主要污染因子对虾蟹健康影响的研究进展

■沈桂宇

（辽宁省农牧业机械研究所有限公司，辽宁沈阳110036）

目前我国的水产动物，特别是甲壳动物人工养殖发展迅速，虾蟹养殖己迈入规模化、集约化时期。但是随着养殖密度的加大以及养殖池塘的老化，虾蟹养殖病害频繁暴发，这不仅给养殖业造成巨大经济损失，也阻碍了水产行业的发展。虾蟹疾病暴发的基本原因：一是养殖种类的退化；二是养殖环境的恶化；三是感染性病原体的增加。水质恶化是诱发虾蟹疾病的重要原因，它与发病和死亡之间存在明显的恶性循环关系。养殖水体中积累的氨氮、亚硝态氮（亚硝氮）、硫化物等污染因子对水生生物造成了巨大危害,其影响不容忽视。本文综述了近年来主要污染因子对虾蟹健康影响的研究进展，以期为养殖虾蟹的科学研究和实际生产提供参考和借鉴。

1 水环境中的污染因子对虾蟹健康及生长的影响

氨氮、亚硝氮等有机污染物会破坏虾蟹鳃、肝胰腺、黏膜系统等组织结构，导致虾蟹出现组织缺氧，鳃、肝胰腺、中肠黏膜等组织病变，生长受阻，死亡率显著升高。吴中华等（1999）报道，中国明对虾长期处于氨氮、亚硝氮的胁迫下，鳃由无色转变为浅棕色至深棕色，鳃内污浊物增多，鳃肿胀、粘连、上皮增厚等；肝胰腺由半透明状逐渐向白色和淡黄色混浊状转变，局部区域结缔组织增生，产生纤维状的疤痕；胃内空虚无食物；中肠上皮局部区域的细胞裂解等。洪美玲（2007）把中华绒鳌蟹暴露于100 mg/l氨氮溶液中15 d后，肝细胞出现坏死现象，管壁细胞与基膜分离,严重时管壁破裂。

给质量8～12 g的罗氏沼虾注射肠球菌后分别暴露于1.01、3.18 mg/l的氨氮溶液中168 h，其累计感染死亡率分别比对照组（0.06 mg/l）高40%、70%（Cheng等，2002）。

臧维玲等（1996）试验表明，Ⅴ期和Ⅶ期罗氏沼虾溞状幼体（1996）暴露于亚硝氮溶液中12 d后，其发育变态减缓，并且随亚硝氮浓度的递增，幼体成活率与出苗率均递减。

洪美玲（2007）研究表明，中华绒螯蟹暴露于40 mg/l氨氮溶液中15 d后，增重率、摄食率分别是对照组的62%、79%，饵料系数是对照组的1.23倍；暴露于20 mg/l亚硝氮溶液中15 d后，增重率、摄食率是对照组的31%和59%，饵料系数是对照组的1.7倍。

硫化物同样引起水产动物死亡。李建等（2007）在实验中发现，把日本对虾暴露在1.3 mg/l和1.9 mg/l硫化氢溶液中，96 h后累积死亡率分别为72%和91%。顾顺樟（2007）把中华绒螯蟹暴露于5.7 mg/l和8.0 mg/l硫化物溶液中，96 h后死亡率分别为67%和83%。硫化物能导致凡纳滨对虾组织缺氧，器官功能紊乱（Kroupova，2005）。

一般情况下，水体的氮循环处于一种稳定的状态，水体氨氮及亚硝氮维持正常水平。但是随着高密度养殖及综合养殖技术的发展，大量的残饵被留在水中，大量水生生物排泄物的累积以及大量的药物利用使水生态系统失衡，表现为水质恶化，水体透明度降低，水体缺氧，大量积累的氮素硝化过程受阻，形成养殖水体中氨氮和亚硝酸盐含量高，尤其是温度及pH值较低时，硝化作用减弱，造成亚硝酸盐积累更明显。亚硝酸盐是硝化反应不能完全进行的中间产物。相对于氨毒害，亚硝酸盐对鱼虾的毒性较小，但由于氨氮的转化速度较快，使得亚硝酸盐的问题最突出。

