铜对细鳞鲑幼鱼鳃和肝组织的急性毒性

王海涛，徐革锋，汤施展

（中国水产科学研究院黑龙江水产研究所，黑龙江哈尔滨150070）

铜对细鳞鲑幼鱼鳃和肝组织的急性毒性

王海涛，徐革锋，汤施展

（中国水产科学研究院黑龙江水产研究所，黑龙江哈尔滨150070）

在水温（16±0.5）℃下，采用静水实验法研究不同浓度的铜离子对体质量（35.8±9.6）g的细鳞鲑Brachymystaxlenok幼鱼鳃和肝脏的急性毒性，铜离子浓度为24h半致死浓度（LC50）的1/4倍、1/2倍，及1倍。结果表明：铜胁迫初期细鳞鲑幼鱼的鳃充血而颜色而变暗，后期鳃血管和细胞病变，颜色变浅。鳃丝先弯曲，然后溃烂，最后脱落；肝脏出血、肿大，切片显示肝脏细胞空泡化，后期可以看到坏死的细胞核。铜离子对细鳞鲑幼鱼的鳃和肝脏组织有明显的破坏作用，是铜急性中毒致死的原因之一。

细鳞鲑；铜；急性毒性

铜是河流常见的重金属污染物之一，铜通过呼吸和摄食等活动进入鱼类等水生生物体内，破坏鱼体的部分组织和器官[1-3]，导致鱼类死亡，甚至威胁到人类的安全。铜对水生动物的毒性效应受温度等理化因素的影响，铜对水生生物的毒性作用研究也较多，但大部分集中在常温下（20℃左右），对低温（16℃左右）下的毒理效应研究较少。低温下水生生物的消化、呼吸、代谢等活动较慢，会直接影响到铜对水生生物的毒性。我国北方地区的河流在冬季水温较低，部分河流还要经历冰封期，而这个阶段也是渔业污染事故的多发期。所以，考察低温下毒物对鱼类等水生生物的毒理效应非常重要。细鳞鲑Brachymystax lenok是我国秦岭周边及黑龙江、乌苏里江等河流中生活的著名的冷水性鱼类。本文考察通过研究16℃下铜离子（硫酸铜）对细鳞鲑幼鱼鳃、肝等组织器官的损害，为研究水环境中污染物的低温毒理学提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

实验鱼体长（16.2±3.2）cm，体质量（35.8±9.6）g，中国水产科学研究院黑龙江水产研究所繁殖、驯养，实验前鱼类摄食、呼吸、游动正常。实验用水为蒸馏水，铜离子为分析纯硫酸铜溶于去离子水，按照实验所需浓度稀释，加入水族箱。

1.2 方法

实验鱼养殖在农业部水产品质检中心（哈尔滨）的精确控温养殖系统中，水族箱为长方形（50cm×50cm×50cm），水深40cm。水温控制在（16±0.5）℃，保持连续充空气，实测溶解氧浓度为（8.0±0.5）mg·L-1，pH（7.3±0.2）。预实验得到的24h半致死浓度LC50为0.88mg·L-1，铜对细鳞鲑幼鱼鳃和肝组织损伤的实验设置4个浓度梯度，分别为高浓度组（H组，铜离子浓度为0.88mg·L-1）、中浓度组（M组，铜离子浓度为0.44 mg·L-1）和低浓度组（L组，铜离子浓度为0.22mg·L-1），同时设置空白组（N组，铜离子浓度为0.00 mg·L-1）。

每次取10～15条鱼的鳃和肝脏组织样品，固定在Bouin’s液中，7d内横向和纵向切片，切片厚度5μm，经H.E.染色，中性树脂封片，观察和拍照后，用Motic3.2图形软件处理获得的图像信息。组织切片照相系统为Carl Zeiss Microlmaging GmbH 3708数码显微成像系统。

2 结果与分析

2.1 铜胁迫下细鳞鲑幼鱼的应激反应和表观变化

实验初期，实验鱼表现出惊悸、呼吸急促的状况，并且口吻张开度逐渐增大，两侧鳃盖鼓动幅度和频率加快（图1）；中期部分幼鱼身体逐渐失去平衡，游动时撞击水族箱壁，静止时侧面朝上，一段时间之后，腹部向上漂浮在水中，偶尔游动一下；末期沉入水底，全身轻微颤抖，偶尔呼吸，直到死亡。铜胁迫下，实验鱼鳃部发生明显的病变。实验初期鳃的颜色变暗，后期中毒接近死亡，鳃逐渐失去呼吸及气体交换等功能，颜色变浅（图1）。水体中铜的浓度越大，鱼类受到的毒性越大，鳃的颜色越浅。

图1 铜胁迫下幼鱼的应激反应Fig.1The response of the juveniles exposed to copper stress

2.2 铜胁迫下细鳞鲑幼鱼鳃的变化

实验初期，实验鱼的鳃丝颜色变暗，鳃丝上附着蓝色丝状物质；后期鳃丝颜色变白、鳃组织溃烂。低浓度组（L组）鳃丝整体变弯曲，到中浓度组（M），鳃丝开始部分脱落，高浓度组（H组）鳃丝溃烂，组织开始坏死（图2）。

图2 铜胁迫下幼鱼鳃丝的整体变化Fig.2The overall histological changes in gill filaments of the juveniles exposed to copper stress

