Cd2+和Hg2+對波紋龍蝦的急性毒性

梁華芳，卓宏標(biāo)，廖永巖，洪桂鑫，溫崇慶

( 1.廣東海洋大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，廣東 湛江 524088； 2.北部灣大學(xué)，廣西北部灣海洋生物多樣性養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 欽州 535011 )

波紋龍蝦(Panulirushomarus)肉味鮮美，耐干露，保活時間長，國內(nèi)外市場需求巨大，是目前世界龍蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量較大的品種之一，也是我國養(yǎng)殖的主要龍蝦品種之一[1-2]。近年來，網(wǎng)箱養(yǎng)殖的龍蝦患爛尾病、紅體病等病害嚴(yán)重，養(yǎng)殖成活率較低；不明原因的死亡現(xiàn)象也大量增加，推測部分養(yǎng)殖區(qū)可能是重金屬超標(biāo)引起，主要是工業(yè)污染物排放，大量的重金屬物質(zhì)排入近海，引起水質(zhì)惡化，導(dǎo)致水產(chǎn)品出現(xiàn)重金屬污染[3]，使養(yǎng)殖對象中毒、死亡，甚至引發(fā)水產(chǎn)品衛(wèi)生安全問題[4]。

在重金屬污染中，鎘和汞的污染較為嚴(yán)重。通常鎘在水產(chǎn)品中的含量極少，但是在水體受到污染時，甲殼動物如克氏原螯蝦(Procambarusclarkiai)能夠從周圍的環(huán)境中被動蓄積大量的鎘[5]，隨著逐漸的蓄積，在體內(nèi)的積累量也會增大，最終會通過食物鏈的轉(zhuǎn)移，威脅到人類的健康[6-8]。

重金屬對甲殼動物的危害和毒理學(xué)的研究已有較多報(bào)道。除了克氏原螯蝦[5]外，還有日本沼蝦(Macrobrachiumnipponense)[9-10]、羅氏沼蝦(M.rosenbergii)[11]、斑節(jié)對蝦(Penaeusmonodon)[12]、凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)[13]、中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)[14-17]、黑褐新糠蝦(Neomysisawatschensis)[18]、中華原鉤蝦(Eogammarussinensis)[19]、紅螯螯蝦(Cheraxquadricarinatus)[20]和中國鱟(Tachypleustridentatus)[21]等。但迄今為止，關(guān)于重金屬對波紋龍蝦的毒性作用尚未見報(bào)道。筆者研究了波紋龍蝦對鎘離子(Cd2+)和汞離子(Hg2+)的中毒表現(xiàn)、相對毒性、作用強(qiáng)度和死亡情況等，確定其安全劑量，以期為波紋龍蝦重金屬毒理學(xué)研究和養(yǎng)殖環(huán)境控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

波紋龍蝦為體質(zhì)量1.8～2.0 g的小龍蝦(種苗來自海南三亞)經(jīng)3個月養(yǎng)殖的個體，體質(zhì)量49.10～52.10 g/尾，平均51.10 g/尾，體長10.61～10.80 cm/尾，平均體長10.71 cm/尾，平均頭胸甲長3.80 cm。選攝食和體色正常，個體健壯、活力強(qiáng)，無傷殘的波紋龍蝦用于試驗(yàn)。

試驗(yàn)用水為經(jīng)沉淀、砂濾和連續(xù)充氣的天然海水，鹽度30，pH 7.5～8.5，水溫28.0～29.0 ℃。試驗(yàn)容器為0.5 m3的圓形玻璃鋼桶。

氯化鎘和氯化汞為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，分析純。

1.2 方法

試驗(yàn)前先進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)，初步確定波紋龍蝦對Cd2+和Hg2+存活的范圍，即波紋龍蝦全部成活的最高質(zhì)量濃度和全部致死的最低質(zhì)量濃度，再設(shè)定試驗(yàn)質(zhì)量濃度。

本試驗(yàn)Cd2+的質(zhì)量濃度梯度為0.65、0.95、1.25、1.55 mg/L，每個試驗(yàn)組放入15尾龍蝦，每組設(shè)3個平行；Hg2+的質(zhì)量濃度梯度為0.01、0.02、0.03、0.04 mg/L，每個試驗(yàn)組放入12尾龍蝦，每組設(shè)3個平行。

