水環境中鎘對水生動物毒性的研究進展

羅詞安

（上饒幼兒師范高等專科學校，江西 上饒 334000）

鎘是水環境中一種典型的重金屬污染物，會對水生動物的生長和發育產生嚴重的負面影響。同時，重金屬具有污染源廣泛、殘毒時間長，污染后難以被發現且能夠隨食物鏈發生轉移自集的特點。因此，加強水環境鎘對水生動物的毒性研究，根據鎘的毒性機理尋求相應的解決辦法，是保護水環境生物的重要舉措。

1 重金屬鎘的特性及對水生動物的毒理作用

重金屬鎘是水生動物體內的非必要元素。環境中鎘的來源途徑比較廣泛，例如火山爆發和樹木燃燒后的殘渣、排放的廢氣和廢水中都含有不同含量的鎘。實際工作和生活中含鎘產品的使用和流動，很有可能會隨著廢氣、廢水和殘渣的排放到水體環境中，然后被水體動物食用吸收，這種重金屬元素并不會隨著食物消化，而是進入人體中，對人體造成危害。鎘之所以在生物體內不容易被分解，主要是因為鎘自身的物理特性所決定的。鎘能夠與動物和人類體內的蛋白質以及酶等成分發生一定的相互作用，致使蛋白質酶自身喪失活性，鎘就會在動物體內得到積累，當鎘在動物體內的富集量超過正常的承受范圍后，就會導致動物體出現不同程度的中毒癥狀[1]。但是，現階段對于鎘的毒理研究還處于初步發展階段，需要進一步深入研究，以便確定合理的水污染指標，對水體動物保護提供重要的指導作用。

當水體環境受到一定程度的污染時，水體動物體內各個組織器官就會受到鎘的影響而出現不同程度病理學的改變。如果水生動物體內鎘含量較高，就會導致水生動物出現組織器官發炎或者壞死等問題，威脅水生動物的健康。對于水生動物病理學改變的研究，主要是選用鰓、肝臟、性腺等器官作為靶器官。例如，選用華溪蟹作為試驗研究對象，將其在鎘中暴露一定時間后，利用顯微鏡對其內部組織器官進行觀察，發現華溪蟹的肝胰腺組織細胞中出現了不同程度上的腫脹或者凋亡，這就預示著其組織器官正在逐漸壞死直至死亡。在電鏡下對肝胰腺組織細胞進行觀察可以發現，這些細胞的細胞核和線粒體呈腫脹狀態。同時，經過同類試驗研究還可以發現，鎘元素對于鰓細胞組織也是具有毒性的。鰓組織不僅是一種呼吸器官，還能夠排泄水生動物體內所產生的代謝物，同時，鰓還能夠實現水生動物表層滲透壓的平衡和調節作用。因此，鎘元素對于鰓器官的影響既可以通過破壞鰓細胞組織來實現，還可以通過破壞水生動物與水體環境之間的滲透壓和離子平衡來實現。

此外，鎘元素對于水生動物性腺組織器官的影響研究表明，在鎘元素的影響下，水生動物自身精子的存活率受到不同程度上的破壞，鎘元素含量越高，精子的成活率則越低。同時，性腺組織中的質膜和頂體處于不斷缺失狀態，其細胞結構被嚴重損壞，導致水生動物自身的繁殖生育能力下降。以華溪蟹為試驗研究對象，可以發現相比較于肝胰腺、鰓、性腺等組織器官而言，鎘對水生動物心臟的影響程度相對較低。但是，心臟的細胞組織也會發生毒變，出現肌纖維斷裂、心肌水腫等問題，一旦心臟受損達到某種程度，水生動物的生命就會受到威脅。總之，鎘元素在水生動物體內的吸收和富集，會對動物自身組織器官造成不可逆的病變，使這些器官功能逐漸下降，最終導致水生動物機體死亡。

2 水生動物對鎘的吸收和蓄積

水生動物吸收鎘的途徑主要包括以下幾種：①水生動物的呼吸，通過鰓將溶解在水體環境中的重金屬吸收到體內，然后通過血液傳輸到水體動物體內的各個部位，或者是在水體動物表面細胞中不斷積累；②水體動物還可以通過攝食來攝入鎘，主要是因為水體或者餌料中含有重金屬鎘，通過消化道進入到動物體內；③水生動物體表與水體之間的滲透交換，也會造成重金屬鎘在水體動物體內的吸收。

