4种重金属离子对偏顶蛤的急性毒性效应

宁军号，白伟，宋坚，张晓森，常亚青

（大连海洋大学农业部北方海水增养殖重点实验室，辽宁大连116023）



4种重金属离子对偏顶蛤的急性毒性效应

宁军号，白伟，宋坚，张晓森，常亚青

（大连海洋大学农业部北方海水增养殖重点实验室，辽宁大连116023）

摘要：为探究偏顶蛤Modiolus modiolus对几种重金属离子的耐受能力，在水温为21～23℃、盐度为32.1、pH为8.2的试验条件下，采用静水试验法研究了Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+对湿质量为 （73.28±6.11）g的成体偏顶蛤的急性毒性作用。结果表明：偏顶蛤死亡率随重金属离子浓度的升高而增大，表现出明显的剂量—效应关系；4种重金属离子对试验蛤48、72、96 h的半数致死质量浓度 （LC50）分别为Pb2+372.392、223.357、129.122 mg/L，Zn2+292.415、113.501、62.230 mg/L，Cu2+3.373、1.189、0.506 mg/L，Cd2+106.170、47.973、24.949 mg/L；Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+对偏顶蛤的安全浓度分别为 1.291、0.622、0.005、0.250 mg/L。研究表明，单一金属对偏顶蛤的毒性大小依次为Cu2+＞Cd2+＞Zn2+＞Pb2+，其中Cu2+对偏顶蛤属于高毒性，而偏顶蛤对Pb2+、Cd2+均具有极强的耐受性。

关键词：偏顶蛤；重金属离子；半致死浓度；安全浓度

偏顶蛤Modiolus modiolus隶属于软体动物门Mollusca、瓣鳃纲 Lamellibranchia、异柱目 Anisomyaria、贻贝科Mytilidea，俗称毛海红，该蛤自潮间带以下至水深50 m等海域均有分布，在中国主要分布于黄、渤海海域［1-2］。偏顶蛤在大连地区较为常见，因其个体大、肉味鲜美、营养价值高、脂防低［3-4］，深受消费者喜爱，是一种具有较大开发前景的海产经济贝类［5］。

随着中国经济的快速发展，大量含重金属的污染物排入河流、湖泊和近岸海域，严重威胁海洋生物健康和近岸海域生态系统的安全［6-7］。近年来，尽管中国加强了对陆源重金属等污染物排放的监管和控制，并取得明显成效，但近岸海域镉、汞等重金属离子超标排放问题仍然存在［7］。重金属对水产动物的危害主要表现为极强富集和浓缩作用，不仅影响其正常生长、繁衍，严重时还导致其死亡［8］。偏顶蛤天然储量日益枯竭的原因之一便是海域重金属污染。重金属亦可通过食物链传递，引发人类食物中毒等健康问题［9］。

目前，国内外关于重金属对鱼类［7-8］、贝类［6，10-14］、刺参［9］等海洋生物的毒性研究较多，而有关重金属对偏顶蛤的急性毒性研究尚未见报道。偏顶蛤营底栖群居生活，重金属对其富集和浓缩效应更剧烈。为此，本研究中进行了 Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+对偏顶蛤的急性毒性试验，旨在探究偏顶蛤对上述4种重金属离子胁迫的敏感性，以期为其养殖环境的监控、保护研究提供依据。

1　材料与方法

1.1材料

试验用偏顶蛤采自大连海域，壳长为（78.42±5.13）mm，湿质量为 （73.28±6.11）g，将试验蛤运回实验室暂养一周后开始试验。

试验用试剂均为分析纯，CdCl2·2.5H2O（分子量为228.35）由天津市光复科技发展有限公司生产，Pb（NO3）2（分子量为331.21）由天津市大茂化学试剂厂生产，ZnSO4·7H2O（分子量为287.56）、CuSO4·5H2O（分子量为249.61）由天津市博迪化工股份有限公司生产。上述4种分析纯均用双蒸水将其配制成母液装于棕色磨口瓶中，避光冷藏备用。试验时，将母液用过滤海水按所设系列浓度稀释，现配现用。

