pH鹽度對文昌魚的急性毒性效應

2014-07-08 21:15:22白秀娟盧伙勝馮波

河北漁業 2014年4期

白秀娟+盧伙勝+馮波

DOI:10.3969/j.issn.1004-6755.2014.04.001

摘要：研究了pH、鹽度對茂名海域文昌魚的急性毒性，在水溫（25±1） ℃條件下，找出了文昌魚在高低pH和高低鹽度水體中96 h LC50分別為：pH為5和10；鹽度為17.5‰和47.5‰。pH和鹽度對文昌魚出砂率和死亡率的影響均呈典型的V字型，影響的方程為二項式方程。文昌魚出砂率和死亡率與pH值和鹽度變化均為高度相關（r＞0.8）。隨時間延長，文昌魚活力降低，體色加深，出砂和死亡數增多。

關鍵詞：文昌魚；pH；鹽度；急性毒性

文昌魚（Branchiostoma belcheri）隸屬于脊索動物門（Phylum Chordata），頭索動物亞門（Cephalochordata），終生都保留脊索動物門的三大主要特征——被神經管、脊索和咽鰓裂。是研究脊椎動物起源與演化的關鍵類群[1-3]。由于其個體小、軀體半透明、體外受精發育等有利條件，是文昌魚作為進化發育生物學研究的非常理想的模式動物[4]。

鹽度是影響水生動物生理狀態的主要環境因子之一，包括機體新陳代謝、生長、營養需求等[5]。在高滲或低滲條件下，機體必須消耗一定的額外能量來維持水鹽平衡[6]。潮汐、降雨或人類活動都可能導致海水鹽度的變化，從而造成水生生物滲透脅迫。鹽度脅迫對一些魚類、蝦蟹類研究的報道相對較多[7-9]，有關鹽度脅迫對文昌魚的研究報道卻較少，本實驗檢測了急性鹽度脅迫對文昌魚的影響，旨在為文昌魚的資源保護提供參考依據。

pH值作為水環境的主要因子，過高或過低都可引起水生生物不適，如引起生物呼吸道、表皮的腐蝕損傷。pH對海水魚蝦類的直接影響表現為酸性過強可使魚蝦血液pH值下降，從而削弱其載氧能力，造成缺氧癥，影響蝦的礦化作用，而且低pH會增加鐵離子、硫離子等物質的毒性；反之，堿性過強的水會加劇水中的氨氮毒害作用[10-11]。其中pH值對氨氮毒性影響最顯著[12]。pH值對蝦類相關研究較多[13-14]，單獨作為一個因子對水生生物的影響的研究相對較少。

文昌魚生活于溫帶和熱帶海洋地區的近海海域，對棲息環境要求相對較高，喜歡干凈砂質水底。但隨日益增加的工農業污染排放入海，文昌魚生活的水域水質極易遭到破壞。近年，對茂名海域文昌魚的生活棲息及生態環境研究日漸報道[15-17]。本文著重研究了pH值對茂名海域文昌魚的急性毒性。

1 材料與方法

1.1 文昌魚采集

圖1 文昌魚采集地點

文昌魚采自廣東茂名大放雞島海域，采集區域如圖1所示。由潛水員攜帶文昌魚專用采集器[18](采集面積為0.075 m2)采集泥沙，用套篩分選文昌魚。將文昌魚放在裝有海水及底砂的水桶中帶回實驗室。

1.2 文昌魚暫養

選體長3.60～4.95 cm，體重0.06～0.19 g，性腺未成熟的幼魚進行實驗。采用經曝曬兩天的海水，水溫（24±1） ℃，鹽度（29±1）‰，pH 8.05，NO2-0.07 mg/L，用50 L的水桶，放砂深20 cm左右，砂取自文昌魚生活海域，暫養時間為一周。期間投喂自己培育的小環藻(Cyclotellasp)、小角毛藻(Chaetocerossp)、雙壁藻(Diploneissp)、雙眉藻(Amphora ehrenberg)和人工餌料等，并進行微充氧，保證暫養期間海水中的氧含量。

1.3 pH值、鹽度校準

試驗所需藥品速溶海水晶，HCl和NaOH均為分析純。鹽度測定采用校準后的鹽度計（CHO-89264MC），pH值校準采用便攜式pH計（PHBJ-260）。

1.4 急性毒性實驗

試驗在體積為20 cm×20 cm×30 cm玻璃缸中進行，每個缸放砂深約7 cm，經曝曬2 d，用50目篩過濾的海水2 L。每玻璃缸放經過暫養一周的文昌魚8尾，高低各設4個濃度梯度，每個濃度設兩個重復。試驗期間不充氧，不投喂，時間設為96 h，每隔24 h觀察測定一次，如急性毒性實驗用水濃度有較大幅度降低，則按照比例進行補充，保證pH、鹽度的損失率不超過20%；并記錄文昌魚出砂、活動及死亡情況。

