重金屬鎘對(duì)水生動(dòng)物的毒性作用及其機(jī)制

王 晶，任同軍， 王福強(qiáng)

（大連海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部北方海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連116023）

鎘（Cd）是一種無生理功能的有毒重金屬污染物，其殘毒的蓄積性、時(shí)間長(zhǎng)、易于沿食物鏈轉(zhuǎn)移富集等特性對(duì)水生生物健康具有較大的負(fù)面影響（丘耀文等，2005）。重金屬主要通過工業(yè)廢水進(jìn)入水環(huán)境系統(tǒng)，其中銅和鎘是重金屬類污染中2種較為典型的污染物（陳輝輝 等，2011）。

鎘的所有化學(xué)形態(tài)對(duì)人和動(dòng)物都是有毒的。除硒化鎘、硫化鎘和氧化鎘極微溶于水外，其余都溶于水，海水中的鎘主要以CdCl2的膠體狀態(tài)存在。由于鎘化物大多溶于水，因此不論從消化道、呼吸道都能被吸收進(jìn)入水生生物機(jī)體，對(duì)全身器官系統(tǒng)發(fā)生作用（魏筱紅和魏澤義，2007）。目前，已有報(bào)道稱水傳播的鎘能夠減慢魚的生長(zhǎng)速度，甚至引起死亡（McGeer等，2000），擾亂機(jī)體內(nèi)離子的滲透作用，改變酶的生物活性 （Liu等，2011），在鯰魚中能夠擾亂其肝臟和肌肉組織中脂質(zhì)的新陳代謝（Chen等，2013）。在人體內(nèi)，鎘的半衰期長(zhǎng)達(dá)7～30年，可蓄積50年之久，能對(duì)多種組織和器官造成損害。

1 鎘在動(dòng)物體中積累途徑

重金屬在水生動(dòng)物內(nèi)的積累，通常認(rèn)為通過下列途徑實(shí)現(xiàn)：一是利用鰓不斷吸收溶解在水中的重金屬離子，然后通過血液輸送到體內(nèi)的各個(gè)部位或積累在表面細(xì)胞中；二是通過攝食，水體或殘留在餌料中的重金屬通過消化道進(jìn)入體內(nèi) （趙紅霞等，2003）。 Verbost （1989） 對(duì)虹 鱒（Salmo gairdneri）吸收Cd2+的研究中發(fā)現(xiàn)，Cd2+從水相到鰓部的移動(dòng)是被動(dòng)擴(kuò)散或易化擴(kuò)散穿過鰓氯細(xì)胞鈣通道的過程，在鰓與血液之間的分配往往成正相關(guān)關(guān)系。劉長(zhǎng)發(fā)等（2001）研究發(fā)現(xiàn)，暴露于不同金屬濃度體系中的金魚，其鰓對(duì)鉛、鎘的吸收量隨著水相游離態(tài)Pb2+、Cd2+濃度的增加而增加，但增加幅度隨濃度增加而減緩。

2 鎘的毒性機(jī)制

鎘能降低動(dòng)物機(jī)體內(nèi)多種酶的活性，尤其是含鋅、巰基的抗氧化酶。鎘能通過與酶類巰基結(jié)合或通過競(jìng)爭(zhēng)或非競(jìng)爭(zhēng)性替代作用，置換出細(xì)胞內(nèi)金屬依賴性酶類，特別是抗氧化酶系中的金屬輔基，降低機(jī)體抗氧化酶的活性，使機(jī)體清除自由基的能力下降，從而引起氧化損傷 （刁書永等，2005）。趙元鳳等（2002）研究了不同濃度的鎘對(duì)鰱魚（Aristchthys nobilis）部分組織內(nèi)超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）活性的影響，結(jié)果表明：0.01、0.1、0.5 mg/L 低濃度 Cd2+對(duì)鰱魚組織的SOD起誘導(dǎo)作用，1.00 mg/L高濃度的Cd2+對(duì)鰱魚組織的SOD起抑制作用；而Cd2+污染脅迫對(duì)CAT活性始終表現(xiàn)為不同程度的誘導(dǎo)作用。