水生動物對鎘的吸收是被動性的，整個吸收過程是不需要消耗任何能量的。不同水生動物對鎘的吸收程度存在差異。通常情況下，貝類對于鎘的吸收含量最高，其次是甲殼類，而魚類體內鎘的吸收量最低。這主要是和水生動物的攝食習慣有關。貝類和甲殼類水生動物的生活環境主要集中在水層底部，周圍以污泥為主，同時這類水生動物的生活范圍比較固定，其攝食食物以餌料為主，而餌料沉積物中的重金屬含量最高，因此，貝類和甲殼類體內鉻含量相對較高。而魚類動物的活動范圍較為廣泛，且攝食種類較多，因此，體內鉻含量并不固定。同時，鎘在水生動物不同組織器官內的蓄積含量也不同。經攝食進入魚體中的鎘主要是通過血液循環進入到魚體的各個器官中，其中以肝臟和腎臟中鎘含量最多，其總和基本上能達到魚體全身鎘總量的2/3。同時，魚體的魚鰓可以通過呼吸來攝入鎘，因此，魚鰓中也會富集一定的鎘。當然，不同的魚類受自身消化系統和循環系統的影響，不同器官組織的鎘含量不同。

3 水環境鎘對水生動物的影響

3.1 水環境鎘對水生動物生長代謝的影響

以鯽魚為研究對象，可以發現鎘在鯽魚體內含量的高低對于魚體的生長代謝的影響存在顯著差異。低劑量鎘在一定程度上反而可以對魚體的生長代謝起到促進作用，如果鎘在魚體內的含量超出正常允許范圍，就會抑制魚體的生長，并致使魚體發生不同程度上的病變。水生動物的生存與生長都需要依靠機體代謝，這是保障水生動物存活的重要過程。而水生動物在生長代謝過程中的主要生物分子是糖類、脂肪和蛋白質，這些物質以不同的結構形式參與到生物機體的細胞生成和代謝活動中，也為生物機體的正常生長提供了重要的能量供給。

生物機體的代謝過程需要經過嚴格的調控，使其保持在代謝平衡狀態，在這種代謝活動中，如果生物機體受到外界干擾物的影響，就會造成機體代謝紊亂，嚴重情況下，生物機體就會發生不同程度的病變。而魚類生長代謝活動就很容易受到鎘的影響，使魚類的生長速度和繁殖率都會有所降低。例如，鎘能夠影響鯉魚體內磷元素的代謝。磷元素的代謝異常直接關系著腸粘膜結構的穩定性，而且還會使魚體內的消化酶活性進一步降低，這樣魚體內腸粘膜受損后，其消化和吸收功能都會大大減弱，魚體對于氨基酸等原料的攝入能力就會下降，這樣魚體內就會缺少自身生長所需要的蛋白質、糖類等養分，進而影響魚體的生長。鎘對于魚體肝胰臟、腎臟、鰓組織的破壞，還會直接干擾魚體自身的能量代謝，嚴重降低機體的能量供給水平[2]。鎘含量對水生動物生長代謝的影響，一方面會造成機體蛋白質、糖類等營養成分的合成受阻，另一方面會直接導致機體代謝活動異常，造成毒素在魚體內的堆積，進而影響到機體的生長發育。

3.2 水環境鎘對水生動物抗氧化系統的影響

水生動物在長期的水環境鎘作用下會引發相應的氧化應激反應，這種應激反應既有適應性反應，也有毒理性反應。氧化應激反應下，動物體內的活性氧自由基和活性氮自由基含量顯著增加，生物機體對這些自由基不能徹底清除，使其不斷積累在水生動物體內，這樣水生動物自身的氧化系統和抗氧化防御系統之間的平衡都會受到不同程度的損傷。鎘的存在能夠刺激生物機體產生大量的活性氧自由基，這種自由基在生物機體內的堆積會使生物體內的蛋白質、DNA等大分子物質的結構發生不同程度的改變，破壞其原有的生物功能，以至于生物機體發生異常病變。同時，活性氧化自由基還會導致生物體細胞結構的損壞，使生物機體細胞的增殖、分化等相關功能紊亂，生物機體受到大面積損害。

