重金属Cu2+、Pb2+、Cd2+对太平洋牡蛎的急性毒性效应

来源 :河北渔业 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rliang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:采用单因子急性毒性实验研究Pb2+、Cu2+和Cd2+对太平洋牡蛎(Crassostreagigas)的96h半数致死浓度(96hLC50)及急性毒性效应。实验结果表明,Pb2+、Cu2+和Cd2+对太平洋牡蛎96hLC50分别为22-99、21.75mg/L和21.35mg/L,急性毒性作用大小的顺序为:Cd2+>Cu2+>Pb2+。Pb2+、Cu2+和Cd2+对太平洋牡蛎的安全浓度(SC)分别为:2.30、2.18mg/L和2.14mg/L。总体而言,与Cu2+和Pb2+相比,太平洋牡蛎对Cd2+毒性的耐受性较低。
  关键词:太平洋牡蛎(Crassostreagigas);重金属;半致死浓度;安全浓度
  重金属以其高毒性、难以降解、持久残留且极易沿食物链传递等特点,已经成为全球性的主要环境污染源之一[1]。各种工业废水和固体废弃物未经彻底的无害化处理,而直接排放到环境中[2-3],最终导致重金属以地表径流、大气降水等方式进入海洋[4-5]。在理化及生物作用下,重金属会富集于沉积物及悬浮物中,并被蓄积在多种海洋生物体内。其中,最常见的重金属污染物为Cd、Cu、Hg、Zn和Pb等[6]。在海洋中,极微量的重金属并不会对生物体产生危害,甚至少量的Zn、Cu和Mn等重金属是维持海洋生物正常生命活动所必需的元素,这类重金属被称为必需重金属[7-9]。但是,高过一定阈值的必需重金属会对海洋生物产生毒性影响[10-11]。同时,一些不参与海洋生物机体代谢的非必需重金属(如Pb和Cd等),在较低浓度时就会对生物体产生毒性效应[12-13]。
  牡蛎作为我国重要的经济贝类之一,由于其分布广泛、营固着型和滤食性生活等特征,对重金属的富集能力较强。此外,牡蛎对某些重金属污染物(如Pb和Cd等)的富集能力远高于其它海洋生物,因此被认为是一种理想的海洋污染指示生物。
  本实验以太平洋牡蛎(Crassostreagigas)为研究对象,采用静态急性毒性的实验方法,研究了Pb2+、Cu2+和Cd2+对太平洋牡蛎的急性毒性效应,同时计算Pb2+、Cu2+和Cd2+对太平洋牡蛎的96h半致死浓度(96hLC50)和安全浓度(SC),比较几种重金属污染物对牡蛎的毒性影响,以期为海洋生态环境的保护和牡蛎养殖提供技术支持,同时为海洋污染物的监测指示提供科学依据。
  1材料与方法
  1.1实验用牡蛎及暂养
  本研究所用的太平洋牡蛎采自烟台乳山湾附近海区牡蛎养殖场,于采集后12h内送至实验室内。为保证实验对象的同一性及代表性,选取大小均匀的健壮个体作为实验对象。太平洋牡蛎洗刷干净并清除附着物后,置于0.8m×0.5m×0-8m的大型养殖箱内驯化3d,期间不投喂饵料,24h连续充气增氧。
  驯化处理后的牡蛎继续暂养,养殖密度为50~60个/m3。暂养期间采用静态换水法,每24h换水1/2~2/3,连续充氧。养殖水体的盐度为29‰,pH值为7.5,培养温度为(20±1)℃,培养光强10μmol·m-2·s-1,光周期为12h光∶12h暗。暂养及实验期间投喂金藻和青岛大扁藻作为饵料。当太平洋牡蛎活动正常且死亡率低于5℅时,停止暂养,进行毒性实验。实验前1天停止投饵,挑选长度为(3.5±0.5)cm的牡蛎个体进行96h急性毒性实验。
  实验用水的水质符合NY5052-2001《海水养殖用水水质标准》。实验用海水为取自青岛太平角附近的天然海水,经过滤、曝气后备用。由于实验过程中理化条件的变化会对Cd2+和Pb2+的形态产生显著影响,为确保实验結果准确,需保证实验期间水温为(21±2)℃,其他培养条件基本稳定。
  实验采用CdC12·2.5H2O、Pb(NO3)2和Cu(NO3)2三种重金属污染物,均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司,配置成质量浓度为20mg/mL的Cd2+、Pb2+和Cu2+母液,实验时用海水稀释至所需浓度。
  1.2急性毒性实验
