代表性鲤科鱼类青鱼的物种敏感性评价

王京，郑磊，闫振广，李娟英

1. 上海海洋大学海洋生态与环境学院，上海 201306 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 3. 国家环境分析测试中心，北京 100029

鱼类是水生生态系统的重要组成部分，对维持水生态系统功能完整性具有重要作用。同时鱼类也是水质基准推导中所必需的一类生物，在美国、澳大利亚和欧盟等发达国家或地区的水质基准研究中，均要求使用鱼类的毒性数据以加强对其的保护[1-4]。相对于大部分发达国家和地区，我国正处于水质基准的探索研究阶段，本土物种的筛选和毒性测试是水生生物基准推导的关键因素之一。

中国的淡水鱼类资源中，有一半以上属鲤科，其中在中国渔业生产中占有重要地位的四大家鱼(青鱼、草鱼、鲢鱼和鳙鱼)、鲫鱼和鲤鱼都是鲤科鱼类[5-6]。由于其分布广泛、易获得且在鱼类资源经济中具有重要地位等特点，对鲤科鱼类进行物种敏感性评价很有必要。

青鱼属鲤科，青鱼属，因其具有生长速度快、产量高、营养价值高等特点，在中国的淡水渔业中得到广泛养殖，成为中国淡水养殖的“四大家鱼”之一[7]。截至2018年，青鱼养殖年产量已达到69.13万t[5]，因此在淡水鱼经济中具有重要意义。青鱼在中国分布广泛、适应性和繁殖能力强且易于培养[8]，开发青鱼作为中国水质基准受试生物不仅易于获得，且其毒性数据更能反映本土水环境的特点。青鱼一般生活于水体底层，作为典型的底栖鱼类，在外表、体型和生活习性等方面均与其他鱼类有差异，因此，开发青鱼作为受试生物更有利于制定适合本土的水质基准以及对水环境风险进行全面评估。

目前污染物对青鱼的毒性方面有一些研究[9-10]，但尚无对青鱼物种敏感性的研究，且青鱼在水质基准中的应用研究也尚未报道。近年来，农药、有毒有机化学品和金属因其对水生生物的潜在危害而备受关注[11-17]。因此本研究选用毒死蜱、苯并[a]芘、荧蒽和三价砷这4种毒性较强危害较大的污染物作为代表性化学物质来评价青鱼的物种敏感性。

本研究开展了上述4种物质对青鱼的急性毒性试验，并搜集和筛选了文献毒性数据。通过分析和比较，对青鱼的物种敏感性进行了评价，以期为研究水质基准受试物种的选择提供参考。

1 材料与方法(Materials and methods)

1.1 测试生物与化学品

青鱼鱼苗，体长3.2～3.8 cm，体质量0.31～0.39 g，购自河南省平顶山天惠花鸟市场。驯养所使用的容器为经过高锰酸钾消毒过的化学惰性材料制成的鱼缸和水槽。实验所使用的化学品均为分析级，购自国药集团化学试剂北京有限公司。实验用水为除氯自来水，经72 h充分曝气后使用，测定的水质参数如下：pH 7.5±0.3，温度(25±1) ℃，溶解氧≤空气饱和值的60%，总硬度(以CaCO3计)185 mg·L-1。

1.2 实验前处理

购买后的鱼苗用少量高锰酸钾消毒，经过3次换水使鱼适应水质，最后将鱼放入准备好的容器中进行驯化。驯化过程中，光照时间设定为12 h∶12 h(光照∶黑暗)。急性毒性试验在实验室驯化7 d后开始，在此期间，每2 d更换一次水，每天清理容器中的排泄物。每天在固定时间投喂少量食物，试验前24 h内不投喂食物。

1.3 急性毒性试验

开展了水环境代表性污染物毒死蜱、苯并[a]芘、荧蒽和三价砷对青鱼的96 h急性毒性试验，试验方法参照经济合作与发展组织(OECD)标准测试方法[18]，有机污染物实验选用丙酮作为助溶剂(<0.1 mL·L-1)。所有试验均采用半静态试验，每24 h更换一次试验溶液，4种污染物试验浓度设定值如表1所示。每种污染物试验均设一个空白对照组，每组试验3个平行，每个平行放10尾鱼。试验开始3 h后开始连续观察并记录异常行为，并于24、48、72和96 h记录死鱼情况，试验中及时捞出死亡个体。试验结束时对照组鱼死亡率不得超过10%。

