水環(huán)境中鎘對水生動物毒性的研究進展

羅詞安

（上饒幼兒師范高等專科學校，江西 上饒 334000）

鎘是水環(huán)境中一種典型的重金屬污染物，會對水生動物的生長和發(fā)育產(chǎn)生嚴重的負面影響。同時，重金屬具有污染源廣泛、殘毒時間長，污染后難以被發(fā)現(xiàn)且能夠隨食物鏈發(fā)生轉(zhuǎn)移自集的特點。因此，加強水環(huán)境鎘對水生動物的毒性研究，根據(jù)鎘的毒性機理尋求相應的解決辦法，是保護水環(huán)境生物的重要舉措。

1 重金屬鎘的特性及對水生動物的毒理作用

重金屬鎘是水生動物體內(nèi)的非必要元素。環(huán)境中鎘的來源途徑比較廣泛，例如火山爆發(fā)和樹木燃燒后的殘渣、排放的廢氣和廢水中都含有不同含量的鎘。實際工作和生活中含鎘產(chǎn)品的使用和流動，很有可能會隨著廢氣、廢水和殘渣的排放到水體環(huán)境中，然后被水體動物食用吸收，這種重金屬元素并不會隨著食物消化，而是進入人體中，對人體造成危害。鎘之所以在生物體內(nèi)不容易被分解，主要是因為鎘自身的物理特性所決定的。鎘能夠與動物和人類體內(nèi)的蛋白質(zhì)以及酶等成分發(fā)生一定的相互作用，致使蛋白質(zhì)酶自身喪失活性，鎘就會在動物體內(nèi)得到積累，當鎘在動物體內(nèi)的富集量超過正常的承受范圍后，就會導致動物體出現(xiàn)不同程度的中毒癥狀[1]。但是，現(xiàn)階段對于鎘的毒理研究還處于初步發(fā)展階段，需要進一步深入研究，以便確定合理的水污染指標，對水體動物保護提供重要的指導作用。

當水體環(huán)境受到一定程度的污染時，水體動物體內(nèi)各個組織器官就會受到鎘的影響而出現(xiàn)不同程度病理學的改變。如果水生動物體內(nèi)鎘含量較高，就會導致水生動物出現(xiàn)組織器官發(fā)炎或者壞死等問題，威脅水生動物的健康。對于水生動物病理學改變的研究，主要是選用鰓、肝臟、性腺等器官作為靶器官。例如，選用華溪蟹作為試驗研究對象，將其在鎘中暴露一定時間后，利用顯微鏡對其內(nèi)部組織器官進行觀察，發(fā)現(xiàn)華溪蟹的肝胰腺組織細胞中出現(xiàn)了不同程度上的腫脹或者凋亡，這就預示著其組織器官正在逐漸壞死直至死亡。在電鏡下對肝胰腺組織細胞進行觀察可以發(fā)現(xiàn)，這些細胞的細胞核和線粒體呈腫脹狀態(tài)。同時，經(jīng)過同類試驗研究還可以發(fā)現(xiàn)，鎘元素對于鰓細胞組織也是具有毒性的。鰓組織不僅是一種呼吸器官，還能夠排泄水生動物體內(nèi)所產(chǎn)生的代謝物，同時，鰓還能夠?qū)崿F(xiàn)水生動物表層滲透壓的平衡和調(diào)節(jié)作用。因此，鎘元素對于鰓器官的影響既可以通過破壞鰓細胞組織來實現(xiàn)，還可以通過破壞水生動物與水體環(huán)境之間的滲透壓和離子平衡來實現(xiàn)。

此外，鎘元素對于水生動物性腺組織器官的影響研究表明，在鎘元素的影響下，水生動物自身精子的存活率受到不同程度上的破壞，鎘元素含量越高，精子的成活率則越低。同時，性腺組織中的質(zhì)膜和頂體處于不斷缺失狀態(tài)，其細胞結構被嚴重損壞，導致水生動物自身的繁殖生育能力下降。以華溪蟹為試驗研究對象，可以發(fā)現(xiàn)相比較于肝胰腺、鰓、性腺等組織器官而言，鎘對水生動物心臟的影響程度相對較低。但是，心臟的細胞組織也會發(fā)生毒變，出現(xiàn)肌纖維斷裂、心肌水腫等問題，一旦心臟受損達到某種程度，水生動物的生命就會受到威脅?？傊?，鎘元素在水生動物體內(nèi)的吸收和富集，會對動物自身組織器官造成不可逆的病變，使這些器官功能逐漸下降，最終導致水生動物機體死亡。

2 水生動物對鎘的吸收和蓄積

水生動物吸收鎘的途徑主要包括以下幾種：①水生動物的呼吸，通過鰓將溶解在水體環(huán)境中的重金屬吸收到體內(nèi)，然后通過血液傳輸?shù)剿w動物體內(nèi)的各個部位，或者是在水體動物表面細胞中不斷積累；②水體動物還可以通過攝食來攝入鎘，主要是因為水體或者餌料中含有重金屬鎘，通過消化道進入到動物體內(nèi)；③水生動物體表與水體之間的滲透交換，也會造成重金屬鎘在水體動物體內(nèi)的吸收。

