硝酸盐对鱼类毒性研究进展❋

宋协法， 杨晓晗， 黄志涛

(中国海洋大学水产学院，山东 青岛 266003)

氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐是循环水养殖系统中常见的污染物，其中氨氮主要源于养殖鱼类排泄物和残饵，通过硝化细菌作用转化为亚硝酸盐，最终转化为硝酸盐。氨氮和亚硝酸盐对鱼类的毒性较强，一般认为硝酸盐对于水产品不具毒性或毒性较低[1]，其对鱼类潜在的影响往往被水产从业者所忽视但在高密度循环水养殖系统中硝酸盐迅速积累，能够达到200 mg/L或更高[2]。近年来，硝酸盐对养殖鱼类的潜在影响逐步受到学者的重视。本文总结了硝酸盐对海水和淡水鱼类急性、亚急性和慢性毒性实验的研究结果，阐述了硝酸盐对鱼类的毒性作用机理及硝酸盐胁迫对鱼类生长、存活和生理等方面的影响，以期引起水产从业者重视养殖水体中硝酸盐浓度对鱼类的影响，并为工厂化循环水养殖系统硝酸盐浓度的调控提供参考。

1 硝酸盐的来源和毒性机理

硝酸盐是含氮有机物硝化反应的最终产物，具有低毒性。集约化工厂化养殖系统中鱼类的残饵和排泄物矿化产生氨氮，并在生物滤池中硝化细菌的作用下转化为亚硝酸盐，最终转化成硝酸盐，在没有反硝化环节的循环水养殖系统中，硝酸盐会逐渐积累。

2 影响硝酸盐毒性的因素

目前研究结果显示，影响硝酸盐毒性的因素主要包括盐度、温度、硬度、硝酸盐浓度、硝酸盐的暴露时间等。

3 硝酸盐对鱼类急性毒性影响

由于淡水和海水中氯离子浓度的差异，一般认为海水鱼类对硝酸盐具有较高的容忍能力，钩嘴鳎(Heteromycteriscapensis)24 h半数致死浓度高达5 050 mg/L，石颌鲷(Lithognathusmormyrus)和重牙鲷(Diplodussaegus)也分别达到3 550和3 560 mg/L[18]。我们对海水鱼类大泷六线鱼(Hexagrammosotakii)和斑石鲷(Oplegnathuspunctatus)进行了硝酸盐急性毒性实验，硝酸盐24 h的LC50分别为2 741和484 mg/L(未发表数据)，可见并非所有的海水鱼类的硝酸盐耐受能力都高于淡水鱼类。

4 硝酸盐对鱼类慢性毒性影响

4.1 硝酸盐对鱼类生殖发育的影响

硝酸盐影响鱼类生殖发育和内分泌激素的分泌，Shimura等研究发现硝酸盐浓度为75 mg/L时，青鱂(Oryziaslatipes)受精和孵化成功率大大降低，孵化时间延长；当硝酸盐浓度高于100 mg/L时雌性青鱂存活率突然降低，仅为20%[36]。McGurk等发现高浓度硝酸盐处理组(100和400 mg/L)中鲱形白鲑(Coregonusclupeaformis)成功孵化个体规格显著小于低处理组(1.6，6.25和25 mg/L)[28]。而Good等对大西洋鲑(Salmosalar)((102±1)g)进行了为期8个月的硝酸盐暴露实验，发现各实验组血浆激素浓度差异不显著，认为硝酸盐浓度为100 mg/L时，不会对大西洋鲑性成熟产生消极影响[37]。

