铜_铅_镉_锌_汞和银离子复合污染对水螅的急性毒性效应
铜离子对海洋浮游动物褶皱臂尾轮虫的世代毒性效应
第53卷 第8期 2023年8月中国海洋大学学报P E R I O D I C A LO FO C E A N U N I V E R S I T YO FC H I N A53(8):056~064A u g.,2023铜离子对海洋浮游动物褶皱臂尾轮虫的世代毒性效应❋李 严1,刘柳青青1,罗先香1,2❋❋,鲁 慧1,郑 浩1,2,李锋民1,2(1.中国海洋大学近海环境污染控制研究所,海洋环境与生态教育部重点实验室,山东青岛266100;2.青岛海洋科学与技术试点国家实验室,海洋生态与环境科学功能实验室,山东青岛266071)摘 要: 本文针对近岸海域铜离子污染严重,可能对海洋渔业资源重要饵料浮游动物褶皱臂尾轮虫(B r a c h i o n u s p l i c a t i l -i s )产生种群世代毒性效应的问题,通过连续多代暴露和净化实验,探究了铜对褶皱臂尾轮虫繁殖能力和生活史特征的影响㊂结果显示:同一世代,与空白对照相比,50μg ㊃L -1C u 2+显著地降低了轮虫的产卵数和净生殖率;从F 0到F 1代,轮虫的产卵数㊁净生殖率和内禀增长率呈升高趋势,寿命和世代时间呈降低趋势,这可能是轮虫为保持最大拓殖能力的一种种群适应策略;从F 1~F 3代轮虫的产卵数㊁净生殖率㊁内禀增长率和寿命随暴露世代明显降低,世代时间呈上升趋势,轮虫的繁殖能力显著下降,其生活史特征发生明显改变,C u2+对轮虫产生了世代毒性和代际效应㊂但经过2~3代的净化后,C u2+对轮虫的不利影响逐渐消失,其繁殖潜力和生活史特征均恢复到污染前状态㊂该研究结果表明,对重金属污染严重的水域进行污染治理和生态修复将有助于受损浮游动物褶皱臂尾轮虫种群和渔业资源的恢复㊂关键词: 铜离子;褶皱臂尾轮虫;种群;繁殖能力;生活史;代际效应中图法分类号: X 171.5 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2023)08-056-09D O I : 10.16441/j.c n k i .h d x b .20220028引用格式: 李严,刘柳青青,罗先香,等.铜离子对海洋浮游动物褶皱臂尾轮虫的世代毒性效应[J ].中国海洋大学学报(自然科学版),2023,53(8):56-64.L i Y a n ,L i uL i u q i n g q i n g ,L u oX i a n x i a n g ,e t a l .M u l t i g e n e r a t i o n a l t o x i c i t y o f c o p p e r i o n o nm a r i n e z o o pl a n k t o n B r a c h i o n u s pl i c a t i l i s [J ].P e r i o d i c a l o fO c e a nU n i v e r s i t y o f C h i n a ,2023,53(8):56-64. ❋ 基金项目:国家自然科学基金委-山东省联合基金 纳米塑料在山东典型海洋养殖系统中的关键环境地化过程与生态响应 项目(U 2106213)资助S u p p o r t e d b y t h eN a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a -S h a n d o n g J o i n tF u n d t h eK e y En v i r o n m e n t a lG e o c h e m i c a l P r o c e s s a n dE c o l o g i c a l R e s p o n s e o fN a n o p l a s t i c s i nS h a n d o n g T y p i c a lM a r i n eA q u a c u l t u r e S ys t e m s (U 2106213)收稿日期:2022-01-11;修订日期:2022-02-21作者简介:李 严(1995 ),女,硕士生㊂E -m a i l :2649286422@q q.c o m ❋❋ 通讯作者:E -m a i l :l x x 81875@o u c .e d u .c n近岸海域铜污染问题由来已久㊂例如中国南海北部湾㊁珠江三角洲南岸的澳门近岸水域及天津汉沽养殖区的海水中C u 2+浓度最高分别达到了31.70㊁37.40和17.22μg ㊃L -1[1-3],均超过了文献[4]10μg㊃L -1的水平,甚至某些水域接近第三类标准50μg㊃L -1㊂而靠近工业区且水产养殖区密集的印度尼西亚雅加达湾海水中C u 2+浓度竟高达380~744μg㊃L -1[5]㊂重金属具有难降解和生物蓄积性,能够通过食物链放大在不同营养级生物体内富集作用[6]㊂重金属在海洋生物体内过量累积会引发氧化应激㊁炎症反应㊁D N A 损伤和细胞凋亡等毒性效应,抑制海洋生物的生长和繁殖,影响种群动态和生态系统稳定性[7]㊂海洋浮游动物轮虫具有繁殖快㊁数量巨大㊁体内脂质储备丰富等特点,是自然海域和水产养殖环境经济鱼类㊁贝类等重要的活饵[8],其种群动态变化控制着海洋生态系统初级生产力的节律和规模,直接或间接地影响着生态系统的结构和功能稳定性[9-10]㊂因此,研究重金属污染物对轮虫的多世代毒性和代际效应有助于理解其对轮虫长期的种群动态的影响㊂已有文献研究报道了有机污染物对轮虫的多世代毒性效应㊂有机农药乐果对亲代到子2代萼花臂尾轮虫(B r a c h i o n u s c a -l y c i fl o r u s )种群增长速率的抑制效应随暴露世代增加而增强[11];4-壬基酚对两种轮虫P l a t i o n u s p a t u l u s 和B r a c h i o n u s h a v a n a e n s i s 的子1代总繁殖率和净生殖率的抑制作用大于亲代[12];抗癌药物阿霉素对萼花臂尾轮虫(B .c a l y c i fl o r u s )种群增长速率的抑制作用随世代增加而增强,子2代种群生存能力丧失[13]㊂以上研究表明,有机农药乐果㊁4-壬基酚和药物阿霉素均对轮虫产生世代毒性和代际效应㊂这表明仅仅研究污染物对轮虫单一世代的毒性效应可能低估其生态风险㊂作为近岸海域主要污染物的重金属具有不可降解性和生物蓄积性的特点,使其可能从轮虫母体转移至后代,产生多世代毒性和代际效应,从而影响轮虫的种群稳定性㊂但目前研究多关注铜对轮虫的单一世代影Copyright ©博看网. All Rights Reserved.8期李严,等:铜离子对海洋浮游动物褶皱臂尾轮虫的世代毒性效应响[14],很少关注其对轮虫多世代的毒性效应㊂因此,本研究以褶皱臂尾轮虫(B r a c h i o n u s p l i c a t i l i s)为受试对象,通过重金属铜连续多代暴露和净化实验,探讨了铜污染对褶皱臂尾轮虫繁殖能力和生活史特征的影响,以及可能的代际效应,为更客观地评估重金属污染对海洋生态系统次级生产力和食物网结构功能稳定性的影响提供基础数据㊂1材料与方法1.1实验生物的培养褶皱臂尾轮虫(B.p l i c a t i l i s)由青岛农业大学水生生物学课题组提供㊂轮虫在过滤灭菌的天然海水(盐度约为30)中培养,光照周期为12h光照ʒ12h黑暗,温度为(25ʃ1)ħ㊂每天喂食一次小球藻㊁盐藻和扁藻的混合浓缩藻液,藻密度约为1ˑ106个㊃m L-1㊂暴露实验中所用的轮虫均为0~2h龄的健康轮虫幼虫㊂1.2C u2+对轮虫的急性毒性实验优级纯无水C u S O4购买自上海阿拉丁生化科技股份有限公司㊂使用24孔加盖培养板作为暴露体系,每孔分别加入1m L不同浓度C u2+溶液和10只轮虫幼虫,C u2+浓度分别为0㊁5㊁10㊁40㊁50㊁60㊁70㊁80㊁100㊁150㊁200㊁250㊁300㊁400和500μg㊃L-1,每个处理设置6个平行㊂参照美国实验材料协会(A S T M)的‘臂尾轮虫属急性毒性实验指南“,将轮虫置于(25ʃ1)ħ恒温培养箱中,暴露过程中不喂食[15]㊂24和48h后,在体视显微镜(品牌型号:桂光,X T B-01)下计数死亡轮虫的数量㊂1.3C u2+对轮虫的世代毒性实验使用24孔加盖培养板作为暴露体系㊂每孔分别加入1m L0㊁5和50μg㊃L-1C u2+溶液和10只轮虫幼虫作为亲代(F0代),每个处理设置6个平行㊂F0代产幼后挑取幼虫至对应浓度C u2+溶液或清洁海水中分别作为子一代(F1代)暴露组和对照组,以相同方式挑取子二代(F2代)和子三代(F3代)幼虫至对应浓度溶液或清洁海水中作为F2和F3代暴露组和对照组㊂每8h在体视显微镜下计数每孔中活的轮虫数㊁轮虫带卵个数和幼虫数,至每代的轮虫成虫全部死亡,计数的同时将各孔的幼虫和掉落的卵移除㊂每天喂食一次藻液,每天更换50%的培养溶液[16]㊂根据实验结果计算各组轮虫的产卵数㊁孵化成功率㊁世代时间㊁寿命㊁净生殖率㊁内禀增长率和生殖价等生活史参数㊂其中:产卵数为每个轮虫在整个生命周期内的总产卵数;孵化成功率为产幼数/产卵数;世代时间为从某世代到下一世代平均所需的时间;寿命为轮虫从出生到死亡的时间;净生殖率是种群在一定条件下经过一个世代后的增殖倍数;内禀增长率是在给定的物理和生物的条件下,具有稳定的年龄组配的种群的最大瞬时增长率(单位:d-1)㊂世代时间T(单位: d)㊁净生殖率R0和内禀增长率r的计算公式[17-18]为:T=(ðx l x m x)/(ðl x m x),(1)R0=ð(l x m x),(2) r=(l n R0)/T,l x=n x/n0,m x=F x/n x㊂(3)式中:x为轮虫的存活日龄(单位:d);l x为第x天轮虫的存活率;m x为第x天每个轮虫个体平均产幼数;n x 和n0为分别第x天和第0天轮虫的存活数;F x为第x 天的产幼数㊂生殖价V x的计算公式[19]为:V x=m x+ðw t=x+1l t l x m t㊂(4)式中:x为估计生殖价时轮虫的日龄;t为x龄以后的日龄;w为最后一次生殖的日龄㊂1.4数据分析本文数据借助E x c e l2016软件进行作图和统计分析,借助O r i g i n2021软件进行雷达图的绘制㊂采用I B MS P S SS t a t i s t i c s20.0统计分析软件通过单因素方差分析(A N O V A)的最小显著差数法(L S D)对实验数据进行显著性差异分析,P<0.05被认为数据间具有显著性差异㊂利用I B M S P S SS t a t i s t i c s20.0软件p r o b i t回归计算C u对轮虫的半数致死浓度(L C50)㊂2结果2.1C u2+对轮虫的急性毒性图1为C u2+暴露24和48h轮虫的死亡率㊂暴露24h(见图1(a))结果显示,当C u2+浓度为80μg㊃L-1时,轮虫开始出现死亡,C u2+浓度为400μg㊃L-1时轮虫死亡率高达98.33%㊂C u2+对轮虫的24h的L C50为235.1μg㊃L-1,95%置信区间是205.3~266.1μg㊃L-1㊂暴露48h(见图1(b))结果显示,当C u2+浓度为100μg㊃L-1时轮虫死亡率已高达100%,C u2+对轮虫的48hL C50为63.7μg㊃L-1,95%置信区间是61.4~66.0μg㊃L-1㊂可见,随着暴露时间的延长,轮虫对C u2+的耐受性降低㊂2.2多代C u2+暴露对轮虫生活史参数的影响2.2.1多代C u2+暴露对轮虫繁殖能力的影响图2为5和50μg㊃L-1多代C u2+暴露对轮虫繁殖能力的影响㊂同空白对照组(C K)相比,50μg㊃L-1的高浓度组C u2+显著地降低了各代轮虫的产卵数(P<0.05) (见图2(a)),但对各代轮虫卵的孵化成功率无显著影响(P>0.05)(见图2(b))㊂这表明C u2+暴露对轮虫卵的质量无显著影响,而是通过减少轮虫产卵数降低轮虫的繁殖能力㊂50μg㊃L-1C u2+暴露后F0~F3代轮75Copyright©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年虫的产卵数相比于其空白对照组分别降低了40.9%㊁18.3%㊁45.0%和59.7%,高浓度C u 2+对F 1~F 3代轮虫繁殖能力的抑制作用随世代增加而增强,存在显著的代际效应㊂图1 C u 2+暴露24h (a )和48h (b)轮虫的死亡率F i g .1 M o r t a l i t y o f r o t i f e r s e x po s e d t oC u 2+f o r 24h (a )a n d 48h (b)(不同字母表示同一世代不同处理组之间存在显著差异(P <0.05),下同㊂D i f f e r e n t l e t t e r s r e p r e s e n t s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e a m o n g t r e a t m e n t g r o u ps f o r t h e s a m e g e n e r a t i o n (P <0.05),s i m i l a r l y he r e -i n af t e r .)