  参照预实验确定的96h最大耐受浓度和100%致死浓度,按照等对数间距法,每种重金属均设置15.00、20.25、27.34、36.91、50.00mg/L5个胁迫浓度和一个对照组。每组放养驯化后的太平洋牡蛎50只,设3个平行。实验所用养殖箱为35cm×20cm×11cm的塑料箱,每个养殖箱加入4L曝气海水。每24h更换含相应浓度重金属的海水,其他培养条件与暂养相同。实验期间定时观察牡蛎状态,及时清除死贝。当太平洋牡蛎呈双壳张开,外套膜萎缩,多次刺激开口牡蛎外壳边缘,3min内无反应即可判定死亡。记录各组在24h、48h、72h和96h的死亡牡蛎个数。
  1.3数据处理和分析
  实验完成后,统计各实验组太平洋牡蛎的死亡个数并计算死亡率。利用SPSS13.0统计软件,计算三种重金属(Cd2+、Pb2+和Cu2+)对太平洋牡蛎的急性毒性效应的概率单位与浓度对数的回归方程[14]及其24h和96h的半数致死浓度(24h和96hLC50),安全浓度(SC)采用SC=0-1×96hLC50求出[15]。
  2结果与分析
  2.1中毒症状
  在不同浓度重金属离子胁迫下,太平洋牡蛎呈现显著的中毒反应,其通过闭壳的方式躲避重金属的毒性。在低浓度处理组中,太平洋牡蛎生活情况与对照组基本相同,但是随着胁迫时间延长,受试个体对外界刺激反应迟钝,贝壳张闭频率降低,死亡个体数量增加。高浓度处理组胁迫下的太平洋牡蛎中毒反应迅速,短期内大量死亡。
  2.2Pb2+对太平洋牡蛎的急性毒性效应
  由图1可见,随着Pb2+浓度的增加和胁迫时间的延长,太平洋牡蛎的死亡率逐渐增大。当Pb2+浓度为15.00mg/L时,直至72h后才出现死亡个体。在20.25mg/L胁迫组中,24h内出现死亡个体,且随着胁迫时间的延长,死亡率也逐渐升高,96h死亡率接近50%。从50.00mg/L浓度组的曲线可以看出,胁迫初期,牡蛎死亡率缓步上升,而48h到72h之间,牡蛎死亡率从50%急剧升高至100%。Pb2+对太平洋牡蛎的24hLC50为103.4mg/L。对照组在96h内没有出现死亡现象。通过线性回归分析,可得其回归方程为:y=2.509x-7.866,96h半数致死浓度96hLC50=22.99mg/L,96hSC为2.30mg/L。   2.3Cu2+对太平洋牡蛎的急性毒性效应
  Cu2+是生物体必需的重金属元素,包括氧化酶和氧合酶在内的30多种酶都需要铜离子协同作用,才能发挥功能[16]。太平洋牡蛎的死亡率随Cu2+浓度的增加而升高(图2)。低浓度处理组(15.00mg/L)牡蛎的死亡率与Pb2+低浓度组相同,72h后才出现死亡个体。在50.00mg/LCu2+胁迫组中,牡蛎死亡率随胁迫时间延长逐渐增大。与Pb2+高浓度处理组不同,50mg/LCu2+并没有导致太平洋牡蛎死亡率在某段时间内急剧上升。Cu2+对太平洋牡蛎的24hLC50为62.66mg/L。对照组在96h内没有出现死亡现象。通过线性回归分析,可得其回归方程为:y=3.229x-9.942,半数致死浓度96hLC50=21.75mg/L,96hSC为2.18mg/L。
  2.4Cd2+对太平洋牡蛎的急性毒性效应
  由图3可知,与低浓度Pb2+和Cu2+胁迫处理组(15.00mg/L)不同,Cd2+胁迫组在48h内即出现死亡个体。当Cd2+浓度为50.00mg/L时,24h内牡蛎死亡率显著升高至60%,之后随着胁迫时间的延长,死亡率继续升高至100%。Cd2+对太平洋牡蛎的24hLC50为47.12mg/L。对照组在96h内没有出现死亡现象。通过线性回归分析,可得其回归方程为:y=3.926x-12-017,半数致死浓度96hLC50=21.35mg/L,96hSC为2.14mg/L。
  
  3讨论
  从实验结果可以看出,Pb2+、Cu2+和Cd2+三种重金属离子对太平洋牡蛎都具有显著的毒性效应,并且随着胁迫浓度的增加和时间的延长,死亡率显著升高。高浓度胁迫组中,太平洋牡蛎迅速中毒,24h内出现大量死亡个体。根据《新化学物质危害评估导则》(HJ/T154-2004)[17],LC50是用于评价生物对污染物的敏感性以及污染物毒性大小的重要依据。标准将毒性物质按等级划分:极高毒性(96hLC50<1mg/L)、高毒(96hLC50:1~10mg/L)、中毒(96hLC50:10~100mg/L)和低毒(96hLC50>100mg/L)。根据上述毒物等级划分标准,Pb2+、Cu2+和Cd2+三种重金属离子对太平洋牡蛎均为中等毒性。