此外，水環境鎘也會干擾水生動物體內的抗氧化活性和金屬硫蛋白的機理功能。當水生動物體內的活性氧自由基含量過高時，生物機體會通過產生抗氧化酶和抗氧化非酶等物質進行自我防護。如果水生動物體內鎘含量過高時，水生動物體內抗氧化酶的生成反而會受到抑制，以至于生物機體不能正常發揮抗氧化系統作用。水生動物的肝臟、腎臟組織器官中含有一定濃度的金屬硫蛋白，這種硫蛋白能夠與鎘形成金屬螯合物，以降低鎘對水生動物機體的毒性作用。因此，金屬硫蛋白可以作為水環境鎘的生物標志物，以幫助實驗人員分析水環境的污染程度。

3.3 水環境鎘對水生動物免疫系統的影響

水環境鎘主要是通過血液循環而影響生物機體的血淋巴系統。鎘對水生動物機體細胞的損傷直接表現為血淋巴細胞自身的代謝能力被損壞，以至于血淋巴細胞不能發揮自身的功能作用。同時，水生動物機體內血細胞的吞噬能力也會在鎘的作用下被損壞，這樣血細胞會逐漸壞死，以至于生物體內的血細胞存活率逐漸降低，使生物機體自身的免疫能力下降。鎘對水生動物免疫系統的影響不僅體現在血細胞方面，還會對水生動物機體體液免疫造成損傷，而相關研究表明，殺菌活血物質能夠從生化層面抑制這種損傷。同時，鎘對水生動物免疫系統的影響研究也逐步朝著分子層面發展，例如一些能夠提升水生動物免疫的酶分子不斷被發現并且逐步實現了克隆生長，這為水生動物免疫力的提升，提供了重要的技術支持。

4 水環境重金屬鎘污染的防治措施

對于水環境重金屬的污染，常用的治理方法包括物理方法和化學方法，其中比較常見的處理方式有活性炭吸附法、電化學處理發、離子樹脂交換法等，這些方法的應用對于水環境鎘的去除具有顯著的效果，但是不論是何種處理方法，其實際應用成本相對較高，而且還會造成不同程度上的二次污染，并不能從根本上解決重金屬污染的問題。生物吸附法是一種新型的重金屬鎘處理方法，即采用適當的生物體將水環境中的重金屬鎘進行選擇性的吸附，以降低水環境中鎘濃度，這種吸附方法的優點在于吸附速度快、吸附容量大。微生物吸附劑也可以用于重金屬污染處理，其吸附劑可以是工業生產中的副產品，比較常見的有制酒行業中的發酵廢渣，也可以是水環境中的天然藻類，這種吸附方法的優點在于能夠有效降低重金屬處理的成本。對于吸附劑可以循環使用，利用相匹配的洗脫劑將吸附劑進行洗脫，經過適當處理后即可以進行二次利用。目前，生物吸附是水環境中重金屬污染物去除的主要研究方法，旨在擴大生物吸附的應用范圍，同時還需要加強對吸附劑的研究，以積極探尋具有高選擇性和高吸附性效果的吸附劑，提升重金屬污染的處理效果。

5 結語

綜上所述，水環境鎘對水生動物的危害不容忽視。水環境鎘的濃度和作用時間對水生動物的危害存在顯著的差異。但是，重金屬鎘對水生動物組織器官的危害作用是顯而易見的，尤其是肝臟、腎臟、鰓等組織器官中。不同組織器官中鎘的吸收、蓄積和毒變作用變化需要進一步的研究，為重金屬鎘的有效防治提供參考依據。水生動物對于重金屬鎘的污染也會產生必要的機體保護機制，以降低重金屬鎘對生物機體所造成的氧化損傷作用。總體上來看，鎘對水生動物的毒性作用機理相對復雜，涉及到多個組織器官，多種機體系統，也存在一定程度上的差異性。對此，加強對重金屬鎘毒性作用研究，仍然是重金屬鎘有效防治的重點與難點，同時相關研究人員在現有研究理論的基礎上，積極采取相應的解毒機制，有效防范重金屬鎘對水環境中水生動物的危害，保護水生態環境，為人類的健康可持續發展提供重要的保障。