孫　碩，宿曉琳，王桂燕

(沈陽(yáng)藥科大學(xué) 制藥工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110016)

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氯化鎘對(duì)草魚(yú)的毒性研究

孫碩，宿曉琳，王桂燕

(沈陽(yáng)藥科大學(xué) 制藥工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110016)

摘要：以靜水生物測(cè)試法研究氯化鎘對(duì)草魚(yú)的急性毒性，并求出暴露時(shí)間分別為24、48、72和96h的半數(shù)致死質(zhì)量濃度(LC50)。根據(jù)魚(yú)類(lèi)毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，判斷重金屬鎘對(duì)草魚(yú)的生態(tài)毒性，并利用安全系數(shù)0.01來(lái)估算其安全濃度。結(jié)果表明：鎘對(duì)草魚(yú)的急性毒性作用時(shí)間為24、48、72和96h的LC50分別是44.10、33.48、28.00和23.51mg/L，因此鎘對(duì)草魚(yú)的毒性為高毒，其安全濃度為0.235 mg/L。

關(guān)鍵詞：氯化鎘；生態(tài)毒性；草魚(yú)；概率單位法；半數(shù)致死質(zhì)量濃度；安全濃度

重金屬鎘在工業(yè)上的應(yīng)用已對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，其中鎘污染主要來(lái)源于有色金屬的開(kāi)發(fā)與冶煉中排放的廢氣、廢水和廢渣；煤、石油的燃燒也能引起鎘對(duì)大氣的污染；含鎘肥料的施用也存在鎘污染問(wèn)題，最終污染水體和土壤[1-2]。鎘污染越來(lái)越受到人們的重視。在土壤重金屬污染中鎘元素是毒性最強(qiáng)的元素之一，Cd被聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署提出的具有全球意義的12種危險(xiǎn)物中列為首位。Cd被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)歸類(lèi)為第一類(lèi)致癌物。鎘的存在形式較多，不同形式的鎘毒性不同。氯化鎘易溶于水，對(duì)動(dòng)植物和人體的毒性較高。水體受到嚴(yán)重污染后，首當(dāng)其沖的受害者是水生生物。魚(yú)類(lèi)作為水生生物的一種，對(duì)水環(huán)境的變化反應(yīng)非常靈敏，當(dāng)水體的污染達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)出一系列中毒反應(yīng)，例如行為異常、生理功能紊亂、組織細(xì)胞病變、直至死亡[3-4]。因此，以我國(guó)主要淡水養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)—草魚(yú)為研究對(duì)象，考察氯化鎘對(duì)草魚(yú)的急性毒性，并根據(jù)國(guó)際組織專(zhuān)家團(tuán)體推薦的毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，判斷重金屬鎘對(duì)草魚(yú)的生態(tài)毒性，并利用安全系數(shù)0.01來(lái)估算鎘對(duì)草魚(yú)的安全濃度(safe concentration,SC)，同時(shí)對(duì)重金屬鎘對(duì)草魚(yú)的毒性機(jī)理進(jìn)行分析。

1　材料與方法

1.1　實(shí)驗(yàn)材料

參考文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)魚(yú)種采用草魚(yú)，選擇標(biāo)準(zhǔn)[5-6]進(jìn)行，魚(yú)齡3～4個(gè)月，體重為4.00g±0.50g。運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后放入水族缸中，在事先充分曝氣的自來(lái)水中馴養(yǎng)7d。為保持水中有足夠的溶解氧(DO)，每天換水1次。馴養(yǎng)期間魚(yú)的死亡率低于5%后，魚(yú)隨機(jī)分組進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用藥品氯化鎘(CdCl2·2.5 H2O)為分析純。