图2 C u 2+多世代暴露对轮虫的产卵数(a )和孵化成功率(b)的影响F i g .2 E f f e c t s o f C u 2+m u l t i g e n e r a t i o n a l e x p o s u r e o n e g g n u m b e r (a )a n d h a t c h i n g su c c e s s r a t e (b )o f r o t i f e r s 2.2.2多代C u2+暴露对轮虫生活史特征的影响 在污染物胁迫下的大多数轮虫生命表参数和种群统计学参数呈现出的变化,可敏感地反映出环境细微变化对种群的影响,是对污染物的重要响应,因此本研究进一步分析了多代C u2+暴露对轮虫生活史特征的影响㊂结果表明,连续多世代C u2+暴露后,同对照组相比,高浓度C u 2+处理组轮虫的净生殖率显著降低(P <0.05),这与其产卵数降低的结果一致,F 0~F 3代轮虫的净生殖率相比于其空白对照组分别降低了45.2%㊁11.3%㊁49.7%和66.2%(见图3(a ))㊂连续2代高浓度C u2+暴露后,F 1㊁F 2代轮虫的世代时间显著缩短(P <0.05)(见图3(b))㊂轮虫的内禀增长率反映了生物种群在理想状态下,即食物㊁空间条件不受限,环境适宜且无天敌存在时种群的最大增长速率,同时也能够反映出种群净生殖率和世代时间之间的关系㊂本研究结果表明,同对照组相比,F 0代轮虫的内禀增长率随着C u2+暴露浓度增加而显著降低(P <0.05)(见图3(c)),这说明C u2+暴露降低了轮虫种群的繁殖能力㊂然而暴露至F 1代时,高浓度C u2+处理组轮虫的内禀增长率同对照组相比显著增加(P <0.05),这同轮虫个体寿命缩短有关(见图3(d ))㊂综上所述,连续多代C u2+暴露能够改变轮虫各世代的生活史特征㊂2.2.3多代C u 2+暴露对轮虫繁殖潜力的影响 图4所示为C u 2+暴露对F 0~F 3代轮虫的生殖价的影响㊂总体上轮虫的生殖价随时间推移而逐渐降低,空白对照组和低浓度组轮虫的生殖价各个时间段差异不明显,但50μg ㊃L -1Cu 2+暴露组的生殖价在培养的前14d 明显低于对照组和低浓度组,这说明高浓度C u2+暴露明显降低了轮虫的繁殖潜力㊂14d 后各处理组轮虫的生殖价无显著差异,均降低至很低水平㊂2.3多代净化后铜对轮虫生活史参数的影响2.3.1多代净化后铜对轮虫繁殖能力的影响 为了验证C u 2+对轮虫繁殖的抑制效应是否为持续且不可逆的,本研究进一步探究了经过连续几个世代净化后F 3代轮虫的繁殖能力㊂同持续暴露组相比,经过1个世代的净化后,50μg ㊃L -1Cu 2+处理组轮虫的产卵数部85Copyright ©博看网. All Rights Reserved.8期李严,等:铜离子对海洋浮游动物褶皱臂尾轮虫的世代毒性效应分恢复,但仍显著低于空白对照组(P<0.05),但经过2~3个世代的净化后,轮虫的产卵数增加了90.01%~ 109.72%,且同空白组相比无显著差异(P>0.05)(见图5(a))㊂轮虫的种群繁殖能力在净化到2~3代后逐步恢复,这可能反映C u2+对轮虫繁殖的不利影响是可逆的㊂同连续暴露组相似,经过多代净化后轮虫的孵化成功率并未出现显著变化(P>0.05)(见图5(b)),进一步证实了多代暴露引起的繁殖力降低是由产卵数下降所主导的㊂图3多世代C u2+暴露对轮虫的净生殖率(a)㊁世代时间(b)㊁内禀增长率(c)和寿命(d)的影响F i g.3E f f e c t s o f C u2+m u l t i g e n e r a t i o n a l e x p o s u r e o n n e t r e p r o d u c t i v e r a t e(a),g e n e r a t i o n t i m e(b),i n t r i n s i c g r o w t h r a t e(c)a n d l i f e s p a n(d)o f r o t i f e rs图4不同C u2+处理组F0(a)㊁F1(b)㊁F2(c)㊁F3(d)代轮虫的生殖价F i g.4 R e p r o d u c t i v e v a l u e o f F0(a),F1(b),F2(c),F3(d)r o t i f e r s i n d i f f e r e n t C u2+t r e a t m e n t s95 Copyright©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年图5 多代净化后C u 2+对F 3代轮虫的产卵数(a )和孵化成功率(b)影响F i g .5 E f f e c t s o f C u 2+o n e g g n u m b e r (a )a n d h a t c h i n g s u c c e s s r a t e (b )o f F 3r o t i f e r s a f t e rm u l t i g e n e r a t i o n a l r e c o v e r y2.3.2多代净化后C u2+对轮虫生活史特征的影响 图6为连续几个世代净化后F 3代轮虫的生活史特征㊂结果表明,经过1~3个世代的净化后,50μg ㊃L -1C u 2+处理组轮虫的净生殖率增加了70.98%~127.62%,世代时间增加了8.28%~68.50%,内禀增长率增加了-11.18%~39.62%,寿命延长49.23%~138.90%㊂同对照组相比,净化后高浓度组F 3代轮虫的世代时间㊁净生殖率㊁内禀增长率和寿命均无显著差异(P >0.05)(见图6),进一步从生活史特征的角度证明了C u2+对轮虫的不利影响是可逆的㊂图6 多代净化后C u 2+对F 3代轮虫的净生殖率(a )㊁世代时间(b )㊁内禀增长率(c )和寿命(d)的影响F i g .6 E f f e c t s o f C u 2+o n n e t r e p r o d u c t i v e r a t e (a ),ge n e r a t i o n t i m e (b ),i n t r i n s i c g r o w t h r a t e (c )a n d l if e s p a n (d )o f F 3r o t i f e r s a f t e rm u l t ig e n e r a t i o n a l r e c o v e r y2.3.3多代净化后C u2+对轮虫繁殖潜力的影响 图7所示为0~3个恢复世代后F 3代轮虫的生殖价㊂总体上轮虫的生殖价随时间逐渐降低,相比于对照组,0个恢复世代50μg ㊃L -1Cu 2+暴露组轮虫的生殖价曲线整体水平下降,而经过连续几个世代净化后,F 3代C u2+暴露组轮虫的生殖价曲线同对照组呈现相同趋势并且几乎重叠(见图7)㊂这说明环境压力刺激消失后,轮虫的繁殖潜力恢复到污染前的正常水平㊂06Copyright ©博看网. All Rights Reserved.8期李 严,等:铜离子对海洋浮游动物褶皱臂尾轮虫的世代毒性效应图7 不同C u 2+处理组0(a )㊁1(b )㊁2(c )和3(d )个恢复世代后F 3代轮虫的生殖价F i g .7 R e p r o d u c t i v e v a l u e o f F 3r o t i f e r s i n d i f f e r e n t C u 2+t r e a t m e n t sw i t h 0(a ),1(b ),2(c ),3(d )t o t a l r e c o v e r y ge n e r a t i o n s 3 讨论在近海海洋生态系统中移动性弱㊁分布广泛的浮游动物轮虫易受到重金属污染的风险㊂本研究急性实验结果表明,轮虫对C u2+的耐受性随着暴露时间的延长而降低,推测这是由于随着暴露时间的延长,C u 2+在轮虫体内累积量增加而导致㊂当生物体的金属离子排毒系统未能有效地将摄入的金属离子转化为排毒形式,或者当补偿过程本身带来相当大的生理成本时,微量C u2+即对生物体产生毒性效应[20],引发氧化应激效应,诱导D N A 损伤和细胞凋亡等[7],从而产生急性致死效应㊂本研究结果发现C u2+显著降低了轮虫的产卵数㊂这可能是由于在重金属离子刺激下,轮虫分配更多的能量用于抵御应激源的影响来维持正常的生命活动,减少了用于繁殖的能量[21]㊂多代暴露实验结果表明,C u2+对轮虫繁殖能力产生了多代毒性和代际效应㊂这可能与重金属在轮虫体内累积有关㊂例如,汞对剑水蚤(T i g r i o p u s j a po n i c u s )繁殖的多代毒性效应归因于随暴露世代增加汞的生物累积量增加[22]㊂重金属还能够通过抑制卵的发育从而引起生殖毒性㊂例如H g 能通过抑制剑水蚤(T .j a po n i c u s )卵黄蛋白原的表达,并下调角质层蛋白和几丁质修饰酶的表达,抑制卵角质层的发育和形成,从而引起多代生殖毒性[22-23]㊂除此之外,重金属能够诱导D N A 损伤产生遗传毒性,从而产生代际效应㊂研究表明,A g 纳米颗粒诱导的相关组蛋白甲基化水平的变化[24]和A g 诱导的突变累积[25]是引起秀丽隐杆线虫(C a e n o r h a b d i t i s e l e ga n s )后代生殖敏感性提高的重要原因㊂研究发现C u2+暴露后轮虫各世代的生活史特征发生了变化㊂本文利用50μg㊃L -1C u 2+处理后F 0~F 3代轮虫生活史参数的倍数变化同对照组相比,来反映C u 2+暴露对轮虫各世代生活史特征的影响程度,即C u2+连续多世代暴露同净化后对轮虫生活史参数影响(见图8)㊂图8(a )中,C u 2+暴露后F 0~F 1代轮虫的产卵数㊁净生殖率和内禀增长率增加,寿命和世代时间则呈降低趋势,说明持续两代C u2+暴露使轮虫向高繁殖力㊁早性成熟和低存活率的生活史特征发展,这可被看作是一种应对外界环境刺激的种群适应策略,使得其种群在不断变化的生境中能够保持最大的拓殖能力[26]㊂随着C u 2+暴露世代增加,F 1~F 3代高浓度组轮虫的产卵数㊁净生殖率㊁内禀增长率和寿命随暴露世代增加而降低,世代时间呈上升趋势,表明C u2+多代暴露后轮虫的耐受性降低,C u2+对轮虫的生活史特征产生了代际效应㊂这可能是由于在持续C u2+应激下,轮虫分配更多的能量用于解毒和修复作用,如金属硫蛋白和抗氧化酶和合成,减少了用于繁殖的能量[27-28]㊂此外,C u 2+暴露提高了轮虫生命阶段初期的繁殖潜力㊂繁殖对生物来说是一个能量消耗较大的生物过程,因此未来生存的可能性或者未来繁殖概率的降低是生物目前在生产后代上投资的结果㊂在重金属应激下,轮虫在维持机体存活的同时需分配能量用于抵御外界环16Copyright ©博看网. All Rights Reserved.中 国 海 洋 大 学 学 报2023年境压力,这必将会增加其繁殖代价,因此高浓度C u 2+暴露后轮虫的生殖价会在短暂升高后快速降低,说明轮虫对未来种群增长的贡献降低,进而使轮虫的种群增长受到抑制㊂轮虫是近海浮游动物的重要物种之一,C u 2+长期暴露不仅会影响浮游动物的种类和数量,作为海洋生态系统的初级消费者,浮游动物的种群动态变化还会影响各营养级的节律和规模[29],并会进一步影响海洋生态系统的物质循环和能量流动㊂在重金属胁迫下,初级消费者和初级生产者的种群动态以及两者之间的能量流动会发生改变,轮虫对海洋生态系统中初级生产者浮游藻类的控制作用会减弱,这将会增加赤潮暴发的风险[9]㊂此外,浮游动物种群动态变化也会影响鱼类㊁甲壳类和软体动物等高营养级生物的种群动态,从而影响海洋生态系统的稳定性[30]㊂图8 C u 2+连续多世代暴露(a )与净化后(b)对轮虫生活史参数的影响总览图F i g .8 O v e r v i e wo f t h e e f f e c t s o f C u 2+m u l t i g e n e r a t i o n a l e x p o s u r e (a )a n d r e c o v e r y (b )o n l i f e h i s t o r y pa r a m e t e r s o f r o t i f e r s 图8(b)表明,经过连续几个世代净化后,轮虫的寿命㊁产卵数㊁净生殖率和内禀增长率显著增加,C u 2+对轮虫的不利影响逐步消失㊂这可能是由于在清洁的海水中轮虫逐渐排出了累积在其体内的C u2+㊂C u2+的大量累积可能诱导轮虫体内的解毒机制,例如外排泵的诱导㊁内流泵的下调和排泄机制的上调,使轮虫体内铜的含量降低[31]㊂前人的研究也得到了类似的结果㊂例如,镉暴露的剑水蚤(T .j a p o n i c u s )经过1个恢复世代后,其繁殖仍受到抑制,而经过2个恢复世代后,剑水蚤的繁殖能力得以恢复,该现象被认为同恢复世代期间剑水蚤体内镉累积量逐渐降低有关[32]㊂此外,表型可塑性也可能在轮虫恢复世代的性状恢复中起重要作用㊂例如轮虫可能通过增加金属硫蛋白的转录水平等提高排泄效率[33],增强碳水化合物代谢㊁肌球蛋白重组和应激相关防御途径等相关蛋白质的表达[23],使重金属离子对其生活史特征的影响减弱㊂本研究结果表明当铜胁迫消失后,轮虫的繁殖能力和生活史特征逐渐恢复,这说明海产养殖环境中重金属污染修复的重要性,亟需开发一种安全㊁环保㊁高效和低价的重金属离子修复技术以保证海产养殖业的可持续发展㊂4 结论(1)高浓度重金属C u2+暴露显著降低了褶皱臂尾轮虫的产卵数和净生殖率;C u2+暴露初期,轮虫为保持最大拓殖能力,F 0~F 1代轮虫的产卵数㊁净生殖率和内禀增长率增大,寿命和世代时间降低;但F 1~F 3代轮虫的产卵数㊁净生殖率㊁内禀增长率和寿命随暴露世代增加而降低,世代时间呈上升趋势,这表明C u2+多代暴露后轮虫的耐受性降低,其生活史特征产生明显改变,轮虫繁殖潜力下降,种群增长受抑制㊂(2)停止C u 2+暴露2~3个世代后,轮虫的种群繁殖潜力逐渐恢复到正常水平㊂这表明C u2+对轮虫的繁殖能力和生活史的不利影响是可逆的㊂该研究结果也表明了在物种单一㊁群落结构相对简单的海产养殖水域进行重金属污染的治理和生态修复对受损浮游动物种群的恢复和渔业资源的可持续发展具有重要意义㊂参考文献:[1] L a oQ ,S uQ ,L i uG ,e t a l .S pa t i a l d i s t r ib u t i o no f a n dh i s t o r ic a l c h a n g e s i nh e a v y me t a l s i n t h e s u rf a c e s e a w a t e r a n ds e d i m e n t s o f t h e B e i b uG u l f ,C h i n a [J ].M a r i n eP o l l u t i o nB u l l e t i n ,2019,146:427-434.26Copyright ©博看网. 