有观点认为硝酸盐在鱼类血液中可以分解出NO，NO具有两相性，即低浓度促进、高浓度抑制激素产生，NO可以与P450酶的亚铁血红素位点进行结合，破坏P450酶的催化作用，从而直接对激素水平造成影响，进而影响鱼类性成熟[7-8]。Freitag等发现高浓度处理组(101.8 mg/L)大西洋鲑(Salmosalar)(102 g左右)血浆硝酸盐含量是中间浓度组(10.3 mg/L)的14倍，是低浓度组(5.2 mg/L)的23倍，且硝酸盐处理会显著影响大西洋鲑血浆睾酮浓度[9]。Hamlin等进行西伯利亚鲟(Acipenserbaeri)(4 kg)硝酸盐(50和250 mg/L)暴露实验发现，硝酸盐会影响类固醇激素水平，高浓度组西伯利亚鲟血浆T、11-KT和E2(雌二醇)均显著高于低浓度组[38]。Schram等发现非洲鲶鱼(Clariasgariepinus)血浆硝酸盐浓度随水体硝酸盐浓度升高而升高，高浓度处理(378 mg/L)鲶鱼血浆硝酸盐浓度是对照组的93倍，各组间血细胞数、血浆皮质醇、葡萄糖、乳酸没有显著差异[22]；梭鲈(Sanderlucioperca)(27g)血浆硝酸盐浓度也随着养殖水体硝酸盐浓度升高而升高，当硝酸浓度高于50 mg/L时，鱼类血浆中激素含量会发生显著变化[39]。

中文名Name学名Species养殖水体Aquaticmedium规格Developmentalstage毒性参数NO-3-NToxicologicalparameter NO-3-N/mg·L-1虹鳟Oncorhynchus mykissFreshwater1～9 g1 355(96 h LC50)[26]Freshwater0.3～0.6 g1 913(96 h LC50)[17]湖红点鲑Salvelinus namaycushFreshwater1～10 d age1 121(96 hLC50)[28]鲱形白鲑Coregonus clupeaformisFreshwater1～4 d age1 903(96 hLC50)[28]大马哈鱼Oncorhynchus tshawytschaFreshwater1 310(96 hLC50)[26]鯧参鱼Florida pompano1 006(96 h LC50)[16]黑鲈Micropterus treculiFreshwater0.1 g143(96 hLC50)[24]蓝鳃太阳鱼Lepomis macrochirusFreshwater1 975(96 hLC50)[25]斑点叉尾鮰Ictalurus punctatusFreshwater50～76 mm(22 ℃)1 355(96 hLC50)[16]Freshwater50～76 mm(22 ℃)1 423(96 hLC50)[16]Freshwater50～76 mm(22 ℃)1 400(96 hLC50)[16]西伯利亚鲟Acipenser baeriFreshwater(6.90±0.31) g1 510(24 hLC50)[27]Freshwater(6.90±0.31) g1 443(48 hLC50)[27]Freshwater(6.90±0.31) g1 195(72 hLC50)[27]Freshwater(6.90±0.31) g1 028(96 hLC50)[27]Freshwater(66.9±3.4) g601(96 hLC50)[27]Freshwater(673.8±18.6) g803(24 hLC50)[27]Freshwater(673.8±18.6) g522(48 hLC50)[27]Freshwater(673.8±18.6) g438(72 hLC50)[27]Freshwater(673.8±18.6) g397(96 hLC50)[27]胭脂鱼mullet Mugil platanus Freshwater1 522(96 h LC50)[29]斑马鱼Danio rerioFreshwaterEmbryos(3 hpf)1 606(96 hLC50)[30]FreshwaterNewly-hatched larvae(72 hpf)1 987(96 hLC50)[30]FreshwaterSwim-up larvae(120 hpf)1 250(96 hLC50)[30]托普美州Notropis topekaAdult(66.2 mm)1 559(96 hLC50)[31]Juvenile(46.3 mm)1 354(96 hLC50)[31]鲤鱼 Cyprinus carpio Freshwater5～6 g,1 075.1(96 hLC50)(Static)[32]Freshwater5～6 g967.63(96 hLC50)(Continuous flow through)[32]Freshwater(36.8±5.3) g995(96 hLC50)(KNO3)[33]Freshwater(36.8±5.3) g865(96 hLC50)(KNO3)[33]卡特拉鱼Catla catlaFreshwater1 565(24 hLC50)(Static)[34]Freshwater1 484(24 hLC50)(Continuous flow through)[34]黑头呆鱼Pimephales promelasFreshwater<8 d old1 341(96 hLC50)[23]

