Cd2+和Hg2+对波纹龙虾的急性毒性

梁华芳，卓宏标，廖永岩，洪桂鑫，温崇庆

( 1.广东海洋大学 水产学院，广东 湛江 524088； 2.北部湾大学，广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室，广西 钦州 535011 )

波纹龙虾(Panulirushomarus)肉味鲜美，耐干露，保活时间长，国内外市场需求巨大，是目前世界龙虾养殖产量较大的品种之一，也是我国养殖的主要龙虾品种之一[1-2]。近年来，网箱养殖的龙虾患烂尾病、红体病等病害严重，养殖成活率较低；不明原因的死亡现象也大量增加，推测部分养殖区可能是重金属超标引起，主要是工业污染物排放，大量的重金属物质排入近海，引起水质恶化，导致水产品出现重金属污染[3]，使养殖对象中毒、死亡，甚至引发水产品卫生安全问题[4]。

在重金属污染中，镉和汞的污染较为严重。通常镉在水产品中的含量极少，但是在水体受到污染时，甲壳动物如克氏原螯虾(Procambarusclarkiai)能够从周围的环境中被动蓄积大量的镉[5]，随着逐渐的蓄积，在体内的积累量也会增大，最终会通过食物链的转移，威胁到人类的健康[6-8]。

重金属对甲壳动物的危害和毒理学的研究已有较多报道。除了克氏原螯虾[5]外，还有日本沼虾(Macrobrachiumnipponense)[9-10]、罗氏沼虾(M.rosenbergii)[11]、斑节对虾(Penaeusmonodon)[12]、凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)[13]、中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)[14-17]、黑褐新糠虾(Neomysisawatschensis)[18]、中华原钩虾(Eogammarussinensis)[19]、红螯螯虾(Cheraxquadricarinatus)[20]和中国鲎(Tachypleustridentatus)[21]等。但迄今为止，关于重金属对波纹龙虾的毒性作用尚未见报道。笔者研究了波纹龙虾对镉离子(Cd2+)和汞离子(Hg2+)的中毒表现、相对毒性、作用强度和死亡情况等，确定其安全剂量，以期为波纹龙虾重金属毒理学研究和养殖环境控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

波纹龙虾为体质量1.8～2.0 g的小龙虾(种苗来自海南三亚)经3个月养殖的个体，体质量49.10～52.10 g/尾，平均51.10 g/尾，体长10.61～10.80 cm/尾，平均体长10.71 cm/尾，平均头胸甲长3.80 cm。选摄食和体色正常，个体健壮、活力强，无伤残的波纹龙虾用于试验。

试验用水为经沉淀、砂滤和连续充气的天然海水，盐度30，pH 7.5～8.5，水温28.0～29.0 ℃。试验容器为0.5 m3的圆形玻璃钢桶。

氯化镉和氯化汞为国药集团化学试剂有限公司生产，分析纯。

1.2 方法

试验前先进行预试验，初步确定波纹龙虾对Cd2+和Hg2+存活的范围，即波纹龙虾全部成活的最高质量浓度和全部致死的最低质量浓度，再设定试验质量浓度。

本试验Cd2+的质量浓度梯度为0.65、0.95、1.25、1.55 mg/L，每个试验组放入15尾龙虾，每组设3个平行；Hg2+的质量浓度梯度为0.01、0.02、0.03、0.04 mg/L，每个试验组放入12尾龙虾，每组设3个平行。

试验期间不换液，不投喂，保持微充气，控制溶解氧>6.0 mg/L，水温28.0～29.0 ℃。

试验开始后连续观察8 h，以后每隔12 h检查波纹龙虾中毒和死亡情况。死亡判定：龙虾俯卧或侧卧于桶底，第二触角直向前，不摆动，眼睛垂下，灯照时无反应，用玻璃棒触碰触角和虾体时，无任何反应。及时清除死亡个体，以免水质变坏。

1.3 数据处理

试验数据用Microsoft Excel 2010处理，作图求出死亡率对重金属离子质量浓度的线性回归方程，并将50%死亡率代入线性回归方程中，计算出半数致死质量浓度(LC50)；运用经验公式：96 h LC50×f计算安全质量浓度(SC)[4]，本试验中因Cd2+和 Hg2+属于难分解、积累性强、毒性大的物质,所以 f 值皆取0.01，即SC=96 h LC50×0.01。

2 结 果

2.1 Cd2+对波纹龙虾的毒性

Cd2+对波纹龙虾的药物质量浓度—死亡率关系见表1。由表1可见，在相同时间内，随着Cd2+质量浓度的增加，波纹龙虾死亡率也开始逐渐增大，试验48 h时，质量浓度为0.65 mg/L组的龙虾死亡率为12.5%，而质量浓度为1.55 mg/L的试验组死亡率高达62.5%；随着Cd2+质量浓度的增大，死亡率也随之加大，呈正相关关系，试验96 h，质量浓度为1.55 mg/L试验组龙虾死亡率达100%。

表1 Cd2+对波纹龙虾的毒性

用表1的质量浓度与死亡率相关关系，通过Excel 2010工具拟合曲线得到各试验时间的线性回归方程及相关系数(表2)，将50%死亡率代入线性回归方程，得到Cd2+对波纹龙虾的24、48、72、96 h半数致死质量浓度(LC50)分别为2.5169、1.3378、1.0445、0.9500 mg/L。再由SC=96 h LC50×0.01可知，其安全质量浓度(SC)为0.0095 mg/L。

