铜和镉对珠江天然仔鱼和幼鱼的毒性效应及其潜在生态风险

曾艳艺，赖子尼，杨婉玲，高原，李跃飞，庞世勋

中国水产科学研究院珠江水产研究所，广州，510380

铜和镉对珠江天然仔鱼和幼鱼的毒性效应及其潜在生态风险

曾艳艺，赖子尼*，杨婉玲，高原，李跃飞，庞世勋

中国水产科学研究院珠江水产研究所，广州，510380

以静水实验法探讨珠江流域主要金属污染物铜和镉对当地天然仔鱼和幼鱼的急性毒性效应。结果显示，铜对西江赤眼鳟和鲴仔鱼(48 h)和广东鲂幼鱼(96 h)的LC50分别为0.066、0.055和0.10 mg·L-1，对应的安全浓度分别为0.006、0.010和0.010 mg·L-1；镉对赤眼鳟和鲴仔鱼(48 h)以及广东鲂幼鱼(96 h)的LC50分别为1.29、0.83和3.20 mg·L-1，对应的安全浓度分别为0.163、0.077和0.320 mg·L-1。其中，铜对上述受试鱼的安全浓度低于或接近我国《渔业水质标准》及《地表水环境质量标准》Ⅱ类水对铜的规定，而镉对这些受试鱼的安全浓度则高于相关标准对镉的规定。研究结果表明，珠江流域铜污染可能会对当地天然仔鱼、幼鱼群体的补充构成一定程度的威胁，但镉污染暂不会对该区域主要鱼类早期群体补充带来严重的生态风险。

铜；镉；广东鲂；赤眼鳟；鲴；LC50；安全浓度

西江是珠江的最主要干流，自广西梧州、桂平至广东封开、德庆等江段一带形成规模大小不一的鱼类产卵场，其中包括广东鲂国家级水产种质资源保护区及广东鲂产卵场。在西江上游繁殖产生的鱼卵、仔鱼等鱼类早期资源群体随水流进入珠三角河网，并在河网及河口水域育肥生长到幼鱼、成鱼阶段，循环补充当地鱼类资源群体。其中，鲴类、赤眼鳟和广东鲂是珠江尤其是西江中下游江段的主要鱼类早期资源组成，占据年鱼苗总量的70%以上[1]。但自80年代以来，珠江鱼类资源急剧下降[2]，除航道建设、采砂、水坝等工程项目破坏鱼类固有的栖息地及阻断洄游通道外，水环境污染可能也是重要的原因[3]。作者所在的珠江流域渔业生态环境监测中心长期跟踪监测西江中下游及珠三角河网水环境状况发现，铜和镉是该水域主要重金属污染物。但尚未见这些特征污染物对当地鱼类资源，尤其是仔鱼、幼鱼等敏感阶段资源群体影响的研究报道。此外，现有的渔业水质标准一直沿用的是1989年颁布的GB11607-1989标准[4]，该标准是否足以保护现有的鱼类资源值得重新探讨。本研究以珠江肇庆江段采集的仔鱼及驯化养殖60 d以上的幼鱼为实验对象，探讨铜和镉对这些天然鱼类仔鱼、幼鱼时期的毒性效应及其潜在生态风险。

1 材料与方法(Materials and methods)

1.1 重金属溶液的配制

药品CuSO4·5H2O和CdCl2·2.5H2O均为分析纯。先以去离子水配制贮备液，铜和镉的贮备液浓度(均为离子质量浓度，下同)分别是5 g·L-1和50 g·L-1。实验时以预先经过曝气24 h的自来水配成所需的实验浓度。