此外，鎘能誘導(dǎo)金屬硫蛋白（MT）的形成，金屬硫蛋白參與了鎘在機(jī)體內(nèi)的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、排泄和蓄積，鎘進(jìn)入機(jī)體后，誘導(dǎo)合成的金屬硫蛋白可以螯合一定的鎘形成Cd-MT復(fù)合物以降低胞內(nèi)的Cd2+濃度，盡管MT可以螯合一定濃度的Cd2+，降低其引起的肝臟損傷，但肝中形成的Cd-MT復(fù)合物經(jīng)血液運(yùn)輸?shù)侥I臟后大部分被腎小管重吸收，后經(jīng)溶酶體降解分離釋放出游離的Cd2+，繼續(xù)發(fā)揮鎘的毒性作用（Stohs和 Bagchi，1995）。 與此同時(shí)，生物體內(nèi)有天然的Zn-MT和Cu-MT，當(dāng)鎘進(jìn)入機(jī)體時(shí)，鎘與鋅、銅發(fā)生置換作用，進(jìn)而使鋅、銅、鐵等的平衡受到破壞（刁書永等，2005）。除此之外，研究表明，鎘具有類雌激素的作用，對(duì)魚類的繁殖也有一定的影響，如鎘暴露使克氏原螯蝦的繁殖量和孵化率降低，并能抑制其卵巢的成熟度（胡貴林，2007；Anderson 等，1997）。

3 鎘在水生動(dòng)物體內(nèi)的畜積及毒性作用

重金屬對(duì)不同海洋生物的毒性因生物種類及其個(gè)體大小而異，還與海水環(huán)境的理化因子、生物體對(duì)重金屬的適應(yīng)程度以及試驗(yàn)條件等有關(guān) （孫振興等，2007）。已有研究表明，重金屬離子對(duì)體長(zhǎng)2.5～3.0mm 牙鲆（Paralichthy solivaceus）仔魚的毒 性 大 小 依 次 為 Cu2+＞Cd2+＞Zn2+（ 李 國(guó) 基 等 ，1996）；對(duì)斑節(jié)對(duì)蝦（Penaeus monodon）仔蝦的毒性大小依次為 Cd2+＞Cu2+＞Zn2+＞Cr6+（鄒棟梁和高淑英，1994）；對(duì)刺參（Apostichopus japonicus）幼參的毒性大小依次為 Cu2+＞Cd2+＞Zn2+＞Cr6+（孫振興等，2007）；對(duì)側(cè)扁軟柳珊瑚（Subergorgia suberosa）的毒 性 大 小 依 次 為 Cu2+＞Zn2+＞Cd2+（ 彭 紹 宏 等 ，2004）。鰓是魚體直接從水中吸收重金屬的主要部位，動(dòng)物的肝、胰、腎是其主要解毒和排泄器官，可產(chǎn)生大量束縛重金屬的金屬硫蛋白，因此鰓、肝、腎成為水生動(dòng)物體內(nèi)富集重金屬的主要部位 （胡貴林，2007）。 阮曉（2001）經(jīng)測(cè)定發(fā)現(xiàn)，羅非魚、淡水白鯧及鯉魚中重金屬主要蓄積于三種魚的鰓、肝、腎等組織器官，肌肉重金屬蓄積量明顯低于鰓、肝、腎部位的蓄積量。結(jié)果與Zhou和Cheung（1998）調(diào)查的重金屬污染水體中羅非魚各組織中重金屬蓄積量結(jié)果相似，即鉛、鎘、鉻在鰓、皮膚、內(nèi)臟中的含量遠(yuǎn)高于肌肉。孫黎光等（2005）對(duì)黑鯛體內(nèi)重金屬分布測(cè)定結(jié)果表明，Cd2+在黑鯛各組織器官中的累積分布特點(diǎn)為鰓＞肝＞腸＞鰭＞肌肉。劉長(zhǎng)發(fā)等（2001）研究發(fā)現(xiàn)，金魚腎臟對(duì)鎘的積累量明顯大于肝臟，即金魚在血液中金屬含量相同的情況下腎臟蓄積了更多的金屬。對(duì)奧利亞羅非魚 （Oreochromis aureus）、 日本鰻鱺（Anguilla japonica）吸收、蓄積鎘的研究中也發(fā)現(xiàn)腎臟是蓄積量最大的器官（Yang 和 Chen，1996）。

