王成林 ,張 瑾 ,劉樹深 *,劉海玲 (.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,長江水環(huán)境教育部重點實驗室,上海0009；.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海 0009)

3種離子液體與甲霜靈二元混合物的聯(lián)合毒性

王成林1,張 瑾1,劉樹深1*,劉海玲2(1.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,長江水環(huán)境教育部重點實驗室,上海200092；2.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海 200092)

選擇3種咪唑類離子液體(ILs): C10H19ClN2(IL1), C12H23ClN2(IL2), C16H31ClN2(IL3)和一種殺菌劑甲霜靈(MET)為混合物組分,以直接均分射線法構(gòu)建3組二元混合物體系:MET-IL1, MET-IL2和MET-IL3. 應(yīng)用微板毒性分析法(MTA)測定二元混合物對青海弧菌Q67 (Vibrio qinghaiensis sp.–Q67)的聯(lián)合毒性.通過比較實驗毒性數(shù)據(jù)與濃度加和(CA)參考模型分析混合物的毒性相互作用,并利用半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)水平下的等效線圖分析毒性變化規(guī)律.結(jié)果表明 3組二元混合物的相互作用明顯不同.在 MET-IL1和 MET-IL2 2組二元體系中,MET濃度比例越高,拮抗作用越明顯;在MET-IL3二元體系中,隨著MET濃度比例的減小,MET與IL3的相互作用由加和變?yōu)閰f(xié)同,并且MET比例越小,協(xié)同作用越明顯.

離子液體(ILs)；甲霜靈；二元混合物；協(xié)同；拮抗；聯(lián)合毒性

離子液體(ILs)是一類在室溫下具有蒸汽壓低、不易燃、不揮發(fā)、不污染大氣等優(yōu)良特性的有機液態(tài)鹽[1-2].因而, ILs被作為一種“綠色”溶劑取代傳統(tǒng)的有機溶劑而廣泛應(yīng)用于合成、提取、催化等化工領(lǐng)域中[3].有關(guān) ILs的毒性研究,目前的研究工作主要集中在以下兩個問題:一是 ILs對生態(tài)系統(tǒng)中各類生物的毒性作用情況;二是ILs的各部分組成對 ILs毒性的影響[4-6].盡管多種 ILs對水生生物的毒性效應(yīng)已有報道,然而水環(huán)境中與ILs共存的其他污染物對ILs的毒性有何影響或 ILs與這些污染物共存時毒性如何變化卻很少報道.本課題組曾就 ILs與農(nóng)藥二元混合物對Q67的發(fā)光抑制毒性做過初步研究[7],發(fā)現(xiàn)有些ILs對農(nóng)藥產(chǎn)生拮抗或者協(xié)同作用.

本文選擇了 3種結(jié)構(gòu)相似的咪唑類 ILs:1-己基-3-甲基咪唑氯鹽(IL1),1-辛基-3-甲基咪唑氯鹽(IL2),1-十二烷基-3-甲基咪唑氯鹽(IL3)和一種酰苯胺類高效內(nèi)吸性殺菌劑甲霜靈(MET)[8]為混合物組分,應(yīng)用直接均分射線法(EquRay)[9]構(gòu)建了3組二元混合物:MET-IL1、MET-IL2和MET-IL3;以青?；【鶴67為檢測生物,應(yīng)用微板毒性分析法(MTA)[10]測定這 4個組分及其二元混合物(15組)的濃度-效應(yīng)數(shù)據(jù),結(jié)合基于濃度加和(CA)參考模型下的二元混合物等效線圖,分析各組二元混合物的毒性效應(yīng)變化,以期為 ILs與其他污染物的相互作用提供參考.

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

PowerWave微孔板分光光度計(美國BIO-TEK公司);實驗所用菌種為青?；【?Q67 (Vibrio qinghaiense sp.–Q67),購自北京濱松光子技術(shù)股份有限公司;3種ILs全部購自德國Merck公司,甲霜靈(MET)購自德國 Dr Ehrenstorfer GmbH公司,它們的基本信息見表1.

