镉在河蟹产品和产地环境中的含量监测及镉对河蟹毒性作用分析

蔺翠翠，关丽，郑怀东，刘学光，闻福安

（1.辽宁省水产品质量安全检验检测局，辽宁　沈阳　110031；2.沈阳市动物卫生监督所，辽宁　沈阳　110000）

随着工业化程度的加深，农业养殖环境污染问题已日益严重，养殖环境直接影响河蟹产品的食品安全性，因此，一个健康优良的养殖环境不仅是提高产值的条件，也是对河蟹产品质量要求的前提。镉是一种半衰期可达30年的重金属元素，在生物体内有累积和放大的作用。国际癌症研究机构（IARC）将其归为人类和试验动物中肺癌和前列腺癌的确认致癌物[1]。日本20世纪20年代发生的“痛痛病”正是由于镉的累积造成骨质疏松、软化等现象。大多数镉化物可溶于水，水体中的镉可以通过呼吸、消化、体表渗透等途径被吸收到水生生物体中，在体内富集后，只有极少量被排出体外，吸收入水生生物体内的镉对鳃、肝胰腺、卵泡等均具有毒害作用。因此，该文以A市为对象，研究了稻田养殖模式下河蟹产品和养殖环境中镉的存留情况，并进一步分析了镉对河蟹产品的毒性作用，以期对河蟹养殖业的健康、持续发展提供科学建议。

1　风险因子筛查

1.1　监测数量及方法

2013—2016年4年间共监测河蟹样品、水质、底质各346份，各年监测的河蟹样品分别为2013年52个、2014年 98个、2015年 98个、2016年 100个，监测的水质和底质数量与河蟹一致，并且水质和底质均采样于相应的河蟹样品养殖地点。河蟹、水质、底质样品采集严格按照标准GB 12997-91、GB 12998-91、SC/T 3016-2004[2-4]执行。三类样品中镉的检测方法见表1。

1.2　判定依据

依据农业行业标准NY 5073-2006《无公害食品 水产品中有毒有害物质限量》、NY 5361-2010《无公害食品淡水养殖产地环境条件》[5-6]中规定的方法和限量，对A市的河蟹产品、水质、底质中镉元素进行检测和结果判断。

表1　监测各类样品中镉含量依据的检测标准

表2　2013—2016年各类样品监测数量及判定依据

1.3　结果与讨论

1.3.1监测结果表3监测结果显示，4年间全部河蟹及其产地环境样品均检出重金属镉，但整体超标率不高，仅出现个别样品超出限量标准。其中河蟹样品镉含量范围在0.003~0.72 mg/kg之间，大部分河蟹样品镉含量均在0.2 mg/kg以下，镉含量最高值由2013年的0.72 mg/kg降低到2016年的0.55 mg/kg，接近限量值0.5 mg/kg，超标率基本在0~2%之间，4年间河蟹中镉含量大体呈现出下降趋势。水质样品镉含量在0.001~0.0075 mg/L之间，镉含量最高值由2013年的0.006 mg/L降低到2016年的0.0031 mg/L，超标率由4%降低至0%。底质样品中镉含量在0.001~0.047 mg/kg之间，全部底质样品均远低于限量0.5 mg/kg，超标率保持0%，镉含量范围变化不大，仅呈现小幅升高趋势。

表3　2013—2016年监测结果

1.3.2讨论4年间对346份河蟹及其产地环境的监测结果显示，三类样品的全部样品均有镉检出，检出率达100%，大部分河蟹样品镉含量均在0.2 mg/kg以下，有3年存在个别河蟹产品镉超标情况，但超标量不高，均在限量的2倍以内，4年间河蟹中镉含量大体呈现出下降趋势。水质样品除2013年和2014年有个别水质样品镉超标，其余大部分样品均在限量以内，综合分析4年间水质样品中镉含量情况，水质中镉含量呈逐渐下降趋势，2015年、2016年未发现水质镉超标情况，这与环渤海地区对工业三废的治理及大辽河水系的治理密不可分。养殖环境底质样品的镉含量均低于限量值，符合标准中对河蟹养殖产地环境条件的要求。由于沉积作用和镉的难降解性，底质中镉含量整体呈现出小幅度升高趋势，这与镉的长期蓄积和产地环境的不断变化有关。综上所述：4年间镉的监测结果总体向好，但仍需加强对部分养殖区水质和河蟹的监管，以保证河蟹产品的安全。