  有研究表明:Pb2+对近江牡蛎的96hLC50为43.55mg/L[13],对菲律宾蛤仔的96hLC50为22-83mg/L[18];Cd2+和Cu2+对褶牡蛎的96hLC50分别为8.83mg/L和2.59mg/L[19]。从上述结果可以看出,同为牡蛎属,近江牡蛎和太平洋牡蛎对Pb2+耐受度显著不同,而太平洋牡蛎和褶牡蛎对Cd2+和Cu2+的耐受能力也有所不同。其可能的原因是与几种牡蛎的自然分布区域及其对生境的适应有关。近江牡蛎分布于河口附近的内湾,易受陆源重金属污染物的影响,对重金属胁迫的耐受性较强,而太平洋牡蛎分布于远离河口的海域,受陆源重金属污染的影响较小,因此对重金属的耐受能力较差[13]。同一生物生长发育的不同阶段,对重金属污染的耐受能力也有所不同。有研究表明:Cd2+和Pb2+单一污染对长牡蛎(太平洋牡蛎)胚胎的半数效应浓度分别为272.2μg/L和660.3μg/L[20]。而本研究得到的Cd2+和Pb2+对太平洋牡蛎成体的LC50分别为21.35mg/L和22.99mg/L。由于胚胎时期,太平洋牡蛎各个系统发育并不完善,对重金属胁迫的适应性和代谢较差,因此半数效应浓度较低。成体牡蛎发育完好,抗逆能力较强,因此具有较高的LC50。
  当重金属浓度为50.0mg/L时,经24h胁迫后,Cd2+处理组死亡率为60%,显著高于Pb2+和Cu2+实验组(20%和40%)。在最低实验浓度组(15.00mg/L)中,Pb2+和Cu2+实验组出现死亡个体的时间是在48h后,而Cd2+实验组48h内出现死亡个体。虽然Pb2+、Cu2+和Cd2+三种重金属96hLC50差距不大,但是24hLC50分别为103.4、62.66mg/L和47.12mg/L。因此可以推断,太平洋牡蛎对Cd2+胁迫的耐受性较低。
  根据急性毒性实验结果,Pb2+、Cu2+和Cd2+对太平洋牡蛎的96hLC50分别为22.99、21.75mg/L和21.35mg/L,急性毒性作用大小的顺序为:Cd2+>Cu2+>Pb2+。Pb2+、Cu2+和Cd2+对太平洋牡蛎的安全浓度分別为:2.30、2.18mg/L和2.14mg/L。
  参考文献:
  [1]
  邢孔敏,陈石泉,蔡泽富,等.海南东寨港表层沉积物重金属分布特征及污染评价[J].海洋科学进展,2018,36(3):152-162.
  [2]曾彩明,邓杰帆,何觉聪,等.典型农田土壤重金属污染特征及生态风险评价[J].东莞理工学院学报,2018,25(3):94-98.
  [3]王荔娟.福建某矿区周边土壤重金属来源及污染评价[J].东莞理工学院学报,2020,27(1):85-90.
  [4]王毅,王少鹏,王英辉,等.防城港近岸海域及河口溶解态重金属污染特征[J].广西大学学报(自然科学版),2018,43(5):393-402.
  [5]WANGZX,KONGHN,WUDY.AcuteandchroniccoppertoxicitytoasaltwatercladoceranMoinamonogolicaDaday[J].Archivesofenvironmentalcontaminationandtoxicology,2007,53(1):50-56.
  [6]蔡廷禄,倪建宇,贾建军,等.海南岛典型港湾沉积物化学特征及重金属污染评价[J].第四纪研究,2016,36(1):93-102.   [7]HUDSONRJM.Whichaqueousspeciescontroltheratesoftracemetaluptakebyaquaticbiota?Observationsandpredictionsofnon-equilibriumeffects[J].ScienceoftheTotalEnvironment,1998,219(2-3):95-115.
  [8]SUNDAWG,HUNTSMANSA.InteractionsamongCu2+,Zn2+,andMn2+incontrollingcellularMn,ZnandgrowthrateinthecoastalalgaChlamydomonas[J].LimnologyandOceanography,1998,43(6):1055-1064.