水生動物對鎘的吸收是被動性的，整個吸收過程是不需要消耗任何能量的。不同水生動物對鎘的吸收程度存在差異。通常情況下，貝類對于鎘的吸收含量最高，其次是甲殼類，而魚類體內(nèi)鎘的吸收量最低。這主要是和水生動物的攝食習慣有關。貝類和甲殼類水生動物的生活環(huán)境主要集中在水層底部，周圍以污泥為主，同時這類水生動物的生活范圍比較固定，其攝食食物以餌料為主，而餌料沉積物中的重金屬含量最高，因此，貝類和甲殼類體內(nèi)鉻含量相對較高。而魚類動物的活動范圍較為廣泛，且攝食種類較多，因此，體內(nèi)鉻含量并不固定。同時，鎘在水生動物不同組織器官內(nèi)的蓄積含量也不同。經(jīng)攝食進入魚體中的鎘主要是通過血液循環(huán)進入到魚體的各個器官中，其中以肝臟和腎臟中鎘含量最多，其總和基本上能達到魚體全身鎘總量的2/3。同時，魚體的魚鰓可以通過呼吸來攝入鎘，因此，魚鰓中也會富集一定的鎘。當然，不同的魚類受自身消化系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)的影響，不同器官組織的鎘含量不同。

3 水環(huán)境鎘對水生動物的影響

3.1 水環(huán)境鎘對水生動物生長代謝的影響

以鯽魚為研究對象，可以發(fā)現(xiàn)鎘在鯽魚體內(nèi)含量的高低對于魚體的生長代謝的影響存在顯著差異。低劑量鎘在一定程度上反而可以對魚體的生長代謝起到促進作用，如果鎘在魚體內(nèi)的含量超出正常允許范圍，就會抑制魚體的生長，并致使魚體發(fā)生不同程度上的病變。水生動物的生存與生長都需要依靠機體代謝，這是保障水生動物存活的重要過程。而水生動物在生長代謝過程中的主要生物分子是糖類、脂肪和蛋白質(zhì)，這些物質(zhì)以不同的結構形式參與到生物機體的細胞生成和代謝活動中，也為生物機體的正常生長提供了重要的能量供給。

生物機體的代謝過程需要經(jīng)過嚴格的調(diào)控，使其保持在代謝平衡狀態(tài)，在這種代謝活動中，如果生物機體受到外界干擾物的影響，就會造成機體代謝紊亂，嚴重情況下，生物機體就會發(fā)生不同程度的病變。而魚類生長代謝活動就很容易受到鎘的影響，使魚類的生長速度和繁殖率都會有所降低。例如，鎘能夠影響鯉魚體內(nèi)磷元素的代謝。磷元素的代謝異常直接關系著腸粘膜結構的穩(wěn)定性，而且還會使魚體內(nèi)的消化酶活性進一步降低，這樣魚體內(nèi)腸粘膜受損后，其消化和吸收功能都會大大減弱，魚體對于氨基酸等原料的攝入能力就會下降，這樣魚體內(nèi)就會缺少自身生長所需要的蛋白質(zhì)、糖類等養(yǎng)分，進而影響魚體的生長。鎘對于魚體肝胰臟、腎臟、鰓組織的破壞，還會直接干擾魚體自身的能量代謝，嚴重降低機體的能量供給水平[2]。鎘含量對水生動物生長代謝的影響，一方面會造成機體蛋白質(zhì)、糖類等營養(yǎng)成分的合成受阻，另一方面會直接導致機體代謝活動異常，造成毒素在魚體內(nèi)的堆積，進而影響到機體的生長發(fā)育。

3.2 水環(huán)境鎘對水生動物抗氧化系統(tǒng)的影響

水生動物在長期的水環(huán)境鎘作用下會引發(fā)相應的氧化應激反應，這種應激反應既有適應性反應，也有毒理性反應。氧化應激反應下，動物體內(nèi)的活性氧自由基和活性氮自由基含量顯著增加，生物機體對這些自由基不能徹底清除，使其不斷積累在水生動物體內(nèi)，這樣水生動物自身的氧化系統(tǒng)和抗氧化防御系統(tǒng)之間的平衡都會受到不同程度的損傷。鎘的存在能夠刺激生物機體產(chǎn)生大量的活性氧自由基，這種自由基在生物機體內(nèi)的堆積會使生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、DNA等大分子物質(zhì)的結構發(fā)生不同程度的改變，破壞其原有的生物功能，以至于生物機體發(fā)生異常病變。同時，活性氧化自由基還會導致生物體細胞結構的損壞，使生物機體細胞的增殖、分化等相關功能紊亂，生物機體受到大面積損害。