試驗(yàn)期間不換液，不投喂，保持微充氣，控制溶解氧>6.0 mg/L，水溫28.0～29.0 ℃。

試驗(yàn)開始后連續(xù)觀察8 h，以后每隔12 h檢查波紋龍蝦中毒和死亡情況。死亡判定：龍蝦俯臥或側(cè)臥于桶底，第二觸角直向前，不擺動，眼睛垂下，燈照時無反應(yīng)，用玻璃棒觸碰觸角和蝦體時，無任何反應(yīng)。及時清除死亡個體，以免水質(zhì)變壞。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010處理，作圖求出死亡率對重金屬離子質(zhì)量濃度的線性回歸方程，并將50%死亡率代入線性回歸方程中，計(jì)算出半數(shù)致死質(zhì)量濃度(LC50)；運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)公式：96 h LC50×f計(jì)算安全質(zhì)量濃度(SC)[4]，本試驗(yàn)中因Cd2+和 Hg2+屬于難分解、積累性強(qiáng)、毒性大的物質(zhì),所以 f 值皆取0.01，即SC=96 h LC50×0.01。

2 結(jié) 果

2.1 Cd2+對波紋龍蝦的毒性

Cd2+對波紋龍蝦的藥物質(zhì)量濃度—死亡率關(guān)系見表1。由表1可見，在相同時間內(nèi)，隨著Cd2+質(zhì)量濃度的增加，波紋龍蝦死亡率也開始逐漸增大，試驗(yàn)48 h時，質(zhì)量濃度為0.65 mg/L組的龍蝦死亡率為12.5%，而質(zhì)量濃度為1.55 mg/L的試驗(yàn)組死亡率高達(dá)62.5%；隨著Cd2+質(zhì)量濃度的增大，死亡率也隨之加大，呈正相關(guān)關(guān)系，試驗(yàn)96 h，質(zhì)量濃度為1.55 mg/L試驗(yàn)組龍蝦死亡率達(dá)100%。

表1 Cd2+對波紋龍蝦的毒性

用表1的質(zhì)量濃度與死亡率相關(guān)關(guān)系，通過Excel 2010工具擬合曲線得到各試驗(yàn)時間的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)(表2)，將50%死亡率代入線性回歸方程，得到Cd2+對波紋龍蝦的24、48、72、96 h半數(shù)致死質(zhì)量濃度(LC50)分別為2.5169、1.3378、1.0445、0.9500 mg/L。再由SC=96 h LC50×0.01可知，其安全質(zhì)量濃度(SC)為0.0095 mg/L。

表2 Cd2+對波紋龍蝦的半致死質(zhì)量濃度和安全質(zhì)量濃度

2.2 Hg2+對波紋龍蝦的毒性

Hg2+對波紋龍蝦的藥物質(zhì)量濃度與死亡率關(guān)系見表3。表3表明，在同一時間內(nèi)，隨著Hg2+質(zhì)量濃度的升高，死亡率也增加，在24 h時，質(zhì)量濃度為0.01 mg/L的試驗(yàn)組，死亡率為0，但0.04 mg/L試驗(yàn)組的死亡率36.36%；隨著暴露時間的延長，死亡率也在增加；最低質(zhì)量濃度0.01 mg/L試驗(yàn)組，波紋龍蝦96 h的死亡率僅為18.18%，但0.04 mg/L試驗(yàn)組，波紋龍蝦96 h的死亡率卻達(dá)100%。可見，波紋龍蝦對Hg2+十分敏感。

表3 Hg2+對波紋龍蝦的致死情況

通過表3中Hg2+質(zhì)量濃度與死亡率的關(guān)系，可擬合得到線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)(表4)，計(jì)算出Hg2+對波紋龍蝦的24、48、72、96 h半數(shù)致死質(zhì)量濃度分別為0.0560、0.0333、0.0246、0.0227 mg/L。96 h安全質(zhì)量濃度為0.000227 mg/L。

表4 Hg2+對波紋龍蝦的半致死質(zhì)量濃度和安全質(zhì)量濃度

本試驗(yàn)結(jié)果表明，波紋龍蝦的死亡率與重金屬離子鎘和汞的質(zhì)量濃度密切相關(guān)，質(zhì)量濃度越大，死亡率越高，反之則小。兩種重金屬離子對波紋龍蝦的毒性為Hg2+> Cd2+，波紋龍蝦對Hg2+最為敏感，對Cd2+的耐受性相對較高。