表1 4种污染物的试验浓度设置Table 1 Exposure concentrations of the four pollutants

1.4 化学分析

检测4种污染物试验的最低浓度组和最高浓度组在试验溶液更新前后浓度，依据OECD化学物质测试方法指南的质量控制标准[18]，4种污染物的浓度变化均<20%，满足毒性试验的要求。具体检测方法如下。

对于苯并[a]芘和荧蒽，采用高效液相色谱-荧光检测器(Agilent 1200，美国)进行样品分析[19]。色谱柱为Eclipse PAH柱(250 mm×4.6 mm，粒径为5 μm)，柱温为20 ℃。进样量为20 μL，流动相为乙腈和水(60∶40,V/V)的混合液，流速为2.0 mL·min-1。苯并[a]芘和荧蒽的检出限分别为0.004 μg·L-1和0.002 μg·L-1，不同浓度组平均回收率为95.0%～98.7%。

对于As2O3溶液，样品分析采用原子荧光法(PF 6-3，北京PG仪器有限公司)[20-21]。仪器条件如下：负高压280 V，灯电流40 mA，雾化器预热温度200 ℃，载气流速400 mL·min-1，保护气流速900 mL·min-1。三价砷的检出限为0.3 μg·L-1，不同浓度组平均回收率为94.4%～99.3%。

毒死蜱溶液采用高效液相色谱-紫外检测器(Agilent 1100，美国)进行样品分析[22]。色谱柱为HC-18柱(150 mm×4.6 mm，粒径为5 μm)，柱温为25 ℃。进样量为20 μL，流动相为甲醇和水(80∶20,V/V)的混合液，流速为1.0 mL·min-1。毒死蜱的检出限为30 μg·L-1，不同浓度组平均回收率为90.0%～93.8%。

1.5 数据分析

采用直线回归法求得青鱼96 h的半致死浓度(96 h-LC50)的95%置信区间[23]，以污染物的浓度为自变量(X)，以相应浓度下死亡概率作为因变量(Y)，应用分析软件SPSS 20.0进行数据处理，建立“浓度-死亡概率”线性方程，并得出回归方程以及相关的系数LC50、R2和95%置信区间等参数。

急性毒性数据来源于美国环境保护局(US EPA)ECOTOX(http://epa.gov/ecotox/)毒性数据库和公开发表的文献。急性毒性试验数据的筛选原则：溞或其他枝角类和摇蚊幼虫的急性毒性试验终点选择48 h半数致死或抑制浓度(48 h-LC50或EC50)，鱼类及其他动物的急性毒性试验终点选择96 h-LC50或EC50[1]，单细胞动物的急性毒性试验数据不予采用，未设立对照组、对照死亡超过10%的毒性数据弃用，同物种的急性毒性数据如果差异过大，应被判断为有疑点的数据而谨慎使用。

对所有获得的急性毒性数据进行整理和排序：首先求得各个物种的种平均急性值(SMAV)，SMAV等于同一物种的所有LC50或EC50求几何平均值。然后根据污染物对全部物种的SMAV从小到大进行排序并编号，以SMAV的对数值为横坐标，以每个数据的编号除以数据总数加1(即累积频率)为纵坐标作图，数据处理使用Origin 2018软件进行。

2 结果与讨论(Results and discussion)

2.1 4种污染物对青鱼的急性毒性

4种污染物对青鱼急性毒性的试验结果如表2所示。对4种毒物的毒性数据比较来看，苯并[a]芘对青鱼的毒性最高，其次为毒死蜱。根据OECD制定的毒性标准分级LC50<1 mg·L-1(第一等级)、1～10 mg·L-1(第二等级)、10～100 mg·L-1(第三等级)[24]，结合表2中青鱼的毒性数据：荧蒽<10 mg·L-1，苯并[a]芘、三价砷和毒死蜱<1 mg·L-1，可知4种污染物对青鱼的急性毒性均属中高毒级，说明青鱼可能是较为灵敏的受试生物。

表2 4种污染物对青鱼的96 h-LC50值Table 2 96 h-LC50 values of four pollutants to Mylopharyngodon piceus

2.2 青鱼的敏感性排序

按上述方法搜集并筛选了苯并[a]芘、毒死蜱、三价砷和荧蒽的急性毒性数据，获得可接受的数据如下：苯并芘包括3门8科的13个物种毒性数据，其中5种鱼类毒性数据；毒死蜱包括7门55科的120个物种毒性数据，其中40种鱼类毒性数据；三价砷包括4门18科的24个物种毒性数据，其中15种鱼类毒性数据；荧蒽包括5门25科的31个物种毒性数据，其中8种鱼类毒性数据。对毒性数据进行分类排序，如表3和图1所示。

