鲫物种敏感性评估

黄 轶，潘进芬，张天旭，孙乾航，闫振广

(1.中国海洋大学环境科学与工程学院，海洋环境与生态教育部重点实验室，山东青岛，266100； 2.中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 100012)

水质基准(Water Quality Criteria，WQC)是指水环境中的污染物质或有害因素对人体健康和水生态系统不产生有害效应的最大剂量或水平[1]，但不同地区、不同国家的水生生物分布特征和水质参数存在一定差异，同一污染物对不同保护对象的毒性效应也不同[2，3]。因此，有必要开展适合自己国家和地区的水质基准研究。发达国家已经对WQC进行了几十年的研究，形成了较为全面的WQC方法体系[4，5]。我国的WQC研究起步较晚，基础较为薄弱,而我国水生生物多样性丰富，区域差异明显，建立适合我国地域特点的WQC方法体系具有重要的意义，其中基准本土受试物种的筛选与评估是WQC研究的重要目标之一。

近年来，在我国已开展的部分WQC研究[6，7]中均采用了鲫(Carassiusauratus)毒性数据[8，9]。鲫是我国一种代表性本土鲤科鱼类，在我国水域广泛分布[10]。根据《淡水水生生物水质基准制定技术指南》(HJ 831-2017)[1]，WQC的制定需要三门五科的毒性数据，并明确规定必须包括鲤科鱼的毒性数据，鲫作为我国鲤科鱼类的代表种，对WQC的制定有重要意义。

Yu等[11]指出，在推导中国WQC时应优先考虑以下污染物：多环芳烃(PAHs)、农药、单环芳烃和金属等。苯并芘和荧蒽是两种广泛存在于环境中具有强烈致癌性的多环芳烃，它们在我国水体中的浓度已达到4.0～12 970.8 ng/L[12]；毒死蜱是一种应用广泛的有机磷农药[13]，其广泛使用对水生系统造成了严重影响[14]；硝基苯是一种有毒的单环芳烃，曾造成严重的流域水环境污染事故[15]；汞(Hg2+)和砷(As3+)是高度致癌的有毒金属，在我国“十二五”重金属污染综合防治规划中被列为优先污染物[16]。

本研究选取苯并芘、荧蒽、毒死蜱、硝基苯、Hg2+和As3+为典型污染物代表，以鲫为对象，探讨其对典型污染物的敏感性，以期补充苯并芘、毒死蜱、硝基苯、Hg2+和As3+对鲫的急性毒性数据，综合评价鲫的物种敏感性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用鱼为鲫购于当地渔场，体长(2.5±0.3) cm，体重(0.25±0.04) g。将鱼放到鱼缸中驯养7 d，驯养过程中死亡率小于5%。每天按时少量喂食，喂食量不超过体质量的2%，实验前24 h内不喂食。

试验用水为除氯自来水，经充分曝气2 d后使用，pH (7.5±0.3)，温度(25±1) ℃，溶解氧(DO)不低于空气饱和值的60%，总硬度185 mg/L(以CaCO3计)，设置光照时间为12 h ∶12 h(黑夜 ∶白昼)。

试验化学用品为分析纯，购于北京国药集团。

1.2 试验方法

苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+急性毒性试验选用丙酮作为助溶剂(<0.1 mL/L)，试验方法按照ASTM标准指南[17]进行，实验结束时对照组鱼死亡率不得超过10%。 采用半静态试验，每24 h更换一次试验溶液，试验浓度设置见表1，每个试验组均设一个空白对照组，每组3个试验平行。暴露时间为96 h，分别在24、48、72和96 h记录试验中鱼的死亡情况，并及时捞出死亡个体。采用直线回归法求得鲫96 h-LC50(96 h引起受试生物50%个体死亡时所需的浓度)及95%置信区间，用SPSS22.0进行数据分析。Hg2+和荧蒽对于鲫的急性毒性数据从ECOTOX数据库获取(https://cfpub.epa.gov/ecotox/)。

表1 苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+毒性试验浓度设置Tab.1 The exposure concentration of BaP，CPF， nitrobenzene and As3+

1.3 毒性数据筛选

苯并芘、荧蒽、毒死蜱、硝基苯、Hg2+和As3+的毒性数据获取自ECOTOX数据库(https://cfpub.epa.gov/ecotox/)。毒性数据的收集遵循以下选择标准：仅选择淡水水生生物；暴露时间为2～4 d；所有急性毒性试验终点选择LC50或EC50；同物种的急性毒性数据如果差异大于10倍，则删除离群值以减少不确定性；如果获得同一物种的不同生命阶段测试数据，则选择最敏感生命阶段的毒性数据；如果在不同研究中对同一物种的相同生命阶段进行测试，则计算所有毒性值的几何平均值以获得毒性值；为了减小不确定性，每种污染物都优先采用流水式毒性试验数据。

1.4 物种敏感度分析

物种敏感度分布(SSD)[18]方法用于评估物种对不同污染物的敏感性。根据各物种急性毒性数据计算得到物种平均急性值(species mean acute value，SMAV)，即同一物种急性毒性值的几何平均值，将SMAV从低到高进行排序并统一编号为R(R=1,2,3…N)，其中R为急性毒性数据的个数，计算每个毒性数据的毒性百分数P(累积频率)，P=R/(N+1)，以对数变换的LC50或EC50为横坐标，物种的累积频率P为纵坐标绘制散点图，使用Origin 2018进行数据分析。

