二十種有機物之毒性試驗結果

依據 Russom et al.^[3]對毒性機制分類，可將本研究中的二十種有機物，分為 七種 Non polar narcosis，四種 Polar narcosis，和九種反應性機制之有機物。本研 究 將 這 二 十 種 有 機 物 分 別 進 行 鯉 魚 (Cyprinus carpio ） 及 海 洋 螢 光 菌 (Photobacterium phosphoreum )之生物試驗外，另外加入這二十種有機物在本研究 室過去已建立的「48 小時密閉式 BOD 瓶藻類毒性試驗」毒性數據，並蒐集非密 閉 型 批 次 式 月 芽 藻 ( 本文 後續 將以 "批 次 式月 芽藻 "代 稱 ) 、 四十 八 小 時水蚤 (Daphnia magna)及九十六小時 Fathead minnow 之急毒性文獻數據，共六種生物 的試驗方法，其各毒性數據之結果如表 5.1.1 所示。表中顯示有八個毒性數據無

51 Fathead minnow 之相關係數(R²)值卻高達 0.96，顯示這兩種魚類具良好的相關性，

此結果與本研究之結果相符合。

為了瞭解這二十種有機物其毒性對於六種生物試驗法間敏感度的大小，本研 究參考了 Toussaint et al.^[38]所提出的排序方法(The ranking procedure)，並將其方 法稍作修改，以進行敏感度大小的分析，方法如下：分別將每一個有機物對應於 具敏感性；其次為 Daphnia magna 四十八小時的急毒性試驗；Microtox 為敏感性 最差的試驗方法；而批次式月芽藻、鯉魚以及 Fathead minnow 這三種試驗法敏感 性差不多。

圖 5.1.3 為有機物毒性大小的分析結果，分析的方法與上述方法相同。依據 Russom 對毒性機制的分類，將二十種有機物在圖中分成三個部分，並以不同形 式的長條圖做區別：白色長條圖之有機物在分類上屬於 Non polar narcosis 的機制；

斜線長條圖為 Polar narcosis 的機制；而黑色的部分屬於反應性的機制。此外，在 這三個不同毒性機制區塊中之有機物，分別又以辛醇-水係數值(log P)的大小依小 到大作排序。由結果可以觀察到，毒性最高之有機物為分類屬於反應性機制的 Pentachlorophenol；而屬於非極性麻醉機制的 Propionitrile 毒性最低，且其趨勢線 顯示有機物之毒性有增強的趨勢，其原因與毒性機制之排序方式有關，因而可瞭

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解到屬於反應性機制之有機物其毒性會較其他機制之有機物大。此外，可發現到 除了非極性麻醉機制中的 Ethanol、極性麻醉機制中的 3-Chloroaniline 以及反應性 機制有機物外，毒性會隨著 log P 值變大而上升，意即非反應性機制有機物的親 脂性越大 (log P 值越大)，對生物體造成之毒性也越強；而反應性有機物也有這 樣的趨勢，但較不明顯，其原因在於這些反應性有機物的毒性來源主要是會與生 物體產生特殊的作用機制。

在廢水中，除了高毒性的化學物質會特別受到關注外，假若化學物質對試驗 生物之毒性差異性較大時，在使用單一生物試驗評估廢水之危害性時，將造成廢 水毒性低估的風險存在，因此，本研究針對這二十種有機物進行標準偏差(Standard Deviation)分析。在表 5.1.4 的標準偏差欄(St. dev.)之結果顯示，Ethanol、Aniline、

3-chloroaniline、Acetaldehyde、Malononitrile、Parathion、Malathion，這七個有機 物 對 生 物 造 成 之 毒 性 結 果 具 有 較 高 的 標 準 偏 差 ， 除 了 Ethanol 、 Aniline 及 3-chloroaniline 外，其他四種反應性有機物皆對生物具特殊的作用機制，因而對生 物造成的毒性影響本來就會有明顯的不同而使標準偏差值較大；Ethanol、Aniline 及 3-chloroaniline 屬於非反應性有機物，對生物不具特殊的作用機制，但還是可 能對某些生物造成特殊的毒性抑制作用，使得標準偏差值也較大；至於剩下的十 三個有機物對生物的造成之毒性影響不是都很高就是都很低，使得標準偏差值不 會太高。此結果表示廢水中的化學物質種類和機制太複雜時，需要使用多種試驗 生物來進行危害性的評估。因此，需進一步使用多變量分析法，來對本研究使用 的六種生物試驗法進行分析，選擇能適當評估廢水危害性的"組生物"。

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表 5.1.1 二十種有機物之毒性試驗數據

ID Chemical MOA Pseudokirchneriella subcapitata

Daphnia^c

Microtox Average of Relative 4 1,3-dichloropropane NP 19.93/[6](4) 60.10/[5](3) 280.00/[1](2) 144.10/[2](4) 131.00/[3](4) 94.69/[4](7) 4.00 5 Pentachloroethane NP 5.61/[6](13) 80.30/[1](1) 8.00/[4](9) 9.38/[3](12) 7.53/[5](14) 21.04/[2](11) 10.00