1.2方法

偏顶蛤暂养期间持续充气，早晚各换水1次，换水后投喂，饵料为湛江等鞭金藻Isochrysis zhanjiangensis，辅以市售螺旋藻粉。试验前24 h停止饲喂，试验蛤挑选健康活泼、壳形完整的个体。海水经三级沙滤，水温为21～23℃，盐度为32.1，pH 为8.2。采用静水试验法，首先进行预试验，按照等比数列和等对数间距方法设置质量浓度，以初步确定4种重金属离子对偏顶蛤的致死浓度范围。Pb2+浓度设为100.00、126.00、158.50、199.50、251.00、315.23 mg/L；Cu2+浓度设为0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2 mg/L；Zn2+浓度设为25.12、39.81、63.10、100.00、158.50、251.20mg/L；Cd2+浓度设为10.00、15.85、25.12、39.81、63.10、100.00、158.50 mg/L。每个浓度组设3个平行，每个平行放14只成体偏顶蛤，同时设置空白对照。试验蛤放入50 L蓝色聚乙烯水槽中，每个水槽注入上述配好的系列试验液40 L。

试验期间不投饵、不充气，以保证重金属离子浓度相对稳定。试验开始后，连续8 h观察并记录偏顶蛤的生活情况，之后每隔1 d观察并记录偏顶蛤的活动状态和死亡个体，试验共进行96 h。当试验蛤贝壳大开，且用玻璃棒刺激软体部无反应，放入正常海水中5 h贝壳不能闭合时，判定为死亡，及时清除死亡个体并计算存活率。

1.3数据处理

试验数据用Excel 2010软件进行处理，重金属对偏顶蛤的半致死浓度 （LC50）和95%置信区间利用SPSS 17.0软件的Probit模块分析处理。安全浓度 （SC）计算公式［14］为

其中AF为应用系数，本试验中4种重金属均属积累性强且难分解的金属污染物，故AF取值0.01。将死亡率换算成相应的概率单位，计算4种重金属离子浓度的常用对数。利用SPSS 17.0软件对急性毒性的概率单位-浓度对数进行线性回归分析。

2　结果与分析

2.1Pb2+对偏顶蛤的急性毒性

在 Pb2+浓度为 100.00、126.00、158.00、199.50、251.00、315.23 mg/L时，分别进行Pb2+对偏顶蛤的急性毒性试验。从图1可见：在水温为21～23℃、盐度为32.1、pH为8.2的试验条件下，偏顶蛤对Pb2+的耐受性较强，各浓度组试验蛤在48 h内的死亡率均较低，不足40%；72 h后偏顶蛤死亡率随Pb2+质量浓度的升高基本呈直线增加趋势。Pb2+对偏顶蛤48、72、96 h的半致死浓度分别为372.392、223.357、129.122 mg/L，96 h安全浓度为1.291 mg/L（表1）。

图1　Pb2+浓度对偏顶蛤急性中毒死亡率的影响Fig.1 Effect of Pb2+concentration on mortality of clam Modiolus modiolus at acute toxicity

表1　Pb2+对偏顶蛤不同暴露时间的半致死浓度Tab.1 Median lethal concentration of Pb2+to clam Modiolus modiolus at different exposure time

2.2Zn2+对偏顶蛤的急性毒性

在Zn2+浓度为25.12、39.81、63.10、100.00、158.50、251.20 mg/L时，分别进行Zn2+对偏顶蛤的急性毒性试验。从图2可见，24 h内，偏顶蛤仅在Zn2+最高浓度组出现个别死亡，其余各组均未出现死亡个体；48 h时偏顶蛤死亡率仍较低，均不足30%。Zn2+对偏顶蛤48、72、96 h的半致死浓度分别为292.415、113.501、62.230 mg/L，96 h安全浓度为0.622 mg/L（表2）。

图2　Zn2+浓度对偏顶蛤急性中毒死亡率的影响Fig.2 Effect of Zn2+concentration on mortality of clam Modiolus modiolus at acute toxicity

2.3Cu2+对偏顶蛤的急性毒性

在 Cu2+浓度为 0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2 mg/L时，分别进行Cu2+对偏顶蛤的急性毒性试验。从图3可见，偏顶蛤对Cu2+较为敏感，24 h内偏顶蛤仅在Cu2+最高浓度组出现死亡个体，死亡率低于20%；48 h时除最高浓度组外，偏顶蛤死亡率均较低，不足15%。Cu2+对偏顶蛤48、72、96 h的半致死浓度分别为3.357、1.148、0.522 mg/L，96 h安全浓度为0.005 mg/L（表3）。