1.2 受试生物的准备

天然仔鱼利用定置漂流性鱼卵、仔鱼定量采集网于2012年4月底、5月初自西江肇庆江段采集，带回实验室驯化暂养24 h后分别挑出3种优势鲤科鱼种类赤眼鳟(Spualiobarbus curriculus)、鲴(Xenocypris sp.)、广东鲂(Megalobrama terminalis)仔鱼单独分于不同鱼缸充气驯养以备实验。由于对仔鱼的挑出、分离的工作量大，综合分析后将挑出的赤眼鳟和鲴投喂熟蛋黄粉暂养2 d后作为仔鱼的急性毒性的实验对象，而广东鲂前期投喂熟蛋黄粉(实验室自备，将购自超市的生态土鸡蛋煮熟剥取蛋黄后用单层纱布包裹浸泡入养殖水中，轻轻揉捏两下，蛋黄粉逐渐分散)、后期投喂鳗鱼饲料(“大昌”牌，并根据鱼体大小研磨成适口小颗粒)驯养60 d后作为幼鱼的急性毒性的实验对象。为避免投喂重金属超标的饵料对实验对象产生影响，饵料备用前都做了重金属残留的检测分析，并符合相关标准要求方使用。受试生物在实验前1 d 停止喂食，但仍保持充气，驯养期间受试生物的死亡率<10%。急性毒性试验期间，两种仔鱼体长为1.2 ± 0.1 cm；幼鱼体长3.7 ± 0.2 cm, 体重1.05 ± 0.10 g。

1.3 实验步骤

1.3.1 仔鱼急性毒性实验

实验容器为1 L烧杯，实验前经泡酸后用自来水冲洗干净使用，实验水体1 L。根据预实验结果对不同的实验对象设置不同实验梯度。对赤眼鳟，铜的实验梯度为0.01、0.05、0.10、0.50和1.0 mg·L-1；镉的实验梯度为0.5、1.0、2.0、4.0和8.0 mg·L-1。对鲴，铜的实验梯度为0.005、0.01、0.02、0.04和0.08 mg·L-1；镉的实验梯度为0.2、0.4、0.8、1.6和3.2 mg·L-1。经曝气的自来水为对照组。各实验组和对照组分别设三个平行。各梯度组溶液配置好后，利用自制的小型水生动物捕获简易装置收集受试生物到烧杯中以备快速分配到各实验容器中，其中每个烧杯放入约40尾游泳活跃的个体。实验期间，水温为25.0 ± 0.5 ℃，pH为7.50 ± 0.30，水质硬度为60.0 ± 2.0 mg CaCO3·L-1。实验期间不扰动。每隔6 h挑出死亡个体，统计死亡个体数。考虑到仔鱼空腹实验时间过长产生的实验误差，只观察记录48 h，分别统计24 h和48 h后的死亡率。在实验开始及结束利用原子吸收光谱仪(北京瑞利WFX-120A)分别检测试验水体的相应金属浓度。

1.3.2 幼鱼急性毒性实验

实验容器为5 L 烧杯，实验水体为4 L。根据预实验结果，铜对广东鲂幼鱼的实验浓度梯度设为0.02、0.08、0.32、1.28和5.12 mg·L-1；Cd的实验浓度梯度设为0.5、2.0、8.0、32.0和128.0 mg·L-1。经曝气的自来水为对照组。各实验组和对照组分别设3个平行。各梯度组溶液配置好后，用捞网捞取大小规格一致的幼鱼个体20尾放入各实验容器中。实验期间，水温为26.0 ± 0.5 ℃，pH为7.50 ± 0.30，水质硬度为63.5 ± 2.0 mg CaCO3·L-1。实验期间不扰动，为避免死亡个体影响水质，实验第一天每隔3 h观察记录并捞出死亡个体，统计死亡个体数，第二天后每隔6 h 观察记录并捞出死亡个体。连续观察记录96 h，分别统计24、48、72 和96 h后的死亡率。在实验开始及结束分别检测试验水体的相应金属浓度。

1.4 数据处理

2 结果(Results)

