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重金属Hg2+对毛蚶的急性毒性及肝脏组织结构的影响

2016-09-23张艳红郭旭东崔健斌刘丽东

河北渔业 2016年8期
关键词:急性毒性重金属肝脏

张艳红+郭旭东+崔健斌+刘丽东

摘 要:在水溫(12±0.5)℃、盐度27‰的环境下,研究了重金属Hg2+对毛蚶的急性毒性效应和肝脏组织结构的影响。结果表明,Hg2+对毛蚶24、48、96 h LC50分别为9.23、5.43和2.07 mg/L;安全浓度分别为0.09、0.05和 0.02 mg/L。通过对Hg2+暴露在不同浓度96 h的毛蚶肝脏组织切片观察发现,Hg2+对毛蚶的肝脏组织结构有明显影响,肝脏的损伤程度随着Hg2+浓度的增加而加深,2.91 mg/L为毛蚶肝脏解毒的阈值。

关键词:重金属;毛蚶;急性毒性;肝脏

毛蚶(Scapharca subcrenata)属软体动物门,双壳纲,列齿目,蚶科,是我国沿海地区一种重要的经济贝类,通常生活在含泥沙较多的潮间带,在我国南北沿海均有分布,因其肉质鲜美,营养价值高,深受国内外消费者的欢迎。近几年,我国沿海地区的经济发展速度较快,随之而来的是大量工业废水和生活污水排入海洋,给海洋生态环境带来极大的负担,在诸多污染物中,重金属对海洋环境的影响尤为显著[1]。重金属随沿岸径流排入海中后,容易在沿海的底泥中沉积,而毛蚶为生活在泥沙中的底栖生物,又具有移动性差的特点,因而最易受到重金属的影响;重金属污染物可以在海洋生物体内或其某一组织中积累,通过生物富集和放大,直接或间接威胁人类的健康[2]。在利用生物间的共生互补原理、运用生态学原理创建环境友好型养殖模式中,底栖贝类是一个重要的混养组合,通过贝类消耗掉其它养殖动物所排出的N,可以优化养殖环境,同时增加养殖效益,例如海蜇、牙鲆和毛蚶的池塘立体生态混养。国内外已进行过许多有关重金属对鱼类及底栖贝类的急性毒性研究,但有关重金属Hg2+对毛蚶的急性毒性效应和肝脏组织结构的影响尚未见报道。笔者研究了Hg2+对毛蚶成贝的急性毒性效应,得出了24、48和96 h半致死浓度和安全质量浓度;同时研究了暴露Hg2+不同浓度96 h的情况下,对毛蚶肝脏组织结构的影响。本实验可为毛蚶安全养殖和重金属生态毒理学研究提供基础性数据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验对象为成体毛蚶,产地河北省黄骅市。毛蚶进入实验室后,暂养5 d,期间定期投喂单细胞藻类,连续充气,每日换水一次,换水量100%,暂养水温在(12±0.5)℃。暂养期间贝类日死亡率低于5%后进行实验,实验前1 d停止投饵,选择健康、反应灵敏、个体均匀的毛蚶随机分组进行实验,实验贝类壳长2.96~3.77 cm,壳高2.39~2.82 cm,湿体质量8.62~14.27 g。

HgCl2为贵州省铜仁化工研究所生产,含量99.5%,用双蒸水分别配制成含有Hg2+质量浓度为10 g/L母液,实验时根据不同浓度进行稀释。试验用水为人工配制海水,使用海水晶(天津市塘沽区海生海水晶厂出品)+双蒸水配制而来,盐度27‰,pH值8.30。

1.2 实验方法

1.2.1 急性毒性预实验 使用15 L水槽,加入4 L配制海水和适量药物母液,混匀后,放入10只毛蚶,保持实验水温在(12±0.5)℃,自然光照,实验期间不换水,不充气,不投饵。每个预实验浓度做一组平行试验,同时设一个对照组,取实验数据平均值。24 h、48 h和96 h后观察死亡情况,以多次刺激无反应、双壳张开、外套膜萎缩为判断其死亡的标准进行计数。通过预实验查明重金属离子不引起死亡的最大浓度(ILL)和最小100%致死浓度(LC100)。