图3　Cu2+浓度对偏顶蛤急性中毒死亡率的影响Fig.3 　Effect of Cu2+concentration on mortality of clam Modiolus modiolus at acute toxicity

表2　Zn2+对偏顶蛤不同暴露时间的半致死浓度Tab.2 Median lethal concentration of Zn2+to clam Modiolus modiolus at different exposure time

表3　Cu2+对偏顶蛤不同暴露时间的半致死浓度Tab.3 Median lethal concentration of Cu2+to clam Modiolus modiolus at different exposure time

2.4Cd2+对偏顶蛤的急性毒性

在Cd2+浓度为10.00、15.85、25.12、39.81、63.10、100.00、158.50 mg/L时，分别进行 Cd2+对偏顶蛤的急性毒性试验。从图4可见，24 h内，偏顶蛤死亡率均低于30%；48 h时Cd2+最高浓度组死亡率高达76.7%。Cd2+对偏顶蛤48、72、96 h的半致死浓度分别为 106.170、47.973、24.949 mg/L，96 h安全浓度为0.250 mg/L（表4）。

3　讨论

图4　Cd2+浓度对偏顶蛤急性中毒死亡率的影响Fig.4 Effect of Cd2+on mortality of clam Modiolus modiolus at acute toxicity

3.1偏顶蛤中毒症状表现

4种重金属离子对成体偏顶蛤均具有较强的毒害作用，中毒症状出现的时间不同，但症状基本相似。12 h内，高浓度组绝大多数试验蛤双壳紧闭，少数个体贝壳微张，不伸足；低浓度组开壳个体较多，刺激可迅速闭壳，足可伸出活动，但不见分泌足丝固着，与对照组活动状况基本一致；24～48 h内，对照组试验蛤均能分泌足丝重新固着生活，足伸出，活动状态良好；重金属离子胁迫组多数试验蛤闭壳，少数开壳个体刺激后可缓慢闭合；随着攻毒时间的延长，偏顶蛤贝壳逐渐张开，刺激不能闭合，足无力伸长，出现产卵排精现象，精卵排放后沉于池底不扩散，内脏团、外套膜、鳃开始腐烂变臭，激烈刺激后无任何收缩反应，已无生命迹象。

表4　Cd2+对偏顶蛤不同暴露时间的半致死浓度Tab.4 Median lethal concentration of Cd2+to clam Modiolus modiolus at different exposure time

3.24种重金属离子对偏顶蛤的急性毒性效应

本试验中研究了偏顶蛤对 Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+4种重金属的耐受力，获得4种重金属离子96 h的半致死质量浓度。Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+对偏顶蛤96 h LC50值分别为129.122、62.230、0.522、24.949 mg/L。试验结果表明，4种重金属离子对偏顶蛤毒力大小依次为Cu2+＞Cd2+＞Zn2+＞Pb2+。孙振兴等［9］研究认为，重金属离子对刺参幼参毒性大小依次为Cu2+＞Cd2+＞Zn2+＞Cr6+，与本研究结果一致。林国清［11］研究认为，重金属离子对泥东风螺Babylonia lutusa幼螺急性毒性大小依次为Cu2+＞Zn2+＞Cd2+＞Pb2+，与本研究结果有所不同，推测与研究对象的种属、规格、生活习性等差异有关。

3.34种重金属离子对偏顶蛤的致毒机理

铅是生物蓄积性有毒物质，对食物链顶层的人类健康危害尤为严重。Pb2+可与多种蛋白质、酶和氨基酸内的巯基结合，从而干扰机体正常生理、生化功能［15］；Pb2+对肝、肾、性腺和血管等器官均有损害，并可引起红细胞溶血，尤其对骨髓造血系统和神经系统损害最为严重［16］。

锌是生物体所必需微量元素之一，能参与某些激素和含锌指结构酶的合成，以及生物体多种新陈代谢过程［17］。硫酸锌作为常见的重金属杀虫药，其作用机理是Zn2+与虫体细胞蛋白质结合生成蛋白盐，使蛋白质沉淀失活；同时，Zn2+可通过结合巯基蛋白使细胞酶失活［18］，从而实现杀虫效果。

铜是生物富集性很强的污染物，对生物体的毒性与其浓度、蓄积时间呈正相关［19］。Cu2+的致毒机理是其与生物蛋白质巯基结合使其变性，从而抑制相关酶的活性，阻断生物正常的新陈代谢；破坏体内抗氧化酶活力，造成生物体内脂质过氧化，损伤细胞甚至死亡［19-20］。