2　毒理试验及毒性分析

为进一步研究镉元素对河蟹的毒性，该文以10 g左右的河蟹为对象，用氯化镉作为镉源，分别进行了急性毒性试验和30 d染毒试验，两项试验参照国标GB 15193.13-2003和GB 151913.13-2003[7-8]执行。

2.1　急性毒性试验方法

2.1.1试验材料河蟹购于A市稻田养殖户，蟹体质量10 g左右。氯化镉（CdCl2·2.5H2O）为AR级。

2.1.2试验方法采用体外暴露方法对试验河蟹进行镉染毒，共设1个对照组和6个浓度梯度组，在预试验的基础上，采用对数等间距法设计各组镉添加浓度，各组浓度见表4。将大小一致、健康活泼的河蟹按所设计的镉浓度处理，每组40只，试验持续4 d，每天记录各组河蟹的死亡数量。

2.2　急性毒性试验结果

根据表4河蟹急性毒性试验结果表中各时间段河蟹的死亡数量，运用SPSS 18.0统计软件计算的河蟹24 h、48 h、72 h、96 h半数致死浓度分别为375.6 mg/L、7.4 mg/L、4.1 mg/L、3.2 mg/L。

表4　成蟹急性毒性试验结果

2.3　30 d染毒试验

2.3.1染毒方法采用体外暴露的方法对试验河蟹（体质量10 g/只）进行镉染毒，试验设对照组和3个浓度梯度组，各组浓度根据96 h半数致死量设计见表5。将大小一致、健康活泼的河蟹按设计的镉浓度处理，每组30只，于试验结束后各组取10只蟹，活体解剖，取肌肉、鳃、肝胰腺、外壳，准确称量，转入锥形消化瓶中，经浓硝酸和高氯酸消化后，用瓦里安AA240原子吸收分光光度计测量镉含量。

表5　30 d染毒试验

2.3.2染毒试验结果由表6可以看出，镉的存在对河蟹的摄食、活力、存活率均有不良影响，并且这种影响与镉的添加量成正相关，镉含量越大，不良影响程度越大。5次摄食监测结果显示，随着镉添加时间的延长，对河蟹摄食的影响也呈正相关，大体呈现出摄食量随时间逐渐递减的趋势。

表7的结果显示，镉染毒后河蟹的外壳、鳃、肝胰腺、肌肉都变现出不同程度的蓄积效应，总体呈现出随剂量增大蓄积量增大的规律，蓄积程度总体表现出外壳＞鳃＞肝胰腺＞肌肉。浓度低时鳃和肝胰腺的蓄积程度比较接近，当镉浓度增大时，鳃蓄积量超过肝胰腺，这与鳃的滤过作用有关。3.17 mg/L的镉浓度染毒30 d，河蟹肌肉中镉含量未超过限量15 mg/kg，并且中浓度和高浓度肌肉中镉含量基本一致，但高浓度组鳃中镉浓度明显增大，说明鳃对镉的滤过作用是保护河蟹健康的有效屏障。外壳的积蓄量最高，这与外壳直接接触染毒养殖水体有关，经过30 d的慢性积累，最高剂量组外壳中镉含量超过20 mg/kg。鳃和肝胰腺也表现出明显的蓄积作用，鳃作为河蟹与外界进行气体交换的场所，在重金属的吸收和通过血淋巴转运到体内其他组织和器官的过程中起着重要的作用[9]。肝胰腺是虾蟹的主要解毒器官，可以将有毒金属转化为无毒的化合物，降低重金属对身体的毒害，所以肝胰腺中镉含量也较高。

