高锰酸钾对中华绒螯蟹的毒性作用及持续效应

张婧怡，余璠，葛家春，黄成，刘茂松

（1.南京大学生命科学学院，江苏 南京 210023;2.江苏省淡水水产研究所，江苏 南京 210017）

中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）又称河蟹，是中国本土的重要水产经济物种[1,2]。高锰酸钾（potassium permanganate）是水产养殖的传统药物[3]，主要采用浸泡法和泼洒法用于防治细菌性疾病、真菌性病害和水体环境的消毒[4]。它与有机物体接触，使酶蛋白和原浆蛋白中的活性基团如巯基（-SH）迅速氧化变为二硫链（-S-S）而失活，起到杀菌作用[5]。目前高锰酸钾对鱼类血液、味觉结构等毒性影响已有许多报道[6,7]。Darwish 等[8]研究发现高锰酸钾损伤斑点叉尾（Ictalurus punctatus）鳃。高锰酸钾对河蟹纤毛虫、颤抖病、拟阿脑虫病、蟹奴病以及弧菌病等病害有一定的治疗效果[9-11]。但高浓度高锰酸钾会导致水产动物中毒死亡[12]，一般认为高锰酸钾浓度越高毒性越强。

本研究采用静水生物毒性实验，在测定高锰酸钾溶液对河蟹半致死及安全浓度的基础上，进一步研究早熟蟹和幼蟹在安全浓度的高锰酸钾溶液下的生长，以期为幼蟹育苗中用药方法、剂量和浸浴时间提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

筛选300 只无损伤、活动能力强、规格一致的河蟹进行实验，其中早熟蟹150 只，幼体蟹150 只，各组雄、雌蟹数量比例接近1∶1。

高锰酸钾晶体采用上海联试化工试剂有限公司产品，纯度99.5%。试验容器为容积50 L 的塑料水箱，实验前对塑料水箱进行彻底清洗。试验用水为曝气24 h 后静置的自来水。

1.2 方法

1.2.1 河蟹静水毒性实验

早熟蟹毒性实验按等比间距设置7 个高锰酸钾浓度梯度：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。幼蟹毒性实验设置4 个浓度梯度：16mg·L-1、32 mg·L-1、64 mg·L-1和128 mg·L-1，每组各16 只。

各组实验中高锰酸钾溶液深度均高于河蟹，每隔6 h 记录河蟹的存活情况，每隔24 h 更换一次高锰酸钾溶液。实验持续96 h。实验过程中水温控制在15～20℃。

1.2.2 河蟹生长实验

实验结束时，将16 mg·L-1高锰酸钾溶液浸浴96 h 的幼蟹放置清水中饲养，观察高锰酸钾损伤后的存活和生长。

本实验取体质量（7.2±1.5）g 早熟蟹、和体质量（5.2±1.3）g 幼体蟹各30 只，分别浸浴在安全浓度10 mg·L-1和5 mg·L-1处理96 h，后转入清水后继续饲养1 个月，以未经高锰酸钾处理的河蟹作对照，饲养水箱中均添加水花生。

实验期间及时清理死亡个体和废物。河蟹四肢松散无力，用洁净的玻璃棒轻轻触碰无明显反应，且用滤网捞出至清水10 min 内无任何反应时判定死亡。实验期间对照组河蟹未出现死亡，实验组死亡率不需校正。

1.3 数据处理与分析

实验结束后根据实验对象的死亡率、高锰酸钾溶液浓度、实验对象的死亡时间进行统计分析，绘制时间-剂量-死亡率模型（time-does-mortality model，TDM 模型），利用SPSS 26.0 进行统计分析。

死亡率=[（初始存活数-实际存活数）/初始存活数]×100%。

安全浓度SC=96h LC50×0.1。

2 结果与分析

实验开始时，河蟹活力正常，放入各浓度高锰酸钾溶液后，开始无规则游动，后趋于聚集在水箱一侧或角落，活性减弱，基本集群静伏。

2.1 早熟蟹毒性影响

在1 024 mg·L-1和2 048 mg·L-1高锰酸钾溶液下，河蟹活动频繁，急躁不安，攀爬水箱壁。96 h 实验结束后，32 mg·L-1及以下高锰酸钾浓度组均未出现死亡现象，而256 mg·L-1及以上高锰酸钾浓度组在实验结束前所有个体均死亡（表1）。随着作用时间的延长，高锰酸钾对河蟹的LC50逐渐降低，安全浓度为10.67 mg·L-1（表2）。对照组个体在实验期间无死亡。