文昌魚在自然條件下喜將身體的一半埋在沙中，受到干擾或水質惡化時躲藏于砂中；但當砂中的環境條件亦變差時，將會逃離砂，重新回到水中。用玻璃棒輕觸，能快速鉆砂，定義為活力強；用玻璃棒輕觸，能游動，但不能鉆砂，定義為活力弱；體色在試驗過程中有變紅現象，并且隨時間延長和濃度增減，體色加深程度增強；用玻璃棒輕觸，文昌魚沒有任何反應，定義為文昌魚死亡。

半致死濃度（LC50）按以下公式[19]略加修改計算（當遇到兩個數值都接近50%且與50%差值相同時，按照兩個數值分別計算出半致死濃度后取平均值）。

LC50＝C1＋[（P1－50%）/（P1－P2）]×（C2-C1）

C1和 C2分別代表成活率最接近 50％的低端濃度和高端濃度，P1和 P2分別代表低端濃度和高端濃度時的成活率。

2 結果與分析

2.1 pH對文昌魚的影響

2.1.1 pH對文昌魚的存活影響不同時段文昌魚的存活情況，見表1。

表1 文昌魚在不同pH值水體中的存活率

項目不同pH條件下的存活率/%

3.5 4.5 5.5 6.5 8.5 9.5 10.5 11.5

24 h 56.25 75 100 100 100 100 81.25 81.25

48 h 43.75 62.5 87.5 100 100 87.5 81.25 68.75

72 h 37.5 56.25 75 100 100 81.25 62.5 43.75

96 h 6.25 43.75 56.25 100 100 68.75 31.25 6.25

將96 h文昌魚半數致死的pH定義為96 h LC50，依據半致死濃度計算公式找到文昌魚 96 h LC50分別為低端pH組中96 h LC50為4.2，高端pH組中96 h LC50為10.1。

經SPSS11.5軟件分析，低pH（3.5～6.5）組，各pH組文昌魚出砂率在24 h時差異顯著（P＜005），在其他各時間點文昌魚出砂率隨pH增加差異極顯著（P＜0.01）；相同pH組，第24 h時出砂率與其他各時間點出砂率差異極顯著（P＜0.01），48 h與72 h時出砂率差異顯著（P＜005），96 h時各組出砂率與第48 h和72 h文昌魚出砂率與差異極顯著（P＜0.01）。

高pH（8.5～11.5）組， 24 h時，各pH組隨pH增加文昌魚出砂率差異顯著（P＜0.05），其他各時間點文昌魚出砂率隨pH增加差異極顯著（P＜0.01）。相同pH組，第24 h與48 h文昌魚出砂率差異不顯著（P＞0.05），與72 h文昌魚出砂率差異顯著（P＜0.05），與96 h出砂率差異極顯著（P＜0.01）；第48 h與72 h和96 h文昌魚出砂率差異顯著（P＜0.05），第72 h與96 h文昌魚出砂率差異顯著（P＜0.05）。

2.1.2 文昌魚出砂率和pH關系文昌魚出砂率和pH的相關關系，見圖2。

圖2 文昌魚出砂率和pH相關關系

表2 文昌魚出砂率與水體中pH值相關方程

項目 24 h 48 h 72 h 96 h

二項式方程 Y＝-2.31 x2－36.68

x+140.91 Y＝2.87 x2－45.66

x+180.57 Y＝3.79 x2－57.81

x+222.32 Y＝5.87 x2－88.09

x+333.85

R2 R2＝0.8825 R2＝0.9553 R2＝0.9545 R2＝0.9325

文昌魚出砂率與pH值基本呈V形變化。在pH 介于3.5～8.5時，文昌魚出砂率隨pH增加呈下降趨勢；pH 介于8.5～11.5之間時，文昌魚出砂率隨pH增加呈上升趨勢。

2.1.3 文昌魚出砂率與水體中pH值相關分析文昌魚出砂率與水體中pH值相關方程見表2。各時段不同pH值組文昌魚出砂率隨pH值增加呈二項式相關，且相關程度較高，說明文昌魚出砂率與pH值變化高度相關（r＞0.8）。

