本研究是針對毒性化學物質在本實驗室的操作條件下(BOD bottle test)對於月芽藻低影響抑制濃度的討論,在文獻中提到常用來做為水體 生物毒性試驗的物種,主要包含了藻類、原生動物、細菌、後生動物、
魚類或兩棲類等,由於這些水生生物體彼此之間在內部構造上有極大的 差異;例如:藻類具有其他生物體所缺乏的葉綠體及細胞壁,生殖方法 又分為無性生殖與有性生殖,而魚類及兩棲類在分類上已屬於較高等的 生物體。以上這些生物在水體生態系統中所扮演的角色亦不同,包含了 從最低階的生產者到消費者或是分解者,由於毒性物質在生物體內的生 物累積與生物濃縮作用,將使得生物體對於有機毒物的敏感性不同。因 此,本節主要的目的即為收集其他物種對於本研究 108 種毒性化學物質 NOEC 的結果,並加以比較討論。
表 4.4.1 是收集其他物種對於本研究的毒性化學物質在不同的實驗 狀況下以 NOEC 為觀測反應終點的結果,其他的物種分別包括了和本研 究相同的月芽藻(Pseudokirchneriella subcapitata),水蚤(Daphnia magna)
以及鰷魚(Pimephales promelas)。其中大部分的數據是參考 ECOTOX 網站上,部分則是由文獻中獲得。在表中所獲得的毒性試驗結果單位為 mg/L,將其轉換為 mM 後再取 log(1/NOEC),此值越高即代表此毒性化 學物質對此物種越敏感。圖 4.4.1 至圖 4.4.4 為個別不同之物種實驗結果 相關性比較結果,以本研究之實驗結果為基準橫軸,文獻上其它物種試 驗結果為縱軸進行比較,並在圖上利用通過原點之 45 度中線判斷其敏感 度。因此若比較點落在中線以下區域顯示其本研究之密閉式藻類毒性試
驗較敏感,反之落在中線以上區域則表示文獻上其他物種較敏感。由於 本研究以及部分收集到月芽藻的 NOEC 值為最大值,即表示 NOEC 值較 實驗時的最低濃度還要來得低。因此即採用 LOEC 代替做比較。
Table 4.4.1 Comparisons NOEC of this study and other Species with literature data
Species
ID Chemical Pseudokirchneriella subcapitata Daphnia magna Pimephales promelas
Effecti Duration Referencej
1 Benzene 5.81 8a 10.2 MOR 7 d 3910
13 2-Chloro-p-xylene 0.870
14 Nitrobenzene 0.780 3.2 BCM 96 h 9607 2.6 REP 21 d/R 847 38.3 MOR 7 d/F 3910
15 2-Chlorotoluene 9.18 0.14 REP 21 d/R 847
16 Toluene 3.10 10c 1 REP 21 d 847 5.44 MOR 7 d 3910
17 4-Chlorotoluene 5.48
18 2,4-Dichlorotoluene <1.88
19 2,6-Dinitrotoluene <0.28 0.06 REP 21 d/R 847
20 1,1-Dichloroethane 33.4
21 1,2- Dichloroethane 64.0 20g
Species
ID Chemical Pseudokirchneriella subcapitata Daphnia magna Pimephales promelas
Effecti Duration Referencej
26 Pentachloroethane 1.22 10 BCM 96 h 9607 1.1g
27 Hexachloroethane <0.17 <5.6 BCM 96 h 9607 0.54g
28 Methylene chloride <17.7 56 BCM 96 h 9607
29 Chloroform <4.98 6.3 REP 21 d/R 847
30 Tetrachloromethane <9.46 37.1 MOR 7 d/R 3783
31 1,2-Dichloropropane <9.82 81g
32 1,3-Dichloropropane 0.100 <5.6 BCM 96 h 9607 57g
33 1-Chlorobutane 19.3
34 Cis-1,2-Dichloroethylene <44.9 35 Trans-1,2-Dichloroethylene <30.0
36 Trichloroethylene <9.75 2.3 REP 21 d/R 56378
37 Tetrachloroethylene <4.31 <500 BCM 96 h 9607 0.4 REP 21 d 56345 0.84g
38 Phenol <8.48 0.16 GRO 16 d 12872 20.2 MOR 32 d 57532
39 2-Chlorophenol 4.93 0.3 REP 21 d 847
40 4-Chlorophenol <5.00 <0.6 BCM 96 h 9607 0.63 REP 21 d 847
41 2,3-Dichlorophenol <0.500
