高錳酸鉀對中華絨螯蟹的毒性作用及持續效應

張婧怡，余璠，葛家春，黃成，劉茂松

（1.南京大學生命科學學院，江蘇 南京 210023;2.江蘇省淡水水產研究所，江蘇 南京 210017）

中華絨螯蟹（Eriocheir sinensis）又稱河蟹，是中國本土的重要水產經濟物種[1,2]。高錳酸鉀（potassium permanganate）是水產養殖的傳統藥物[3]，主要采用浸泡法和潑灑法用于防治細菌性疾病、真菌性病害和水體環境的消毒[4]。它與有機物體接觸，使酶蛋白和原漿蛋白中的活性基團如巰基（-SH）迅速氧化變為二硫鏈（-S-S）而失活，起到殺菌作用[5]。目前高錳酸鉀對魚類血液、味覺結構等毒性影響已有許多報道[6,7]。Darwish 等[8]研究發現高錳酸鉀損傷斑點叉尾（Ictalurus punctatus）鰓。高錳酸鉀對河蟹纖毛蟲、顫抖病、擬阿腦蟲病、蟹奴病以及弧菌病等病害有一定的治療效果[9-11]。但高濃度高錳酸鉀會導致水產動物中毒死亡[12]，一般認為高錳酸鉀濃度越高毒性越強。

本研究采用靜水生物毒性實驗，在測定高錳酸鉀溶液對河蟹半致死及安全濃度的基礎上，進一步研究早熟蟹和幼蟹在安全濃度的高錳酸鉀溶液下的生長，以期為幼蟹育苗中用藥方法、劑量和浸浴時間提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

篩選300 只無損傷、活動能力強、規格一致的河蟹進行實驗，其中早熟蟹150 只，幼體蟹150 只，各組雄、雌蟹數量比例接近1∶1。

高錳酸鉀晶體采用上海聯試化工試劑有限公司產品，純度99.5%。試驗容器為容積50 L 的塑料水箱，實驗前對塑料水箱進行徹底清洗。試驗用水為曝氣24 h 后靜置的自來水。

1.2 方法

1.2.1 河蟹靜水毒性實驗

早熟蟹毒性實驗按等比間距設置7 個高錳酸鉀濃度梯度：32 mg·L-1、64 mg·L-1、128 mg·L-1、256 mg·L-1、512 mg·L-1、1 024 mg·L-1和2 048 mg·L-1。幼蟹毒性實驗設置4 個濃度梯度：16mg·L-1、32 mg·L-1、64 mg·L-1和128 mg·L-1，每組各16 只。

各組實驗中高錳酸鉀溶液深度均高于河蟹，每隔6 h 記錄河蟹的存活情況，每隔24 h 更換一次高錳酸鉀溶液。實驗持續96 h。實驗過程中水溫控制在15～20℃。

1.2.2 河蟹生長實驗

實驗結束時，將16 mg·L-1高錳酸鉀溶液浸浴96 h 的幼蟹放置清水中飼養，觀察高錳酸鉀損傷后的存活和生長。

本實驗取體質量（7.2±1.5）g 早熟蟹、和體質量（5.2±1.3）g 幼體蟹各30 只，分別浸浴在安全濃度10 mg·L-1和5 mg·L-1處理96 h，后轉入清水后繼續飼養1 個月，以未經高錳酸鉀處理的河蟹作對照，飼養水箱中均添加水花生。

實驗期間及時清理死亡個體和廢物。河蟹四肢松散無力，用潔凈的玻璃棒輕輕觸碰無明顯反應，且用濾網撈出至清水10 min 內無任何反應時判定死亡。實驗期間對照組河蟹未出現死亡，實驗組死亡率不需校正。

1.3 數據處理與分析

實驗結束后根據實驗對象的死亡率、高錳酸鉀溶液濃度、實驗對象的死亡時間進行統計分析，繪制時間-劑量-死亡率模型（time-does-mortality model，TDM 模型），利用SPSS 26.0 進行統計分析。

死亡率=[（初始存活數-實際存活數）/初始存活數]×100%。

安全濃度SC=96h LC50×0.1。

2 結果與分析

實驗開始時，河蟹活力正常，放入各濃度高錳酸鉀溶液后，開始無規則游動，后趨于聚集在水箱一側或角落，活性減弱，基本集群靜伏。

2.1 早熟蟹毒性影響

在1 024 mg·L-1和2 048 mg·L-1高錳酸鉀溶液下，河蟹活動頻繁，急躁不安，攀爬水箱壁。96 h 實驗結束后，32 mg·L-1及以下高錳酸鉀濃度組均未出現死亡現象，而256 mg·L-1及以上高錳酸鉀濃度組在實驗結束前所有個體均死亡（表1）。隨著作用時間的延長，高錳酸鉀對河蟹的LC50逐漸降低，安全濃度為10.67 mg·L-1（表2）。對照組個體在實驗期間無死亡。

