铅、镉、铬和锌盐对单环刺螠急性毒性效应的研究

许星鸿，刘统昊，朱晓莹，丁子媛，刘 顺，王松林，徐国成

( 1. 江苏海洋大学，江苏省海洋生物资源与环境重点实验室，江苏 连云港 222005； 2.江苏海洋大学 海洋科学与水产学院，江苏 连云港 222005 )

单环刺螠(Urechisunicinctus)在我国主要分布于黄、渤海泥沙潮间带及潮下带，是底栖生物群落中的重要物种[1]。它营养丰富、氨基酸种类齐全，富含二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸等脂肪酸及钙、镁、铁、锌等微量元素[2]，其提取物有一定抗肿瘤和提高免疫力的作用[3]，具有较高的药用和经济价值及良好的开发利用前景。随着沿海经济迅速发展，交通、农业和工业等行业大量排污，污水随雨水汇入海洋，污染海洋环境，其中重金属是重要污染因素之一。重金属极易蓄积，严重危害水生生物的免疫、呼吸、生理生化活动，产生基因毒性[4]，甚至造成生物中毒死亡，还会通过食物链严重威胁人体健康[5]。近年来，各近岸海域重金属含量均有不同程度的增加。有研究表明，胶州湾、辽东湾、渤海湾、北部湾、黄河口、长江口等海湾均有不同程度的铅超标现象[6]，其中以胶州湾铅含量最高，成为胶州湾最主要的潜在生态风险因子[7]。潮间带是海洋与陆地的过渡地带，生态环境极易受陆源污染物的影响，是重金属元素重要的分布区[8-9]。

目前，关于甲壳类[10-11]和贝类[12]等底栖动物的重金属急性毒性研究较多。单环刺螠为底栖生活，移动性差，极易受重金属污染水域和底质的影响，而迄今有关重金属对单环刺螠急性毒性效应的报道很少，仅见Cu2+、Hg2+、Cd2+3种重金属离子对单环刺螠幼螠毒性的研究[13]。笔者欲探究不同质量浓度Pb(NO3)2、CdCl2、K2Cr2O7和ZnSO44种重金属盐对单环刺螠的毒性效应，分析其安全质量浓度，旨在为单环刺螠毒理学、养殖水质调控及海洋环境监测研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用单环刺螠2018年11月购自连云港市海宁路水产品市场，平均体长(10.1±1.5) cm，平均体质量(21.2±4.2) g，实验室暂养7 d后进行试验。暂养时盐度25，pH 7，水温(15±1) ℃，自然光照，连续充气，日投喂小球藻(Chlorellasp.)1次，藻液密度(3.0±0.5)×106个/mL，投喂量10 mL/L；选择规格相近、体表无损伤及活力强者用于试验；暂养和后续试验所用海水均由曝气自来水和海水晶(江西省海鼎科技有限公司)配制。

1.2 方法

采用急性毒性试验方法[14]，经预试验确定出4种重金属盐对单环刺螠24 h未引起死亡的最大耐受质量浓度和96 h全部致死的最小质量浓度范围，在此基础上设定对照组和试验组，试验组重金属质量浓度见表1。

表1 试验中4种重金属盐的质量浓度 mg/L

分别用Pb(NO3)2、CdCl2、K2Cr2O7和ZnSO4(国产分析纯，国药公司)配制10 g/L的母液，调节各处理组重金属离子质量浓度。每组设3个平行，每个平行随机放单环刺螠20条，饲养于50 cm×60 cm×60 cm塑料箱中，养殖条件与暂养时相同，每日定时换水1次，每次换水50%，并维持各组重金属盐质量浓度，及时清除分泌物、排泄物以及死亡个体；试验期间不投喂。试验处理96 h，定期观察单环刺螠的活动情况，记录24、48、72、96 h的死亡个数(虫体颜色发白，用玻璃棒连续触碰时无明显收缩反应即为死亡)，计算出不同暴露时间的死亡率、半致死质量浓度(LC50)以及安全质量浓度。

1.3 数据分析

试验结束时，统计单环刺螠死亡率，以平均值±标准差表示，用SPSS 18.0统计软件对数据进行单因子方差分析、邓肯多重比较和LSD多重比较，显著水平设为0.05，并得出4种重金属盐对单环刺螠急性毒性效应的概率单位与浓度对数的回归方程，以及48、72、96 h的半致死质量浓度和95%置信区间。

2 结 果

2.1 累积死亡率

不同质量浓度下4种重金属盐胁迫单环刺螠96 h内的累积死亡率见表2。在24 h内，除质量浓度为70 mg/L的ZnSO4中单环刺螠的死亡率为21.67%外，其他3种重金属组的单环刺螠均无死亡，与对照组差异不显著；随胁迫时间的延长，相同重金属盐不同质量浓度处理组单环刺螠的死亡率逐渐升高；且相同时间内，质量浓度越高死亡率越呈剂量—效应关系。在试验期间，4种重金属盐最高质量浓度组的死亡率均显著高于最低质量浓度组和对照组(P<0.05)；最高质量浓度Pb(NO3)2组(50.12 mg/L)单环刺螠的96 h死亡率为100%，最高质量浓度CdCl2(80 mg/L)和 K2Cr2O7(200 mg/L)的72 h和96 h 死亡率均高达100%，而ZnSO4对单环刺螠的毒害作用更迅速、更显著(P<0.05)，最高质量浓度组(70 mg/L)在48～96 h致死率均高达100%。