1.2.2 急性毒性实验 经预实验,Hg2+对毛蚶不引起死亡的ILL为0.53 mg/L,LC100为15.93 mg/L。在此Hg2+实验浓度范围内,按照等比级数设定9个浓度组,每组设3个平行,1个对照,每个水槽内随机放入10只毛蚶,实验条件与预实验条件保持一致,24 h、48 h和96 h后观察死亡情况并及时清除死亡个体。实验重复一次,最终数据取平均值。

改进寇氏法计算LC50及95%可信限。安全浓度为LC50×AF,其中AF为应用系数,对于稳定且又易于在生物体内积累的污染物,其系数多选在0.01~0.05范围内。本实验中重金属离子属于难分解、积累性强的物质,AF值取0.01。

1.2.3 肝脏组织切片的制备与观察 取暴露不同浓度Hg2+ 96 h的活体毛蚶,解剖,取肝脏组织,用Bouin氏液固定、经自来水冲洗、梯度酒精脱水、透明、透蜡和石蜡包埋等步骤;后进行切片,切片厚度5 μm;采用苏木精-伊红染色法( H. E)染色,BK5000显微镜观察并拍照。

2 结果与分析

2.1 结果

2.1.1 中毒症状 不同实验浓度下毛蚶的中毒反应有所不同。实验开始24 h内,低浓度组的毛蚶大部分都伸出了斧足和水管,而高浓度组中的毛蚶双壳紧闭,其中高于10.42 mg/L浓度组的部分个体黏液分泌明显,最高浓度组的个体在24 h全部死亡;24~48 h内,0.81 mg/L浓度组中的毛蚶有少数伸出斧足,0.53 mg/L浓度组的个体则几乎全部伸出斧足,高浓度组则双壳紧闭,刺激无反应,水中漂浮大量粘丝,拿起毛蚶,可见大量粘液挂在壳面上;48~96 h内,受试毛蚶的中毒现象越来越严重,出现外套膜脱落现象,高浓度组的死亡率接近100%,但0.53 mg/L浓度组的个体则仍有部分个体伸出斧足,但相比对照组中的毛蚶所伸出的斧足相对要小。总体上,Hg2+浓度越高,毛蚶所排黏液就越多。中毒死亡的个体少部分双壳张开,大部分双壳紧闭,但几乎均是外套膜、水管脱落。

2.1.2 急性毒性实验结果 Hg2+对毛蚶的急性毒性实验具体结果见表1,Hg2+对毛蚶的半致死浓度、安全浓度及95%可信限见表2。

2.1.3 Hg2+对毛蚶肝脏组织结构的影响 当Hg2+0.53 mg/L暴露96 h时,肝脏组织只有轻微损伤,表现为胃粘膜层的柱状细胞有增生现象但不明显,肝小管有空泡化现象;Hg2+0.81 mg/L暴露96 h,毛蚶的胃粘膜层的柱状细胞有轻微增生现象,肝小管有空泡化现象;Hg2+1.24 mg/L暴露96 h,毛蚶的胃粘膜层的柱状细胞有轻微增生现象,肝小管上皮细胞肿胀、细胞界限模糊,有空泡化现象;Hg2+1.90 mg/L暴露96 h,毛蚶的胃粘膜层的柱状细胞有轻微增生现象,肝小管上皮细胞肿胀,同时部分肝小管有坏死现象;Hg2+2.91 mg/L暴露96 h,毛蚶的肝小管上皮细胞略微肿胀,同时部分肝小管有广泛坏死现象;Hg2+4.45 mg/L暴露96 h,毛蚶的肝小管上皮细胞界限模糊,出现了广泛坏死现象,血细胞浸润;Hg2+6.81 mg/L暴露96 h,毛蚶的胃变化并不明显,肝小管上皮细胞界限模糊,细胞明显萎缩,广泛坏死,出现了大面积空白区。