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All Rights Reserved.中国海洋大学学报2023年m e n t,2019,670:508-522.[31] K i m H Y,J e o n J,H o l l e n d e r J,e t a l.A q u e o u s a n d d i e t a r y b i o a c-c u m u l a t i o n o f a n t i b i o t i c t e t r a c y c l i n e i n D.m a g n a a nd i t sm u l t i-g e n e r a t i o n a l t r a n s f e r[J].J o u r n a l o fH a z a r d o u sM a t e r i a l s,2014,279:428-435.[32] W a n g M,Z h a n g C,L e e J S.Q u a n t i t a t i v e s h o t g u n p r o t e o m i c s a s-s o c i a t e sm o l e c u l a r-l e v e l c a d m i u mt o x i c i t y r e s p o n s e sw i t h c o m p r o-m i s e d g r o w t h a n d r e p r o d u c t i o n i n am a r i n e c o p e p o du n d e rm u l t i-g e n e r a t i o n a l e x p o s u r e[J].E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e&T e c h n o l o g y,2018,52(3):1612-1623.[33] A m o r i m MJB,P e r e i r aC,S o a r e sA M V M,e t a l.D o e s l o n gt e r ml o w i m p a c t s t r e s s c a u s e p o p u l a t i o n e x t i n c t i o n?[J].E n v i r o n-m e n t a l P o l l u t i o n,2017,220(P a r t B):1014-1023.M u l t i g e n e r a t i o n a l T o x i c i t y o f C o p p e r I o n o nM a r i n eZ o o p l a n k t o n B r a c h i o n u s p l i c a t i l i sL i Y a n1,L i uL i u q i n g q i n g1,L u oX i a n x i a n g1,2,L uH u i1,Z h e n g H a o1,2,L i F e n g m i n1,2 (1.T h e I n s t i t u t e o f O f f s h o r e E n v i r o n m e n t a l P o l l u t i o n C o n t r o l,K e y L a b o r a t o r y o fM a r i n e E n v i r o n m e n t a n d E c o l o g y,M i n i s-t r y o f E d u c a t i o n,O c e a nU n i v e r s i t y o f C h i n a,Q i n g d a o266100,C h i n a;2.F u n c t i o n a l L a b o r a t o r y o fM a r i n e E c o l o g y a n dE n-v i r o n m e n t a l S c i e n c e,P i l o eN a t i o n a l L a b o r a t o r y o fM a r i n e S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y(Q i n g d a o),Q i n g d a o266071,C h i n a) A b s t r a c t: T h e c o p p e r i o n p o l l u t i o n i s s e r i o u s i nc o a s t a lw a t e r s.A n dc o p p e rm a y i n d u c em u l t i g e n e r a-t i o n a l t o x i c i t y e f f e c t s o n t h e z o o p l a n k t o n B r a c h i o n u s p l i c a t i l i s w h i c h i s t h e c r i t i c a l b a i t o fm a r i n e f i s h e r y r e s o u r c e s.T h e r e f o r e,t h i s s t u d y e x p l o r e d t h e e f f e c t s o f c o p p e r o n t h e f e c u n d i t y a n d l i f e h i s t o r y t r a i t s o f B.p l i c a t i l i s t h r o u g h m u l t i g e n e r a t i o n a l e x p o s u r ea n dr e c o v e r y e x p e r i m e n t s.T h er e s u l t ss h o w e dt h a t 50μg㊃L-1C u2+s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d t h e n u m b e r o f e g g s a n d n e t r e p r o d u c t i v e r a t e o f r o t i f e r s c o m p a r e d w i t h t h e c o n t r o l g r o u p f o r t h e s a m e g e n e r a t i o n.T h e n u m b e r o f e g g s,n e t r e p r o d u c t i v e r a t e,a n d i n t r i n s i c g r o w t h r a t e o f F0~F1r o t i f e r s i n c r e a s e dw i t h t h e i n c r e a s i n g e x p o s u r e g e n e r a t i o n s o f50μg㊃L-1C u2+. W h i l e t h e l i f e s p a n a n d g e n e r a t i o n t i m e s h o w e d a d o w n w a r d t r e n d.T h e s e r e s u l t s c o u l db e r e g a r d e d a s a p o p u l a t i o n a d a p t a t i v es t r a t e g y f o rr o t i f e r st o m a i n t a i nt h e m a x i m u m c o l o n i z a t i o na b i l i t y u n d e rC u2+ s t r e s s.I n a d d i t i o n,a f t e r s u c c e s s i v e e x p o s u r e o f50μg㊃L-1C u2+f o r3o r4g e n e r a t i o n s,t h e n u m b e r o f e g g s,n e t r e p r o d u c t i v e r a t e,i n t r i n s i c g r o w t h r a t e,a n d l i f e s p a n o f F1~F3r o t i f e r s d e c r e a s e d,w h i l e t h eg e n e r a t i o n t i m e i n c r e a s e d,i n d i c a t i n g t h a t t h e f e c u n d i t y o f r o t i f e r s s i g n i f i c a n t l y d e c r e a s e da n dt h e l i f eh i s t o r y t r a i t ss i g n i f i c a n t l y c h a n g e d.T h e s er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tC u2+i n d u c e d m u l t i g e n e r a t i o n a l e f f e c t o n t h e f e c u n d i t y a n d l i f e h i s t o r y t r a i t s o f r o t i f e r s.H o w e v e r,a f t e r2o r3r e c o v e r y g e n e r a t i o n s,t h e r e p r o d u c t i v e p o t e n t i a l a n d l i f e h i s t o r y t r a i t s o f r o t i f e r s r e t u r n e d t o t h e l e v e l b e f o r e C u2+e x p o s u r e.T h e r e-f o r e,t h i s s t u d y h i g h l i g h t e d t h a t p o l l u t i o nm a n a g e m e n t a n d e c o l o g i c a l r e m e d i a t i o n o f h e a v y m e t a l p o l l u-t i o nw o u l d b e h e l p f u l t o t h e r e c o v e r y o f d a m a g e d z o o p l a n k t o n p o p u l a t i o n s a n d f i s h e r y s u s t a i n a b l e d e v e l-o p m e n t.K e y w o r d s:C u2+;B r a c h i o n u s p l i c a t i l i s;p o p u l a t i o n;f e c u n d i t y;l i f e h i s t o r y;m u l t i g e n e r a t i o n a l e f f e c t责任编辑高蓓46Copyright©博看网. 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海水中重金属对养殖扇贝种苗的毒性效应研究
海水中重金属对养殖扇贝种苗的毒性效应研究引言：随着工业化的发展和人类活动的增加，海洋环境中的重金属污染日益严重，对海洋生物造成了严重的威胁。
扇贝作为常见的贝类养殖物种之一，对于海洋生态系统的健康具有重要意义。
然而，海水中的重金属对于扇贝种苗的生存和发展可能带来潜在的毒性效应。
因此，本研究旨在探讨海水中重金属对养殖扇贝种苗的毒性效应，并分析其可能的机制。
1. 海水重金属污染的来源及影响海洋环境中的重金属污染主要来自工业废水、农业和城市排污、船舶废弃物以及自然因素等。
常见的海水重金属污染物包括铅、汞、镉、铜、锌等。