2.1 铜和镉对西江天然仔、幼鱼的急性毒性死亡率

实验开始及结束时各金属浓度梯度组与所设浓度偏差不大于10%，此外，上述3种鱼实验时空白对照组的铜浓度平均值分别为0.0008 mg·L-1，0.0008 mg·L-1以及0.0014 mg·L-1；镉浓度平均值分别为0.0012 mg·L-1，0.0015 mg·L-1以及0.0022 mg·L-1。毒性实验过程中，赤眼鳟仔鱼、鲴仔鱼和广东鲂幼鱼的对照组平均死亡率分别小于8%、6%和5%。各浓度组的死亡率均经过Abbott公式校正[9]，即校正死亡率(%)=[(测试死亡率(%)-对照死亡率(%))/(100-对照死亡率(%))]×100。

赤眼鳟仔鱼在铜、镉不同浓度下暴露24 h、48 h的死亡率如图1所示。在铜浓度低于0.50 mg·L-1或镉浓度低于4.0 mg·L-1时，赤眼鳟仔鱼的死亡率随着铜、镉浓度的增加而增加，且铜、镉对赤眼鳟的毒性效应随着暴露时间的延长而增强。

鲴仔鱼在铜、镉不同浓度下暴露24 h、48 h的死亡率如图2所示。在铜浓度低于0.08 mg·L-1或镉浓度低于3.2 mg·L-1时，鲴的死亡率随着铜、镉浓度的增加而增加。且铜、镉对鲴的毒性效应亦随着暴露时间的延长而增强。

图1 赤眼鳟仔鱼在铜、镉不同浓度暴露24 h、48 h后的死亡率Fig. 1 Mortality of Spualiobarbus Curriculus larvae exposed to different concentrations of Cu and Cd for 24 h and 48 h

图2 鲴仔鱼在铜、镉不同浓度暴露24 h、48 h后的死亡率Fig. 2 Mortality of Xenocypris sp. larvae exposed to different concentrations of Cu and Cd for 24 h and 48 h

广东鲂幼鱼在铜、镉不同浓度下暴露24 h、48 h、72 h和96 h的死亡率如图3所示。在铜浓度低于1.28 mg·L-1或镉浓度低于8.0 mg·L-1时，广东鲂的死亡率随着铜、镉浓度的增加而增加，与赤眼鳟和鲴仔鱼相似，铜、镉对广东鲂幼鱼的毒性效应亦随着暴露时间的延长而增强。

2.2 铜和镉对西江天然仔、幼鱼的LC50及安全浓度

铜、镉对珠江天然赤眼鳟和鲴仔鱼以及广东鲂幼鱼的LC50及其95%置信区间范围、安全浓度如表1所示。铜对受试的3种天然鱼类早期发育阶段的半致死浓度比镉的低一个数量级以上，表明铜对这3种天然仔鱼和幼鱼的毒性强于镉。随着暴露时间的延长，尤其是对幼鱼的实验结果可见，其LC50变化趋势减小。由LC50计算得出铜对以上3种受试鱼的安全浓度分别为0.006、0.010、0.010 mg·L-1，而镉的安全浓度分别为0.163、0.077、0.320 mg·L-1，显然镉的安全浓度在不同种类及发育阶段的变异系数大于铜。

图3 广东鲂幼鱼在铜和镉不同浓度下暴露24、48、72和96 h后的死亡率Fig. 3 Mortality of Megalobrama terminalis juveniles exposed to different concentrations of Cu and Cd for 24, 48, 72 and 96 h

表1 铜、镉对珠江天然仔鱼、幼鱼的LC50、安全浓度及水质标准Table 1 The LC50 and safety concentration for Cu and Cd to natural fish larvae from the Pearl River and their comparison with the limit value of relative elements of the water criteria

3 讨论(Discussion)

3.1 珠江天然仔、幼鱼对铜、镉的敏感性

重金属对鱼类早期发育阶段的毒性效应受到多种因素的影响，包括鱼类种类、发育生长阶段等生物自身因素，以及温度、水质硬度、pH值、溶解氧、溶解有机质等环境因素[6]。本研究结果表明，相同环境条件下，同一发育阶段的仔、幼鱼群体对铜和镉的毒性均随着暴露时间的延长而增强。这与以往对其他水生试验生物的研究结果一致[5,11-12]。但在一定浓度范围内，随着暴露时间的延长，其毒性增加趋势减小，可能与受试生物对毒性物质产生耐受性有关。

