斑马鱼胚胎毒性在染毒72 h时呈一定的剂量-效应关系.其中冬季雾-霾天在染毒24 h和48 h时毒性较小, 在质量浓度为350 μg·mL-1和280 μg·mL-1下胚胎变白死亡, 表现为卵凝结[图 3(F)中a处], 死亡率均为10%;在72 h时出现致畸效应, 主要表现为心包囊肿[图 3(G)], 其畸形率在质量浓度350 μg·mL-1和280 μg·mL-1下分别为20%和10%.冬季正常天在染毒24 h后无毒性效应, 但在染毒48 h时在高质量浓度400 μg·mL-1下开始出现致畸效应, 畸形率为10%.当染毒时间为72 h, 胚胎畸形数明显增多, 除表现为心包囊肿外[图 3(H)b处], 还有脊椎弯曲[图 3(H)c处]和尾部畸形[图 3(I)和图 3(J)], 其中心包囊肿出现次数最多, 其次为脊椎弯曲和尾部畸形.其畸形率在质量浓度400 μg·mL-1和320 μg·mL-1下分别为70%和40%.通过SPSS计算得出冬季雾-霾天72 h-EC50(442.41 μg·mL-1)>冬季正常天72 h-EC50(349.77 μg·mL-1), 说明冬季雾-霾天斑马鱼胚胎急性毒性效应与冬季正常天相比较小.
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图 2 不同质量浓度PM2.5对斑马鱼胚胎的急性毒性及发育毒性 Fig. 2 Acute toxicity and developmental toxicity of different concentrations of PM2.5 to zebrafish embryos |
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(A)24 h发育正常的胚胎; (B)、(C)：48 h发育正常的胚胎; (D)、(E)：72 h发育正常的胚胎; (F)：卵凝结(a处); (G)：心包囊肿(b处); (H)：心包囊肿(b处)、脊椎弯曲(c处); (I)、(J)：尾部畸形(d处) 图 3 PM2.5对斑马鱼胚胎早期发育的影响 Fig. 3 Effect of PM2.5 on the development of zebrafish embryos |
图 4为3个时间段A549细胞体外毒性测试结果.从中可知, 3个时间段PM2.5与对照组相比均有显著性差异, 对A549细胞都表现出抑制作用.其中冬季雾-霾天PM2.5在最低质量浓度210 μg·mL-1时(体积分数为60%)表现出细胞毒性效应(P≤0.05), 当质量浓度达到280 μg·mL-1(体积分数为80%)时细胞毒性较为明显(P≤0.01).与冬季雾-霾天相比, 冬季正常天则在160 μg·mL-1(体积分数为40%)时表现出细胞毒性效应(P≤0.05), 当质量浓度为240 μg·mL-1(体积分数为60%)时则细胞毒性较明显(P≤0.01).相比于上述2个时间段, 夏季PM2.5细胞毒性效应在质量浓度范围为360~900 μg·mL-1时均表现较弱(P≤0.05).
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*表示P≤0.05, **表示P≤0.01 图 4 不同质量浓度的PM2.5体外细胞毒性 Fig. 4 Cytotoxicity of different concentrations of PM2.5 in vitro |
当采用单一生物进行毒性评价时, 由于指示生物的敏感度的不同和选择性的差异, 毒性评价效果差异较大.如表 2所示, 夏季斑马鱼胚胎的TU值为0, 表现为无毒, 而对发光细菌以及A549细胞均表现出微毒; 冬季雾-霾天除发光菌表现出有毒外, 其余2种受试生物均表现为微毒; 冬季正常天仅有A549细胞表现出微毒, 斑马鱼和发光细菌均表现为有毒.在3个时间段中, 发光菌TU值均大于其余2种受试生物, 表明发光细菌对PM2.5表现出较高敏感性.3个时间段的AvTx、TxPr和MST评价结果均显示冬季雾-霾天毒性最高, 其次为冬季正常天和夏季.其中TxPr和MST较为敏感, 除夏季呈现微毒外, 冬季雾-霾天和冬季正常天均显示有毒.