表1 高錳酸鉀對早熟蟹的毒性影響Tab.1 Toxicity of potassium permanganate to precocious crab

表2 各記錄時間下高錳酸鉀對早熟蟹的半致死濃度Tab.2 The median-lethal concentration（LC50）of potassium permanganate on precocious crab at each recording time

參考時間-劑量-死亡率模型（time-does-mortality model，TDM 模型），在僅考慮半數死亡的情況下，計算各下濃度的LC50后，對散點進行回歸曲線擬合，得到藥物濃度和藥物作用時間的關系（圖1），其中t 為藥物作用時間（h），用于初步判斷特定處理下高錳酸鉀對個體的毒性影響。

圖1 早熟蟹在半數死亡條件下，藥物濃度和作用時間關系圖Fig.1 The relationship between drug concentration and exposure time under half death of the crab

2.2 性未成熟幼蟹毒性影響

實驗開始時，河蟹活力正常，放入溶液后無規則游動后，迅速呈現聚集情況，然后趨于穩定靜伏。各濃度組在24 h 前均無死亡。16 mg·L-1及以下高錳酸鉀濃度組個體在實驗期間均無死亡。實驗結束時只有128 mg·L-1組所有個體均死亡（表3）。隨著作用時間的延長，高錳酸鉀對河蟹的LC50逐漸降低，安全濃度為5.38 mg·L-1（表4）。實驗期間對照組無死亡。

表3 高錳酸鉀對幼蟹的毒性影響Tab.3 Toxic effects of potassium permanganate on juvenile crabs

表4 各記錄時間下的幼蟹的半致死濃度Tab.4 The median-lethal concentration（LC50）of potassium permanganate on juvenile crab at each recording time

參考TDM 模型，在僅考慮半數死亡的情況下，計算各條件下的LC50后，對散點進行回歸曲線擬合（圖2），得到藥物濃度和藥物作用時間的關系為：lnc=117.837/t+2.978，R2=0.870，，其中c 為藥物濃度（mg·L-1），t 為藥物作用時間（h）。

圖2 幼蟹在半數死亡條件下，藥物濃度和作用時間關系圖Fig.2 The relationship between drug concentration and exposure period under the condition of half of the deaths

2.3 在安全濃度下，高錳酸鉀96 h 浸浴對早熟蟹及幼體蟹生長的影響

由表5 可知：實驗組早熟蟹和幼蟹的蛻殼率分別為20%和6.67%，而對照組則分別為13.33%和43.33%。實驗組早熟蟹的蛻殼率與對照組沒有顯著性差異（P＞0.05），實驗組幼蟹的蛻殼率顯著小于對照組（P＜0.05）。在組內，實驗組96 h 早熟蟹及幼蟹體質量均無顯著增長（P＞0.05），對照組96 h 的幼體蟹體增長顯著（P＜0.05）。在組間，實驗組與對照組早熟蟹的體質量增長無顯著性差異（P＞0.05），對照組幼蟹體質量增長顯著大于實驗組（P＜0.05）。

表5 高錳酸鉀96 h 浸浴對早熟蟹及幼蟹生長的影響Tab.5 Effect of 96 h potassium permanganate bathing on the growth of precocious crab and juvenile crab

3 討論

3.1 高錳酸鉀對河蟹的存活率的影響

一般認為，水生動物對各種藥物的敏感性隨著個體增大而降低。黃鶴忠等研究表明，河蟹大眼幼體的96 h LC50（半致死濃度）為1.5 mg·L-1[13]。在本實驗中，早熟河蟹和幼蟹的96 h LC50分別為106.64 mg·L-1和53.81 mg·L-1，安全濃度SC 分別為10.66 mg·L-1和5.38 mg·L-1。該結果表明，幼蟹對高錳酸鉀濃度比成熟蟹更為敏感。研究發現，河蟹對高錳酸鉀的耐受性隨蟹齡增加而增強[14]。朱友芳等研究發現，中國花鱸（Lateolabrax japonicus）魚苗和幼魚的高錳酸鉀安全濃度為0.6 mg·L-1和0.9 mg·L-1[15]。譚樹華等[16]和趙朝陽等[17]實驗結果表明：高錳酸鉀對克氏原鰲蝦（Procambarus clarkii）成蝦和幼蝦的安全濃度分別為2.65 mg·L-1和0.44 mg·L-1。這說明不同水生動物對高錳酸鉀的敏感性與規格相關，毒性隨著生物個體年齡的增大而逐漸減弱，這與本實驗結果相一致。