1.2　實(shí)驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用靜態(tài)試驗(yàn)法[7-8]，周期為96h。試驗(yàn)用水為充分曝氣后的自來(lái)水，水溫18℃±1℃，pH值為6.5～6.8，DO含量為5.0mg/L以上，硬度約210.0mg/L(以CaCO3計(jì))。試驗(yàn)在30cm×20cm×30cm的小水族缸中進(jìn)行，每一水族缸中加入10 L藥液，受試魚(yú)10尾。定期監(jiān)測(cè)溶液的溫度、pH和DO。試驗(yàn)期間不更換實(shí)驗(yàn)液并始終曝氣。為防止餌料的影響，試驗(yàn)期間不喂食。

1.2.1　預(yù)試驗(yàn)

(1)為確定試驗(yàn)濃度的范圍，按10倍之差估計(jì)污染物的3個(gè)濃度值，每個(gè)濃度分別設(shè)立給藥組和1個(gè)平行組，并設(shè)立空白對(duì)照組。每組隨機(jī)投放魚(yú)5尾。開(kāi)始的前8h內(nèi)密切觀(guān)察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和魚(yú)的死亡情況，之后分別在24、48、72和96h時(shí)觀(guān)察并記錄魚(yú)死亡情況。魚(yú)死亡的判斷標(biāo)準(zhǔn)為停止呼吸運(yùn)動(dòng)(鰓蓋運(yùn)動(dòng)停止)，魚(yú)體浮于水面或沉于實(shí)驗(yàn)缸底部，用玻棒或鑷子輕擊魚(yú)的尾柄部，在30s內(nèi)魚(yú)體沒(méi)有產(chǎn)生任何應(yīng)激反應(yīng)。(2)根據(jù)(1)中得出的數(shù)據(jù)，按照等比數(shù)列選取較窄的6個(gè)濃度區(qū)間繼續(xù)進(jìn)行考察。給藥組及對(duì)照組設(shè)立、投放魚(yú)數(shù)量、試驗(yàn)液更換頻率和觀(guān)察時(shí)間均與(1)相同。(3)經(jīng)若干次試驗(yàn)，逐步縮小濃度范圍，最終得出96h的最大耐受濃度(LC0)和絕對(duì)致死濃度(LC100)，以全部存活的最高濃度和全部死亡的最低濃度之間選擇為正式試驗(yàn)濃度范圍。

1.2.2　正式試驗(yàn)

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)所得的在LC0～LC100區(qū)間的濃度范圍，按等對(duì)數(shù)間距確定7個(gè)試驗(yàn)濃度作為正式試驗(yàn)濃度。每個(gè)濃度設(shè)3個(gè)平行組，同時(shí)設(shè)1個(gè)空白對(duì)照組，每1濃度組隨機(jī)放魚(yú)10尾。除了重金屬Cd2+單一毒性試驗(yàn)在污染暴露期間不更換溶液外，其他試驗(yàn)每隔24h更換1次新鮮實(shí)驗(yàn)液。試驗(yàn)開(kāi)始前8h連續(xù)觀(guān)察魚(yú)中毒癥狀，隨時(shí)撈出死亡個(gè)體，并分別記錄各組暴露24、48、72和96h草魚(yú)的死亡數(shù)。應(yīng)用概率單位法計(jì)算得到暴露各時(shí)間的半數(shù)致死質(zhì)量濃度(LC50)及其95%置信區(qū)間。

2　結(jié)果與討論

2.1　Cd2+對(duì)草魚(yú)的毒性效應(yīng)

草魚(yú)在高濃度的重金屬Cd2+溶液里中毒癥狀明顯：它們的行為異常，平衡能力受到顯著影響，劇烈游動(dòng)，上下游動(dòng)；隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)的速度漸漸變慢，反應(yīng)越來(lái)越遲鈍，最后死亡；在Cd2+濃度較低的溶液中，草魚(yú)出現(xiàn)中毒癥狀的時(shí)間較遲，然而一旦中毒，也表現(xiàn)出上述中毒癥狀。