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表 2 PM2.5毒性当量及不同类型评价指标1) Table 2 Toxicity unit of PM2.5 and different evaluation indicators |
3 讨论 3.1 PM2.5生物毒性评价分析
与常规生物毒性测试相比, 成组生物毒性测试能更全面、有效地反映污染物综合生物毒性, 不同生物对污染物敏感度也不同, 单一类型的生物毒性测试针对某一污染物不能很好地反映其生物毒性效应[31].从上述结果可以看出, 虽然冬季雾-霾天各种理化指标均较高, 但在斑马鱼胚胎急性毒性试验结果中与冬季正常天相比致畸效应较低, 且在细胞毒性测试中也表现出较弱的毒性效应, 只有发光细菌急性毒性与理化指标表现出一致性.因此利用不同类型的生物进行生物毒性测试, 可更加直观地反映出PM2.5的综合毒性效应, 从而建立适用于PM2.5综合生物毒性的评价方法.
本研究选择斑马鱼胚胎、费氏弧菌和A549细胞作为受试生物, 对PM2.5的生物毒性进行评价.由上述结果可知冬季雾-霾天、冬季正常天和夏季均呈现出生物毒性效应, 3种综合毒性评价结果具有较好的一致性, 适用于PM2.5毒性分析.本研究中发光细菌对PM2.5表现出较高敏感性, 已有试验表明发光细菌适用于PM2.5综合毒性研究[32].由于不同时间段PM2.5组成成分相差较大, 导致不同样品间的发光抑制率差异较大, 其中冬季雾-霾天(重毒)和正常天(中毒)的发光细菌毒性均要高于夏季(低毒), 这与孙成华等[33]的研究结果相似.此外, 斑马鱼胚胎急性试验结果同样显示除夏季外冬季雾-霾天和正常天均表现出急性毒性, 与此同时还出现脊椎弯曲、心包囊肿和尾部畸形等发育毒性症状. Kim等[34]通过对首尔PM2.5进行生物毒性研究得出, PM2.5对斑马鱼胚胎具有急性毒性, 同时还会引发幼鱼脊椎弯曲.不仅如此也有学者发现PM2.5会引发斑马鱼心包囊肿[24], 与本试验研究结果相似. PM2.5是1种复杂的混合物, 表面含有多种化学物质, 已有研究表明斑马鱼的毒性效应与颗粒物中的多环芳烃(PAHs)有很大关联[35].但目前尚未有提出针对斑马鱼胚胎产生畸形的原因, 不过有学者提出产生脊椎弯曲可能是由于肌球蛋白和肌节合成减少引起的假设[36], 这一假设需进一步研究验证.与上述两种测试结果相比, 不同的是细胞毒性试验结果(图 4)未呈现剂量-效应关系, 高质量浓度下细胞活性弱于低质量浓度, 表现出更大的抑制强度.焦周光等[37]在对北京大气中的PM2.5进行暴露试验时同样发现, PM2.5完全颗粒在高质量浓度下对A549细胞抑制作用强度显著高于低质量浓度样本, 并提出造成这样的原因可能是随着暴露时间的增长, 细胞逐渐分解掉部分有毒物质或逐渐适应低质量浓度剂量的生长环境, 而高质量浓度组始终给细胞营造1种恶劣的生长环境从而抑制细胞生长.此外, 从3种受试生物的TU值可以看出, 发光细菌对PM2.5的敏感性要高于斑马鱼, 这与陈文艳等[28]的研究结果正好相反, 可能是因为斑马鱼和发光细菌对不同污染物的耐受性不同导致的, 其次为A549的敏感性最低.综合上述3种生物毒性试验结果, 并采用AvTx、TxPr和MST这3种评价指标分析得出, 冬季雾-霾天毒性最大, 其中TxPr指标反映的综合生物毒性最强, 即指标敏感度最大.因此, 由于发光细菌急性毒性测试周期短, 可以通过发光细菌进行PM2.5毒性级别的初步筛选, 同时结合斑马鱼胚胎发育毒性做进一步的毒性监测与评价, 并补充A549细胞毒性测试, 最终结合AvTx、TxPr和MST这3种综合毒性评价指标来分析PM2.5综合生物毒性, 可为人体健康风险研究提供依据.