镉对人和动物有较大危害，Cd2+可与含巯基、氨基、羧基蛋白质分子结合，导致多种酶活性受到抑制，使细胞代谢失常，生理功能紊乱［13］。另外，Cd2+可通过离子通道进入细胞，其中一部分可直达细胞核，引起遗传物质结构和功能改变［21］。

3.44种重金属离子安全浓度评价

本研究中，Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cd2+对偏顶蛤的安全浓度分别为1.291、0.622、0.005、0.250 mg/L。张宜奎等［13］进行了重金属Cd2+、Cu2+对成体文蛤Meretrix meretrix急性毒性试验，得出Cd2+、Cu2+对文蛤的安全浓度分别为 0.130、0.0012 mg/L，表明文蛤对这两种重金属离子的耐受能力均低于偏顶蛤。Cd2+和Pb2+对成体菲律宾蛤仔Ruditapes philippinarum的安全浓度分别为 0.677、1.844 mg/L［22］，均高于偏顶蛤，表明菲律宾蛤仔对这两种重金属离子具有较高的耐受性。渔业水质标准规定［23］：ρ（Pb2+）≤0.050 mg/L，ρ（Zn2+）≤0.100 mg/L，ρ（Cu2+）≤0.010 mg/L，ρ（Cd2+）≤0.005 mg/L。本研究中，除Cu2+外，其他3种重金属离子的安全浓度均高于渔业水质标准，尤其是Pb2+、Cd2+，分别高出26倍和50倍。本研究结果表明：Cu2+对偏顶蛤属于高毒性离子，因此，硫酸铜不宜用于偏顶蛤养殖生产过程中的病害防治；Pb2+、Zn2+、Cd2+对偏顶蛤均属于低毒性离子，偏顶蛤对Pb2+、Cd2+具有极强的耐受性，因此，对野生偏顶蛤活鲜和干制品应注重铅和镉含量的监测。

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中图分类号：S966.9

文献标志码：A

DOI：10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.03.011

文章编号：2095-1388（2016）03-0290-05

收稿日期：2016-01-06

基金项目：国家海洋公益性行业科研专项 （201205031-03）；辽宁省科技攻关重大项目 （2015203003）

作者简介：宁军号 （1988—），男，硕士。E-mail：ningjunhaook@126.com

通信作者：常亚青 （1967—），男，博士，教授，博士生导师。E-mail：yqchang@dlou.edu.cn

Acute toxicity of four kinds of heavy metal ions to clam Modiolus modiolus

NING Jun-hao，BAI Wei，SONG Jian，ZHANG Xiao-sen，CHANG Ya-qing
（Key Laboratory of Mariculture&Stock Enhancement in North China’s Sea，Ministry of Agriculture，Dalian Ocean University，Dalian 116023，China）

Abstract：The acute toxicity of Cu2+，Pb2+，Zn2+and Cd2+to clam Modiolus modiolus was studied using static test method at water temperature 21-23℃，salinity 32.1 and pH 8.2 in order to explore tolerance of the clam to several kinds of heavy metal ions.The results showed that the mortality of the clam was found to be increased with the increase in metal concentration，with obvious dose-dependent effect.The medium lethal concentration（LC50）values of Pb2+treatment was 372.392 mg/L for 48 h，223.357 mg/L for 72 h and 129.122 mg/L for 96 h with safe concentration of 1.291 mg/L，whereas LC50of Zn2+was 292.415 mg/L for 48 h，113.501 mg/L for 72 h and 62.230 mg/L for 96 h with safe concentration of 0.622 mg/L.The LC50of Cu2+was 3.373 mg/L for 48 h，1.189 mg/L for 72 h and 0.506 mg/L，for 96 h safe concentration of 0.005 mg/L.The LC50of Cd2+was 106.170 mg/L for 48 h，47.973 mg/L for 72 h and 24.949 mg/L for 96 h with safe concentration of 0.250 mg/L.In conclusion，the acute toxicity of four kinds of heavy mental ions to the clam was in the order of Cu2+＞Cd2+＞Zn2+＞Pb2+.Cu2+was high toxicant to the clam，and the clam had strong tolerance to Pb2+and Cd2+.

Key words：Modiolus modiolus；heavy metal ion；median lethal concentration；safe concentration