2 结果

2.1 苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+对鲫的急性毒性

依据ASTM化学物质测试方法指南[17]的质量控制标准对各个试验溶液更新前后的浓度进行检测，试验溶液更新前后的浓度波动均小于20%(结果未展示)。实验期间，所有对照组均无死亡现象。苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+对鲫的急性毒性结果见表2。苯并芘对鲫的毒性最大，其次是毒死蜱，而鲫对硝基苯的耐受性最大，苯并芘和硝基苯对鲫的毒性差异为7 138倍。根据毒性分级标准[19]，结合表2的毒性数据可知，苯并芘、毒死蜱和As3+对鲫的毒性均属于中高等级，表明鲫(鱼苗)可能是水环境监测中较为敏感的指示生物。

表2 苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+对鲫的96 h急性毒性Tab.2 The 96 hours acute toxicity of four pollutants to C.auratus

2.2 鲫的敏感性排序

按上述原则收集并筛选苯并芘、荧蒽、毒死蜱、硝基苯、Hg2+和As3+的毒性数据，每种污染物的毒性数据个数见表3和图1(详细数据未展示)。其中Hg2+的毒性数据最多，包括7门50科148种，苯并芘毒性数据最少，只有3门8科13种。计算SMAV，结果表明硝基苯的SMAV值最大，为0.039～161.9 mg/L，Hg2+最小，为0.000 7～17.742 mg/L。

表3 鲫在所有物种中的敏感性排序Tab.3 The sensitivity distribution of C.auratus to six pollutants

图1 鲫敏感性评估Fig.1 Species sensitivity distribution of C.auratus

表4比较了鲫和其他鱼类对这些污染物的敏感性。结果表明，鲫对苯并芘、荧蒽、毒死蜱和硝基苯的SMAV顺序相似，无论是在鱼类还是在鲤科鱼类中排序，鲫均处于较后的位置，进一步证明鲫对这些污染物不敏感。然而，鲫对Hg2+和As3+的排序在鱼类和鲤科鱼类中都是第一位。此外根据筛选的毒性数据得到，鲤科鱼对Hg2+和As3+的敏感性高于其他鱼类。

表4 鲫在鱼类中的敏感性排序Tab.4 Sensitivity distribution of C.auratus in all fish

3 讨论

本次筛选的毒性数据所涉及的物种包括鱼类、软体动物、甲壳类动物、蠕虫、昆虫、两栖动物、浮游生物和环节动物等。甲壳类和浮游生物对毒死蜱最敏感，累积频率小于30%。两栖动物对大多数污染物的耐受性一般较高，但对As3+最敏感的物种是六趾蛙(两栖动物)。一般来说，无脊椎动物比脊椎动物敏感性更高，可能是因为高等生物对食物链中污染物的生物累积越来越耐受[3]。Jeram等[20]的研究表明，水蚤(无脊椎动物)通常是对各种污染物最敏感的类群，然而此结论并不具有普适性，对苯并芘和毒死蜱来说，水蚤是最敏感的物种，它们的SMAV排序是第一位的，累积频率小于8%，但对于荧蒽和Hg2+来说，最敏感的物种是夹杂带丝蚓和鲫，原因可能是不同物种对污染物的生物利用度不同，相关致毒机制也不完全相同。

表3和图1显示了鲫在总物种中对各种污染物的敏感性。结果表明，鲫对苯并芘、荧蒽、毒死蜱和硝基苯的累积频率均在60%以上，高于Hg2+、As3+，表明鲫对这4种污染物具有较高的耐受性。这可能是由于污染物的物理化学特性和环境行为的不同[21]，而导致不同污染物毒性效应的差异[22]。对于苯并芘、荧蒽、毒死蜱和硝基苯这种高分子量的物质而言，由于酶可能无法接触和破坏分子内的化学键，这些物质往往会抵抗生物降解[23]，并且这4种污染物都属于疏水性物质，它们在水中的溶解度较低，降低了污染物的生物利用度[24]，这可能是鲫对这4种污染物具有较高耐受性的原因。Hg2+和As3+的累积频率均小于30%，说明鲫对Hg2+和As3+更敏感，其中鲫对Hg2+的SMAV排序第一，累积频率为0.676%，说明鲫对Hg2+很敏感。

Dyer[25]的研究表明，温带、热带和冷水鱼类之间的敏感性存在一定的差异。一些研究人员假设，根据代谢原理，热带物种比冷水和温带气候物种更敏感[26，27]。有几项研究调查了“冷水和暖水”物种对不同污染物的敏感性[28，29]，然而，没有一项研究确定热带物种比欧洲和北美特有物种或其他经常用于评估的试验物种(如金鱼，斑马鱼)更敏感。其它一些研究发现，冷水区特有的鱼类(鲑科鱼)比温带地区的太阳鱼(太阳鱼科)稍敏感，其次是温带和亚热带地区的鲈鱼(鲈科)、鲶鱼(鲶科)和鲤鱼(鲤科)[28，30]。本研究中，冷水鱼中的虹鳟鱼(Oncorhynchusmykiss)对荧蒽敏感性排序在第二位，而对其他污染物来说温水鱼比冷水鱼更敏感，例如青鳉鱼(Oryziaslatipes)对硝基苯是第二敏感的物种，这一结果与我们之前的研究结论相似[9]。

综上所述，鲫对以苯并芘、荧蒽、毒死蜱和硝基苯为代表的多环芳烃、有机磷农药和单环芳烃的敏感性较低，推测鲫对这些有机污染物可能不敏感，而鲫对Hg2+和As3+的敏感性更高，累积频率小于30%。Hg2+、As3+(一种类金属)是剧毒金属，本研究发现鲤科鱼对这两种污染物较其他鱼类更敏感，鲫作为鲤科的代表性鱼类，可作为金属WQC制定的敏感试验生物。