表1 高锰酸钾对早熟蟹的毒性影响Tab.1 Toxicity of potassium permanganate to precocious crab

表2 各记录时间下高锰酸钾对早熟蟹的半致死浓度Tab.2 The median-lethal concentration（LC50）of potassium permanganate on precocious crab at each recording time

参考时间-剂量-死亡率模型（time-does-mortality model，TDM 模型），在仅考虑半数死亡的情况下，计算各下浓度的LC50后，对散点进行回归曲线拟合，得到药物浓度和药物作用时间的关系（图1），其中t 为药物作用时间（h），用于初步判断特定处理下高锰酸钾对个体的毒性影响。

图1 早熟蟹在半数死亡条件下，药物浓度和作用时间关系图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响

实验开始时，河蟹活力正常，放入溶液后无规则游动后，迅速呈现聚集情况，然后趋于稳定静伏。各浓度组在24 h 前均无死亡。16 mg·L-1及以下高锰酸钾浓度组个体在实验期间均无死亡。实验结束时只有128 mg·L-1组所有个体均死亡（表3）。随着作用时间的延长，高锰酸钾对河蟹的LC50逐渐降低，安全浓度为5.38 mg·L-1（表4）。实验期间对照组无死亡。

表3 高锰酸钾对幼蟹的毒性影响Tab.3 Toxic effects of potassium permanganate on juvenile crabs

表4 各记录时间下的幼蟹的半致死浓度Tab.4 The median-lethal concentration（LC50）of potassium permanganate on juvenile crab at each recording time

参考TDM 模型，在仅考虑半数死亡的情况下，计算各条件下的LC50后，对散点进行回归曲线拟合（图2），得到药物浓度和药物作用时间的关系为：lnc=117.837/t+2.978，R2=0.870，，其中c 为药物浓度（mg·L-1），t 为药物作用时间（h）。

图2 幼蟹在半数死亡条件下，药物浓度和作用时间关系图Fig.2 The relationship between drug concentration and exposure period under the condition of half of the deaths

2.3 在安全浓度下，高锰酸钾96 h 浸浴对早熟蟹及幼体蟹生长的影响

由表5 可知：实验组早熟蟹和幼蟹的蜕壳率分别为20%和6.67%，而对照组则分别为13.33%和43.33%。实验组早熟蟹的蜕壳率与对照组没有显著性差异（P＞0.05），实验组幼蟹的蜕壳率显著小于对照组（P＜0.05）。在组内，实验组96 h 早熟蟹及幼蟹体质量均无显著增长（P＞0.05），对照组96 h 的幼体蟹体增长显著（P＜0.05）。在组间，实验组与对照组早熟蟹的体质量增长无显著性差异（P＞0.05），对照组幼蟹体质量增长显著大于实验组（P＜0.05）。

表5 高锰酸钾96 h 浸浴对早熟蟹及幼蟹生长的影响Tab.5 Effect of 96 h potassium permanganate bathing on the growth of precocious crab and juvenile crab

3 讨论

3.1 高锰酸钾对河蟹的存活率的影响

一般认为，水生动物对各种药物的敏感性随着个体增大而降低。黄鹤忠等研究表明，河蟹大眼幼体的96 h LC50（半致死浓度）为1.5 mg·L-1[13]。在本实验中，早熟河蟹和幼蟹的96 h LC50分别为106.64 mg·L-1和53.81 mg·L-1，安全浓度SC 分别为10.66 mg·L-1和5.38 mg·L-1。该结果表明，幼蟹对高锰酸钾浓度比成熟蟹更为敏感。研究发现，河蟹对高锰酸钾的耐受性随蟹龄增加而增强[14]。朱友芳等研究发现，中国花鲈（Lateolabrax japonicus）鱼苗和幼鱼的高锰酸钾安全浓度为0.6 mg·L-1和0.9 mg·L-1[15]。谭树华等[16]和赵朝阳等[17]实验结果表明：高锰酸钾对克氏原鳌虾（Procambarus clarkii）成虾和幼虾的安全浓度分别为2.65 mg·L-1和0.44 mg·L-1。这说明不同水生动物对高锰酸钾的敏感性与规格相关，毒性随着生物个体年龄的增大而逐渐减弱，这与本实验结果相一致。

