长江上游15种常见鱼类体内5种重金属含量及水体镉暴露对南方鲇生态毒理学效应

摘要

为了研究长江上游鱼类体内重金属污染状况以及重金属暴露对鱼类的生态毒理影响，本研究进行了野外调查研究（实验1、2）和实验室处理研究（实验3）。实验1：于2012-2014年的3-6和9-11月，在三峡库区万州江段采集了11种鱼类样本，分别为南方鲇（Silurus meridionalis）、长薄鳅（Leptobotia elongata）、鲇（Silurus asotus）、高体近红鮊（Ancherythroculter kurematsui）、鲫（Carassius auratus auratus）、鲤（Cyprinus carpio）、瓦氏黄颡鱼（Pelteobagrus vachellii）、凹尾拟鲿（Pseudobagrus emarginatus）、胭脂鱼（Myxocyprinus asiaticus）、拟尖头鮊（Culter oxycephaloides）和大眼鳜（Siniperca knerii）；在长江干流朱杨江段采集4种鱼类样本，分别为南方鲇、瓦氏黄颡鱼、圆口铜鱼（Coreius guichenoti）和鲤；在沱江富顺江段采集5种鱼类样本，分别为大眼鳜、鲇、大鳍鳠（Hemibagrus macropterus）、鲫和鲤；在金沙江攀枝花江段采集7种鱼类样本，分别为长薄鳅、圆口铜鱼、光泽黄颡鱼（Pelteobagrus nitidus）、鲇、鲤、鲫和圆筒吻鮈（Rhinogobio cylindricus）。每种鱼类的样本量为3-23尾，共计307尾。采用微波消解和原子吸收光谱法测定了鱼体肌肉中铅（Pb）、铬（Cr）、镉（Cd）、砷（As）和汞（Hg）的含量以及全鱼中Pb、Cr和Cd的含量。实验2：在长江干流朱杨江段采集了南方鲇（10尾）、瓦氏黄颡鱼（15尾）、圆口铜鱼（17尾）和鲤（23尾）采用微波消解和原子吸收光谱法测定了鱼体肝脏/肝胰脏、肾脏、胃肠道、鳃、骨骼、肌肉、皮肤或鳞中Pb、Cr、Cd、As和Hg的含量。实验3：在温度为27.5℃，水体硬度为25 mg CaCO3/L条件下，以南方鲇为研究对象（该种鱼在野外调查研究发现有较高的Cd含量，且该种鱼在长江上游水生生态系统处于食物链的顶端），以CdCl2为毒物，设置水体Cd浓度为：0（对照组）、62.5、125、250和500μg/L5个浓度组，每天以体重2％日粮水平投喂8周后，测定了实验鱼生长、抗氧化、能量代谢和体内 Cd积累等方面的指标。
　　本研究取得的主要结果如下：
　　1、三峡库区万州江段11种鱼类的全鱼平均 Pb、Cr和Cd含量分别为46.32-220.60μg/kg、41.39-125.12μg/kg和14.57-167.67μg/kg。在这11种鱼类中，长薄鳅全鱼Pb、Cr和Cd含量均最高。这11种鱼类肌肉Pb、Cr、Cd、As和Hg含量分别为12.28-89.39μg/kg、24.10-75.44μg/kg、0.95-44.28μg/kg、24.97-84.34μg/kg和ND-108.10μg/kg。在这11种鱼类中，长薄鳅肌肉Pb、Cr、Cd、As含量最高，凹尾拟鲿肌肉Hg含量最高。
　　2、长江干流朱杨江段4种鱼类全鱼的平均Pb、Cr和 Cd含量分别为30.78-155.98μg/kg、37.49-62.44μg/kg和16.66-20.37μg/kg。在这4种鱼类中，鲤全鱼中Pb和Cr含量最高，南方鲇全鱼中Cd含量最高。这4种鱼类肌肉Pb、Cr、Cd和 As含量分别为14.76-52.69μg/kg、35.77-47.92μg/kg、1.01-2.48μg/kg和23.53-33.61μg/kg。在这4种鱼类中，鲤鱼肌肉中Pb、Cr和As含量均最高，圆口铜鱼肌肉中Cd最高。这4种鱼类的肌肉Hg含量均低于检测限。
　　3、沱江富顺江段5种鱼类的全鱼平均Pb、Cr和Cd含量分别为54.41-113.44μg/kg、65.50-121.02μg/kg和13.22-25.16μg/kg。在这5种鱼类中，鲫全鱼中Pb含量最高，大鳍鳠全鱼Cr和Cd含量最高。这5种鱼类肌肉Pb、Cr、Cd、As和Hg含量分别为30.53-47.28μg/kg、35.60-85.31μg/kg、1.74-3.26μg/kg、25.82-44.96μg/kg和ND-72.81μg/kg。在这5种鱼类中，鲫肌肉中Pb、Cd和As含量最高，大鳍鳠肌肉中Cr和Hg最高。
　　4、金沙江攀枝花江段7种鱼类的全鱼平均 Pb、Cr和Cd含量分别为61.47-378.91μg/kg、73.50-130.76μg/kg和18.45-214.28μg/kg。在这7种鱼类中，长薄鳅全鱼有最高的Pb、Cr和Cd含量。这7种鱼类肌肉Pb、Cr、Cd、As和Hg含量分别为37.10-109.56μg/kg、44.97-78.41μg/kg、2.92-40.79μg/kg、27.20-69.07μg/kg和ND-72.19μg/kg，长薄鳅肌肉有最高的Pb、Cr、Cd、As和Hg含量。