这些重金属在海水中长期积累，通过生物链逐渐富集在养殖物种中。
重金属对扇贝种苗的毒性效应主要表现为生长抑制、生育力下降、免疫功能损害和生物累积等。
其中，铅和汞对于扇贝种苗的毒性效应较为明显。
这些重金属可以通过干扰鲍鱼的养殖环境以及直接进入鲍鱼体内，对其生理和生化过程产生负面影响。
2. 养殖扇贝种苗对海水重金属的敏感性养殖扇贝种苗对海水中重金属的敏感性与其生命周期的不同阶段有关。
扇贝种苗在生长的早期阶段对重金属的敏感性较高，而随着身体的成熟和壳的形成，其对重金属的抵抗能力逐渐增强。
此外，养殖扇贝种苗的抗氧化系统、解毒酶体系和免疫功能也会对重金属的毒性效应产生影响。
因此，在养殖扇贝种苗的毒性效应研究中，需要考虑不同阶段的差异和生理机制的作用。
3. 海水重金属对养殖扇贝种苗的毒性机制海水中重金属对养殖扇贝种苗的毒性机制十分复杂，包括生理水平和分子水平的改变。
在生理水平上，重金属可能通过抑制鲍鱼的生长、抑制鲍鱼体内酶活性、损害鲍鱼的呼吸、循环和排泄功能等方式对鲍鱼产生毒性作用。
在分子水平上，重金属可能会干扰鲍鱼体内氧化还原平衡、引发细胞膜损伤、损伤DNA和RNA、干扰基因表达和蛋白质合成等。
这些作用机制相互交织，对养殖扇贝种苗的毒性效应产生综合影响。
4. 减轻海水重金属污染对养殖扇贝种苗的影响策略为了减轻海水重金属污染对养殖扇贝种苗的影响，需要采取一系列的措施。
铜、镉对绿鳍马面鲀胚胎和初孵仔鱼的毒性效应
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第5期2023年10月V ol.18,No.5Oct.2023㊀㊀基金项目:中国水产科学研究院黄海水产研究所基本科研业务费专项资金资助项目(20603022022014);福建省海洋渔业资源与生态环境重点实验室开放基金课题(Z822286);烟台市科技创新发展计划项目(2022XCZX078)㊀㊀第一作者:王晓然(1998 ),女,硕士研究生,研究方向为水产养殖学,E -mail:***********************㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:***************.cnDOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220913002王晓然,边力,涂忠,等.铜㊁镉对绿鳍马面鲀胚胎和初孵仔鱼的毒性效应[J].生态毒理学报,2023,18(5):246-254Wang X R,Bian L,Tu Z,et al.Toxic effects of copper and cadmium on embryos and larvae of Thamnaconus septentrionalis [J].Asian Journal of Eco -toxicology,2023,18(5):246-254(in Chinese)铜㊁镉对绿鳍马面鲀胚胎和初孵仔鱼的毒性效应王晓然1,2,边力1,涂忠4,胡琼1,秦搏3,常青1,英娜3,吴艳庆3,杨立国3,陈四清1,*1.中国水产科学研究院黄海水产研究所,青岛海洋科学与技术试点国家实验室,海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室,青岛2660712.上海海洋大学水产与生命学院,上海2013063.中国水产科学研究院东海水产研究所,上海2000934.山东省渔业发展和资源养护总站,烟台264000收稿日期:2022-09-13㊀㊀录用日期:2022-11-10摘要:以绿鳍马面鲀(Thamnaconus septentrionalis )胚胎及初孵仔鱼为实验对象,采用静水试验方法,研究Cu 2+㊁Cd 2+对绿鳍马面鲀胚胎及初孵仔鱼的毒性效应㊂结果表明,随着重金属溶液浓度升高,绿鳍马面鲀胚胎畸形率呈上升趋势,孵化率呈下降趋势,初孵仔鱼呈现V ㊁S ㊁L ㊁U 等各种畸形状态;囊胚期至神经胚㊁器官分化至出膜2个阶段发育时长均随Cu 2+浓度的增加呈先缩短后延长趋势,2个阶段发育时长均随Cd 2+浓度的增加呈延长趋势;不同Cu 2+㊁Cd 2+浓度组在2个发育阶段死亡率均随浓度增加而升高,同一浓度下,器官分化至出膜阶段胚胎死亡率低于囊胚期至神经胚阶段;初孵仔鱼存活率与重金属溶液浓度和培育时间呈反比,畸形率与溶液浓度呈正比㊂Cu 2+㊁Cd 2+对初孵仔鱼72h -LC 50值分别为0.063mg ㊃L -1和3.589mg ㊃L -1,其对应的95%置信区间分别为0.052~0.072mg ㊃L -1和3.184~3.944mg ㊃L -1㊂安全浓度分别为0.006mg ㊃L -1和0.359mg ㊃L -1㊂本实验表明,Cu 2+对绿鳍马面鲀胚胎发育及初孵仔鱼的毒性大于Cd 2+㊂关键词:重金属;绿鳍马面鲀;急性毒性;胚胎;初孵仔鱼文章编号:1673-5897(2023)5-246-09㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AToxic Effects of Copper and Cadmium on Embryos and Larvae of Tham-naconus septentrionalisWang Xiaoran 1,2,Bian Li 1,Tu Zhong 4,Hu Qiong 1,Qin Bo 3,Chang Qing 1,Ying Na 3,Wu Yanqing 3,Yang Liguo 3,Chen Siqing 1,*1.Yellow Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes,Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao),Qingdao 266071,China2.College of Fisheries and Life Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China3.East Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Shanghai 200093,China4.Shandong Provincial Fishery Development and Resource Conservation Station,Yantai 264000,ChinaReceived 13September 2022㊀㊀accepted 10November 2022第5期王晓然等:铜㊁镉对绿鳍马面鲀胚胎和初孵仔鱼的毒性效应247㊀Abstract:The toxic effects of Cu2+and Cd2+on embryos and hatchling larvae of Thamnaconus septentrionalis were studied by static water test.The results showed that with the increase of the concentration of heavy metal so-lution,the embryo deformity rate of the T.septentrionalis increased and the hatching rate pared with the control group,the embryo deformity rate in3mg㊃L-1Cd2+and7mg㊃L-1Cd2+groups increased about5and15times,respectively.At48h,the survival rates of0.17mg㊃L-1Cu2+group,5mg㊃L-1,7mg㊃L-1Cd2+group were0, and there were significant differences between the other concentration groups and the control group.In the heavy metal solution,the embryos showed embryonic body atrophy,arrested development,turbidity of cytoplasm in em-bryo disc,embryonic body hyperplasia and head hypoplasia.The newly hatched larvae showed various deformities such as V,S,L and U shape.With the increase of Cu2+concentration,the developmental time of the two stages from blastocyst stage to neurula stage and organ differentiation to membrane development stage first shortened and then extended,and the developmental time of the two stages extended with the increase of Cd2+concentration.The mortalities of Cu2+and Cd2+increased with the increase of Cu2+and Cd2+concentrations in the two developmental stages.Under the same concentration,the embryonic mortality from organ differentiation to membrane development stage was lower than that from blastocyst to neurula stage.In the high concentration of heavy metal solution,the newly hatched larvae swam excessively actively for a short time,and their sense of direction was weakened,and then they lost their swimming ability with the increase of time until they died.The survival rate of newly hatched larvae was inversely proportional to the concentration of heavy metal solution,and the incubation time,and the malformation rate was directly proportional to the concentration of heavy metal solution.With the increase of Cu2+ and Cd2+concentration,the incubation time and survival rate of newly hatched larvae decreased.At72h,the sur-vival rates of0.18mg㊃L-1Cu2+group and8mg㊃L-1Cd2+group were0,and the survival rates of other groups were significantly different from the control group.With the increase of Cu2+and Cd2+concentration,the malforma-tion rate of hatchling larvae increased,and they were significant higher than the control group(Pɤ0.05).The mal-formation rates of0.18mg㊃L-1Cu2+group and8mg㊃L-1Cd2+group were the highest,which were(47.78ʃ4.01)%and(56.67ʃ1.93)%,respectively,which are bout14,17times of the control group.LC50values of Cu2+and Cd2+ for hatchlings at72h were0.063mg㊃L-1and3.589mg㊃L-1,respectively,and the corresponding95%confidence intervals were0.052~0.072mg㊃L-1and3.184~3.944mg㊃L-1.The safe concentrations were0.006mg㊃L-1and 0.359mg㊃L-1,respectively.Considering the survival rate and malformation rate,Cu2+was more toxic than Cd2+to T.septentrionalis larvae.Keywords:heavy metal;Thamnaconus septentrionalis;acute