2.2 分析

2.2.1 重金属Hg2+对毛蚶的急性毒性效应及毒性机理 本实验在水温(12±0.5)℃、盐度27‰的环境下,研究了重金属Hg2+对毛蚶的急性毒性效应。结果表明,Hg2+对毛蚶24、48、96 h LC50分别为9.23、5.43和2.07 mg/L;安全浓度分别为0.09、0.05和 0.02 mg/L。阎波等[3]研究了Cd2+对毛蚶的急性毒性,96 h LC50为6.20 mg/L,他们所用毛蚶的个体略小于本次实验,另外报道中没有标明实验水温,但在室内实验,应该实验水温高于(12±0.5)℃;因此,这与重金属毒性的众多研究报道趋势(Hg2+>Cd2+)是一致的。王晓宇等[4]研究了Hg2+对四角蛤蜊的急性毒性,96 h LC50为0.207 mg/L,远低于本次实验值,但他们的实验水温为(15±2)℃,而本实验水温为(12±0.5)℃,而多数重金属的毒性与水温呈正相关;隋国斌等[5]研究了Hg2+对皱纹盘鲍的急性毒性,96 h LC50为0.123 mg/L,也远低于本次实验值,但其实验水温为(15±1)℃,另外,实验所用皱纹盘鲍的体质量只有本实验所用毛蚶的5%左右。

实验开始后,低浓度组的毛蚶除最初受到人为刺激紧闭双壳外,2 h后大部分个体都伸出了斧足和水管;而高浓度组中的毛蚶则始终双壳紧闭,说明其受到Hg2+刺激后以闭壳的方式进行避毒。目前,汞对水生生物的毒害机理还未真正研究清楚,汞的毒理研究较多地集中在對水生生物(主要是鱼类和贝类)的致死浓度和体内汞积累量等方面。但汞可诱导活性氧自由基的形成并改变细胞的抗氧化能力,对水生生物构成胁迫作用,使多种酶类及活性因子失去活性,从而破坏生物体的酶系统,阻断其各种生化反应和新陈代谢活动,导致生物体死亡。

2.2.2 Hg2+对毛蚶肝脏组织结构的影响 双壳贝类分布广、迁移性差、能高度富集水中污染物,因而是生物监测和毒理学最常被研究的群体之一。肝脏是毛蚶的主要解毒和代谢功能器官,是重金属Hg2+进入其体内的主要富集部位,当Hg2+进入体内后会诱导活性氧自由基的形成并改变细胞的抗氧化能力,一旦超过肝脏的解毒能力,就会对肝脏的组织结构产生不同程度的影响,其组织病理学评价可用于鉴定Hg2+的污染程度。

本研究发现,Hg2+对毛蚶肝脏组织结构的影响有明显的浓度依赖性,Hg2+浓度越高,对肝脏的损伤就越明显。当暴露Hg2+0.53 mg/L时,肝脏组织只有轻微损伤,表现为胃粘膜层的柱状细胞有增生现象,但不明显;肝小管有空泡化现象;但暴露Hg2+2.91 mg/L时,肝脏组织损伤明显,表现为肝小管上皮细胞肿胀,同时部分肝小管有广泛坏死;而暴露Hg2+4.45 mg/L时,肝小管上皮细胞界限模糊,出现了广泛坏死和血细胞浸润现象;暴露Hg2+6.81 mg/L时,肝脏组织大范围坏死后已经完全失去消化腺的结构,只有部分肝小管留有轮廓,此时毛蚶的肝脏已完全失去其生理功能。高于6.81 mg/L浓度组的毛蚶在96 h前已全部死亡,因此没有取样切片。从实验结果可以看出,Hg2+2.91 mg/L浓度暴露96 h时达到了毛蚶肝脏解毒的阈值,高于此浓度会导致肝脏逐渐失去其代谢、解毒生理功能。

参考文献:

[1]陈静生,邓宝山,陶澎,等.环境地球化学[M].北京:海洋出版社,1990:196-235

[2] 柳学周,徐永江,兰功刚.几种重金属离子对半滑舌鳎胚胎发育和仔稚鱼的毒性效应[J].海洋水产研究,2006,27(2):33-42

[3] 阎波,李英,高楠,等. Cd2+对毛蚶的毒性效应及对其SOD活性和TAOC的影响[J].天津科技大学学报,2015,30(5):48-52

[4] 王晓宇,王清,杨红生.镉和汞两种重金属离子对四角蛤蜊的急性毒性[J].海洋科学,2009,33(12):24-29

[5] 隋国斌,杨凤,孙丕海,等. 铅、镉、汞对皱纹盘鲍幼鲍的急性毒性试验[J].大连水产学院学报,1999,14(1):22-26

(收稿日期:2016-04-21)

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