6 Ethanol NP 16.86/[5](5) 209.25 9248/[3](1) 8390/[4](1) 14200/[2](1) 41089/[1](1) 1.80 12 Pentachlorophenol OPU 0.007/[6](20) 0.31/[3](13) 0.68/[1](14) 0.052/[5](20) 0.099/[4](20) 0.54/[2](20) 17.83 13 2,4-dinitrophenol OPU 0.94/[6](16) 10.90/[2](9) 4.10/[4](11) 3.89/[5](15) 6.58/[3](15) 19.03/[1](12) 13.00 14 Acetaldehyde EP 0.017/[5](19) 27.92 48.25/[3](5) 95.26/[2](5) 43.1/[4](6) 308.63/[1](4) 7.80 15 Glutaraldehyde EP 3.04/[5](14) 1.80/[6](11) 14.60/[1](7) 12.94/[2](11) 11.60/[3](12) 4.56/[4](19) 12.33 16 2,3-dinitrotoluene EP 0.79/[5](18) 1.37/[4](12) 0.66/[6](15) 1.68/[3](17) 1.80/[2](16) 6.44/[1](18) 16.00 17 Chloroacetonitrile RI 11.45/[2](9) 54.11 5.23/[3](10) 3.01/[4](16) 1.35/[5](18) 142.39/[1](6) 11.80 18 Malononitrile RI 12.40/[2](8) 5.87 0.93/[4](13) 0.96/[3](19) 0.56/[5](19) 235.00/[1](5) 12.80

19 Parathion AI 0.93/[4](17) 1.41 0.0014/[5](19) 1.27/[3](18) 1.40/[2](17) 35.57/[1](9) 16.00

20 Malathion AI 1.73/[5](15) 2.14/[4](10) 0.002/[6](18) 6.95/[3](14) 14.10/[2](10) 67.81/[1](8) 12.50 Average of Relative Sensitivity Ranking 4.80 3.00 3.89 2.85 3.00 2.35

-MOA= mode of action, [ ]：Relative sensitivity ranking value, ( )：Relative toxicity ranking value, ＿(underline) ：Toxicity value predict from ECOSAR -^a. Data from lab,

-^b. Data from QSAR Toolbox 2.1,( ^#：Data from Villem Aruoja^[39] ), -^c. 48 hour LC50Data from QSAR Toolbox 2.1

-^d. 96 hour LC50 Data from QSAR Toolbox 2.1

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表 5.1.2 二十種有機物毒性數據平均值與標準偏差

Chemical

Pseudokirchneriella subcapitata Daphnia magna

St.dev：Standard Deviation, *：Higher St.dev

＿(underline)：Toxicity value predict from ECOSAR

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圖 5.1.1 密閉式月芽藻與批次式月芽藻試驗法相關性比較

圖 5.1.2 鯉魚與 Fathead minnow 相關性比較

0 2 4

0 1 2 3

P. subcapitata (closed) (log(1/EC50(M))

P. subcapitata (batch) (log(1/EC50(M))

R2

= 0.494( p=0.007, n=13)

-3 0 3

-3 0 3

R²= 0.960( p < 0.001, n=20)

Fathead minnow log(1/LC50(M))

C. capio log(1/LC50(M))

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closed bath Daphnia Fathead Carpio Microtox

平均相對敏感性排序

57 上採用較被大家廣泛使用的華德法歐式距離平方 (Ward`s method Squared

Euclidean distances)來進行分析。圖 5.2.1 為群集分析結果之樹狀圖，當華德歐 式距離平方在 Linkage distance = 10 取切線(紅色切線)，生物試驗法被分為三個群 集，其顯示密閉式月芽藻及 Daphnia magnaek 各自為獨立的一群，而批次式月芽 藻、海洋螢光菌、鯉魚及 Fathead minnow 四種試驗方法自成一群。另外當切線取 在 Linkage distance = 7.5 時(藍色切線)，則密閉式月芽藻、Daphnia magna 及海洋 螢光菌獨自成群，而批次式月芽藻、鯉魚及 Fathead minnow 各自為獨立的一群，

共四個群集，且可發現鯉魚與 Fathead minnow 之關係最為密切，此結果與鯉魚及 Fathead minnow 進行 Spearman 相關分析時，相關係數(R²)值高達 0.960 相同顯 示出此兩種魚類相關性較佳。兩種月芽藻試驗方法在分群的結果上明顯的不相同，

批次式月芽藻反而與兩種魚類的試驗方法關係較為密切。由於群集分析法只能將 生物試驗法進行分群而不能解釋分群的原因，因此需藉由主成分分析法來進行進 一步的分析。