续表1

中文名Name学名Species养殖水体Aquaticmedium规格Developmentalstage毒性参数 NO-3-NToxicologicalparameter NO-3-N/mg·L-1Freshwater2 110(24 h LC50)[11]Freshwater761(24 h LC50)[11]花鱂Poecilia reticulatusFreshwater267(24 hLC50)(KNO3)[21]Freshwater219(48 h LC50)(KNO3)[21]Freshwater199(72 h LC50)(KNO3)[21]Freshwater191(96 h LC50)(KNO3)[21]斑石鲷Oplegnathus punctatusSeawater484.5(24 h LC50)Seawater678.8(48 h LC50)Seawater586.3(72 h LC50)Seawater774.4(96 h LC50)大泷六线鱼Hexagrammos otakiiSeawater(1.9±0.7)g2741(24 h LC50)Seawater2 413(48 h LC50)Seawater2 357(72 h LC50)Seawater2 339(96 h LC50)军曹鱼Rachycentron canadum Seawater (6.87±0.36)g2 661(12 h LC50)[35]Seawater (6.87±0.36) g2 407(24 h LC50)[35]Seawater (6.87±0.36) g2 071(48 h LC50)[35]Seawater (6.87±0.36) g2 028(72 h LC50)[35]Seawater (6.87±0.36) g1 829(96 h LC50)[35]石颌鲷Lithognathus mormyrusSeawater 3 450(24 h LC50)[18]重牙鲷Diplodus saegusSeawater 3 560(24 h LC50)[18]钩嘴鳎Heteromycteris capensis Seawater 5 050(24 h LC50)[18]

硝酸盐对鱼类生殖毒性主要体现于影响鱼卵质量，不会影响已性成熟鱼性激素分泌。而血浆硝酸盐浓度随养殖水硝酸盐浓度升高而升高，这是和鱼类吸收硝酸盐的途径有关，无论是通过扩散，还是鱼鳃吸收，均为被动吸收，因此血浆硝酸盐浓度和环境浓度呈现正相关，但硝酸盐与激素分泌调节酶的关系尚不明确。

4.2 硝酸盐对鱼类组织器官的影响

鱼鳃在不利的水质环境下会第一时间作出反应，鱼类受到高浓度硝酸盐胁迫时，肝脏的反应最为明显，通常作为水生生物毒性实验的重要生物检验指标[39-40]。Shimura等发现高浓度硝酸盐(125 mg/L)会引起青鱂(Oryziaslatipes)鳃细胞增生和坏死，肝细胞间出现空泡等现象[41]；Ricardo等发现当硝酸盐浓度高于1500 mg/L时，军曹鱼(Rachycentroncanadum)出现鳃上皮细胞增生的现象，鳃部毛细血管扩张，降低了鱼类氧气吸收的能力，引起窒息现象[35]。Iqbal等将鲤鱼(Cyprinuscarpio)(36.8 g)养殖在硝酸盐浓度为168 mg/L的水体中，32 d后发现鲤鱼肝细胞出现萎缩、细胞膜呈现锯齿边缘化、肝脂肪细胞变性等现象，肾脏同样受损，肾小球衰退，细胞中出现无规则空泡，肾小管上出现了大片的光斑，肾小管之间造血组织大量增生[33]。然而，Good等研究发现高硝酸盐浓度处理组(99 mg/L)的大西洋鲑(Salmosalar)心脏、脾脏、肝脏、肾脏和肌肉等组织未出现损伤现象[37]；Frankes和Hoff发现在500 NO3--N mg/L处理下小丑鱼(Amphiprionocellaris)肝脏没有呈现损伤状况[42]。