河蟹幼蟹在高锰酸钾溶液中浸浴24 h 和48 h均未出现超过半数死亡，在本研究中未计算24 h 和48 h 的半致死浓度。参考时间-剂量-死亡率模型（time-does-mortality model,TDM 模型），在仅考虑半数死亡的情况下，得到性成熟蟹和未性成熟幼蟹在半数死亡条件下，药物浓度和药物作用时间的关系分别为：c=37248.87*t-1.219和lnc=117.837/t+2.978，式中，t 为药物作用时间（h），用于初步判断特定处理情况下高锰酸钾的个体毒性。在相同时间间隔下，高锰酸钾对河蟹的半致死浓度变化率逐渐降低；即在某一浓度下，高锰酸钾对河蟹的死亡率影响随着时间的增加而迅速升高，这表明前期高锰酸钾对河蟹的毒性作用十分显著，高锰酸钾是一种快速致毒的药物。在水产养殖中，高锰酸钾的短期浸浴浓度通常为10～20 mg·L-1，时间约15～30 min；泼洒浓度为1.75～2.00 mg·L-1，时间需持续4 h[18]。对于早熟蟹，生产中短期的浸浴浓度和早熟蟹长期安全浓度相接近；而对于未性成熟的幼蟹，短期的浸浴浓度虽然远低于作用时间内的半致死浓度，但高于长期安全浓度。在生产过程中，高锰酸钾对河蟹是一种相对安全的泼洒消毒剂与预防药物[19]；但用于河蟹浸浴消毒或者治疗疾病时，则要考虑蟹龄和损伤情况，严格把握用药浓度和用药时间。

3.2 安全浓度下高锰酸钾对河蟹生长情况的影响

实验时，将16 mg·L-1高锰酸钾溶液浸浴96 h 后的幼蟹清水中培养，所有幼蟹4 d 后均死亡。这与陆建学等[20]得出高锰酸钾处理鱼类后引起鱼体组织产生应激性病理变化，转入清水后即可恢复正常的结论存在一定差异。其原因可能是不同物种耐受力不同。为此，本文增加了实验，进一步探究长期高锰酸钾安全浓度对早熟蟹和幼蟹蜕壳的影响。结果发现，以安全浓度10.0 mg·L-1和5.0 mg·L-1浸浴早熟蟹和幼蟹96 h 后，转入清水饲养30 d，幼蟹的蜕壳率和体质量增长量显著下降（P＜0.05）。这说明安全浓度虽然对河蟹幼蟹的死亡率没有影响，但对幼蟹的潜在伤害极大，阻碍其生长发育。杨源浩[14]在研究高锰酸钾溶液对损伤性河蟹成活率和蜕壳率中发现，10 mg·L-1的高锰酸钾溶液持续饲养能够显著提高河蟹存活率和蜕壳率。这与本实验结果不一致。本实验对象为无损伤幼蟹，而杨源浩等[14]主要研究损伤性蟹种的生长情况。高锰酸钾达到一定浓度对个体作用一定时间后，可造成不可逆转的影响，在实际生产过程中应当根据具体情况进一步确定浓度和作用时间。

3.3 不足及展望

本实验在实验室进行，环境条件与生产过程中存在一定的差异，实验结果可作为生产中使用高锰酸钾参考。在实际生产使用高锰酸钾时仍然需要考虑养殖条件、病害情况选择合适的用药浓度。高锰酸钾对河蟹的毒性与蟹龄有一定关系，在生产中用药需要同时关注防治疾病和蟹龄，严格控制用药浓度和时长，在达到治疗效果后迅速更换清水复苏，以防高锰酸钾对河蟹造成永久性损伤。在后续的实验中，将进一步探究更低浓度和短时间对河蟹生长发育的影响，确定高锰酸钾用于浸浴的最适浓度和时间。