42 2,4-Dichlorophenol <0.970 0.21 REP 21 d 847 0.29h
43 2,4,6-Trichlorophenol <0.500 0.5 REP 21 d 20489 0.97 MOR 30 dph 20456
44 2,3,4,6-Tetrachlorophenol <0.100 0.25 MOR 21 d
45 Pentachlorophenol 0.00100 0.04 GRO 96 h 12735 0.05 REP 14 d 8764 0.056 GRO 28 d 14078 46 2-Nitrophenol <0.120
47 3-Nitrophenol 0.990
48 4-Nitrophenol <0.150 <0.3 BCM 96 h 9607 505.078e
49 2,4-Dimethylphenol <6.27 20h
50 2,4-Dinitrophenol 0.510 <1 BCM 96 h 9607
51 3-Chloroaniline <5.01 0.013 REP 21 d 847
52 4-Chloroaniline <0.990 0.01 REP 21 d 847
53 2,4-Dichloroaniline 0.509 0.015 GRO 16 d 12872
54 2,5-Dichloroaniline 0.990 55 2,6-Dichloroaniline 4.00
56 3,4-Dichloroaniline 0.398 0.006 REP 21 d 249
57 3,5-Dichloroaniline 0.975 58 2,4,5-Trichloroaniline 0.190 59 2,4,6-Trichloroaniline 0.290
Species
ID Chemical Pseudokirchneriella subcapitata Daphnia magna Pimephales promelas
Effecti Duration Referencej
60 3,4,5-Trichloroaniline 0.202
61 2,3-Dimethylaniline 0.973 0.1 REP 21 d 847
62 3,4-Dimethylaniline 1.22 0.01 REP 21 d 847
63 2-Bromoaniline <0.990 0.08 REP 21 d 847
64 Formaldehyde 1.06
65 Acetaldehyde <0.310 66 Propionaldehyde <9.31 67 Butyraldehyde <0.490 68 Glutaraldehyde <1.25 69 2-Pyridinecarboxaldehyde 6.87 70 3-Pyridinecarboxaldehyde 0.530 71 4-Pyridinecarboxaldehyde 0.990
72 2-Hydroxybenaldehyde <0.995 0.38 REP 21 d 847
73 3-Hydroxybenaldehyde 12.0 74 4-Hydroxybenaldehyde 0.980
75 Acetonitrile <3.17E+03 160 REP 21 d 13070
76 Chloroacetonitrile <1.60 77 Dichloroacetonitrile <1.33 78 Trichloroacetonitrile 0.00600 79 Bromoacetoitrile <0.0250
80 Propionitrile 14.9
81 3-Chloropropionitrile 64.0
82 Butyronitrile 366
83 Isobutyronitrile 186
84 4-Chlorobutyronitrile 225
85 Benzonitrile 12.8
86 Malonitrile 0.480
87 1-Propanol <1.75E+03
88 2-Propanol 3.50E+03
Species
ID Chemical Pseudokirchneriella subcapitata Daphnia magna Pimephales promelas
Effecti Duration Referencej
93 MCPA 0.800
101 Anthracene <0.200
102 Benzo[a]anthrace <0.00600
103 Acridine <0.380 0.625 REP 14 d/R 10553
104 Benzo[b]fluorene <0.0400 105 Dibenzo[b,i]anthracene 0.0400
106 Perylene <0.0300
107 Benzo[b]chrysene <0.00125
108 Napthalene <1.28 0.6f 0.45g
a : Mayer P. et al...[87]
b : Calamari D et al..[88]