饲料残渣、粪便以及死亡细菌、藻类和动物残体中的含硫有机物，使水体溶解氧缺乏，矿化后的产物是H2S，硫化物是高密度、大量投饵的掠夺性养殖破坏水体生态平衡和弱化水体自净能力的产物。因此，对于虾蟹而言，氨氮、亚硝氮及硫化物是养殖水环境的主要污染因子，对水生动物的生长影响显著。

2 养殖水环境主要污染因子损害虾蟹健康的机理

2.1 污染因子影响基因表达及蛋白质数量

水生生物在受到污染因子的胁迫后，使机体发生了巨大的生理生化反应，同时机体毒素增加，引起蛋白质大量分解、变性、错误折叠和聚合，引起谱带变化，基因表达水平（热应激蛋白质）迅速提高。

氨氮胁迫影响虾蟹免疫相关基因的表达。将细角滨对虾（Litopenaeus stylirostris）暴露于1.5 mg/l和3.0 mg/l的氨氮溶液中，其酚氧化酶原和细胞黏附蛋白的转录编码量分别下降50%和60%。中华绒螯蟹暴露在30 mg/l的亚硝氮溶液中3 h，结果发现，HSP70（应激蛋白）表达量增加，且亚硝氮浓度越高，其表达量越大；中华绒螯蟹经硫化物胁迫6 h后，其体内的HSP70蛋白的表达量达到最大值，之后开始出现下降，但整体仍保持较高水平。

水环境中氨氮浓度显著影响虾蟹各种组织器官中可溶性蛋白的浓度。研究表明，当水中氨氮质量浓度达到20.16 mg/l时，日本对虾血清中氨、尿素富集，血蓝蛋白和血清中的蛋白质转化为游离氨基酸，使可溶性蛋白浓度降低。管越强(2003)的试验发现，对感染了WSSV的日本对虾，0.242～1.027 mg/l氨氮溶液会影响蛋白质代谢，使血淋巴中血蓝蛋白和血清中蛋白质含量降低，游离氨基酸浓度增加。

2.2 水污染因子影响机体免疫指标

2.2.1 低浓度污染使机体免疫指标上升

低浓度、短时间内氨氮、亚硝氮和硫化物的胁迫会造成水生动物机体组织和血清中的血细胞密度（THC），过氧化物酶（PO）、酸性磷酸酶（ACP）、碱性磷酸酶（ALP）和超氧化物歧化酶（SOD）等活力升高。中国明对虾暴露于氨氮浓度为0.74 mg/l和1.71 mg/l的溶液中7 d后，对虾血细胞的PO和血清ALP活力均明显高于对照组。氨氮浓度为3.0 mg/l时，细角滨对虾血细胞PO活力比对照组增加36%。中华绒螯蟹幼体在10 mg/l亚硝氮溶液中3 h后，THC比对照组高17%，SOD活力高70%。中华绒螯蟹暴露于0.1 mg/l和0.33 mg/l的硫化物溶液中，其血淋巴和鳃组织中SOD活力分别在12 h和24 h升高到最大值，与对照组相比差异显著。可见，低浓度污染因子胁迫可以提高动物免疫指标，这种现象被称为“毒性兴奋效应”（Stebbing，1982)。

2.2.2 高浓度污染使机体免疫指标下降

高浓度污染会使水生生物机体的血细胞的浓度降低，抑制免疫因子活性，显著降低与抗病有关酶的活性。

把中国明对虾暴露于氨氮浓度为0.74～3.02 mg/l中，7 d后各组织中的THC降低，且血细胞浓度与氨氮浓度成负相关（管越强，2003）。与对照组相比，中华绒螯蟹暴露于氨氮质量浓度为10、20 mg/l的溶液中2 d后，THC降低10%、12%；暴露于40、80 mg/l氨氮溶液中3 h后，THC降低57%和45%。8～12 g的罗氏沼虾暴露于1.59 mg/l亚硝氮溶液中168 h后，吞噬细胞活力降低57%，格氏乳球菌的清除能力降低155%。