toxicity;embryo;larva㊀㊀重金属含量对水生生物的胚胎发育及幼体生长会产生很大影响,工业废水㊁生活废水㊁水产养殖投入品等给水环境带来多种重金属,随着时间的推移排放到水域环境中的重金属会越积越多㊂生活污水及工业废水中含有镉(Cd),Cd对水体中有毒物质的降解会产生抑制作用[1];铜(Cu)经常作为消灭藻类和一些细菌等微生物的药物使用;一些饵料中也含有一定量Cu2+,水中残饵对养殖水体会造成一定重金属污染[2]㊂水环境对鱼类胚胎孵化和仔鱼生长至关重要,在生命早期鱼类对生长水体环境中污染物的含量比较敏感,水体中的重金属离子常会对胚胎发育和初孵仔鱼生长产生严重影响[3]㊂在胚胎发育阶段,重金属可以影响胚胎分化及器官形成,延长或缩短胚胎出膜时长,严重可造成胚胎发育障碍,导致畸形,Cu2+作用下,高浓度组胚胎及初孵仔鱼畸形现象显著,如围心腔畸形㊁椎体中后部弯曲[4];在初孵仔鱼生长阶段,重金属离子会吸附在鱼体组织器官表面,影响组织器官正常生理代谢活动,对其造成损伤甚至导致死亡[5],如Cu2+中毒情况下褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)鳃盖起伏剧烈,出现身体痉挛,死亡个体体表及鳃部覆盖铜绿色沉淀[6]㊂由于过度捕捞和环境变化等因素,1994年以来绿鳍马面鲀(Thamnaconus septentrionalis)自然资源急剧下降,这个鱼种逐渐受到人们的重视[7]㊂目前,重金属对绿鳍马面鲀胚胎发育以及初孵仔鱼的毒性试验尚未见报道㊂文章通过研究Cu2+㊁Cd2+对绿鳍248㊀生态毒理学报第18卷马面鲀胚胎及初孵仔鱼的毒性效应,对重金属的耐受性进行比较,以期揭示其对绿鳍马面鲀胚胎及初孵仔鱼的毒性作用,得到水生生物重金属离子急性毒性的基础数据,为了解绿鳍马面鲀资源下降的环境原因和开展人工苗种培育的水质调控提供理论支持㊂1㊀材料与方法(Materials and methods)1.1㊀受精卵及初孵仔鱼试验于2022年6月在中国水产科学研究院东海水产研究所赣榆研究中心开展,绿鳍马面鲀受精卵为研究中心培育的亲鱼自然产卵受精㊂产卵海水温度(22.0ʃ0.5)ħ,盐度29,pH7.6ʃ0.1,溶氧(7.5ʃ1.0)mg㊃L-1㊂收集的受精卵冲洗消毒后置于清洁海水中充气孵化,选用正常环境孵化的初孵仔鱼用于试验㊂1.2㊀试剂试验药品为CuSO4㊃5H2O㊁CdCl2,均为分析纯,购自上海麦克林生化科技有限公司㊂分别称取一定量的试验药品,配制成不同浓度的试验用液㊂试验海区洁净海水中Cu㊁Cd这2种重金属离子浓度测定值均<0.001mg㊃L-1,因此以洁净自然海水为对照组,Cu㊁Cd离子浓度可视为0mg㊃L-1㊂1.3㊀试验方法参照国家鱼类急性毒性试验标准[8],设计Cu2+㊁Cd2+对绿鳍马面鲀胚胎及初孵仔鱼的急性毒性试验㊂1.3.1㊀Cu2+㊁Cd2+对胚胎的毒性试验经Cu2+(0.01~0.24mg㊃L-1)㊁Cd2+(1~8mg㊃L-1)预实验,确定正式试验浓度梯度分别为0㊁0.02㊁0.07㊁0.12和0.17mg㊃L-1;0㊁1㊁3㊁5和7mg㊃L-1㊂分别将处于原肠早期㊁器官发生期的受精卵放入直径为10cm含有50mL实验液的培养皿进行毒性试验,每个培养皿放入30粒,每组3个平行㊂试验过程中温度控制在(22.0ʃ0.5)ħ㊁pH7.6ʃ0.2㊁盐度29㊂间隔30min在显微镜下观察各试验组胚胎发育情况并进行拍照,用吸管吸去死卵,统计在原肠期至神经胚㊁器官发生期至出膜2个阶段胚胎死亡数㊁仔鱼孵出数和畸形数㊂1.3.2㊀胚胎发育过程观察间隔30min,在显微镜下观察受精卵胚胎发育进程,记录不同浓度Cu2+㊁Cd2+组原肠期至神经胚㊁器官发生期至出膜发育阶段的形态特征及发育时间,50%胚胎出现新特征即进入下一胚胎发育阶段;在解剖镜下观察仔鱼发育情况,当有半数以上的受精卵孵化出仔鱼,作为该组的孵化时间㊂孵化结束后,记录各组孵出仔鱼数量㊁孵化出膜时间㊂1.3.3㊀Cu2+㊁Cd2+对初孵仔鱼毒性试验经Cu2+(0.01~0.25mg㊃L-1)㊁Cd2+(1~8mg㊃L-1)的预实验,确定各金属离子浓度范围,以24h全活质量浓度为下限㊁72h全致死质量浓度为上限设Cu2+㊁Cd2+浓度组各4个,洁净海水作为对照组, Cu2+浓度梯度分别为0㊁0.03㊁0.08㊁0.13和0.18mg㊃L-1,Cd2+浓度梯度分别为0㊁2㊁4㊁6和8mg㊃L-1㊂试验容器为水体1L的烧杯,各放入30尾正常条件下孵出的初孵仔鱼,每组设3个平行㊂观察记录各组仔鱼活动㊁形态特征变化,及时清除死亡仔鱼,统计仔鱼暴露24㊁48和72h的死亡情况㊂1.4㊀数据处理采用SPSS20.0统计软件对胚胎发育时长㊁死亡率㊁孵化率和存活率,初孵仔鱼畸形率和存活率等实验数据进行单因子方差分析(One-way ANOV A)和Duncan s多重比较,用字母标记法来表示差异显著,相同字母间表示差异不显著,不同字母间表示差异显著(Pɤ0.05)㊂在SPSS20.0中调用Probit程序,依据概率-浓度回归方程法求出72h的LC50(受试样品50%死亡率时对应的污染物浓度)㊂孵化率=孵出仔鱼数/受精卵粒数ˑ100%畸形率=孵出畸形仔鱼数/孵出仔鱼数ˑ100%死亡率=死亡仔鱼数/孵出仔鱼数ˑ100%安全质量浓度计算公式如下:SC=0.1ˑ72h-LC50式中:SC为安全质量浓度值,72h-LC50为染毒72h 后的半致死数量浓度值㊂2㊀结果(Results)2.1㊀Cu㊁Cd对胚胎及仔鱼的致畸作用在重金属对绿鳍马面鲀胚胎及仔鱼的急性毒性实验中,通过对各个试验组与对照组中胚胎及初孵仔鱼形态及生长状况的观察对比分析,发现不同浓度的Cu2+㊁Cd2+对胚胎发育的不同阶段会造成不同程度影响㊂且随重金属浓度升高,毒害效果愈发明显㊂Cu2+㊁Cd2+对胚胎及仔鱼的致畸作用的表现如图1所示㊂由图1-1可见正常发育至原肠期的受精卵通体晶莹透明,卵膜内原肠胚清晰均匀,胚盘从卵黄囊一侧下包1/2左右,形如碗状,十几个油球界限分明㊁大小相近,聚集于卵黄囊另一侧㊂胚胎畸形情况主要表现为:胚体萎缩,停止发育,呈乳白色不透第5期王晓然等:铜㊁镉对绿鳍马面鲀胚胎和初孵仔鱼的毒性效应249㊀明状(图1-2㊁图1-4);胚盘细胞质浑浊,油球数量少(图1-3);胚胎生长发育后期,胚体增生,头部发育不全(图1-5);胚体畸形,尾芽弯曲,不能正常发育出膜(图1-6)㊂正常初孵仔鱼如图1-7所示,具有卵黄囊和油球,卵黄囊呈椭圆形,油球位于卵黄囊前方,仔鱼肌节腹侧有一列呈直线排列的黑色素㊂初孵仔鱼畸形状态主要包括:躯干畸形,弯曲呈U 形(图1-8);头部增大,脊柱弯曲呈L 形(图1-9㊁图1-10);躯体缩短,脊柱弯曲,身体呈S 形(图1-11);卵黄囊后脊柱弯曲,呈V 形(图1-12)㊂将正常孵化条件下的初孵仔鱼放入不同浓度的Cu 2+㊁Cd 2+溶液中,6h 内0.03mg ㊃L -1㊁0.08mg ㊃L -1低浓度Cu 2+组和2mg ㊃L -1㊁4mg ㊃L -1低浓度Cd 2+组仔鱼无异常变化,0.13mg ㊃L -1㊁0.18mg ㊃L -1高浓度Cu 2+组和6mg ㊃L -1㊁8mg ㊃L -1高浓度Cd 2+组仔鱼开始游动剧烈,之后活动逐渐迟缓;6~24h ,高浓度组部分仔鱼方向感减弱,活动剧烈呈间歇性无规律乱窜;24~48h ,低浓度组仔鱼活力减弱,反应迟缓,高浓度组仔鱼失去游泳能力,原地打转,头部后方或尾部出现弯曲畸形现象;48~72h ,高浓度组大部分仔鱼失去生命活力,沉在烧杯底部死亡且畸形现象严重,低浓度组少数初孵仔鱼出现畸形及死亡现象㊂2.2㊀Cu ㊁Cd 对胚胎发育时间和死亡率的影响在不同重金属浓度梯度下,胚胎发育过程中囊胚期至神经胚㊁器官分化至出膜2个阶段发育时长及死亡率见表1㊂Cu 2+浓度梯度溶液中,囊胚期至神经胚㊁器官分化至出膜2个阶段发育时长均随浓度的增加呈先缩短后延长趋势㊂0.02㊁0.07和0.12mg ㊃L -1组发育时长均低于对照组,其中0.07mg ㊃L -1和0.12mg ㊃L -1与对照组相比差异显著,0.17mg ㊃L -1组发育时长显著高于对照组,分别为7.5h 和31.2h ㊂不同Cd 2+浓度梯度溶液中,囊胚期至神经胚㊁器官分化至出膜2个阶段发育时长均随浓度的增加呈上升趋势㊂第1阶段各浓度梯度发育时长均大于对图1㊀绿鳍马面鲀胚胎和初孵仔鱼的正常和畸形状态注:1.正常囊胚;2.胚体萎缩,呈乳白色不透明状;3.胚盘细胞质浑浊,油球数量少;4.胚体萎缩;5.胚体增生,头部发育不全;6.胚体畸形,尾芽弯曲;7.正常初孵仔鱼;8.躯干畸形,弯曲呈U 形;9.头部增大,脊柱弯曲呈L 形;10.脊柱弯曲呈L 形;11.躯体缩短,脊柱弯曲,身体呈S 形;12.卵黄囊后脊柱弯曲,呈V 形㊂Fig.1㊀Normal and abnormal states of embryo and larvae of Thamnaconus septentrionalisNote:1.Normal blastocyst;2.Embryo body atrophy,milky opaque;3.The cytoplasm of blastodisk is cloudy and the number of oil globules is small;4.Embryo body atrophy;5.Embryo body hyperplasia,incomplete head development;6.Deformed embryo body,curved tail bud;7.Normal newly hatched fish;8.Trunk deformity,bending is U -shaped;9.The head increases,and the spine bends in an L -shape;10.The spinal curve is L -shaped;11.shortening of the body,spine bending,and the body was S -shaped;12.The spinal curve behind the yolk sac is V -shaped.250㊀生态毒理学报第18卷照组,其中1mg㊃L-1和3mg㊃L-1组与对照组相比无显著差异;第2阶段1mg㊃L-1组发育时长低于对照组,3㊁5和7mg㊃L-1组发育时长均高于对照组,7mg ㊃L-1组与对照组相比差异显著㊂不同Cu2+㊁Cd2+浓度组在2个发育阶段死亡率均随浓度增加而升高, 0.02mg㊃L-1Cu2+组和1mg㊃L-1Cd2+组死亡率与对照组相比无显著差异;囊胚期至神经胚阶段,0.07㊁0.12和0.17mg㊃L-1Cu2+组胚胎死亡率与对照组相比,分别增加了约5倍㊁11倍和18倍,3㊁5和7mg㊃L-1Cd2+组胚胎死亡率与对照组相比,分别增加了约7倍㊁14倍和19倍;器官分化至出膜阶段,0.07㊁0.12和0.17mg㊃L-1Cu2+组胚胎死亡率与对照组相比,分别增加了约18倍㊁35倍和52倍,3㊁5和7mg㊃L-1 Cd2+组胚胎死亡率与对照组相比,分别增加了约22倍㊁45倍和65倍;同一浓度下,器官分化至出膜阶段胚胎死亡率低于囊胚期至神经胚阶段㊂2.3㊀Cu㊁Cd对胚胎孵化率㊁畸形率和存活率的影响不同浓度Cu2+㊁Cd2+溶液中,胚胎孵化率㊁畸形率及初孵仔鱼24h㊁48h存活率情况见表1㊂Cu2+溶液中,0.17mg㊃L-1组与对照组相比胚胎孵化率差异最显著,为(8.89ʃ1.11)%,0.02mg㊃L-1组与对照组相比差距不显著,0.12mg㊃L-1组孵化率约为对照组的1/3;0.02mg㊃L-1组畸形率低于对照组且差异不显著,为(4.88ʃ2.11)%,其他3组畸形率与对照组相比差异显著,0.07mg㊃L-1和0.17mg㊃L-1Cu2+组胚胎畸形率与对照组相比,分别增加了约5倍和10倍,其中0.17mg㊃L-1组畸形率最高,为(62.50ʃ12.50)%㊂不同浓度Cd2+溶液中,除1mg㊃L-1组与对照组相比差异不显著外,3㊁5和7mg㊃L-1组与对照组相比差异显著,3mg㊃L-1组孵化率约为对照组的1/2,其中7mg㊃L-1组孵化率最低,为(4.44ʃ1.11)%;各浓度处理组畸形率均显著高于对照组,3mg㊃L-1和7 mg㊃L-1Cd2+组胚胎畸形率与对照组相比,分别增加了约5倍和15倍㊂整体来说,随Cu2+㊁Cd2+浓度增加,孵化率呈下降趋势,畸形率呈上升趋势㊂Cu2+㊁Cd2+溶液中初孵仔鱼存活率与浓度及处理时间呈负相关,24h时,各浓度组存活率与对照组相比均有显著性差异,Cu2+组中0.17mg㊃L-1组初孵仔鱼存活率最低,为(16.67ʃ16.67)%㊁7mg㊃L-1 Cd2+组初孵仔鱼全部死亡;48h时,0.17mg㊃L-1 Cu2+组㊁5mg㊃L-1和7mg㊃L-1Cd2+组存活率为0,其他浓度组与对照组相比均有显著差异㊂综合考虑胚胎孵化率㊁畸形率㊁初孵仔鱼存活率等指标,Cu2+对胚胎发育的毒性大于Cd2+㊂表1㊀Cu2+、Cd2+对绿鳍马面鲀胚胎发育的影响Table1㊀Effects of Cu2+and Cd2+on embryonic development of Thamnaconus septentrionalis重金属Heavy metals浓度/(mg㊃L-1)Concentration/(mg㊃L-1)孵化率/%Hatchingrate/%畸形率/%Abnormalityrate/%囊胚期至神经胚Blastocyst stage toneural embryo器官分化至出膜Organ differentiationto hatching存活率/%Survival