c : European Commission—Joint Research Centre Institute for Health and Consumer Protection European Chemicals Bureau.. [89]
d : Hermens et al. [90]
e : Kühn et al. [91]
f : European Commission—Joint Research Centre Institute for Health and Consumer Protection European Chemicals Bureau. [92]
g : Di Toro DM et al. [93]
h : Holcombe GW et al . [94]
i :Effect: BCM=Biochemistry, BEH=Behavior, DVP=Development, GRO=Growth, ITX=Intoxication, MOR=Mortality, NOC=No Effect Coded, PHY=Physiology, POP=Population, REP=Reproduction j : ECOTOX reference Number
k :BOD bottle test
在圖 4.4.1 中,和其他同是以月芽藻為實驗物種的毒性試驗結果比較 可發現,本研究的結果是較為敏感的,主要的原因可能文獻中的所採用 的實驗方法為開放式的批次式試驗,或是密閉式空間但仍有 headspace,
使得實驗的溶液直接於空氣接觸,容易造成有機物的揮發。而本實驗室 的試驗方法是在完全密閉的 BOD 瓶中,並加上水封進行反應,此法可 有效的減低毒性化學物質的揮發,而不致於低估了毒性的影響。而比較 月芽藻和水蚤之間的敏感性,從圖 4.4.2 及圖 4.4.3 中可發現,水蚤的試 驗是比月芽藻要敏感,而鰷魚的敏感度相似於月芽藻。圖 4.4.4 三種物 種:水藻、水蚤以及魚類和本研究的比較。
-1 0 1 2 3 4 5 6
-1 0 1 2 3 4 5 6
Closed bottle test log(1/NOEC) based on biopopulation(mM)
Green algae log(1/NOEC)(mM)
Fig 4.4.1BOD bottle test versus P. subcapitata
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
Closed bottle test log(1/NOEC) based on biopopulation(mM)
Water flea log(1/NOEC)(mM)
Fig 4.4.2BOD bottle test versus D. magna
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
Closed bottle test log(1/NOEC) based on biopopulation(mM)
Fathead minnow log(1/NOEC)(mM)
Fig 4.4.3BOD bottle test versus P. promelas
0 1 2 3 4 5 6
0 1 2 3 4 5 6
closed bottle test log(1/NOEC) based on biopopulation(mM)
Other species log(1/NOEC)(mM)
green algae water flea faathead minnow
Fig 4.4.4 BOD bottle test versus other species
基於許多考量因素,如:敏感度、區域代表性、生物圈重要性或是 試驗時間與成本等等因素的考量,毒性試驗可選用之物種種類相當繁 多,而不同物種間其生物體本身之反應機制亦有所不同。因此,如前段 所提不同試驗物種對於同一物質亦會有敏感度上的差異性存在,而就算 是同一試驗物種也可能因為試驗條件之不同造成其實驗結果上之差別。
若能將不同物種間毒性試驗結果建立起關係,則可依靠毒性機制分類進 而迅速預測出對於其他物種之毒性數據,節省了實驗上的時間與成本,
可做為其他物種毒性預測之參考。由於本研究所收集到其他物種的數據 並不完整,無法將其分作用機制在比較各機制下物種替代的相關性,但 就目前所有數據在無分類的情況下,就鰷魚的部份,發現到 Nitrobenzene
不敏感外,對於文獻中的開放式水藻以及水蚤試驗的結果比較下亦是本 研究密閉式藻類毒性試驗的數據較為敏感。NOEC 值相差的倍數分別是 Nitrobenzene(ID14)為 3-50 倍、1,3-Dichloropropane(ID32)為 50-500 倍、Pentachlorophenol(ID45)為 40-56 倍以及 1-Octanol(89)為 20-25 倍。因此,當去除這些 outliers 後,兩個物種間有一相當良好的線性關係。
Closed bottle test log(1/NOEC) based on biopopulation(mM)
Fathead minnow log(1/NOEC)(mM)
Fig 4.4.5 Regression with BOD bottle test and P. promelas