3.2 生物毒性试验结果与理化分析结果的相关性富集在颗粒物上的有机组分(OC、EC、多环芳烃)和无机组分(金属元素)是对生物产生影响效应的主要因素[38].有研究表明重金属离子会破坏细胞结构尤其是细胞膜结构, 从而使非极性有机污染物通过受损的细胞膜进入细胞内产生毒性效应[39, 40], 而且还会与鱼类体内生物大分子(蛋白质、脂肪、核酸和酶)结合对鱼类产生毒性效应[41].因此将本文的结果结合之前的研究可知, 造成冬季雾-霾天和冬季正常天斑马鱼幼鱼毒性高于夏季的原因可能是PM2.5中的重金属质量浓度较高导致的.但重金属质量浓度较高的冬季雾-霾天的斑马鱼胚胎毒性效应低于冬季正常天, 根据邢胜男[42]对5种重金属毒性研究发现单一重金属对斑马鱼胚胎毒性的最大为Cu, 毒性最小的为Zn, 而冬季雾-霾天的Cu质量浓度小于冬季正常天.不仅如此邢胜男还发现Zn与Cu会产生拮抗作用, 随着Zn质量浓度的增加, 对Cu的拮抗作用也随之增大, 降低Cu毒性.而冬季雾-霾天中的Zn质量浓度与冬季正常天相比较大, 再结合Cu质量浓度与冬季正常天相比较小, 因此可能导致冬季雾-霾天的斑马鱼胚胎急性毒性小于冬季正常天.除此之外, 可溶性离子还会对发光细菌有抑制作用, 有研究表明NO3-和SO42-等污染物和发光细菌的抑制率显著相关[43, 44].因此水溶性离子对发光细菌的抑制作用也是造成发光细菌敏感性较高的原因之一, 另外由于冬季雾-霾天中可溶性离子质量浓度高于冬季正常天, 因此也是造成冬季雾-霾天PM2.5发光细菌急性毒性大于冬季正常天的原因.此外夏季可溶性离子质量浓度与冬季正常天相比较高, 但是其发光细菌急性毒性作用小于冬季正常天, 主要原因可能是夏季重金属质量浓度较低导致.在体外细胞毒性测试方面, Kim等[45]发现将A549细胞分别暴露于PM2.5的水溶液和有机溶液中会引发细胞产生活性氧(ROS), 从而产生细胞毒性作用.而硝酸盐、硫酸盐和重金属是诱导ROS产生的主要因素[46].此外在重金属中Zn是导致细胞损伤的主要原因[47], 因此通过结合表 1和2可以看出, 夏季Zn质量浓度与冬季正常天相近, 但NO3-和SO42-质量浓度均高于冬季正常天, 这可能是造成夏季细胞毒性大于冬季正常天的原因.与贺擎等[48]的研究发现相一致.综上所述, 将生物毒性和理化分析相结合有利于全面评价PM2.5综合毒性.
4 结论(1) 常州3个时间段中冬季雾-霾天的综合生物毒性最大, 其次为冬季正常天, 夏季表现为最小, 并结合理化指标分析说明成组生物毒性适用于PM2.5综合生物毒性研究.
(2) AvTx、TxPr和MST 3种综合生物毒性评价指标均表明冬季雾-霾天＞冬季正常天＞夏季, 说明利用AvTx、TxPr和MST可以准确有效评价PM2.5综合生物毒性大小.
(3) 在3个时间段中发光细菌TU值均表现为最高, 斑马鱼胚胎TU值则均大于A549, 说明发光细菌对PM2.5敏感度最高, 其次从大到小依次为斑马鱼胚胎和A549.
致谢: 感谢常州大学生物医学工程与健康科学研究院邓林红教授团队的刘磊老师和王佳佳同学提供的帮助.| [1] | Cohen A J, Brauer M, Burnett R, et al. Estimates and 25-year trends of the global burden of disease attributable to ambient air pollution: an analysis of data from the Global Burden of Diseases Study 2015[J]. The Lancet, 2017, 389(10082): 1907-1918. DOI:10.1016/S0140-6736(17)30505-6 |
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