  [9]WANGWX,DEIRCH.Metaluptakeinacoastaldiatominfluencedbymajornutrients(N,PandSi)[J].WaterResearch,2001,35(1):315-321.
  [10]FILIMONOVAV,GONALVESF,MARQUESJC,etal.Fattyacidprofilingasbioindicatorofchemicalstressinmarineorganisms:areview[J].EcologicalIndicators,2016,67:657-672.
  [11]KPPERH,KPPERF,SPILLERM.Environmentalrelevanceofheavymetal-substitutedchlorophyllsusingtheexampleofwaterplants[J].JournalofExperimentalBotany,1996,47(2):259-266.
  [12]段美娜,覃亮,龍婧,等.镉和铜对海洋浮游植物的毒性效应及其机制研究进展[J].广东海洋大学学报,2021,41(2):139-148.
  [13]李晓梅,郭体环,张来军.铅对近江牡蛎的急性毒性研究[J].琼州学院学报,2015,22(5):77-80.
  [14]贾春生.利用SPSS软件计算杀虫剂的LC50[J].昆虫知识,2006,43(3):414-417.
  [15]周永欣,章宗涉.水生生物毒性实验方法[M].北京:农业出版社,1989:1-157.
  [16]孟晓林.镉、铜分别胁迫虾夷扇贝的毒性作用机制研究[D].青岛:中国科学院海洋研究所,2013.
  [17]国家环境保护总局.新化学物质危害评估导则:HJ/T154-2004[S].北京:中国环境科学出版社,2004:6-7.
  [18]刘琼玉,洪华生,蔡立哲.重金属锌、铅对菲律宾蛤仔的急性毒性试验[J].台湾海峡,1997,16(1):50-54.
  [19]李诗逸,孙继鹏,洪专,等.Zn2+、Cd2+、Cu2+、Cr6+和Se4+对褶牡蛎急性毒性效应研究[J].海洋环境科学,2015,34(6):813-818.
  [20]谢嘉.典型重金属(Cd2+、Pb2+)和有机污染物(BaP、BDE-47)对长牡蛎的复合毒性效应研究[D].烟台:中国科学院烟台海岸带研究所,2017.
  Acutetoxiceffectsofcopper,leadandcadmiumonCrassostreagigas
  LIUWei1,JUQing1,LIUXingchen2
  (1.ShandongProvincialQingdaoEco-environmentMonitoringCenter,Qingdao266000,China;SchoolofElectromechanicalandAutomotiveEngineering,YantaiUniversity,Yantai264005,China)
  Abstract:Inthepresentstudy,the50%lethalconcentrationofcopper(Cu2+),lead(Pb2+)andcadmium(Cd2+)at96h(96hLC50)toCrassostreagigasandtheeffectofacutetoxicityresultingfromtheseheavymetalswereevaluatedbythesinglefactortest.Ourresultsshowedthatthe96hLC50ofPb2+,Cu2+andCd2+were22.99mg/L,21.75mg/Land21.35mg/L,respectively.ThetoxicityoftheseheavymetalswereCd2+>Cu2+>Pb2+.Thesafetyconcentrations(SC)were2.30mg/LforPb2+,2.18mg/LforCu2+and2.14mg/LforCd2+,respectively.Collectively,thetoleranceofCrassostreagigastoCd2+wasrelativelylowcomparedtothetolerancetoPb2+andCu2+.