组织学观察表明（图3）：低浓度组（L组）实验鱼鳃丝根部部分组织开始出现病变，组织表面不平滑，出现坏死细胞；中浓度组（M组）鱼鳃丝根部断裂、脱落；高浓度（H组）组实验鱼鳃丝根部组织完全破坏。

图3 铜胁迫下幼鱼鳃丝根部的变化Fig.3Changes in bases of gill filaments of the juveniles exposed to copper stress

细鳞鲑幼鱼在铜胁迫下鳃丝末端肿胀，呈囊状，上皮细胞增生，中浓度组实验鱼鳃丝上皮细胞开始坏死，高浓度组鳃丝上皮细胞开始脱落，鳃丝末端溃烂（图4）。

2.3 铜胁迫下细鳞鲑幼鱼肝的变化

低浓度组细鳞鲑幼鱼肝毛细血管扩张充血，肝脏肿大；中浓度组幼鱼的肝细胞颗粒变性，部分肝细胞空泡变性，有的肝细胞胞浆凝固，形成较多圆形或椭圆形小体；高浓度组实验鱼肝细胞产生空泡病变，严重者肝组织局部坏死、溶解，形成溶解性坏死病灶,甚至只能看到坏死的细胞核（图5）。

图4 幼鱼鳃丝末端组织切片Fig.4Changes in the gill filament of the juveniles exposed to copper stress

图5 细鳞鲑幼鱼肝脏组织切片Fig.5Sections in liver of juveniles exposed to copper stress

3 讨论

3.1 铜对细鳞鲑幼鱼鳃的影响

鳃是硬骨鱼类的呼吸器官和气体交换的主要场所，对氧在鱼体内的平衡和交换中起重要作用。大致认为铜对鱼类鳃的毒性，一是重金属阻塞鳃丝与水体的接触，从而抑制水生动物的呼吸；二是重金属诱发水生动物鳃部的的淋巴病变而破坏鳃的呼吸机能[16]。鳃的病变会影响鱼类呼吸和循环等生理功能，甚至威胁到鱼类的生存[4-6]。梁涛等[7]认为生活在铜污染水体中的鱼，鳃部富集的铜比其他组织高一个数量级。王利等[8]报导铜能直接损伤鳃，破坏鳃小片，使鳃小片上皮细胞病变，阻碍气体交换，导致鱼窒息死亡[8-10]。铜暴露下实验鱼的鳃瓣融合，鳃组织破坏，影响鱼类的呼吸活动[11-13]，说明鳃是鱼类铜中毒的重要靶器官之一。

3.2 铜对细鳞鲑幼鱼肝的影响

肝脏是生物体的重要器官，在循环系统中承担分解毒物的作用。有报导称毒物能破坏动物肝脏细胞，造成肝脏溶解性坏死，导致鱼类死亡[14,15]。切片结果显示，铜胁迫下细实验鱼肝脏肿大，高浓度组死亡幼鱼的肝脏有出血的现象，肝脏细胞大部分已经死亡，可见到死亡的细胞核。肝脏的变化也是导致鱼类铜急性中毒死亡的重要原因。

3.3 低温下铜对细鳞鲑幼鱼的毒理作用

低温下铜对细鳞鲑幼鱼鳃和肝有明显的破坏作用，鳃丝末端呈囊状肿大，鳃丝根部破坏至溃烂脱落，肝脏肿大、出血，干细胞空泡化、坏死，细胞核凋亡。王利等[8]的研究表明，水环境中的铜能损伤鱼类的鳃、肠、肝、肾、脑，特别是对鳃的损害与鲤Cyprinus carpio的死亡有很大的关系。朱友芳等[15]的研究成果显示，铜离子胁迫损害了中国花鲈Lateolabrax maculatus幼鱼肝脏的抗氧化系统、肝脏组织和鳃部组织,并具有一定的遗传毒性。这说明低温下铜对细鳞鲑幼鱼的毒理作用和常温下铜对鲤、中华鲟Acipenser sinensis、花鲈的毒理作用大致相同[8,9,15]。换算成相同体质量，低温下细鳞鲑幼鱼的24h的LC50是常温下鱼类的一倍左右，表现出对铜的较强的耐受力，所以研究中可以结合低温下鱼类代谢速度较慢或者呼吸速度较慢等因素探讨低温下鱼类对铜耐受力较强的原因。

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Acute Toxicity of Copper to Gill and Liver of Juvenile Brachymystax lenok

WANG Hai-tao,XU Ge-feng,TANG Shi-zhan
（Heilongjiang Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Harbin 150070,China）

The acute toxicity of copper ion to gill and liver of juvenile Brachymystax lenok was studied under low temperature（16± 0.5）℃.The concentrations of copper ion are 0.88 mg.L-1,0.44 mg·L-1,0.22 mg·L-1,0.00 mg·L-1.In the early stage of experiment,the overall color of gill became dark because of congestion,and change shallow in color in the later stage.Gill filements were changed from bending to fester,last fall.The liver was shown to change to bleeding,and swelling,and under the histological sections the hepotacytes were changed to bubble with the necrosis of the dead nuclei.The destruction of gill and liver by copper is one of the causes of acute poisoning death of the juvenile.

Brachymystax lenok;copper acute;toxicity

X522

A

1005-3832（2017）02-0022-04

2016-10-26

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（HSY201413）.

王海涛(1982-)，硕士，助理研究员,从事生态学和环境毒理学研究.E-mail:wanghaitao@hrfri.ac.cn