rate/%发育时长/hDevelopmenttime/h死亡率/%Mortality/%发育时长/hDevelopmenttime/h死亡率/%Mortality/%24h48h对照组Control group094.44ʃ1.11a 5.88ʃ1.18c 6.6ʃ0.03bc 4.44ʃ1.11d30.7ʃ0.07ab 1.15ʃ1.15d91.79ʃ1.07a90.60ʃ1.13aCu2+0.0291.11ʃ1.11a 4.88ʃ2.11c 6.5ʃ0.04bc7.78ʃ1.11d30.4ʃ0.11b 1.19ʃ1.19d48.72ʃ2.65b29.19ʃ3.90b 0.0761.11ʃ2.94b30.91ʃ3.15b 5.9ʃ0.20d23.33ʃ1.93c29.3ʃ0.41c20.31ʃ2.92c41.58ʃ3.15bc16.33ʃ3.09c 0.1231.11ʃ2.22c46.43ʃ9.45ab 6.2ʃ0.08cd47.78ʃ2.22b30.0ʃ0.23bc40.39ʃ3.87b35.00ʃ7.64bc 3.33ʃ3.33d 0.178.89ʃ1.11d62.50ʃ12.50a7.5ʃ0.10a77.78ʃ2.94a31.2ʃ0.09a59.88ʃ1.55a16.67ʃ16.67c0.00Cd2+190.00ʃ1.92a20.99ʃ3.27b 6.7ʃ0.08c 5.56ʃ2.22d30.6ʃ0.20b 4.68ʃ1.11d64.12ʃ3.66b12.40ʃ1.49b 353.33ʃ1.93b31.25ʃ9.55b 6.8ʃ0.13c28.89ʃ1.11c31.2ʃ0.18b24.96ʃ2.98c56.15ʃ6.35b 6.27ʃ0.23c 518.89ʃ1.11c64.71ʃ5.88a7.6ʃ0.07b61.11ʃ2.22b31.4ʃ0.34b51.28ʃ2.92b23.33ʃ5.09c0.007 4.44ʃ1.11d75.00ʃ0.00a7.9ʃ0.11a82.22ʃ1.11a32.5ʃ0.29a74.44ʃ7.29a0.000.00注:不同浓度的各处理组与对照组多重比较,差异性用字母表示(Pɤ0.05)㊂Note:Multiple comparison between treatment groups and control group with different concentrations;the significant difference is represented by the dif-ferent letters(Pɤ0.05).第5期王晓然等:铜㊁镉对绿鳍马面鲀胚胎和初孵仔鱼的毒性效应251㊀2.4㊀Cu㊁Cd对初孵仔鱼的急性毒性试验结果Cu2+㊁Cd2+对绿鳍马面鲀初孵仔鱼的毒性影响见表2㊂由表2可知,金属离子浓度与初孵仔鱼畸形率呈正相关,金属离子浓度和培育时间与初孵仔鱼存活率呈负相关㊂随着Cu2+㊁Cd2+浓度增加,初孵仔鱼畸形率升高,与对照组相比均有显著差异(Pɤ0.05),其中0.18mg㊃L-1Cu2+组和8mg㊃L-1Cd2+组畸形率最高,分别为(47.78ʃ4.01)%㊁(56.67ʃ1.93)%,约为对照组的14倍㊁17倍㊂随着Cu2+㊁Cd2+浓度和培育时间增加,初孵仔鱼存活率下降,24h时,0.03 mg㊃L-1Cu2+组和2mg㊃L-1Cd2+组的存活率均为100%;48h时,2种金属离子各浓度组与对照组之间的存活率均差异显著(Pɤ0.05),其中0.13mg㊃L-1 Cu2+组存活率约为对照组的1/2,8mg㊃L-1Cd2+组存活率约为对照组的2/5;72h时,0.18mg㊃L-1Cu2+组和8mg㊃L-1Cd2+组的存活率为0,其他各组存活率与对照组相比差异显著,0.08mg㊃L-1Cu2+组存活率约为对照组的1/2,4mg㊃L-1Cd2+组存活率约为对照组的1/2㊂由表3可知,Cu2+㊁Cd2+的72h安全浓度分别为0.006mg㊃L-1和0.359mg㊃L-1,结合存活率和畸形率,Cu2+对绿鳍马面鲀初孵仔鱼的毒性大于Cd2+㊂表2㊀初孵仔鱼在不同浓度Cu2+㊁Cd2+溶液中畸形率㊁存活率Table2㊀Malformation rate and survival rate of larvae in different concentrations of Cu2+and Cd2+solution重金属Heavy metals浓度/(mg㊃L-1)Concentration/(mg㊃L-1)畸形率/%Abnormality rate/%存活率/%Survival rate/%24h48h72h对照组Control group0 3.33ʃ1.93d10098.89ʃ1.11a97.78ʃ1.11aCu2+0.0314.44ʃ1.11c10088.89ʃ1.11b64.44ʃ2.94b 0.0821.11ʃ1.11c81.11ʃ1.11b72.22ʃ2.22c48.89ʃ2.94c 0.1338.89ʃ1.11b73.33ʃ1.93c56.67ʃ1.93d12.22ʃ1.11d 0.1847.78ʃ4.01a48.89ʃ1.11d36.67ʃ1.93e0Cd2+218.89ʃ1.11c10091.11ʃ1.11b71.11ʃ1.11b 432.22ʃ1.11b88.89ʃ1.11b75.56ʃ2.94c48.89ʃ1.11c 641.11ʃ2.94a75.56ʃ1.11c63.33ʃ1.93d16.67ʃ1.93d 856.67ʃ1.93a58.89ʃ1.11d41.11ʃ1.11e0表3㊀Cu2+㊁Cd2+对绿鳍马面鲀初孵仔鱼毒性的线性回归方程㊁LC50及安全浓度Table3㊀Linear regression,LC50and safe concentration of Cu2+,Cd2+on larvae Thamnaconus septentrionalis重金属Heavy metals 时间/hTime/h回归方程Regression equation可决系数(R2)Correlationcoefficient(R2)95%置信区间/(mg㊃L-1)95%confidence interval/(mg㊃L-1)LC50/(mg㊃L-1)安全浓度/(mg㊃L-1)Safe concentration/(mg㊃L-1)Cu2+24y=1.4811x+2.28500.970.160~0.1960.17548y=0.9450x+1.95970.990.131~0.1640.14572y=0.6016x+1.91770.930.052~0.0720.0630.006Cd2+24y=1.8191x-0.55320.99--48y=1.3306x+0.03260.99 6.504~8.0467.14272y=0.9020x+0.67480.98 3.184~3.944 3.5890.3593㊀讨论(Discussion)3.1㊀Cu㊁Cd对胚胎发育的毒性影响重金属在水体中产生活性氧,对鱼体内组织产生氧化损伤,干扰细胞第二信使系统及离子通道等信号途径,从而影响器官分化和胚胎生长发育[9],最终导致胚胎畸形㊂在绿鳍马面鲀胚胎染毒过程中, 0.07mg㊃L-1浓度以上Cu2+和1mg㊃L-1浓度以上Cd2+处理组胚胎开始出现破碎解体㊁畸形等现象,且252㊀生态毒理学报第18卷随着浓度的增加胚胎畸形率呈上升趋势,不同浓度重金属对胚胎发育影响有较大差异㊂陈罗明和凌去非[10]研究发现梭鲈(Stizostedion lucioperca)胚胎发育整体畸形率随Cu2+㊁Cd2+浓度增加而增加,这与其对绿鳍马面鲀胚胎畸形率毒性作用一致㊂胚胎在早期发育阶段抗逆性弱,对水体中重金属离子非常敏感,金属离子可以穿过卵膜进入胚胎,影响其正常生理代谢及组织器官形成[11]㊂有研究表明重金属可以加快胚胎发育速度,缩短孵化历时,26ħ时,Cu2+溶液中鲤鱼(common carp)胚胎孵化出膜时间缩短[12];Cd2+也缩短了鲱鱼(Clupea harengus)胚胎的孵化历时[13]㊂也有研究表明,重金属可以延长孵化时间,使胚胎发育速度减缓,例如Cu2+㊁Cd2+作用下的裂腹雅罗鱼(Leuciscus idus)胚胎孵化出膜时间延长[14]㊂0.02㊁0.07和0.12mg㊃L-1的Cu2+作用下绿鳍马面鲀胚胎囊胚期至神经胚㊁器官分化至出膜2个阶段发育时间短于对照组,囊胚期至出膜总时长缩短了2.03h,说明低浓度的Cu2+可促进胚胎发育,而Cd2+作用下绿鳍马面鲀胚胎发育速度减缓㊂陈玉翠和陈锦云[15]研究Cu2+㊁Cd2+㊁汞离子(Hg2+)对斑马鱼(Danio rerio)胚胎毒性大小为Hg2+> Cu2+>Cd2+;柳学周等[16]研究5种重金属毒性对半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis Günther)胚胎毒性大小为Cu2+>Hg2+>Cd2+>Zn2+>Pb2+;柳敏海等[17]等研究5种重金属对早繁鮸鱼(Miichthys miiuy)胚胎的毒性大小依次为Cu2+>Cd2+>Zn2+>Pb2+>Cr6+㊂Cu2+㊁Cd2+对绿鳍马面鲀胚胎毒性效果体现为随重金属浓度增加,孵化率不断下降,孵出的仔鱼存活率随浓度增加明显下降㊂综合分析Cu2+㊁Cd2+对胚胎毒性的作用浓度,2种重金属的毒性大小为Cu2+>Cd2+,这一结果与上述研究一致㊂3.2㊀Cu㊁Cd对初孵仔鱼毒性的影响0.02mg㊃L-1Cu2+和1mg㊃L-1Cd2+作用下孵化出的仔鱼也有部分畸形,例如尾部畸形㊁弯曲呈L 形,躯体萎缩㊁脊椎弯曲㊁鱼体呈S形,头部增大㊁脊椎弯曲呈U形,脑颅后凹陷位置弯曲呈V形等㊂畸形状态下的仔鱼失去游泳能力或游动无方向感,沉在容器底部,很快死亡,这与非洲鲇(Clarias gariepi-nus)胚胎在Pb浓度ȡ300μg㊃L-1孵化时,初孵仔鱼出现畸形,具体表现为头部肿大㊁脊柱侧弯㊁眼睛畸形[18]的情况相似㊂正常条件下孵出的仔鱼在高浓度水平Cu2+㊁Cd2+作用下,24h内反应剧烈,会出现撞击杯壁㊁上浮水面现象,而低浓度水平作用下仔鱼反应与对照组相比无明显差别㊂48~72h内,高浓度组仔鱼游动速度明显减缓,大部分出现沉底现象,失去平衡性,不能正常摆尾,体表黏液增多,体色加深;低浓度组仔鱼游动不规律㊂96h时,高浓度组大部分仔鱼失去生命体征,体表有半透明胶状物覆盖,眼睛㊁嘴巴及尾部有出血现象㊂对比陈万光等[19]对高体鳑鲏(Rhodeus ocellatus)幼鱼的急性毒性研究,高体鳑鲏幼鱼受Cu2+㊁Pb2+的毒性影响反应与绿鳍马面鲀仔鱼中毒反应有相似之处㊂24h时,0.03mg㊃L-1Cu2+组和2mg㊃L-1Cd2+组仔鱼存活率为100%,0.18mg㊃L-1Cu2+组和8mg㊃L-1Cd2+组仔鱼活率分别降低至50%㊁60%左右;72 h时,0.18mg㊃L-1Cu2+组和8mg㊃L-1Cd2+组仔鱼存活率均为0㊂说明随时间的延长及浓度的增加, Cu2+㊁Cd2+毒性作用不断增强,这与叶素兰和余治平[20]研究发现鳙(Aristichthys nobilis)仔鱼存活率受Cu2+㊁Pb2+㊁Cd2+和Cr6+4种重金属影响均呈下降趋势一致㊂3.3㊀Cu㊁Cd对初孵仔鱼的安全浓度Cu2+㊁Cd2+对初孵仔鱼72h-LC50分别为0.063 mg㊃L-1和3.589mg㊃L-1,安全浓度分别为0.006mg㊃L-1和0.359mg㊃L-1,可知Cd2+的毒性浓度约为Cu2+的60倍㊂重金属毒性大小因物种及发育阶段不同而不同,如Cu2+对七带石斑鱼(Epinephelus septem-fasciatus)初孵仔鱼的安全浓度为0.0055mg㊃L-1[21],低于绿鳍马面鲀初孵仔鱼的安全浓度0.006mg㊃L-1;Cu2+㊁Cd2+对澳洲龙纹斑(Maccullochella peelii)幼鱼的安全浓度分别为0.1223mg㊃L-1和0.0200mg ㊃L-1,急性毒性大小为Cd2+>Cu2+[22]㊂而陈国柱和方展强[23]等研究的Cu2+㊁Zn2+和Cd2+对唐鱼(Tanichthy albonubes)初孵仔鱼的安全浓度分别为0.0986㊁0.9116和1.9654mg㊃L-1,急性毒性大小依次为Cu2+ >Zn2+>Cd2+,均高于Cu2+㊁Cd2+对绿鳍马面鲀初孵仔鱼安全浓度;Cu2+㊁Cd2+对牙鲆(Paralichthys oliva-ceus)初孵仔鱼安全浓度分别为0.007mg㊃L-1和0.038mg㊃L-1,急性毒性大小为Cu2+>Cd2+[24];Cu2+㊁Cd2+对史氏鲟(Acipenser schrenckii)稚鱼安全浓度分别为0.0038mg㊃L-1和0.0282mg㊃L-1,毒性大小顺序为Cu2+>Cd2+[25],均明显小于绿鳍马面鲀初孵仔鱼安全浓度,但上述研究中Cu2+㊁Cd2+毒性大小顺序均与文章一致㊂Cu2+对绿鳍马面鲀初孵仔鱼安全浓度0.006mg㊃L-1,比中国渔业水质标准[26]中海水中的Cu2+的最高允许浓度(0.01mg㊃L-1)低,说明其对第5期王晓然等:铜㊁镉对绿鳍马面鲀胚胎和初孵仔鱼的毒性效应253㊀Cu2+的敏感度相对较高,对水质要求偏高㊂通信作者简介:陈四清(1966 ),男,博士,研究员,主要研究方向为鱼类养殖学㊂参考文献(References):[1]㊀龙萌,王振华,陈浩,等.水环境中镉对鱼类的毒理效应研究进展[J].水生态学杂志,2022,43(2):142-150Long M,Wang Z H,Chen H,et al.Research progress onthe toxicity of cadmium to fish[J].Journal of Hydroecol-ogy,2022,43(2):142-150(in Chinese)[2]㊀涂杰峰,罗钦,伍云卿,等.