暴露在1.68 mg/l和3.18 mg/l氨氮溶液中168 h的罗氏沼虾（20～30 g），其PO活力比对照组分别降低37%和47%。将中华绒螯蟹幼体暴露于氨氮质量浓度20、80 mg/l溶液中2 d、3 h，其SOD活力分别比对照组低43%、26%。

将罗氏沼虾（20～30 g）分别暴露于1.01 mg/l和1.68 mg/l的氨氮溶液中168 h后，血淋巴细胞产生的活性氧浓度比对照组分别高30%和26%；8～10 g罗氏沼虾暴露于1.15 mg/l和1.68 mg/l亚硝氮溶液中，168 h后活性氧含量分别比对照组高41%和46%。

中华绒螯蟹幼体分别暴露于80 mg/l氨氮和40 mg/l亚硝氮溶液中2 d后，体内丙二醛浓度分别是对照组的5.5倍和6.5倍；中华绒螯蟹成体暴露于1.0 mg/l硫化物溶液中20 d后，体内丙二醛浓度比对照组高83%。

鱼类免疫防御主要依赖于抗氧化系统、溶菌酶、补体系统、干扰素等组成的非特异性免疫。虾蟹在受到氨氮、亚硝氮和硫化物等有机物胁迫时，可促使机体细胞内线粒体、微粒体和胞浆的酶系统和非酶系统产生反应，通过还原产生活性氧和氧自由基。超氧化物歧化酶（SOD）是一种能够催化超氧化物通过歧化反应转化为O2和H2O2的酶，不仅能清除体内自由基，而且在机体免疫调节上具有重要作用。如果SOD等酶活力降低，活性氧和自由基在体内大量积累，会损伤和破坏细胞生物膜系统，伤害机体。高水平活性氧等自由基诱发细胞膜磷脂发生氧化反应，丙二醛是脂质过氧化的产物之一，它是衡量机体脂质过氧化和间接反映细胞损伤程度的重要指标，它的高低反映了机体细胞受损伤的程度。

氨氮、亚硝氮和硫化物等有机物对虾蟹的危害程度是随着污染因子浓度升高及胁迫时间延长而加剧。

2.3 污染因子影响机体细胞结构

2.3.1 对血细胞结构的影响

研究发现，在氨氮和亚硝氮作用下，罗氏沼虾各类血细胞内细胞器形态和数量有明显变化，透明细胞内线粒体数量明显减少而嵴数量有一定增加；半颗粒细胞粗面内质网和线粒体数量明显减少；颗粒细胞与透明细胞类似，粗面内质网数量减少，储泡体积膨大，分布稀疏，高电子密度颗粒数量明显减少，线粒体数量少，体积变小；颗粒细胞酶原颗粒和内质网等以囊泡形式脱离细胞，细胞质大量流失，导致整个机体免疫能力下降。

2.3.2 对肝胰腺等细胞结构的影响

洪美玲等（2007）试验表明，用高、中、低不同浓度的NH4Cl处理中华绒螯蟹幼蟹15 d，其肝胰腺结构发生了不同程度的改变，具体见表1。

表1 中华绒螯蟹幼蟹受不同浓度氨氮胁迫肝胰脏的结构变化

吴中华等（1999）也在长期处于氨氮、亚硝氮胁迫下的中国对虾的试验中得了类似的结论。试验发现，与对照组相比，中国对虾肝胰腺、胃、中肠和鳃都出现了不同程度的组织学变化，且机体组织的细胞损伤是不可逆转的。肝胰腺病变严重，影响正常的生理功能。