表1 3種咪唑類離子液體和甲霜靈的基本性質(zhì)及EC50Table 1 The properties and median effective concentrations (EC50) of ILs and MET

1.2 毒性測試與濃度-效應(yīng)曲線擬合

發(fā)光菌Q67的培養(yǎng)方法,毒物對Q67發(fā)光抑制率采用微板毒性分析法(MTA)測定[10].單個化合物或混合物對發(fā)光菌的濃度-響應(yīng)曲線(CRC)非線性模擬參照文獻(xiàn)[11]進(jìn)行.

1.3 混合物設(shè)計方法

為系統(tǒng)考察混合物的毒性變化規(guī)律,對每組二元混合物采用直接均分射線法[9]設(shè)計5條具有不同濃度比(pi, i=1,2,3,4,5)的混合物射線(Ri),每條射線安排12個濃度點(表2).

1.4 混合物毒性相互作用分析

以 CA模型為加和參考模型,從整個混合物的CRC曲線分析比較不同濃度范圍內(nèi)的毒性相互作用,如觀測毒性符合加和參考模型預(yù)測毒性的為加和作用,大于加和參考模型預(yù)測毒性的為協(xié)同作用,小于加和參考模型預(yù)測毒性的為拮抗作用.

CA模型公式表達(dá)為[12-13]:

式中: ci表示混合物中產(chǎn)生某一效應(yīng)x%時組分i的濃度, ECx,i表示混合物中第i個化合物單獨存在時所產(chǎn)生的效應(yīng)與混合物總效應(yīng)x%相同時的濃度.

等效線圖[14]以直角坐標(biāo)系統(tǒng)表達(dá)二元混合物在某個效應(yīng)(如半數(shù)效應(yīng)等)時各混合物組分的濃度分布,以加和參考模型預(yù)測線為基礎(chǔ)分析混合物的聯(lián)合作用類型(加和、協(xié)同或拮抗).

2 結(jié)果與討論

2.1 3種ILs與MET對Q67的毒性

通過MTA法測得的3種咪唑類ILs和甲霜靈(MET)對Q67的濃度-效應(yīng)關(guān)系如圖1,對4種物質(zhì)均采用Logit函數(shù)[6]擬合,其相關(guān)參數(shù)及根據(jù)擬合曲線得到的EC50值見表1.結(jié)果表明,3種ILs對Q67的毒性具有烷基鏈越長,其毒性越大的規(guī)律,這也與文獻(xiàn)[6,15]中報道的結(jié)果吻合.

2.2 混合物的濃度-效應(yīng)分析

通過MTA法測得的MET-IL1,MET-IL2和MET-IL3等二元混合物射線(共 15條)的濃度-效應(yīng)數(shù)據(jù)點及擬合曲線如圖 2,其相關(guān)參數(shù)見表2.為更好地比較不同濃度配比(pi)下二元混合體系的擬合濃度-效應(yīng)曲線,在擬合誤差沒有顯著性差異的情況下,對所有的二元混合物體系采用相同的擬合函數(shù).由表2可知,MET-IL1, METIL2和MET-IL3的所有混合物射線均可用Logit函數(shù)擬合.所有混合物射線的 R均大于 0.994, RMSE均在 0.034以下,說明擬合具有顯著的統(tǒng)計意義.

圖1 3種ILs和MET的濃度-效應(yīng)關(guān)系Fig.1 The concentration-response data and fitted curves of three ILs and MET

表2 3組二元混合物的濃度比和擬合CRC模型Table 2 The concentration ratios and fitted CRC models of three binary mixture rays

以 CA為加和參考模型,如果實驗擬合效應(yīng)高于、等于與低于 CA預(yù)測效應(yīng),則混合物呈協(xié)同、加和與拮抗作用.從圖2可知,在不同的濃度配比下,擬合的CRC偏離CA模型預(yù)測線的程度不同,即相互作用不同.在 MET-IL1二元混合物中,4條射線(MET-IL1-R1, MET-IL1-R2,METIL1-R3和MET-IL1-R4)在整個CRC范圍內(nèi),均表現(xiàn)出拮抗作用,而MET-IL1-R5則表現(xiàn)為低濃度和高濃度呈加和作用,其余濃度范圍內(nèi)呈拮抗作用.在 MET-IL2二元混合物中,4條射線(MET-IL2-R1,MET-IL2-R2,MET-IL2-R3 和MET-IL2-R4)也表現(xiàn)出較明顯的拮抗作用, MET-IL2-R5則表現(xiàn)出加和作用.在MET-IL3二元混合物中,2條射線(MET-IL3-R1, METIL3-R2)表現(xiàn)出加和作用,而另外 3條射線(MET-IL3-R3,MET-IL3-R4和MET-IL3-R5)則表現(xiàn)為明顯協(xié)同作用.