3 討 論

3.1 Cd2+對波紋龍蝦的毒性

受工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污水的影響，養(yǎng)殖用水的重金屬污染在不斷加劇[20]，其中鎘是重要的重金屬污染物之一。2015 年，我國監(jiān)測了30 個重要海洋漁業(yè)水域沉積物中石油類、重金屬(銅、鋅、鉛、鎘、汞、鉻)和砷的含量。結(jié)果表明，銅、鎘、鉻的超標(biāo)比例分別為3.3%、6.7%和10%[22]。有的水體底泥中，鎘、鉛、汞等已經(jīng)超過標(biāo)準(zhǔn)150倍[23]。鎘暴露引起的水生生物氧化應(yīng)激反應(yīng)、脂質(zhì)過氧化反應(yīng)和組織病理學(xué)損傷等[24]。大量研究證明，鎘對中華絨螯蟹的消化酶和代謝酶活性、抗氧化系統(tǒng)和生殖均有毒害作用[14-15]。本研究的結(jié)果表明，Cd2+對波紋龍蝦的96 h半致死質(zhì)量濃度為0.95 mg/L，低于克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)的96 h半致死質(zhì)量濃度3.22 mg/L[25]和中華絨螯蟹的96 h半致死質(zhì)量濃度2.23 mg/L[15](表5)，表明波紋龍蝦對Cd2+的耐受性較差。波紋龍蝦對Cd2+的安全質(zhì)量濃度為0.0095 mg/L，是漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 11607—89)[26]和養(yǎng)殖用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(NY 5052—2001)[27]要求最大值0.005 mg/L的1.9倍。

表5 幾種十足目動物對Cd2+和Hg2+的安全質(zhì)量濃度比較

(續(xù)表5)

3.2 Hg2+對波紋龍蝦的毒性

汞在生物中是非必需元素，毒性非常強(qiáng)，廣泛分布于環(huán)境，一旦進(jìn)入生物圈，破壞性非常大。Hg2+與生物體蛋白中的巰基結(jié)合，改變蛋白的結(jié)構(gòu)和功能，甚至失去活性，影響生物大分子合成，抑制三磷酸腺苷合成，使其細(xì)胞代謝紊亂甚至死亡。不同種類的動物對Hg2+的耐受程度不同，表5列出了幾種養(yǎng)殖蝦蟹類對Hg2+的96 h半致死質(zhì)量濃度及安全質(zhì)量濃度。由表5可知，克氏原螯蝦對Hg2+的耐受性最強(qiáng)，96 h半致死質(zhì)量濃度達(dá)1.43 mg/L，其次為中華絨螯蟹扣蟹，96 h半致死質(zhì)量濃度為0.4423 mg/L，波紋龍蝦的96 h半致死質(zhì)量濃度比較低，為0.0227 mg/L，最低的為紅螯螯蝦蝦苗，僅有0.0019 mg/L。這些數(shù)據(jù)表明，波紋龍蝦對Hg2+的耐受性較差。

我國漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定Hg2+≤0.0005 mg/L[26]。克氏原螯蝦對Hg2+的安全質(zhì)量濃度為0.0143 mg/L，是我國漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的28.6倍，說明克氏原螯蝦耐污能力強(qiáng)；羅氏沼蝦的安全質(zhì)量濃度為0.000131 mg/L是漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的26%；本試驗(yàn)中，Hg2+對波紋龍蝦的安全質(zhì)量濃度為0.000227 mg/L，為我國漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中Hg2+含量的45.4%；紅螯螯蝦蝦苗的安全質(zhì)量濃度也較漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)低。由此可見，漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)并不能滿足羅氏沼蝦、紅螯螯蝦及波紋龍蝦的生態(tài)要求。它們對Hg2+十分敏感，耐受能力差。但使用養(yǎng)殖用水水質(zhì)Hg2+≤0.0002 mg/L標(biāo)準(zhǔn)時，波紋龍蝦可滿足要求，其安全質(zhì)量濃度比養(yǎng)殖用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)稍高些。因此，養(yǎng)殖波紋龍蝦時，應(yīng)執(zhí)行養(yǎng)殖用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，由于質(zhì)量安全濃度的計(jì)算方法不同，結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。目前計(jì)算安全質(zhì)量濃度的方法有3種[13，18，20]，計(jì)算結(jié)果相差較大的達(dá)10倍之多。如Cd2+對紅螯螯蝦苗的96 h半致死質(zhì)量濃度為0.094 mg/L，安全質(zhì)量濃度為0.012 mg/L(表5)，若按經(jīng)驗(yàn)公式SC=0.01×96 h LC50，則其安全質(zhì)量濃度為0.00094 mg/L，相差12.76倍之多。本研究也有相似之處，Cd2+對波紋龍蝦的96 h半致死質(zhì)量濃度為0.95 mg/L，安全質(zhì)量濃度為0.0095 mg/L，若按公式SC=48 h LC50×0.3/(24 h LC50/48 h LC50)2計(jì)算，則其安全質(zhì)量濃度為0.1134 mg/L，相差11.93倍。建議相關(guān)部門規(guī)范計(jì)算重金屬離子安全質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)，若能按毒理學(xué)的公式計(jì)算安全質(zhì)量濃度，制定的漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和養(yǎng)殖用水標(biāo)準(zhǔn)則更科學(xué)。