鎘進(jìn)入水體環(huán)境中會(huì)引起水生生物的急性或慢性中毒，造成畸變甚至死亡（Coogan等，1992）。我國(guó)漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB11607.89）對(duì)鎘的最高允許濃度規(guī)定為0.005 mg/L。Buhl（1997）曾以尖頭葉唇魚、骨尾魚和刀項(xiàng)亞口魚為試驗(yàn)生物得到96 h鎘的LC50為78～168 mg/L。高淑英（1999）在恒溫（28±0.5）℃和允氣條件下研究汞、鎘、鋅、錳對(duì)日本對(duì)仔蝦的急性致毒效應(yīng)，結(jié)果表明按96 h LC50值計(jì)算，其對(duì)鎘的安全濃度為0.0342 mg/L。王銀秋等 （2003）以鯽魚和泥鰍為研究對(duì)象得到鯽魚24、48、96 h 鎘的 LC50分別為 99.3、63.1、45.7 mg/L；泥鰍 24、48、96 h 鎘的 LC50分別為 101.1、67.6、56.5 mg/L。對(duì)于鯽魚和泥鰍較能耐重金屬污染的種類，一般受污染水體的重金屬濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到試驗(yàn)所得數(shù)值，但未達(dá)到產(chǎn)生致死濃度的重金屬污染也會(huì)對(duì)魚類的繁殖、生長(zhǎng)發(fā)育等產(chǎn)生影響，而且半致死濃度與時(shí)間有著密切的關(guān)系，存在濃度-時(shí)間依賴性即時(shí)間越長(zhǎng)，半致死濃度越小。此外，Guhathakurta（2000）報(bào)道，鎘、鋅在蝦肌肉中的蓄積與水體的鹽度有極大關(guān)系，某些動(dòng)物適應(yīng)低鹽以后，能改變水和離子的通透性，從而改變重金屬的攝入速率，如棘溝蝦（Orchestia gammarellus）在鹽度降低時(shí)攝入鋅和鎘的速度增加。

4 維生素C對(duì)鎘中毒的緩解

鎘中毒主要體現(xiàn)在氧化損傷，因此可對(duì)機(jī)體產(chǎn)生抗氧化保護(hù)作用的物質(zhì)在很大程度上可以緩解甚至解除重金屬的毒性（劉曉玲等，2006）。維生素C作為一種自由基清除劑能發(fā)揮抗氧化功能，從而增強(qiáng)機(jī)體對(duì)外界環(huán)境的應(yīng)激能力，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，提高水生動(dòng)物對(duì)疾病的抵抗能力 （趙陽(yáng)等，2013）。劉曉玲等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加一定劑量的維生素C，能夠有效延緩鎘中毒引起的肝臟中SOD、CAT、谷胱甘肽過氧化氫酶（GSHPx）等抗氧化酶活性的降低時(shí)間，減小其降低幅度。趙文（1995）也曾研究報(bào)道，維生素C與魚蝦等水生生物的解毒抗病有關(guān)，組織中維生素C含量高時(shí)，魚蝦等對(duì)環(huán)境污染的耐受性增強(qiáng)。

5 鎘污染的防治

鎘是主要的環(huán)境污染毒物之一，排入環(huán)境中的鎘很難被消除。因此，預(yù)防鎘污染的關(guān)鍵在于嚴(yán)格控制鎘毒的排放，要堅(jiān)持環(huán)境監(jiān)測(cè)，合理采礦和冶煉，嚴(yán)格控制工業(yè)“三廢”并嚴(yán)格執(zhí)行水的常用標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于工業(yè)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的鎘污水，采用“硫化物沉淀法”和“離子交換法”是對(duì)其進(jìn)行治理的有效方法。兩者相比，“離子交換法”治理鎘污水較快捷且效果好，但由于價(jià)格較貴，一般情況下采用較經(jīng)典的“硫化物沉淀法”。在采用“硫化物沉淀法”治理鎘污水時(shí)，若該污水中含有Fe3+，則先加入石灰，將鎘污水pH值調(diào)至3～4，使Fe3+沉淀（pH=3.2時(shí)，可認(rèn)為Fe3+沉淀完全）分離，之后再向鎘污水中通入H2S氣體，將Cd2+沉淀除去（魏筱紅和魏澤義，2007；黃寶圣，2005）。除此之外，因?yàn)槲⑸锞哂袕耐饨绛h(huán)境富集重金屬離子及放射性元素的能力，因此，利用生物體從水溶液中有選擇性地快速、大容量地“吸附”金屬離子的方法，可彌補(bǔ)傳統(tǒng)廢水處理方法中的不足。微生物吸附劑一般利用工業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品如啤酒工業(yè)的發(fā)酵廢渣等，還可以利用在海洋中大量存在的藻類，這也大大降低了處理的成本（趙紅霞等，2003）。

6 小結(jié)

目前水環(huán)境重金屬污染對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的影響相關(guān)研究較多，但由于重金屬在水生生態(tài)系統(tǒng)中呈現(xiàn)較為復(fù)雜的形態(tài)和相對(duì)較高的活性，以及對(duì)魚類較強(qiáng)的毒性和承受重金屬毒害作用機(jī)理的復(fù)雜性，還有很多方面尚未闡明。因此，在今后的研究中，可根據(jù)不同有毒重金屬元素對(duì)機(jī)體損害的特點(diǎn)，進(jìn)一步研究健康營(yíng)養(yǎng)餌料及重金屬對(duì)水產(chǎn)生物的毒害作用和環(huán)境保護(hù)對(duì)策，以期對(duì)環(huán)境保護(hù)及水產(chǎn)品的養(yǎng)殖具有重要指導(dǎo)意義。

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