表6　河蟹染毒后摄食情况及中毒只数

表7　各组组织中镉含量

3　镉染毒对河蟹机体的损伤

3.1　镉对河蟹细胞结构的影响

镉对蟹类超微结构的影响主要表现在对膜系统的破坏和对细胞形态的改变，镉可以加快细胞脂质过氧化的速率，导致脂质过氧化物的堆积，进而损伤膜结构，改变膜的通透性。王兰等[10-11]对蟹类镉染毒后发现，镉暴露条件下可以导致线粒体肿胀、空泡化，破坏线粒体内膜脊，肝胰腺R-细胞的细胞器减少，内质网扩张且空泡化，核外膜破裂，高尔基体变形等。用镉处理河南花溪蟹24 h后发现，镉对生殖系统也会造成损伤，如导致卵细胞形状不规则，表面颗粒突起减少、细胞界限不清，卵巢表面结缔组织断裂增多，黏连增加等，这些变化是卵子抵抗镉毒性的一种自我保护机制，但是随着镉剂量的增加，这种损伤将变为不可逆的[12]。

3.2　镉对河蟹酶系统影响

过量的镉会损伤机体。它可与含巯基、羟基及氨基的蛋白质分子结合，抑制一些酶系统的活性。

3.2.1镉对抗氧化酶影响抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、谷胱甘肽转硫酶（GXT）等。这些酶类可以有效地清除体内的活性氧，从而避免对机体造成氧化损伤。刘晓玲等[13]研究发现，中华绒螯蟹镉染毒剂量为2 mg/L就会导致肝胰腺SOD、CAT和GPX的活力下降，随着暴露时间的延长，酶活力有一定程度的恢复，当增大染毒剂量和时间后这三种酶的活力开始下降。表明低浓度的镉对机体的抗氧化酶活力起到刺激作用，而高浓度则对机体造成伤害，抑制抗氧化酶活力。

3.2.2镉对代谢酶影响谷丙转氨酶（GPT）和谷草转氨酶（GOT）在动物体蛋白质代谢中至关重要的两种氨基转移酶，卢敬让等研究发现对中华绒螯蟹镉染毒后血清中GPT活力随浓度增加而增加，这可能由于低浓度镉染毒后导致机体组织受损，应激响应启动，导致组织中酶被释放，因此酶活力升高。而当高浓度镉染毒时由于损伤已不可逆转机，体中酶无法释放，因此酶活力降低[14]。碱性磷酸酶是一种特异性较低的磷酸单酯酶，在核酸、蛋白质和脂类等物质代谢中起重要作用，镉对锯缘青蟹酶活力的影响规律与上述类似，同样呈现出浓度效应关系[15]。

3.3　镉对生殖系统影响

镉对生殖系统具有明显的损伤效应，主要表现在对卵巢发育、产卵率和受精卵孵化率方面的影响。对蜕皮后14 d的可口美青蟹的卵母细胞进行体外培养，通过测量卵母细胞直径和卵黄磷蛋白的积累发现，加入适量镉（20 pg/L）后抑制了卵母细胞的增长[16]。

4　结论

根据河蟹产品标准和养殖环境产地标准，连续4年对A市河蟹、水质、底质进行镉含量监测显示，虽个别样品出现超出限量情况，超标量在限量的2倍以内，超标率不高，均符合相关限量要求，表明A市的河蟹产品及其产地环境中镉含量大体合格，但仍需要对个别养殖区的水质及河蟹产品加大关注力度，以确保当地河蟹的健康生态养殖。

镉对河蟹的急性毒性试验结果显示，体质量10 g 左右的河蟹 24 h、48 h、72 h、96 h 半数致死量分别为 375.6 mg/L、7.4 mg/L、4.1 mg/L、3.2 mg/L。30 d染毒试验结果显示，镉染毒后对河蟹的活动力、存活率、摄食量均存在不利影响，将染毒后河蟹解剖检测结果显示，河蟹的外壳、鳃、肝胰腺、肌肉中均有镉残留，残留量由高到低依次为外壳、鳃、肝胰腺、肌肉。

该文总结了镉对河蟹细胞结构、酶系统、生殖系统的影响，其中对细胞结构影响体现在对细胞形状、线粒体、内质网、细胞膜等多方面的不利影响。对酶系统影响包括对抗氧化酶、代谢酶的研究均显示出明显的剂量效应现象，即低浓度染毒时酶活力增大，高浓度染毒时酶活力降低现象，这可能由于低剂量染毒时机体应激反应激活，而高浓度染毒损伤不可逆有关。对生殖系统影响由于能够造成产卵率降低、畸形率升高。因此对河蟹产品乃至养殖环境进行镉的风险监测是必要的，是保障河蟹产品质量安全的有效手段。