在物种敏感性分布曲线上，物种敏感性随累积频率的降低而增加。前人研究发现[25]，生物受污染物胁迫的比例超过15%会对水生生物及群落造成一定风险，超过30%时会有明显风险，超过50%时则会有严重风险[26]。按此，本研究设定物种敏感性和累积频率的关系为：累积频率<5%为非常敏感，5%～<15%为敏感，15%～<30%为较敏感，30%～<50%为较不敏感，≥50%为不敏感。

从图1和表3中可知，在全部物种敏感性排序中，鱼类对各类污染物的敏感程度跨度较大，一般而言其敏感性低于浮游甲壳类动物(如大型溞等)和软体动物(如无褶螺等)，而高于两栖类动物(如泽蛙等)和昆虫类(摇蚊幼虫等)，在利用物种敏感性分布法推导苯并芘、硝基苯和三价砷水生生物水质基准时也出现类似的现象[27-29]。在鱼类敏感性排序中，各科鱼类排序差别也较大，一般鲤科鱼类和鲑科鱼类排在较为敏感的位置，而丽鱼科鱼类则对污染物不太敏感，造成该差异的原因可能是因为不同科的鱼类对污染物的生物利用度差别较大。

图1 青鱼对不同污染物的敏感性排序注：*鲤科鱼类；**鲑科鱼类；***丽鱼科鱼类。Fig. 1 Sensitivity order of Mylopharyngodon piceus to different pollutantsNotes: The scientific name with “*” represents Cyprinidae; the scientific name with “**” represents Salmonidae; the scientific name with “***” represents Cichlidae.

表3 青鱼对不同污染物敏感性排序Table 3 Sensitivity of Mylopharyngodon piceus to different pollutants

青鱼对各类污染物敏感性具有显著差异。虽然在毒性测试中，三价砷对青鱼属于中等毒性，但是无论是和全部测试物种还是和鱼类相比，青鱼对三价砷的反应都是非常灵敏的。而相对于毒死蜱和苯并[a]芘而言，尽管这2种污染物对青鱼的急性毒性为剧毒，但青鱼的物种敏感性排序仅处于末端区域。究其原因，对于毒死蜱，徐瑞祥和陈亚华[30]曾报道，有机磷农药对无脊椎动物的毒性高于脊椎动物，尤其对甲壳类动物毒性最大，对鱼类毒性较小；而对于苯并[a]芘，可能是因为其对鱼类毒性研究较少且多为慢性毒性，造成数据不足所致。青鱼对荧蒽的敏感性表现一般，Wu等[31]报道，相对于重金属而言有机物对淡水水生生物的毒性较小，产生的毒性效应主要由其代谢产物引起，且不如对重金属的毒性效应敏感。对以上4种污染物分析可得青鱼具有成为三价砷的生物监测指示生物的潜力。

青鱼和斑马鱼同属鲤科鱼类，斑马鱼是毒理学研究中重要的模式生物，也是国际标准测试物种[32]。斑马鱼的毒性数据多为对处于胚胎和幼稚期的鱼体进行毒性测试得到的，而本研究选取的青鱼也处于幼稚鱼期，将青鱼和斑马鱼的物种敏感性进行比较发现(图1)，整体而言青鱼对污染物的敏感性优于斑马鱼，尤其对于污染物三价砷和苯并[a]芘。三价砷和苯并[a]芘对青鱼的SMAV值分别为1.98 mg·L-1和0.012 mg·L-1，对斑马鱼的SMAV值分别为18.45 mg·L-1和0.41 mg·L-1，两者都相差了接近一个数量级。本结论是基于青鱼幼稚鱼的毒性测试得出的，是否具有普遍性还需要进一步研究。另外，青鱼对三价砷特别敏感，而对于其他的污染物敏感性则较弱，这也体现了青鱼可能的特异性。

综上所述，本研究结果表明：

(1) 4种污染物对青鱼的毒性均较高，青鱼幼稚鱼的物种敏感性整体上可能比模式生物斑马鱼要高，说明青鱼可能是较为敏感的受试生物；

(2) 青鱼对本研究中4种污染物的敏感性具有显著差异，对三价砷非常敏感，物种累积频率为8%，对于其他污染物的敏感性则表现一般，因此在无机砷水质基准研究中值得关注；

(3) 鱼类对本研究中4种污染物的敏感性差异较大，相对来说，鲤科鱼类和鲑科鱼类较为敏感，而丽鱼科鱼类则不太敏感；青鱼作为中国典型的鲤科底栖鱼类，在水质基准和风险评估受试生物选择中值得关注。

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