3 养殖水环境主要污染因子对虾蟹的安全浓度

3.1 氨氮安全质量浓度

研究表明，罗氏沼虾不同生长期对氨氮的安全质量浓度为溞状幼体Ⅴ期2.04 mg/l、溞状幼体Ⅶ期2.26 mg/l、溞状幼体Ⅸ期2.55 mg/l。氨氮凡纳滨对幼虾（体长约5 cm）和成虾的安全质量浓度分别为2.667 mg/l和3.55 mg/l。氨氮对中华绒鳌蟹溞状幼体Ⅲ期、溞状幼Ⅴ期和糠虾幼体的安全质量浓度分别为0.5、1.0、1.2 mg/l。通常情况下，在虾蟹养殖的水环境中氨氮含量应在0.6 mg/l以下。

非离子氮对罗氏沼虾Z5、Z7和Z9的安全质量浓度分别为0.287、0.318、0.358 mg/l。对凡纳滨对虾、斑节对虾和中国明对虾的幼体安全质量浓度分别为0.16、0.104、0.097 mg/l。石俊艳等（1999）报道，非离子氮对中华绒螯蟹Z3、Z5、M和幼体的安全质量浓度分别为 0.085、0.155、0.185、0.131 mg/l。在虾蟹养殖的水环境中，非离子氮浓度应等于或小于0.1 mg/l较为安全。

3.2 亚硝氮安全质量浓度

在虾蟹养殖的水环境中，亚硝氮应保持在0.6 mg/l以下较为安全。臧维玲等(1996)研究指出，亚硝氮对罗氏沼虾Z5、Z7和Z9的安全质量浓度分别为0.64、1.38、1.68 mg/l。凡纳滨对虾（体长约5 cm）的安全浓度为5.551 mg/l。对中华绒螯蟹Z3、Z5、M和幼体的安全质量浓度为0.993、1.754、2.086、3.8 mg/l。

3.3 硫化物安全质量浓度

硫化氢对虾蟹的影响很大，对机体的毒性作用强烈。研究表明，硫化氢含量为0.1 mg/l时日本对虾虾体失去平衡，甚至死亡（Affonoso等，2004)，所以，日本对虾溞状幼体、糠虾幼体和仔虾硫化氢的安全质量浓度分别0.043、0.055、0.070 5 mg/l（李建等，2007）。硫化物对中华绒螯蟹Z3、Z5与M的安全质量浓度为 0.275、0.295、0.361 mg/l；对雌性亲体的安全质量浓度为0.31 mg/l。因此，渔业水质标准（GB11607—89）规定，硫化氢浓度应小于0.2 mg/l，而对虾育苗过程中应低于0.043 mg/l。

若要实现我国的水产养殖的持续发展，水产养殖自身的污染是其重要的限制因素。养殖水体的富营养化、饲料残饵和粪便有机物积累，成为水产养殖主要的污染源。氨氮、亚硝氮和硫化氢等有毒有害物质的高度污染，不仅使养殖成本升高，经济效率降低，也存在水产品质量安全问题。所以保护环境，保证食品安全必须要解决好养殖水体的污染问题。首先，合理调控饲料营养成分。蛋白质是水生生物生长、发育、繁殖等生命活动的基础，通过精准的营养调控，采用理想的蛋白质模式，在保证水产动物对蛋白质的需求量前提下，保证各种氨基酸的平衡，有效降低饲料粗蛋白质水平，提高饲料中氮的利用率。其次，合理使用添加剂。在水产养殖中使用较普遍的添加剂包括：诱食剂、水质改良剂、酶制剂、氨基酸、微生态制剂和免疫增强剂等，添加剂的合理使用可以改善饲料的适口性，促进水产动物摄食，降低饵料比，提高机体的抗病能力，减轻水体环境的污染程度，从而达到提高动物的生产性能，降低生产成本的目的。探讨养殖水体的污染原因并对其进行科学的修复将是我们今后一项重要的研究工作。