半致死浓度LC50是指示受试生物对毒性物质敏感性的指标，其值越小，则受试生物对该物质越敏感，即物质对该生物的毒性越强。不同鱼类仔、幼鱼阶段对铜的耐受性在种间差异极大。与其他淡水鱼类早期发育阶段比较，本研究中铜对赤眼鳟和鲴仔鱼24 h 或48 h LC50低于大银鱼[13]、唐鱼[14]、鮈鲫[15]、锦鲤[16]、鳙[17]等仔鱼，但略高于台湾石宾(Acrosscheilus paradoxus)[18]，而铜对广东鲂幼鱼的24 h、48 h和96 h LC50亦低于中华鳑鲏[19]、孔雀鱼[8]、台湾铲头鱼[20]等幼鱼, 略高于台湾马口鱼幼鱼[20]。从本研究的两种仔鱼和一种幼鱼结果可见，西江这几种天然鱼类早期资源对铜的敏感性强，在现有研究报道中属于最为敏感的几个种类之一(图4)。

镉对赤眼鳟和鲴仔鱼24 h或48 h LC50低于唐鱼[14]、鮈鲫[15]、锦鲤[16]、鳙[17]等仔鱼，但略高于大银鱼[13]，而镉对广东鲂幼鱼24 h、48 h或96 h LC50亦低于中华鳑鲏[19]、台湾铲头鱼[20]、斑马鱼和孔雀鱼[8]等幼鱼, 但要高于剑尾鱼[21]、台湾马口鱼[20]等幼鱼。与其他淡水鱼类相似发育阶段比较，西江赤眼鳟和鲴仔鱼对镉的敏感性极强，但以广东鲂为代表的西江幼鱼对镉的耐受性较高，在现有研究结果中耐受性居中，如图4所示。

3.2 珠江流域铜、镉污染对天然鱼类早期资源的潜在生态风险

毒性物质对鱼类的毒性强度可根据鱼类出现急性中毒效应的96 h LC50(mg·L-1)值划分为4个等级：<0.1为剧毒，0.1～1.0为高毒，1～10为中毒，而>10则为低毒[22]。本研究中铜对赤眼鳟和鲴仔鱼的48 h LC50均小于0.1 mg·L-1，对广东鲂幼鱼的96 h LC50值为0.1 mg·L-1，可见，铜对西江主要仔鱼群体是剧毒的。而镉对赤眼鳟和鲴仔鱼的48 h LC50在1.0 mg·L-1左右，对广东鲂幼鱼的96 h LC50值为3.2 mg·L-1，可见，镉对西江主要鱼苗群体呈现中毒～高毒毒性。

目前，国际上对由毒理实验结果推算安全浓度的方法难以统一。最广泛使用的是由美国EPA推荐的方法，即通过少量生物种群毒理试验数据LC50、EC50等乘以安全系数(应用系数或急慢性比率)获得。

图4 铜和镉对珠江天然鱼类与其他区域淡水鱼类早期发育阶段LC50的箱式图注：★为本研究值，仔鱼以西江赤眼鳟、鲴LC50平均值表示，幼鱼以广东鲂LC50值表示Fig. 4 Box diagram for LC50 of Cu and Cd to natural fish larvae and juveniles from the Pearl River and other areaNote: ★ indicates the results in this study; in which the LC50 for larvae is the average LC50 of Spualiobarbus curriculus and Xenocypris sp and the LC50 for juvenile is the LC50 of Megalobrama terminalis

我国《渔业水质标准》适用于鱼、虾类的产卵场、索饵场、越冬场、洄游通道和水产养殖区等海、淡水的渔业水域；而《地表水环境质量标准》依据水环境功能划分I类水质对应的水体为集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等。本研究中铜对西江占优势的几种天然鱼类早期资源的安全浓度低于或接近我国现有的《渔业水质标准》[4]，且低于《地表水环境质量标准》[10]Ⅱ类对铜的规定一个数量级以上。从该角度看，现有的相关标准，尤其是《地表水环境质量标准》对铜的规定在保护西江现有优势鱼类早期资源群体上存在风险，这与其他研究中提出的国家《地表水环境质量标准》对铜的要求偏低一致[18]。而本研究中镉对西江占优势的几种天然鱼类早期资源的安全浓度远高于相关标准对镉的规定值，潜在生态风险较低。

