消油剂处理溢油对模式生物海胆的联合毒性效应及机制研究

The floating oil on the sea may "disappear" quickly after the chemical dispersant is used to disperse the oil pollutant, so the dispersant is gradually becoming a major response tool to deal with oil spill in China. However, the mechanism of action of the dispersants of emulsifying and solubilizing will significantly improve the solubility and bioavailability of the toxical Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and has potential adverse effects on marine life. Toxical effects of the dispersant and biological markers based on the molecular mechanism are of more important values to evaluate the risk of the use of dispersants to marine ecosystem. This project selects the Sea Urchin as experimental biology based on existing basis for the work, and comprehensive assessment the joint toxical effects of oil spill and dispersant from individual development, biochemical reactions and molecular genetic levels. Experiment research on the effects of petroleum hydrocarbon after dispersants emulsion dispersion, growth on development of sea urchin embryos, detoxification, oxidative defense system activity and the damage of key genetic of detoxification defense system. The purpose of this project is to define the effects of the joint molecular toxicology mechanisms of dispersants and oil to the sea urchin growth and development of molecular toxicological. It also will analyze the physical mechanism of dispersants increasing oil spill toxicity by detected concentration of petroleum hydrocarbons in the water and sea urchin body. This project will provide the basis for the risk assessment and management of marine ecological safety of the dispersant usage.

消油剂能够使漂浮在海面上的油污快速"消失"，因此在我国已经逐渐成为处理海上溢油的首选。但是消油剂的作用是使油乳化分散和增溶，会大大提高石油中有毒多环芳烃（PAHs）的溶解度及生物利用率，对海洋生物产生更大危害。基于分子机制的毒理效应及生物标志物研究，对使用消油剂的生态风险评估具有重要的科学价值。本项目拟在已有工作基础上，以海洋模式生物海胆为受试生物，从个体发育、生化反应和分子遗传等不同水平上，综合表征使用消油剂处理溢油对海洋生物的联合毒性效应。比较石油烃在消油剂乳化分散前后，分别对海胆胚胎的生长发育、解毒与氧化防御系统酶活性、以及解毒防御系统关键基因遗传损伤的影响程度，探讨消油剂与石油烃的协同作用对海胆胚胎生长发育影响的分子毒理学机制。并通过同时检测石油烃与PAHs在水体中的浓度及在海胆体内蓄积程度，分析消油剂显著增加石油烃生物有效性的机理。为使用消油剂的生态安全性风险评估及管理提供依据。

消油剂，学名溢油分散剂，由于可以使漂浮在海面上的油膜快速“消失”，在溢油事故应急时经常被大量使用。但消油剂主要是由表面活性剂和溶剂组成，其作用是将油膜乳化分散到水体中，对海洋生态的二次污染风险尚不明确。项目从个体发育、生化反应和分子遗传等不同生物水平综合表征了使用消油剂处置船用燃料油对海胆的毒性效应影响程度，并通过检测水中和生物体内石油烃及多环芳烃（PAHs）的含量变化揭示了使用溢油分散剂会显著增加溢油对海胆的联合毒性作用机理。主要结果包括：（1）经过消油剂处置前后，船用燃料油对海胆胚胎2细胞、4细胞、8细胞及囊胚期的96h半抑制浓度EC50值分别由0.394、0.254、0.106和0.033g/L减小到0.205、0.106、0.085和0.0053g/L，说明使用消油剂对海胆胚胎的短期毒性损害效应有一定程度的增强；（2）消油剂处理后形成的燃料油乳化液对海胆组织四种关键酶活性（CAT、SOD、GST和GPx）的诱导率和抑制率均显著增加；（3）使用消油剂后，海胆细胞的DNA损伤程度随着石油烃浓度增大和暴露时间延长呈现明显的正增长，细胞DNA受损率由未加消油剂的9%增加到59%；（4）试验结果发现在高浓度长期暴露条件下，使用消油剂处理燃料油后与海胆细胞生长发育相关的SP-runt基因突变几率会明显增加；（5）探讨揭示了使用消油剂导致石油烃生物毒性增强的机理。通过采用高分辨GC/MS技术检测分析发现使用消油剂分散后，水中总石油烃浓度约增加2-3倍，其中21种多环芳烃（PAHs）浓度均有不同程度的增大，特别是烷基芳烃、苯并芘等毒性作用较强的9种多环芳烃水中浓度增加幅度相对最大，达到15-30倍，而其在生物体内的富集含量增加5-7倍。分析其原因应是消油剂中的表面活性剂和酯类有机溶剂对溢油有较强的增溶作用，能够导致水中总石油烃浓度，特别是苯并芘等辛醇-水分配系数（Kow）较大、而慢性毒性和致癌性较强的多环芳烃组分在水中溶解量要比烷烃相对增加更为显著，从而更容易对海洋生物造成潜在的长期损害，因此应避免使用化学分散方法消除油膜，而尽量采用物理方式回收海面溢油。