表2 4种不同质量浓度重金属盐胁迫下单环刺螠96 h内的累积死亡率 %

2.2 半致死质量浓度和安全质量浓度

4种重金属盐对单环刺螠的致死率与染毒剂量具有较好的相关性(表3)，根据回归方程，计算出4种重金属盐48、72 h和96 h半致死质量浓度和相应的95%置信区间；且随着暴露时间的增加，半致死质量浓度降低。Pb(NO3)2、CdCl2、K2Cr2O7和ZnSO4对单环刺螠的安全质量浓度分别为0.2177、1.8189、2.4035 mg/L和1.3131 mg/L。

表3 4种不同质量浓度重金属盐胁迫下单环刺螠的半致死质量浓度和安全质量浓度

3 讨 论

3.1 4种重金属盐对单环刺螠的急性毒性效应

急性毒性试验结果表明，相同重金属盐不同质量浓度组单环刺螠的死亡率随胁迫时间的增加逐渐升高；且同一时间内，单环刺螠的死亡率也随重金属盐质量浓度的增加而升高，具有剂量—效应关系。试验期间，最高质量浓度组的死亡率均显著高于最低质量浓度组和对照组，至处理96 h，4种重金属盐最高质量浓度组的死亡率均达100%。这说明随暴露时间的延长，各重金属离子在单环刺螠体内均具有不同程度的累积作用；少量重金属进入单环刺螠体内时，可能会启动体内的解毒机制，如诱导金属硫蛋白高度表达以螯合多余的重金属离子，起到解毒的作用；随着作用时间和毒物质量浓度的增加，其体内进入大量的重金属离子，超过解毒体系可以承受的限度时，多余的重金属离子会与酶等生物分子相互作用，改变其构像，使酶活性下降或丧失，影响其各项生理生化指标，造成代谢紊乱、防御系统损坏，引起中毒，甚至死亡[5]。周湖明等[15]研究表明，近江牡蛎(Crassostrearivularis)体内的重金属含量与暴露浓度呈良好的线性关系，与本试验结果一致。

半致死质量浓度是衡量水中毒物对水生动物毒性大小的重要参数，毒物的致死效应与受试动物暴露时间密切相关。本试验中，4种重金属盐对单环刺螠的48、72、96 h半致死质量浓度：Pb(NO3)2分别为23.396、7.505、2.177 mg/L; CdCl2分别为68.748、34.512、18.189 mg/L;K2Cr2O7分别为139.005、50.691、24.035 mg/L; ZnSO4分别为40.978、24.962、13.131 mg/L。

3.2 单环刺螠及其他水生动物对4种重金属盐的耐受性比较

不同物种以及相同物种不同生长阶段对相同重金属离子的耐受性差异较大，相同物种对不同重金属离子的耐受性差异也较大(表4)。唐永政等[13]报道，CdCl2对单环刺螠幼螠[体质量(1.2±0.16) g]的48 h半致死质量浓度和安全质量浓度分别为1.789 mg/L和0.179 mg/L，显著低于本试验中CdCl2对成螠[体质量(21.2±4.2) g]的48 h 半致死质量浓度(68.784 mg/L)和安全质量浓度(1.1819 mg/L)，符合生物体成体耐受性一般高于幼体的规律。根据新化学物质危害评估导则[37]，96 h半致死质量浓度≤1 mg/L的毒物为极高毒性，半致死质量浓度>1～10 mg/L为高毒性，半致死质量浓度10～100 mg/L为中毒性，半致死质量浓度>100 mg/L为低毒性。按上述毒物等级划分标准：Pb(NO3)2对单环刺螠属高毒性物质，CdCl2、K2Cr2O7、ZnSO4属中毒性物质。

表4 4种重金属盐对部分水生动物半致死质量浓度和安全质量浓度的比较 mg/L

《渔业水质标准》[38]中规定，养殖水体中上述4种重金属的含量：Pb≤0.05 mg/L，Cd≤0.005 mg/L，Cr≤0.1 mg/L，Zn≤0.1 mg/L。本试验结果表明，Pb(NO3)2、CdCl2、K2Cr2O7和ZnSO4对单环刺螠的安全质量浓度分别为0.2177、1.8189、2.4035、1.3131 mg/L，均高于《渔业水质标准》规定的高限，说明单环刺螠对上述4种重金属的耐受性均较强。但重金属易被水生生物体所富集，尤其是移动性差的近岸底栖动物，其生存环境中的重金属污染较深海严重，对重金属的富集能力较其他水生生物强，因此，从食品安全角度考虑，单环刺螠养殖应尽量选择水质优良的海区并及时监测和调控养殖水质。

4 结 论

Pb(NO3)2、CdCl2、K2Cr2O7和ZnSO4对单环刺螠的96 h 半致死质量浓度分别为2.177、18.189、24.035 mg/L和13.131 mg/L。Pb(NO3)2对单环刺螠属高毒性物质，CdCl2、K2Cr2O7、ZnSO4属中毒性物质。