鎘對(duì)魚(yú)類(lèi)致毒機(jī)理有內(nèi)毒和外毒作用[9-10]。當(dāng)魚(yú)剛接觸Cd2+時(shí)，其神經(jīng)細(xì)胞受到鎘的干擾而異常興奮。草魚(yú)在被鎘污染的水環(huán)境中，主要通過(guò)鰓吸收并在體內(nèi)明顯富集。鎘在體內(nèi)不斷聚集并通過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)作用而起毒性作用，進(jìn)一步損害其骨骼組織。長(zhǎng)期受鎘的作用，魚(yú)鰓部被破壞，出現(xiàn)增生肥大，鰓體瓦解和受損，因而分泌過(guò)多粘液沉淀于鰓絲表面，最終使魚(yú)窒息而死。鎘對(duì)魚(yú)類(lèi)的內(nèi)毒是通過(guò)肌肉活動(dòng)勢(shì)能增大造成對(duì)應(yīng)肌肉持續(xù)緊張所致。在代謝中，鎘能和鈣鎂一起累積于骨骼之中，甚至代替鈣鎂，造成骨骼礦物質(zhì)損失，骨組織變?nèi)彳洝２蒴~(yú)的骨系統(tǒng)是鎘中毒的主要靶器官之一。當(dāng)鎘中毒時(shí)，魚(yú)骨骼中鈣含量顯著降低(P<0.05)，而鎘的含量顯著增高(P<0.01)[11]，這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的骨化不全病變。此外，腎臟也是鎘中毒的主要靶器官，鎘致骨骼變化與腎小管功能異常引起腎中VD3活性障礙有關(guān)[12]。草魚(yú)在含重金屬Cd2+溶液中出現(xiàn)的反應(yīng)遲鈍、逐漸喪失運(yùn)動(dòng)能力的現(xiàn)象，是因?yàn)殒k與草魚(yú)神經(jīng)系統(tǒng)中的蛋白質(zhì)分子結(jié)合，抑制了神經(jīng)信號(hào)的傳遞，從而導(dǎo)致出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)障礙。

草魚(yú)在鎘溶液中分別暴露24h、48h、72h和96h的濃度與死亡率關(guān)系曲線(xiàn)如圖1～4所示。

圖1　24h Cd2+濃度和草魚(yú)死亡率的關(guān)系曲線(xiàn)

圖2　48h Cd2+濃度和草魚(yú)死亡率的關(guān)系曲線(xiàn)

圖3　72h Cd2+濃度和草魚(yú)死亡率的關(guān)系曲線(xiàn)

圖4　96h Cd2+濃度和草魚(yú)死亡率的關(guān)系曲線(xiàn)

暴露各時(shí)間的概率單位與對(duì)數(shù)濃度曲線(xiàn)方程及其LC50如表1所示，其中：y表示概率單位；x表示對(duì)數(shù)濃度；P<0.01。

表1　Cd污染對(duì)草魚(yú)急性毒性試驗(yàn)結(jié)果

由表1可見(jiàn)，鎘的半數(shù)致死濃度均與時(shí)間有密切關(guān)系，時(shí)間越長(zhǎng)，半數(shù)致死濃度越小。上述結(jié)果也表明，草魚(yú)是較能耐重金屬污染的魚(yú)類(lèi)，一般受污染水體中重金屬的濃度達(dá)不到試驗(yàn)所得的數(shù)值；但對(duì)魚(yú)類(lèi)，鎘是一種致毒快、損害重的毒物，而且鎘是非降解且具蓄積性的污染物，所以對(duì)重金屬鎘污染的防治是非常重要的。本研究得出氯化鎘對(duì)草魚(yú)96h的LC50為23.51 (21.35～25.89)mg/L。而Emre[13]等研究硫酸鎘對(duì)平均體重為17g、1歲魚(yú)齡的草魚(yú)的96h LC50為9.42mg/L；周輝明[14]等研究發(fā)現(xiàn)氯化鎘對(duì)鯉魚(yú)幼魚(yú)96h LC50為2.51mg/L。這些結(jié)果與本研究的結(jié)果有些差別，這可能與所用重金屬鹽的類(lèi)型、稀釋水的水質(zhì)、溫度、光照等因素有關(guān)，此外，生物體的發(fā)育狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)條件、以及重金屬的形態(tài)，對(duì)重金屬的毒性大小也具有很大的影響[15]。