福建水产饲料重金属污染研究[J].中国农学通报,2011,27(29):76-79Tu J F,Luo Q,Wu Y Q,et al.The study on the heavymetal pollution of aquatic feed in Fujian[J].Chinese Ag-ricultural Science Bulletin,2011,27(29):76-79(in Chi-nese)[3]㊀杨志艳,薛雅芳,徐永健.4种重金属离子对海水青鳉胚胎发育及仔鱼的急性毒性研究[J].宁波大学学报(理工版),2021,34(5):9-15Yang Z Y,Xue Y F,Xu Y J.Effects of four heavy metalions on embryonic development and larval growth ofOryzias melastigma[J].Journal of Ningbo University(Natural Science&Engineering Edition),2021,34(5):9-15(in Chinese)[4]㊀宋维彦,解相林.重金属离子对麦穗鱼的急性毒性作用研究[J].江苏农业科学,2010,38(1):239-241[5]㊀龙昱,罗永巨,肖俊,等.重金属胁迫对鱼类影响的研究进展[J].南方农业学报,2016,47(9):1608-1614Long Y,Luo Y J,Xiao J,et al.Research advances ineffects of heavy metals stress on fish[J].Journal ofSouthern Agriculture,2016,47(9):1608-1614(in Chi-nese)[6]㊀秦华伟,刘爱英,谷伟丽,等.6种重金属对3种海水养殖生物的急性毒性效应[J].生态毒理学报,2015,10(6):287-296Qin H W,Liu A Y,Gu W L,et al.Acute toxicity of sixheavy metals on three aquaculture organisms[J].AsianJournal of Ecotoxicology,2015,10(6):287-296(in Chi-nese)[7]㊀陈丕茂,詹秉义.绿鳍马面鲀年龄生长与合理利用[J].中国水产科学,2000,7(1):35-40Chen P M,Zhan B Y.Age and growth of Thamnaconusseptentrionalis and rational exploitation[J].Journal ofFishery Sciences of China,2000,7(1):35-40(in Chinese) [8]㊀国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.化学品鱼类急性毒性试验:GB/T27861 2011[S].北京:中国标准出版社,2012[9]㊀蔡文超,区又君.重金属离子铜对鱼类早期发育阶段的毒性[J].南方水产,2009,5(5):75-79Cai W C,Ou Y J.Toxicity of Cu2+to fish during earlydevelopmental stages:A review[J].South China FisheriesScience,2009,5(5):75-79(in Chinese)[10]㊀陈罗明,凌去非.3种重金属离子和2种杀虫剂对梭鲈胚胎发育的影响[J].水生态学杂志,2008,29(5):109-111Chen L M,Ling Q F.Effects of three heavy metals andtwo disinfectors on embryonic development of pikeperch(Lucioperca lucioperca L.)[J].Journal of Hydroecology,2008,29(5):109-111(in 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重金属对海洋生物的影响【文献综述】
毕业论文文献综述生物工程重金属对海洋生物的影响摘要：当今世界，随着工业的发展，各种污染日益加剧，在水污染中尤其是重金属污染非常突出，主要表现为重金属在沿海底质中的积累，对海洋生物造成了严重危害。
海洋生物与水环境直接接触，污染物通过各种循环到达各组织器官，从而导致组织器官的损伤。
目前,国内外关于重金属的影响研究，主要集中重金属生物富集动力学特性、毒性试验、重金属检测及对胚胎发育和组织结构影响上。
关键词：贝类；富集；毒性；影响；近年来，沿海经济的突飞发展，大量工业“三废”和生活污水直接或间接排入海洋，使得海洋环境受到严重的创伤，特别是对沿海养殖业造成巨大的直接经济损失。
重金属来源方式很多，但最终归宿基本上都是流入海洋环境中。
重金属铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、砷（As）是引起海洋生物中毒死亡的原因之一。
生物体对重金属离子有富集作用[1]，通过食物链的作用，重金属逐步进入人体，对人体造成巨大的伤害，如发生在日本的水俣病和骨痛病就是由重金属Hg和Cd引起的重金属污染事件。
张学书研究了重金属对生殖内分泌系统的影响，结果表明铅对人类的生殖系统有很大的影响，会导致不孕、不育、胎儿畸形等症状[2]。
Cd是环境中主要的重金属污染物之一，它蓄积性强，易进入食物链，危害人类健康。
1．重金属在贝体内的生物富集特性重金属在水生动物内的积累，通常认为经过下列途径：一是经过鳃不断吸收溶解在水中的重金属离子，然后通过血液输送到体内的各个部位，或积累在表面细胞之中；二是在摄食时，水体或残留在饵料中的重金属通过消化道进入体内。
此外，体表与水体的渗透交换作用也可能是重金属进入体内的一个途径[3]。
研究证明，贝类既能吸收溶解态重金属，也能吸收食物颗粒态重金属。
溶解态重金属主要通过直接吸附在动物体表来吸收，颗粒态重金属可通过动物对食物的摄取和消化过程来吸收[4]。
重金属在生物体内的累积有两种方式，体表吸附和透过体表吸收或两者兼而有之[5]。
鱼类重金属中毒污染的症状及特性
鱼类重金属中毒污染的症状及特性重金属危害鱼类的特点重金属的污染主要是指汞、镉、铅、铬、镍、铜等，其中汞、隔的生物毒性最大。
重金属对鱼类的毒性主要包括内毒和外毒两个方面，内毒是指重金属离子通过鳃和皮肤进入鱼体内，与体内主要酶的催化活性部位中的硫氢基结合成难溶解的硫醇盐，抑制了酶的活性，妨碍了机体的功能，从而引起鱼类死亡。
外毒是指与鳃、体表所分泌的粘液结合成蛋白质的复合物，覆盖整个鳃和体表，并充塞在鳃瓣间隙内，使鳃丝正常活动困难，阻碍了鳃丝的正常呼吸，使鱼类窒息死亡。
主要作用表现在4个方面：1、重金属为可蓄积性毒物：水中的重金属通过鱼的鳃呼吸、体表接触吸收以及水生生物的食物链作用，使重金属毒物被吸收、转移、浓缩、蓄积于鱼体内，蓄积量可以从几倍到成百上千倍，因此鱼体内含有较高的毒物残留量，从而影响鱼类的食用价值和人体健康。
2、重金属污染的水域可使鱼类及其它水生生物发上急性中毒死亡、亚急性中毒和慢性中毒，蓄积，导致明显的生态和毒理反应，甚至给渔业生产带来毁灭性的破坏。
3、重金属的变态影响：有的重金属会发生变态反应，其后果通常加强了毒物的毒理强度，从而提高了污染危害的程度。
如无机汞流入水体后，蓄积在生物体中，在微生物的作用下变成毒性更强的甲基汞。
4、重金属的诱变影响：有些重金属对鱼类及其水生生物具有致癌、致畸、致突变的“三致”作用。
表现为一定的诱变活性。
如：隔、六价铬等对水生生物产生明显的毒性和遗传变异等。
鱼类铬中毒的症状及特性铬元素符号Cr，银白色金属，在元素周期表中属ⅥB族，铬的原子序数24，原子量51.996，体心立方晶体，常见化合价为+3、+6和+2。
1797年法国化学家沃克兰(L.N.Vauquelin)在西伯利亚红铅矿（铬铅矿）中发现一种新元素，次年用碳还原，得金属铬。
因为铬能够生成美丽多色的化合物，根据希腊字chroma（颜色）命名为chromium。
铬是重要的合金元素。
铬以金属铬和铬铁形式加入钢与合金中。
铜、锌离子对汤匙华哲水蚤的急性毒性和联合毒性效应
铜、锌离子对汤匙华哲水蚤的急性毒性和联合毒性效应
李红敬;王雅平;王婷婷
【期刊名称】《信阳师范学院学报：自然科学版》
【年(卷),期】2014(27)1
【摘要】通过单因子静态急性毒性试验法和等毒性溶液法分别研究了重金属离子铜、锌对汤匙华哲水蚤的急性毒性和联合毒性效应.急性毒性试验结果表明:铜、锌离子对汤匙华哲水蚤24 h半致死浓度(LC50)分别为0.481、3.221 mg/L;48h LC50分别为0.383、1.573 mg/L;72h LC50分别为0.315、0.471 mg/L.铜、锌联合毒性致毒特征表明:高强度的锌离子对铜离子有拮抗作用,高强度的铜离子对锌离子有协同作用.
【总页数】3页(P65-67)
【关键词】汤匙华哲水蚤;铜离子;锌离子;急性毒性;联合毒性
【作者】李红敬;王雅平;王婷婷
【作者单位】信阳师范学院生命科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】Q959.233.15
【相关文献】
1.铜、锌、铬金属离子对黄金鲫的急性毒性研究 [J], 程民杰;于宏;黄亚冬;孙学亮;万刚涛;孙朦朦;邢克智;陈成勋;王庆奎;郭永军
2.铜锌汞铬4种重金属离子对方形环棱螺的急性毒性效应 [J], 吕耀平;黄佩佩;刘子
明
3.海洋酸化条件下铜、镉对日本虎斑猛水蚤的急性毒性效应 [J], 韦晓慧;慕芳红;孙艳桃;曹志泉
4.锌,铜,铜,镉金属离子对海湾扇贝稚贝的急性毒性试验 [J], 刘亚杰;王笑月
5.几种环境因子影响下铜和TBT对中华哲水蚤的毒性效应 [J], 周浩;朱丽岩;陈志鑫;戚本金;章程
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水环境中铜离子的生物毒性及其机制研究
水环境中铜离子的生物毒性及其机制研究随着人类活动的不断加强和工业化进程的迅速发展，水环境污染日益加剧。
其中，重金属污染是最为严重的问题之一。
铜是工农业生产活动中常用的金属，广泛存在于水环境中，但超出一定浓度时，会对水生生物造成严重危害。
本文将探讨水环境中铜离子的生物毒性及其机制研究。
一、铜离子的生物毒性铜是人体和生物体内必需的微量元素之一，但高浓度的铜离子会对水生生物和土壤微生物产生毒性作用。
在水环境中，铜离子会影响藻类和浮游生物的生长和生存，同时对鱼类的生殖和免疫系统造成严重的影响。
研究表明，铜离子的生物毒性与以下因素有关：1. 铜离子浓度铜离子浓度是影响其生物毒性的重要因素。
一般来说，当铜离子浓度超过0.01 mg/L时，对水生生物产生毒性作用。
2. 暴露时间铜离子对水生生物的毒性作用还与暴露时间有关。
随着暴露时间的增加，其毒性作用也会不断增加。
3. 铜离子化学形态铜离子化学形态也会显著影响其生物毒性。
在水环境中，铜通常以溶解态和颗粒态存在。
溶解态铜离子的生物毒性较颗粒态铜离子更高。
二、铜离子对水生生物的影响铜离子对水生生物的影响主要表现在以下几个方面：1. 毒性效应铜离子的毒性效应通常包括对生物体的生长、生存和繁殖等方面的影响。
在水环境中，铜离子可以干扰藻类和浮游生物的代谢和光合作用，导致其生长受阻。
对于鱼类而言，铜离子可以影响鱼类的呼吸、免疫和生殖系统等，甚至导致鱼类死亡。
2. 改变生物生理活动铜离子在水环境中还会改变生物体的生理活动。
例如，铜离子可以影响氧化还原代谢，干扰ATP酶、酸性磷酸酶、氨肽酶等酶的活性，从而影响生物体内多种生物化学反应的进行。
3. 导致基因变化铜离子在水环境中还会导致生物基因变化。
研究表明，铜离子可以干扰DNA的结构与功能，导致基因突变和染色体畸变，这对生物的遗传稳定性和种群的基因多样性都会造成影响。
三、铜离子作用机制在过去的研究中，学者们已经对铜离子的作用机制进行了深入探讨。
重金属铜对动物的急性毒性试验
福建畜牧兽医 第 40 卷 第 5 期 2018 年
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短暂挣扎后袁 沉入水底静卧于试验容器底部直至完 全死亡遥 按照同样试验方法记录 48 h 的斑马鱼死 亡率遥 1.2.5 LD50 测定 试验完毕袁清点各组死亡鱼数袁计 算出死亡率渊P冤遥 按改进寇氏法公式计算院LD50渊mg/ L冤=lg-1[xm- i渊移P - 0.5冤]遥
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福建畜牧兽医 第 40 卷 第 5 期 2018 年
重金属铜对动物的急性毒性试验
郑行泉 福建省福州市马尾区畜牧站 福州 350015
摘 要 选取斑马鱼作为试验对象袁研究重金属铜对动物的急性毒性影响袁得出 24 h尧48 h 的半数致死浓度遥 结果表明院重金属
铜对斑马鱼 24 h 的 LD50 为 0.2 536 mg/L袁95%的可信限为 0.1 927耀0.3 336 mg/L袁48 h 的 LD50 为 0.1 035 mg/L袁95%的可信限为
0.2 536 mg/L, 95% confidence limit is 0.1 927 耀0.3 336 mg/L, 48 h LD50 is 0.1 035 mg/L, 95% confidence limit is 0.08 824 耀0.1
214 mg/L.