鱼类暴露在高浓度硝酸盐条件下，通常会对鱼类的甲状腺淋巴结、鳃和肝脏等呼吸、解毒器官造成不同程度的损伤，一般体现在鳃部毛细血管扩张、鳃细胞增生、肝细胞产生空泡等现象。但也有研究中发现高浓度硝酸盐并没有对相关器官造成不良影响，说明物种差异可能是导致硝酸盐毒性差异的原因，其对鱼类组织器官内在的影响机理还应进行进一步的研究。

4.3 硝酸盐对鱼类形态外观、鱼类行为的影响

4.4 硝酸盐对鱼类生长存活的影响

然而Knepp和Arkin没有发现高浓度硝酸盐(90 mg/L)对斑点叉尾鮰(Ictaluruspunctatus)生长和摄食产生影响[47]；同样的，Freitag也发现不同硝酸盐浓度处理组(10.5和101.8 mg/L)之间大西洋鲑(Salmosalar)体重未呈现显著差异[9]。2011年，Davidson等人发现不同浓度硝酸盐(13和99 mg/L)处理下虹鳟(Oncorhynchusmykiss)(150 g)生长率差异不显著，不会对存活率(分别为93.1%和93.3%)产生影响[43]。2014年，Davidson等通过对虹鳟((16.4±0.3)g)为期3个月的实验发现，硝酸盐(30和91 mg/L)处理对虹鳟体长、体重、生长率和饵料系数(FCR)均无影响，存活率分别为92.5%和87.9%[48]。Torno等认为200和500 mg/L硝酸盐处理均不会影响欧洲海鲈(Dicentrarchuslabrax)的存活和生长[49]。

硝酸盐对鱼类的生长的影响可能存在一定的临界浓度，通过实验找到相应鱼类的安全浓度可有效降低养殖风险，很多研究结果显示高浓度硝酸盐不利于鱼类生长，甚至引起鱼类的死亡，可能是由于鱼类利用较多能量抵抗硝酸盐毒性，因而同一实验鱼的生长率随养殖水硝酸盐浓度升高而降低。由于硝酸盐毒性相比亚硝酸盐和氨氮较低，且受鱼种及鱼体大小影响大，各研究中存活率波动较大，具体硝酸盐对于鱼类生长存活的毒性仍需进一步研究。

5 研究展望

硝酸盐对水产动物的潜在危害已经引起了国外水产研究者的重视。但在国内却鲜有关注，目前可查的仅有付腾等关于硝酸盐对凡纳滨对虾的急性毒性研究[50]，实验表明硝酸盐会对凡纳滨对虾的肝脏、肌肉等组织产生损伤。常规的养殖过程中硝酸浓度相对较低，但在高密度循环水养殖系统中硝酸盐逐渐积累，往往能够达到200 mg/L以上，针对于国内外均进行循环水养殖的鱼类品种，我们应该借鉴数据确定硝酸盐安全浓度，并在此基础之上，结合国内循环水养殖的特点对我们特有的养殖品种进行硝酸盐安全浓度的确定。

(1)开展硝酸盐毒性机理研究。硝酸盐对养殖鱼类的毒性影响研究主要停留在感官、生理及行为层面，对鱼类的毒性机理还存在着争议，应开展鱼类吸收硝酸盐的途径研究，进一步明确硝酸根离子在鱼体内的运输路径，借助分子生物学技术从分子层面揭示硝酸盐的毒性机理，解释硝酸盐影响黄蛋白原、睾酮激素等性激素的机理，研究高浓度硝酸盐的养殖水体对鱼类遗传进化的影响，将有助于更全面、系统的了解硝酸盐的毒性影响。

(2)开展环境因子对硝酸盐毒性影响研究。养殖水体盐度、硬度、pH、温度、溶解氧等参数均可能影响硝酸盐对鱼类的毒性，在不同的水质参数条件下鱼类对硝酸盐的LC50有所区别，应关注养殖水体物理化学指标变化，注意区分硝酸盐对淡水鱼，海水鱼以及广盐性鱼类毒性研究，开展不同水质环境条件下硝酸盐对养殖鱼类的毒性影响研究，确定不同水质条件下硝酸盐的安全浓度，指导实际养殖过程中的硝酸盐浓度控制。