根据作者所在研究团队在当年鱼类产卵季节(4月-6月)对西江广东鲂产卵场、珠三角河网及珠江口等水域的监测结果(见《2012年珠江河口江海鱼类洄游通道生态环境监测技术报告》和《2012年西江广东段广东鲂产卵场生态环境监测技术报告》,该两份报告未允许公开发表)，其中水体铜的浓度范围在0.002～0.021 mg·L-1之间，部分水域铜含量超出本研究中铜对西江早期鱼类资源的安全浓度，该区域铜的污染可能会对该流域鱼类早期资源群体的补充构成威胁；而镉的浓度范围在0.001～0.003 mg·L-1，低于本研究中镉对当地天然仔鱼、幼鱼的安全浓度值，初步评价该区域镉污染暂不会对当地主要鱼类早期资源群体带来严重的生态风险。由于室内实验与现场水质指标差异较大，由室内实验结果推导的安全浓度可能与现场的结果存在一定的差距，这是许多室内研究普遍存在的问题[27]。本研究可为相关的现场试验及毒理学研究提供基础依据。

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◆

ToxicitiesandPotentialEcologicalEffectsofCopperandCadmiumtoNaturalFishLarvaeandJuvenilesfromthePearlRiver

Zeng Yanyi, Lai Zini*, Yang Wanling, Gao Yuan, Li Yuefei, Pang Shixun

Pearl River Fishery Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510380

11 January 2013accepted11 March 2013

Acute toxicities of copper and cadmium to natural fish larvae and juveniles from the Pearl River were studied by static test. The results show that the 48 h LC50of Cu to larvae of Spualiobarbus curriculus and Xenocypris sp. and the 96 h LC50of Cu to juvenile Megalobrama terminalis are 0.066, 0.055 and 0.10 mg·L-1, respectively, and the corresponding safety concentration thresholds are 0.006, 0.010 and 0.010 mg·L-1, respectively. The 48 h LC50of Cd to larvae of S. curriculus and Xenocypris sp. and the 96 h LC50of Cd to juvenile M. terminalis are 1.29, 0.83, 3.20 mg·L-1, respectively, and the corresponding safety concentration thresholds are 0.163, 0.077 and 0.320 mg·L1, respectively. Accordingly, concentration thresholds of Cu are equal to or lower than the limit value for Cu of the Water Quality Standard for Fisheries and the Class Ⅱ level of Environmental Quality Standards for Surface Water for Cu, and the safety concentration of Cd is higher than the limit value for Cd of the above relative standards. This study suggests that Cu contamination in the Pearl River may affect the residential fish population.

Cu; Cd; Megalobrama terminalis; Spualiobarbus curriculus; Xenocypris sp; LC50; safety concentration

广东省海洋渔业科技推广专项A201101I02

曾艳艺(1983-)，女，博士，助理研究员，研究方向：水生生物毒理与污染生态; E-mail: yanyizeng84@163.com

*通讯作者(Corresponding author)：E-mail: znlai01@163.com

10.7524/AJE.1673-5897.20130111002

2013-01-11录用日期：2013-03-11

1673-5897(2014)1-049-07

： X171.5

： A

赖子尼(1964—)，女，博士，研究员，从事渔业生态环境保护研究。

曾艳艺，赖子尼，杨婉玲, 等. 铜和镉对珠江天然仔鱼和幼鱼的毒性效应及其潜在生态风险[J]. 生态毒理学报, 2014, 9(1): 49-55

Zeng Y Y, Lai Z N, Yang W L, et al. Toxicities and potential ecological effects of copper and cadmium to natural fish larvae and juveniles from the Pearl River [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2014, 9(1): 49-55 (in Chinese)