表2 Cd2+对波纹龙虾的半致死质量浓度和安全质量浓度

2.2 Hg2+对波纹龙虾的毒性

Hg2+对波纹龙虾的药物质量浓度与死亡率关系见表3。表3表明，在同一时间内，随着Hg2+质量浓度的升高，死亡率也增加，在24 h时，质量浓度为0.01 mg/L的试验组，死亡率为0，但0.04 mg/L试验组的死亡率36.36%；随着暴露时间的延长，死亡率也在增加；最低质量浓度0.01 mg/L试验组，波纹龙虾96 h的死亡率仅为18.18%，但0.04 mg/L试验组，波纹龙虾96 h的死亡率却达100%。可见，波纹龙虾对Hg2+十分敏感。

表3 Hg2+对波纹龙虾的致死情况

通过表3中Hg2+质量浓度与死亡率的关系，可拟合得到线性回归方程及相关系数(表4)，计算出Hg2+对波纹龙虾的24、48、72、96 h半数致死质量浓度分别为0.0560、0.0333、0.0246、0.0227 mg/L。96 h安全质量浓度为0.000227 mg/L。

表4 Hg2+对波纹龙虾的半致死质量浓度和安全质量浓度

本试验结果表明，波纹龙虾的死亡率与重金属离子镉和汞的质量浓度密切相关，质量浓度越大，死亡率越高，反之则小。两种重金属离子对波纹龙虾的毒性为Hg2+> Cd2+，波纹龙虾对Hg2+最为敏感，对Cd2+的耐受性相对较高。

3 讨 论

3.1 Cd2+对波纹龙虾的毒性

受工业、农业和生活污水的影响，养殖用水的重金属污染在不断加剧[20]，其中镉是重要的重金属污染物之一。2015 年，我国监测了30 个重要海洋渔业水域沉积物中石油类、重金属(铜、锌、铅、镉、汞、铬)和砷的含量。结果表明，铜、镉、铬的超标比例分别为3.3%、6.7%和10%[22]。有的水体底泥中，镉、铅、汞等已经超过标准150倍[23]。镉暴露引起的水生生物氧化应激反应、脂质过氧化反应和组织病理学损伤等[24]。大量研究证明，镉对中华绒螯蟹的消化酶和代谢酶活性、抗氧化系统和生殖均有毒害作用[14-15]。本研究的结果表明，Cd2+对波纹龙虾的96 h半致死质量浓度为0.95 mg/L，低于克氏原螯虾(Procambarusclarkii)的96 h半致死质量浓度3.22 mg/L[25]和中华绒螯蟹的96 h半致死质量浓度2.23 mg/L[15](表5)，表明波纹龙虾对Cd2+的耐受性较差。波纹龙虾对Cd2+的安全质量浓度为0.0095 mg/L，是渔业水质标准(GB 11607—89)[26]和养殖用水水质标准(NY 5052—2001)[27]要求最大值0.005 mg/L的1.9倍。

表5 几种十足目动物对Cd2+和Hg2+的安全质量浓度比较

(续表5)

3.2 Hg2+对波纹龙虾的毒性

汞在生物中是非必需元素，毒性非常强，广泛分布于环境，一旦进入生物圈，破坏性非常大。Hg2+与生物体蛋白中的巯基结合，改变蛋白的结构和功能，甚至失去活性，影响生物大分子合成，抑制三磷酸腺苷合成，使其细胞代谢紊乱甚至死亡。不同种类的动物对Hg2+的耐受程度不同，表5列出了几种养殖虾蟹类对Hg2+的96 h半致死质量浓度及安全质量浓度。由表5可知，克氏原螯虾对Hg2+的耐受性最强，96 h半致死质量浓度达1.43 mg/L，其次为中华绒螯蟹扣蟹，96 h半致死质量浓度为0.4423 mg/L，波纹龙虾的96 h半致死质量浓度比较低，为0.0227 mg/L，最低的为红螯螯虾虾苗，仅有0.0019 mg/L。这些数据表明，波纹龙虾对Hg2+的耐受性较差。

我国渔业水质标准规定Hg2+≤0.0005 mg/L[26]。克氏原螯虾对Hg2+的安全质量浓度为0.0143 mg/L，是我国渔业水质标准的28.6倍，说明克氏原螯虾耐污能力强；罗氏沼虾的安全质量浓度为0.000131 mg/L是渔业水质标准的26%；本试验中，Hg2+对波纹龙虾的安全质量浓度为0.000227 mg/L，为我国渔业水质标准中Hg2+含量的45.4%；红螯螯虾虾苗的安全质量浓度也较渔业水质标准低。由此可见，渔业水质标准并不能满足罗氏沼虾、红螯螯虾及波纹龙虾的生态要求。它们对Hg2+十分敏感，耐受能力差。但使用养殖用水水质Hg2+≤0.0002 mg/L标准时，波纹龙虾可满足要求，其安全质量浓度比养殖用水水质标准稍高些。因此，养殖波纹龙虾时，应执行养殖用水水质标准。另一方面，由于质量安全浓度的计算方法不同，结果相差甚远。目前计算安全质量浓度的方法有3种[13，18，20]，计算结果相差较大的达10倍之多。如Cd2+对红螯螯虾苗的96 h半致死质量浓度为0.094 mg/L，安全质量浓度为0.012 mg/L(表5)，若按经验公式SC=0.01×96 h LC50，则其安全质量浓度为0.00094 mg/L，相差12.76倍之多。本研究也有相似之处，Cd2+对波纹龙虾的96 h半致死质量浓度为0.95 mg/L，安全质量浓度为0.0095 mg/L，若按公式SC=48 h LC50×0.3/(24 h LC50/48 h LC50)2计算，则其安全质量浓度为0.1134 mg/L，相差11.93倍。建议相关部门规范计算重金属离子安全质量浓度的标准，若能按毒理学的公式计算安全质量浓度，制定的渔业水质标准和养殖用水标准则更科学。