河蟹幼蟹在高錳酸鉀溶液中浸浴24 h 和48 h均未出現超過半數死亡，在本研究中未計算24 h 和48 h 的半致死濃度。參考時間-劑量-死亡率模型（time-does-mortality model,TDM 模型），在僅考慮半數死亡的情況下，得到性成熟蟹和未性成熟幼蟹在半數死亡條件下，藥物濃度和藥物作用時間的關系分別為：c=37248.87*t-1.219和lnc=117.837/t+2.978，式中，t 為藥物作用時間（h），用于初步判斷特定處理情況下高錳酸鉀的個體毒性。在相同時間間隔下，高錳酸鉀對河蟹的半致死濃度變化率逐漸降低；即在某一濃度下，高錳酸鉀對河蟹的死亡率影響隨著時間的增加而迅速升高，這表明前期高錳酸鉀對河蟹的毒性作用十分顯著，高錳酸鉀是一種快速致毒的藥物。在水產養殖中，高錳酸鉀的短期浸浴濃度通常為10～20 mg·L-1，時間約15～30 min；潑灑濃度為1.75～2.00 mg·L-1，時間需持續4 h[18]。對于早熟蟹，生產中短期的浸浴濃度和早熟蟹長期安全濃度相接近；而對于未性成熟的幼蟹，短期的浸浴濃度雖然遠低于作用時間內的半致死濃度，但高于長期安全濃度。在生產過程中，高錳酸鉀對河蟹是一種相對安全的潑灑消毒劑與預防藥物[19]；但用于河蟹浸浴消毒或者治療疾病時，則要考慮蟹齡和損傷情況，嚴格把握用藥濃度和用藥時間。

3.2 安全濃度下高錳酸鉀對河蟹生長情況的影響

實驗時，將16 mg·L-1高錳酸鉀溶液浸浴96 h 后的幼蟹清水中培養，所有幼蟹4 d 后均死亡。這與陸建學等[20]得出高錳酸鉀處理魚類后引起魚體組織產生應激性病理變化，轉入清水后即可恢復正常的結論存在一定差異。其原因可能是不同物種耐受力不同。為此，本文增加了實驗，進一步探究長期高錳酸鉀安全濃度對早熟蟹和幼蟹蛻殼的影響。結果發現，以安全濃度10.0 mg·L-1和5.0 mg·L-1浸浴早熟蟹和幼蟹96 h 后，轉入清水飼養30 d，幼蟹的蛻殼率和體質量增長量顯著下降（P＜0.05）。這說明安全濃度雖然對河蟹幼蟹的死亡率沒有影響，但對幼蟹的潛在傷害極大，阻礙其生長發育。楊源浩[14]在研究高錳酸鉀溶液對損傷性河蟹成活率和蛻殼率中發現，10 mg·L-1的高錳酸鉀溶液持續飼養能夠顯著提高河蟹存活率和蛻殼率。這與本實驗結果不一致。本實驗對象為無損傷幼蟹，而楊源浩等[14]主要研究損傷性蟹種的生長情況。高錳酸鉀達到一定濃度對個體作用一定時間后，可造成不可逆轉的影響，在實際生產過程中應當根據具體情況進一步確定濃度和作用時間。

3.3 不足及展望

本實驗在實驗室進行，環境條件與生產過程中存在一定的差異，實驗結果可作為生產中使用高錳酸鉀參考。在實際生產使用高錳酸鉀時仍然需要考慮養殖條件、病害情況選擇合適的用藥濃度。高錳酸鉀對河蟹的毒性與蟹齡有一定關系，在生產中用藥需要同時關注防治疾病和蟹齡，嚴格控制用藥濃度和時長，在達到治療效果后迅速更換清水復蘇，以防高錳酸鉀對河蟹造成永久性損傷。在后續的實驗中，將進一步探究更低濃度和短時間對河蟹生長發育的影響，確定高錳酸鉀用于浸浴的最適濃度和時間。