Key words Heavy metal copper Zebrafish Acute toxicity
铜是动物体内不可缺少的元素袁 尤其在体内酶 促链中作用更为明显袁 是许多酶类 渊如赖氨酰氧化 酶尧超氧化物歧化酶和细胞色素 C 氧化酶等冤的主 要构成成分袁在机体造血尧新陈代谢尧生长繁殖尧生产 性能和增强机体抵抗力等方面具有不可替代的作 用遥 但过量的铜会在体内富集袁 对蛋白质和酶会产 生毒害作用[1]遥 铜已逐渐成为环境的主要污染物之 一袁农业尧水产养殖业上铜的大量使用[2]袁导致铜离子 的污染日趋严重袁 通过调查得知鱼塘中淤泥所含的 重金属含量严重超标[3]袁在中国也存在着农药滥用的 现象袁而农药中也含有重金属铜[4]遥
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收稿日期:2006-03-20作者简介:陈 娜(1980-),女,硕士研究生,E -mail:chenna656854@;通讯作者:郝家胜(1967-),男,安徽霍邱人,博士(后),教授,主要从事水生生物学、动物分子系统学与分子古生物学研究。
基金项目:安徽省教育厅自然科学基金重点项目(kj2003zd );重要生物资源保护与利用安徽省重点实验室专项基金;安徽省高校“十五”规划优秀人才基金资助课题铜、铅、镉、锌、汞和银离子复合污染对水螅的急性毒性效应陈 娜,郝家胜,王 莹,苏成勇,吴本富(安徽师范大学生命科学学院,芜湖 241000)摘 要:以水螅(Hydra s p )为例,通过单因子静态急性毒性试验方法和等毒性溶液法,分别研究Hg 2+、Cu 2+、Cd 2+、Ag +、Zn 2+和Pb 2+对其单一和复合毒性效应。
单一实验结果表明,它们对水螅毒性大小顺序为Hg 2+>Cu2+>Cd2+>Ag +>Zn2+>Pb 2+。
复合毒性实验表明,Zn 2+与Cu 2+、Hg 2+、Pb 2+、Ag +;Pb 2+与Cu 2+;Hg 2+与Ag +;Pb 2+与Ag+这些组合对水螅联合急性毒性总体上表现出拮抗作用,Cd 2+与Cu 2+、Hg 2+、Pb 2+、Ag +组合总体上则是协同作用,Zn 2+与Cd 2+、Pb 2与Hg 2+、Cu 2+与Hg2+,Ag +在不同的浓度水平组合下明显表现出不同的毒性效应。
关键词:重金属;单一和复合污染;急性毒性;水螅中图分类号:Q958.116文献标识码:A文章编号:1008-9632(2007)03-0032-04 随着工农业的快速发展,大量含有重金属的废水排放到大自然水体中,使水环境受到污染,严重影响水生生物的生长繁殖。
由于环境中污染物的种类和数量不断增加[1],污染环境中在更多场合以更大概率存在一种以上的污染物,复合污染就成为生态毒理学研究的热点。
尽管近年来有关汞、镉、锌、铅、铜和银对水生生物的毒性效应国内外已有一些报道[2,3],它们的复合污染毒理效应的研究也涉及到鱼类、甲壳类甚或微生物,但对水螅这类结构简单的水生动物的急性毒性和联合毒性研究还鲜见报道。
水螅(Hydra s p )是腔肠动物门水螅纲代表动物,容易采集和培养,可作为水环境监测受试生物。
本文系统研究了汞、镉、锌、铅、铜和银单一和两两复合污染对水螅的急性毒性效应,为科学评价水生生态环境中重金属复合污染毒性效应积累基础数据。
1 材料与方法1.1 水螅的采集和培养实验用水螅采自安徽芜湖市郊。
光照培养箱中,温度为25±1℃下进行“克隆”培养。
水螅培养液[4]:无水CaC121.47g;TES (N -三(羟)甲基-2-氨基乙磺酸)1.15g;EDT A (乙二胺四乙酸钠)0.04g,加蒸馏水至10L,调节pH 值至6.9±0.1。
饵料:采自芜湖市东郊的西洋湖,是蚤状 (Daphnia pulex )为主的枝角类。
实验室内培养1个月以上。
试验选择个体大小相似,健康的单体水螅。
1.2 试验方法1.2.1 单一急性毒性实验实验所用的Pb (NO 3)2、CdCl 2・2.5H 2O 、ZnS O 4・7H 2O 、HgCl 2、Ag NO 3、CuS O 4・5H 2O 均为分析纯,由合肥工业大学化学试剂厂生产,用于配制1g/L 几各种重金属母液,4℃冰箱保存。
按对数间距设置各污染物毒性实验浓度系列[5]如表1。
每一浓度设3个平行组[6],并设对照组(只有水螅培养液)。
表1 单一急性毒性实验中各污染物的浓度设置Table 1Single t oxicity tesed concentrati on of pollutants污染物pollutant 试验浓度(mg /L )concentrati on (mg /L )Hg 2+0.0870.0750.0560.0490.0370.0320.0240.010.00870.00750.0065Cu 2+1.351.00.870.750.560.420.320.240.180.1350.001Cd 2+1.351.00.870.750.650.560.420.320.210.18Ag+5.64.23.22.41.81.351.00.870.560.320.1Zn 2+7.55.64.22.41.00.871.00.750.560.320.24Pb2+13.5108.77.55.64.23.22.11.81.35 试验时将禁食4h 后的水螅12只,放入盛有50mL的试验液的烧杯中,烧杯置于生化培养箱(25±015℃)中恒温培养。
试验期间不喂食,不更换培养液。
每24h 观察、记录每组水螅的死亡数(对刺激无反应或已消亡的个体被定为死亡)。
参照几率单位法[5]求得各污染物对水螅24h 、48h 和96h 的半致死浓度LC 50。
232.2.2 联合毒性实验 联合毒性试验采用等毒性溶液法,以各污染物的48h LC50为1个毒性单位,将各污染物48h LC50。
分别乘上0.8,0.6,0.5,0.4,0.2;再两两组合,使得两者的毒性单位之和为1[5]。
各复合浓度组合见表2。
试验方法同前,记录48h各试验组水螅的死亡数,将试验数据输入计算机,进行统计学处理,绘制浓度死亡曲线分析确定各离子之间联合作用类型。
表2 联合毒性实验中各组合污染物的浓度设置Table2B inary-combined t oxicity tesed concentrati ons of pollutants组合-污染物co mp lex试验浓度组合(mg/L)centrati on0.8+0.20.6+0.40.5+0.50.4+0.60.2+0.8Zn2++Cu2+1.68+0.0741.26+0.1481.05+0.1850.84+0.2220.42+0.296 Zn2++Pb2+1.68+1.121.26+2.241.05+2.80.84+3.360.42+4.48 Zn2++Hg2+1.68+0.0061.26+0.0121.05+0.0150.84+0.0170.42+0.023 Zn2++Ag+1.68+0.351.26+0.701.05+0.880.84+1.050.42+1.41 Zn2++Cd2+1.68+0.091.26+0.181.05+0.2250.84+0.270.42+0.36 Cd2++Cu2+0.36+0.0740.27+0.1480.225+0.1850.18+0.2220.09+0.296 Cd2++Hg2+0.36+0.0060.27+0.0120.225+0.0150.18+0.0170.09+0.023 Cd2++Pb2+0.36+1.120.27+2.240.225+2.80.18+3.360.09+4.48 Cd2++Ag+0.36+0.350.27+0.700.225+0.880.18+1.050.09+1.41 Pb2++Cu2+4.48+0.0743.36+0.1482.8+0.1852.24+0.2221.12+0.296 Pb2++Ag+4.48+0.353.36+0.702.8+0.882.24+1.051.12+1.41 Pb2++Hg2+4.48+0.0063.36+0.0122.8+0.0152.24+0.0171.12+0.023 Hg2++Ag+0.023+0.350.017+0.700.015+0.880.012+1.050.006+1.41 Cu2++Hg2+0.296+0.0060.222+0.0120.185+0.0150.148+0.0170.074+0.023 Cu2++Ag+0.296+0.350.222+0.700.185+0.880.148+1.050.074+1.412 结果与分析2.1 对水螅的单一毒性6种重金属对水螅的单一因子静态试验结果见表3,经统计分析得出24h、48h和96h水螅的死亡率随污染物浓度变化呈显著线性相关关系。
根据表3中回归方程可计算出各重金属离子在24h、48h和96h的LC50。
比较它们的半致死浓度,可以得出其毒性大小顺序为: Hg2+>Cu2+>Cd2+>Ag+>Zn2+>Pb2+。
实验表明,这6种重金属单一存在时,各自对水螅均产生毒性。
其中,Hg2+、Cu2+、Cd2+和Ag+中毒症状尤为明显,高浓度处理组,几秒钟后触手就开始急遽收缩,身体也不断扭动收缩。
在48h、72h记录实验数据时通常可以观察到有的个体仅剩触手和口这一部分,但仍具有收缩、运动之功能。
而身体其它部分已消失,这是其它几种重金属所没有的现象。
而Zn2+、Pb2+处理组水螅中毒症状没有上述四种重金属处理的反应快速,在几小时后才发生整个身体发黑,在身体表层出现白色絮状物等现象。
6种重金属对水螅急性毒性上的差异(各时间LC50和所表现的中毒症状),一方面可能是由于污染物的化学结构不同,产生的毒性机制不同[3];另一方面可能是侵入途径不同,导致毒物在水螅体内分布吸收速度不同[7]。
水螅对Hg2+、Cu2+、Cd2+、Ag+的毒性反应迅速,接触后立刻产生收缩现象,说明这几种污染物对水螅的染毒方式可能以口摄食为主。
而水螅对Pb2+,Zn2+可能是以皮肤渗入为主。
表3 6种重金属单—污染对水螅急性毒性试验数据的分析Table3The data analysis results of single polluti onof Hg2+,CH2+,Cd2+,Ag+,Zn2+and Pb2+t o Hydra s p.污染物pollutant时间ti m e(h)概率单位—浓度对数回归方程linear regressi on equa相关系数r2correlati oncoefficientsLC50(mg/L)(95%置信限)LC50(mg/L)(95%confidenceinterval) Hg2+24y=5.81x+12.00330.95470.063(0.013～0.074) 48y=6.56x+15.0530.93060.029(0.025～0.035)96y=2.99x+10.9030.86670.010(0.007～0.014) Cu2+24V=5.17x+5.57330.86220.77(0.64～0.94) 48V=3.71x+6.60330.97370.37(0.28～0.49)96y=8.07x+11.4630.98640.16(0.14～0.18) Cd2+24y=12.52x+5.27330.97330.95(0.87～1.04) 48y=10.38x+8.5830.99720.45(0.41～0.50)96y=9.64x+10.3230.97040.28(0.25～0.31) Ag+24y=4.44x+2.77330.96163.18(2.54～3.99) 48y=4.98x+3.78330.99341.76(1.44～2.16)96y=7.29x+8.37330.96990.34(0.30～0.40) Zn2+24V=6.24x+0.7630.99524.80(3.65～6.13) 48y=6.41x+2.9130.97562.10(1.78～2.52)96y=4.65x+6.91330.97150.39(0.37～0.48) Pb2+24y=9.82x-4.790.99299.95(8.87—11.16) 48y=9.66x-2.2230.98495.60(4.97～6.29)96y=6.31x+2.54330.99762.46(2.06～2.94) 显著性水平3:P<0.05,33:P<0.001significance level3:P<0.05, 33:P<0.001关于Hg2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+和Zn2+对水生动物的急性毒性作用已有一些报道。