　　5、Pb在朱杨江段4种鱼不同组织含量为14.76-615.61μg/kg，鱼体骨骼和鳞片中 Pb含量最高，肌肉中 Pb含量最低。Cr在朱杨江段4种鱼不同组织含量为27.03-248.20μg/kg；除圆口铜鱼外，鱼体肌肉中Cr含量最低，胃肠道中Cr含量最高。Cd在朱杨江段4种鱼不同组织含量为1.01-502.02μg/kg，鱼体肾脏中Cd含量最高，肌肉中Cd含量最低。As在朱杨江段4种鱼不同组织含量为19.77-84.42μg/kg，鱼体胃肠道中As含量最高，这4种鱼类各组织器官的Hg含量均低于检测限。
　　6、实验鱼鳃、肝脏、肾脏和肠组织中丙二醛（MDA）的含量均随着水体Cd暴露浓度增加表现为升高趋势。实验鱼鳃、肝脏和肾脏组织总抗氧化能力（T-AOC）、超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽（GSH）含量随着水体Cd暴露浓度升高而降低。肠组织中T-AOC、CAT和GSH随着水体Cd暴露浓度升高变化不显著。
　　7、实验鱼的静止代谢率随着水体中Cd浓度增加而先升高后降低，62.5、125和250μg Cd/L暴露组实验鱼的静止代谢率均显著高于对照组（P<0.05），500μg Cd/L暴露组实验鱼的静止代率与对照组无显著差异（P>0.05）。
　　8、随着水体Cd浓度升高，实验鱼的特殊动力作用（SDA）耗能和SDA系数呈下降趋势，250和500μg Cd/L实验组实验鱼的SDA耗能和SDA系数均显著低于对照组（P<0.05）。
　　9、实验鱼体的肝脏线粒体状态3呼吸率随着水体中Cd暴露浓度升高而降低，当水体Cd浓度大于125μg Cd/L组时，实验鱼体的肝脏线粒体状态3呼吸显著低于对照组（P<0.05）。
　　10、实验鱼体的肌肉谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）活性随着水体Cd暴露浓度增加表现出先升高后降低的趋势，125μg Cd/L、250μg Cd/L和500μg Cd/L暴露组肌肉ALT活性均显著高于对照组（P<0.05），125μgCd/L和250μg Cd/L暴露组肌肉AST活性均显著高于对照组（P<0.05）。实验鱼体的肝脏AST活性随着水体Cd暴露浓度增加表现出先升高后降低的趋势，但仅在250μg Cd/L暴露组时显著高于对照组（P<0.05）。
　　11、实验鱼体的肌肉和肝脏蛋白质的含量随着水体 Cd浓度升高而降低，各Cd浓度暴露组鱼体肌肉蛋白质的含量均显著低于对照组（P<0.05），250μg Cd/L和500μg Cd/L组实验鱼肝脏中蛋白质含量均显著低于对照组（P<0.05）。实验鱼的肝糖原含量随着水体Cd浓度升高而降低，250μg Cd/L和500μg Cd/L组均显著低于对照组（P<0.05）。实验鱼体的肝脏葡萄糖含量随着水体Cd浓度升高表现出升高的趋势，500μg Cd/L组均显著高于对照组（P<0.05）。
　　12、实验鱼的体重和特定体重生长率（SGR）均随着水体Cd的浓度的升高呈下降趋势，250μg Cd/L和500μg Cd/L组鱼的体重和SGR均显著低于对照组（P<0.05）。实验鱼体粗蛋白、粗脂肪含量和能量密度随着水体Cd浓度升高而降低，当水体Cd浓度大于等于250μg/L时，鱼体粗蛋白含量显著低于对照组（P<0.05），当水体Cd浓度大于等于125μg/L时，鱼体粗脂肪含量和能量密度显著低于对照组（P<0.05）。
　　13、实验鱼摄入饲料总量、饲料效率、表观消化率和蛋白质表观消化率均随着水体Cd浓度的升高呈下降趋势，各Cd浓度暴露组实验鱼摄入饲料总量和饲料效率均显著低于对照组（P<0.05）；250μg Cd/L和500μg Cd/L暴露组实验鱼的表观消化率和蛋白质表观消化率均显著低于对照组（P<0.05）。
　　14、实验鱼生长能随着水体Cd暴露浓度升高而降低，各Cd暴露组实验鱼的生长能均显著低于对照组（P<0.05）；各Cd暴露组实验鱼的标准代谢能均显著高于对照组（P<0.05）；250和500μg Cd/L实验组实验鱼的特殊动力作用（SDA）均显著低于对照组（P<0.05）；250和500μg Cd/L暴露组实验组实验鱼的排粪能（F）均显著高于对照组（P<0.05）；各Cd暴露组实验鱼的排泄能均显著高于对照组（P<0.05）。
　　通过讨论本研究提出以下结论：
　　1、三峡库区万州江段、长江干流朱杨江段、沱江富顺江段和金沙江攀枝花江段鱼类受到Pb、Cr、Cd、As和Hg不同程度的污染，其鱼类体内肌肉中Pb、Cr、Cd、As和Hg的含量低于中国食物安全标准和欧盟食品安全标准。
　　2、重金属在鱼体的积累存在显著的组织间差异，Pb累积的主要靶器官是骨骼和鳞，Cd累积的主要靶器官是肾脏和肝脏，Cr和As累积的主要靶器官是胃肠道。鱼体肌肉金属积累量低于其它组织，其重金属含量不宜用来作为判定环境重金属污染程度及其对鱼体影响的种间差异的指标。
　　3、水体Cd暴露会导致鱼体组织氧化损伤，干扰鱼体抗氧化系统。鳃对水体Cd暴露氧化损伤最为敏感，其次是肝和肾，肠是最不敏感组织。鱼体提高或维持机体的总抗氧化能力，并不能完全阻止Cd对鱼体组织的氧化损伤。
　　4、在一定Cd浓度胁迫条件下，南方鲇可以通过生理调节，提高静止代谢水平，动用身体储备的能量物质，以满足机体应对Cd胁迫的所需的额外能量需求。
　　5、南方鲇经水体Cd暴露后，降低蛋白质消化率引起南方鲇SDA耗能和SDA耗能系数降低。
　　6、水体Cd暴露后，南方鲇排泄能和排粪能的占比增加，导致吸收的同化能减少，而同化能中，用于代谢能量占比增加，而用于生长的能量占比降低。