  Keywords:Crassostreagigas;heavymetal;lethalconcentration;safetyconcentration
  (收稿日期:2021-07-22)
其他文献
摘要:【目的】探究我國牛肉产量的空间关联性,明确影响牛肉产量的空间因素,为我国肉牛生产布局规划提供决策支持,也为提高我国牛肉自给能力提供理论依据。【方法】从空间效应角度出发,基于2010—2019年我国30个省份(不包括西藏和港澳台)的空间面板数据,采用空间杜宾模型考察牛肉产量的空间相关性及影响因素。【结果】2010—2019年我国牛肉产量空间相关特征显著,莫兰指数(Moran’s I)值均大于0
摘要:【目的】明確多花黄精根腐病在湖南地区的发生规律及其病原菌种类,为湖南多花黄精根腐病的综合防治及GAP(中药材生产质量管理规范)种植提供科学依据。【方法】以湖南地区具有典型根腐病症状的多花黄精植株为材料,采用传统的平板分离法对其病原菌进行分离纯化,通过rDNA-ITS序列分析及形态学观测鉴定病原菌的种类和分类地位,并依据Koch?s法则验证病原菌的致病性。【结果】湖南地区的多花黄精根腐病以生长
摘要:【目的】探究細胞周期蛋白B(CyclinB)基因在光裸星虫(Sipunculus nudus)卵母细胞发育成熟过程中的作用,为揭示光裸星虫卵母细胞发育的分子机制提供理论依据。【方法】利用RACE克隆光裸星虫CyclinB(Sn-CyclinB)基因cDNA序列,通过ProtParam、DNAMAN 9.0、COBALT、SOPMA、Phyer2、Pfam及BLAST等在线软件进行生物信息学分
摘要:通过对几种分子标记技术的介绍,总结了分子标记技术在黄鳝(Monopterusalbus)的遗传多样性分析、亲缘关系研究、性别鉴定等方面的研究应用成果。  关键词:分子标记;黄鳝(Monopterusalbus);遗传多样性;育种  中图分类号:S917  黄鳝(Monopterusalbus)也稱鳝鱼,广泛分布于亚洲东部和南部,常年生活在水生植物密集的池塘湖泊或岸边洞穴淤泥中[1]。不同于其
摘要:肠球菌(Enterococci)作为条件性致病菌广泛存在于人和动物中,其耐药性和致病性随地区和动物来源的不同而变化。据现有数据显示,关于武汉市马源肠球菌的耐药性研究相当匮乏。以武汉市2个马术俱乐部42匹温血马为主要研究对象,分别对马匹粪便进行样品搜集并进行耐药研究(氨苄西林,四环素,庆大霉素,头孢氨苄,恩诺沙星,氯霉素,诺氟沙星,红霉素,万古霉素、林可霉素等)。结果显示,从42份样本中分离出
摘要:【目的】对不同贮藏年限武夷岩茶的丙烯酰胺和品质成分含量及抗氧化能力进行差异分析,为武夷岩茶的食品安全、加工和储藏提供理论依据。【方法】以矮脚乌龙武夷岩茶为研究对象,采用超高效液相色谱法和分光光度法检测不同贮藏年限[0(新茶)、2、4和6年]武夷岩茶的丙烯酰胺含量及游离氨基酸等主要品质化学成分含量,测定其 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除能力,并对不同贮藏年限武夷岩茶丙烯酰
摘要:藏羊是青海省主要养殖品种之一,藏羊的生产能力较强,而且具有较好的适应能力。随着近年我国草产业的扩大,藏羊养殖业也得到了很大的发展,其繁殖能力也得到了很大提高。但是到了冬春季节天气较寒冷的时候,由于牧草枯萎,藏羊的生活环境受到很大的影响,使得其体重迅速下降,有些藏羊甚至出现死亡的情况,给养殖户带来很大的经济损失。因此,为了避免冷季对藏羊的影响,在冷季时要转变养殖模式,给藏羊提供更多的营养物质,
摘要:【目的】建立马脐带间充质干细胞(UC-MSCs)体外分离培养体系,研究其增殖能力、分化能力和生物学特性,为推广UC-MSCs在赛马运动损伤治疗方面的应用提供理论依据。【方法】采用I型胶原酶消化法从脐带组织分离马UC-MSCs,通过绘制生长曲线及计算群体倍增时间检测其体外增殖能力,结合流式细胞仪检测和RT-PCR扩增鉴定表面标志物(CD29、CD44、CD45、CD73、CD90和CD105)
【目的】建立同时鉴别ALV和CIAV的二重荧光环介导等温扩增(LAMP)检测方法,为临床上快速诊断及有效防控ALV和CIAV的单一或混合感染提供技术支持。【方法】参考ALV(A亚群、B亚群、C亚群、D亚群和J亚群)的pol基因和CIAV的VP2基因保守序列,设计2套用于LAMP的特异性引物,并在ALV和CIAV的F1c和B1c覆盖区域分别设计双标记探针[ALV-Probe(5端标记FAM荧光基团,3端标记BHQ3淬灭基团)和CIAV-Probe(5端标记CY5荧光基团,3端标记BHQ3淬灭
摘要:随着国家对环境保护力度的加大,对畜禽粪污的治理势在必行。分析了畜禽粪污处理现状,介绍了处理畜禽粪污的方式,主要有自然发酵法、发酵床法、生产有机肥、沼气工程、种养结合等。对畜禽粪污的处理应根据饲养方式、排污量大小、排污方式等,按照清洁化生产的原则,选择最适宜的处理工艺与综合利用模式,满足减量化、无害化、资源化、生态化的要求。  关键词:畜禽粪污;资源化;利用模式  中图分类号:X713