2.2　鎘對(duì)草魚(yú)的安全濃度

根據(jù)魚(yú)類(lèi)毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]，本研究中重金屬鎘對(duì)草魚(yú)的生態(tài)毒性為高毒。SC常用估算經(jīng)驗(yàn)公式：SC=96h LC50×應(yīng)用系數(shù)( 0.1,0.05,0.01)。對(duì)于穩(wěn)定或難降解、易積累的化學(xué)物質(zhì)，宜選用0.05～0.01之間的系數(shù)[17]。故本研究采用0.01系數(shù)。這與Marino等[18]提出的以100作為防護(hù)系數(shù)依據(jù)公式：MPC=LC50/100(the maximum permissible limit of concentration,MPC)得到某毒物的最大容許濃度相一致。故本研究中草魚(yú)對(duì)鎘的安全濃度為0.235mg/L。此值比我國(guó)廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)第1類(lèi)污染物最高允許排放濃度(0.1mg/L)高2.5倍，比我國(guó)制訂的淡水漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(≤0.005mg/L)規(guī)定的最高容許濃度大得多?？梢?jiàn)，單純利用急性毒性試驗(yàn)來(lái)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)重金屬污染還不全面，繼續(xù)深入研究是非常必要的。

3　結(jié)論

重金屬鎘暴露24、48、72和96h對(duì)草魚(yú)的半數(shù)致死質(zhì)量濃度LC50及其95%的置信區(qū)間分別是44.10(37.10 ～ 52.42)、33.48(29.71 ～ 37.74)、28.00(24.95 ～31.42)和23.51(21.35 ～ 25.89)mg/L；氯化鎘對(duì)草魚(yú)的生態(tài)毒性為高毒，其最大容許(安全)濃度為0.235mg/L。此值大于我國(guó)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。單純利用急性毒性試驗(yàn)來(lái)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)重金屬污染還不全面，應(yīng)該繼續(xù)深入研究。

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(責(zé)任編輯：馬金發(fā))

Ecological Toxicity of Cadmium Chloride on Grass Carp (Ctenopharyngodon idellus)

SUN Shou,SU Xiaolin,WANG Guiyan

(School of Pharmaceutical Engineering,Shenyang Pharmaceutical University,Shenyang 110016,China)

Abstract：The acute ecological toxicity of cadmium chloride acting on grass carp was investigated using the water-static biological test method,and median lethal concentration (LC50) values under 24,48,72 and 96h exposure time were evaluated.According to the ratings standard of fish toxicity,heavy metals cadmium to the ecological toxicity of grass carp was evaluated,and safe coefficient 0.01 was used to evaluate its safe concentration.The results showed that LC50under 24,48,72 and 96h for cadmium chloride toxic to grass carp was 44.61,33.48,28.00 and 23.51 mg/L,respectively.Thus,the ecological toxicity of cadmium to grass carp was at high toxicity,and the safe concentration was 0.235 mg/L.

Key words：cadmium chloride;ecological toxicity;grass carp;probit analysis method;median lethal concentration (LC50);safe concentration

中圖分類(lèi)號(hào)：X171.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1003-1251(2015)01-0065-04

通訊作者：

作者簡(jiǎn)介：孫碩(1993—)，女，本科生；王桂燕(1975—)，女，副教授，研究方向：無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合污染.

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目(201310163016)；遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目(201310163016)

收稿日期：2013-04-15