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第1章 前言

1.1 重金属的种类、来源和性质

1.2 水环境中重金属污染

1.3 重金属在鱼体内积累

1.4 重金属暴露对鱼的生态毒理效应

1.5 研究的目的和意义

第2章 长江三峡库区及朱杨江段、沱江和金沙江鱼类体内重金属积累

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3 结果

2.4 讨论

第3章 长江干流朱杨江段南方鲇、瓦氏黄颡鱼、圆口铜鱼和鲤鱼体内重金属的累积与分布

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果

3.4 讨论

第4章 水体镉急性暴露对南方鲇毒性效应

4.1 引言

4.2 材料和方法

4.3 结果

4.4 讨论

第5章 水体镉暴露对南方鲇鱼体组织的氧化胁迫和神经毒性作用

5.1 引言

5.2 材料和方法

5.3 结果

5.4 讨论

第6章 水体镉暴露对南方鲇呼吸代谢的影响

6.1 引言

6.2 材料和方法

6.3 结果

6.4 讨论

第7章 水体镉暴露对南方鲇体内镉积累与分布的影响

7.1 引言

7.2 材料和方法

7.3 结果

7.4 讨论

第8章 水体镉暴露对南方鲇生长状态及能量收支的影响

8.1 引言

8.2 材料和方法

8.3 结果

8.4 讨论

结论

参考文献

致谢

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