此外，水環(huán)境鎘也會干擾水生動物體內(nèi)的抗氧化活性和金屬硫蛋白的機理功能。當水生動物體內(nèi)的活性氧自由基含量過高時，生物機體會通過產(chǎn)生抗氧化酶和抗氧化非酶等物質(zhì)進行自我防護。如果水生動物體內(nèi)鎘含量過高時，水生動物體內(nèi)抗氧化酶的生成反而會受到抑制，以至于生物機體不能正常發(fā)揮抗氧化系統(tǒng)作用。水生動物的肝臟、腎臟組織器官中含有一定濃度的金屬硫蛋白，這種硫蛋白能夠與鎘形成金屬螯合物，以降低鎘對水生動物機體的毒性作用。因此，金屬硫蛋白可以作為水環(huán)境鎘的生物標志物，以幫助實驗人員分析水環(huán)境的污染程度。

3.3 水環(huán)境鎘對水生動物免疫系統(tǒng)的影響

水環(huán)境鎘主要是通過血液循環(huán)而影響生物機體的血淋巴系統(tǒng)。鎘對水生動物機體細胞的損傷直接表現(xiàn)為血淋巴細胞自身的代謝能力被損壞，以至于血淋巴細胞不能發(fā)揮自身的功能作用。同時，水生動物機體內(nèi)血細胞的吞噬能力也會在鎘的作用下被損壞，這樣血細胞會逐漸壞死，以至于生物體內(nèi)的血細胞存活率逐漸降低，使生物機體自身的免疫能力下降。鎘對水生動物免疫系統(tǒng)的影響不僅體現(xiàn)在血細胞方面，還會對水生動物機體體液免疫造成損傷，而相關研究表明，殺菌活血物質(zhì)能夠從生化層面抑制這種損傷。同時，鎘對水生動物免疫系統(tǒng)的影響研究也逐步朝著分子層面發(fā)展，例如一些能夠提升水生動物免疫的酶分子不斷被發(fā)現(xiàn)并且逐步實現(xiàn)了克隆生長，這為水生動物免疫力的提升，提供了重要的技術支持。

4 水環(huán)境重金屬鎘污染的防治措施

對于水環(huán)境重金屬的污染，常用的治理方法包括物理方法和化學方法，其中比較常見的處理方式有活性炭吸附法、電化學處理發(fā)、離子樹脂交換法等，這些方法的應用對于水環(huán)境鎘的去除具有顯著的效果，但是不論是何種處理方法，其實際應用成本相對較高，而且還會造成不同程度上的二次污染，并不能從根本上解決重金屬污染的問題。生物吸附法是一種新型的重金屬鎘處理方法，即采用適當?shù)纳矬w將水環(huán)境中的重金屬鎘進行選擇性的吸附，以降低水環(huán)境中鎘濃度，這種吸附方法的優(yōu)點在于吸附速度快、吸附容量大。微生物吸附劑也可以用于重金屬污染處理，其吸附劑可以是工業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，比較常見的有制酒行業(yè)中的發(fā)酵廢渣，也可以是水環(huán)境中的天然藻類，這種吸附方法的優(yōu)點在于能夠有效降低重金屬處理的成本。對于吸附劑可以循環(huán)使用，利用相匹配的洗脫劑將吸附劑進行洗脫，經(jīng)過適當處理后即可以進行二次利用。目前，生物吸附是水環(huán)境中重金屬污染物去除的主要研究方法，旨在擴大生物吸附的應用范圍，同時還需要加強對吸附劑的研究，以積極探尋具有高選擇性和高吸附性效果的吸附劑，提升重金屬污染的處理效果。

5 結語

綜上所述，水環(huán)境鎘對水生動物的危害不容忽視。水環(huán)境鎘的濃度和作用時間對水生動物的危害存在顯著的差異。但是，重金屬鎘對水生動物組織器官的危害作用是顯而易見的，尤其是肝臟、腎臟、鰓等組織器官中。不同組織器官中鎘的吸收、蓄積和毒變作用變化需要進一步的研究，為重金屬鎘的有效防治提供參考依據(jù)。水生動物對于重金屬鎘的污染也會產(chǎn)生必要的機體保護機制，以降低重金屬鎘對生物機體所造成的氧化損傷作用?？傮w上來看，鎘對水生動物的毒性作用機理相對復雜，涉及到多個組織器官，多種機體系統(tǒng)，也存在一定程度上的差異性。對此，加強對重金屬鎘毒性作用研究，仍然是重金屬鎘有效防治的重點與難點，同時相關研究人員在現(xiàn)有研究理論的基礎上，積極采取相應的解毒機制，有效防范重金屬鎘對水環(huán)境中水生動物的危害，保護水生態(tài)環(huán)境，為人類的健康可持續(xù)發(fā)展提供重要的保障。