由上述結(jié)果可知,在MET-IL1和MET-IL2兩組二元體系中,MET所占的濃度比例越大,即IL的濃度比例越小,MET與IL的拮抗作用越明顯.在MET-IL3的二元混合物體系中,隨著IL的濃度比例的增加,MET與IL的相互作用由加和變?yōu)閰f(xié)同作用.

2.3 等效線圖評價混合物的毒性效應(yīng)

從圖3中可以看出,在不同濃度配比下,ILs與MET的相互作用呈明顯不同.這種現(xiàn)象文獻(xiàn)中也曾報道過,即2種藥物以一種比例混合時表現(xiàn)為相加,而以另一種比例混合時表現(xiàn)為協(xié)同或拮抗[16].從圖3中可以看出,隨著 ILs濃度的增加,MET與IL1,MET與IL2的相互作用表現(xiàn)為拮抗作用逐漸減弱,MET與IL3的相互作用則是由加和變?yōu)閰f(xié)同.

3 結(jié)論

3.1 不同烷基鏈的3種咪唑類ILs(C10H19ClN2, C12H23ClN2和C16H31ClN2)對發(fā)光菌Q67的發(fā)光抑制毒性具有烷基鏈越長其毒性越大的規(guī)律.

3.2 不同濃度比例下, IL與MET的相互作用會明顯不同,在 MET-C10H19ClN2和 METC12H23ClN2兩組二元體系中,MET濃度比例越高,拮抗作用越明顯,在 MET-C16H31ClN2二元體系中,隨著 MET濃度比例的減小,MET與 C16H31ClN2的相互作用由加和變?yōu)閰f(xié)同,并且 MET比例越小,協(xié)同作用越明顯.

圖2 3組二元混合物5種濃度配比下的濃度-效應(yīng)曲線Fig.2 The concentration-response relationship of 15 mixture rays for three sets of binary mixtures

圖3 3組二元混合物半數(shù)效應(yīng)濃度水平下的等效線Fig.3 Isobolograms of binary mixtures at the median effect concentration (EC50) levels

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Joint toxicities of three binary mixture between metalaxyl and ionic liquid.

WANG Cheng-lin1, ZHANG Jin1, LIU Shu-shen1*, LIU Hai-ling2(1.Key Laboratory of Yangtze River Water Environment, Ministry of Education, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China；2.State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2012,32(11)：2090～2094

Selecting three imidazolium-based ionic liquids (ILs), C10H19ClN2(IL1), C12H23ClN2(IL2), and C16H31ClN2(IL3), and metalaxyl (MET) as the mixture components, three groups of binary mixture, MET-IL1, MET -IL2, and MET-IL3, were designed by using the direct equipartition ray design procedure. The toxicities of the individual chemicals and binary mixtures to Vibrio qinghaiensis sp.–Q67 were determined by the microplate toxicity analysis (MTA). The toxicity interaction was evaluated by comparing the toxicity observed to that predicted by the concentration addition (CA) model and employing the isobologram at median effect concentration (EC50). The toxicity interactions of three groups of binary mixtures were significantly different. In the binary mixtures of MET-IL1 and MET-IL2, the higher the concentration ratio of MET was, the more obvious the antagonism. However, the toxicity interaction in the MET-IL3 mixtures was additive for the high concentration ratio of MET and synergistic for the low concentration ratio of MET. The lower the ratio of MET was, the stronger the synergistic action was.

ionic liquids (ILs)；metalaxyl；binary mixture；synergism；antagonism；joint toxicities

2012-03-13

國家自然科學(xué)基金資助項目(20977065, 21177097)

* 責(zé)任作者, 教授, ssliuhl@263.net

X503.225

A

1000-6923(2012)11-2090-05

王成林(1987-),男,河南鄭州人,同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生,主要從事混合污染物毒理研究.發(fā)表論文1篇.