2.2 鹽度對文昌魚的急性毒性

2.2.1 鹽度對文昌魚的存活影響鹽度對文昌魚的存活影響見表3。

表3 文昌魚在不同鹽度組96 h的存活率

項目不同鹽度條件下的存活率/%

10‰ 15‰ 20‰ 25‰ 35‰ 40‰ 45‰ 50‰

24 h 68.75 81.25 100 100 100 100 81.25 81.25

48 h 56.25 75 87.5 100 100 93.75 81.25 56.25

72 h 43.75 56.25 75 100 100 81.25 62.5 43.75

96 h 6.25 31.25 68.75 100 100 75 56.25 31.25

經計算，文昌魚96 h LC50低鹽度組為176‰，高鹽度組為45.7‰。

經SPSS11.5軟件分析，低鹽度組（10‰～25‰），文昌魚出砂率和其鹽度相關性差異顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）；各鹽度組相同時間對比，文昌魚出砂率隨鹽度變化差異極顯著（P＜001）。在高鹽度組（35%～50‰），各鹽度組文昌魚出砂率在24 h時差異顯著（P＜0.05），其他時間段文昌魚出砂率差異極顯著（P＜0.01）；同一鹽度組24 h與72 h以及72 h與96 h對比，文昌魚出砂率差異顯著（P＜0.05），第48 h與72 h各鹽度組文昌魚出砂率差異不顯著（P＞0.01）；其他各組文昌魚出砂率差異極顯著（P＜0.01）。

2.2.2 文昌魚出砂率與鹽度關系文昌魚出砂率與鹽度關系，見圖3。

圖3 文昌魚出砂率與鹽度關系圖文昌魚出砂率與鹽度呈V字型，在鹽度10‰～35‰之間，文昌魚出砂率與鹽度呈負相關，鹽度越高，文昌魚出砂率隨鹽度增高而降低；鹽度介于35‰～50‰之間，文昌魚出砂率與鹽度呈正相關，鹽度越高，出砂率越高；時間越長，出砂率越高。

2.2.3 文昌魚出砂率與鹽度相關分析如表4，在各個時間點，鹽度介于10‰～50‰之間時，文昌魚出砂率與鹽度呈二項式相關，且出砂率與鹽度呈高度相關（r＞0.8）。

表4 文昌魚出砂率與鹽度相關方程

項目 24 h 48 h 72 h 96 h

二項式方程 Y＝-0.16 x2－10.02

x+160.22 Y＝0.19 x2－11.77

x+195.39 Y＝0.2 x2－12.2

x+209.46 Y＝0.2 x2－12

x+218.71

R2 R2＝0.9041 R2＝0.8289 R2＝0.8311 R2＝0.642

3 討論

在實驗中發現，當水體中環境不利于文昌魚時，文昌魚會從沙中爬出，當中毒較深時，文昌魚已經無力鉆進沙中，只能呆在水中，用玻璃棒輕輕觸動文昌魚身體，文昌魚也只能輕輕擺動一下身體，無力游動，此時文昌魚體色變成深紅色，且有部分腐爛，這樣漂浮一到連天即死亡。我們以出砂作為中毒較淺的指標，把死亡作為中毒較深的指標，以此來判定文昌魚受環境條件影響的程度。

在高滲或低滲條件下，魚機體必須消耗一定的額外能量來維持水鹽平衡[20]，長時間的低鹽度脅迫可能導致細胞持續受損[21]，推測鹽度脅迫對魚體的免疫系統有一定的抑制作用[22]。在鹽度25‰～35‰范圍內未出現文昌魚出砂或死亡現象，說明此范圍比較適合文昌魚生活，這與在自然海域中軍曹魚成魚分布于鹽度22.5‰～44.5‰水體中[9]頗為相近。在鹽度超過35‰時，海水中氧的溶解度隨溫度、鹽度增加而降低[23]，溶解氧的改變會影響到水體其他環境因子的變化，這在一定程度上降低了文昌魚的耐受性，從而使文昌魚出砂率大大增高，而存活率明顯降低。文昌魚耐受鹽度的96 h LC50低值為17.6‰，略高于施氏鱘96 h LC50的1472‰和西伯利亞鱘的1308‰[24]，鱘作為脊椎動物門的古老的物種，而文昌魚作為脊索動物門的代表，從耐受低鹽的能力上看出脊椎動物門的耐受性還是強于脊索動物門的耐受能力的。

pH值適合時，耗氧率較低；而在pH值不適合時，魚體表現出不適應，將通過改變代謝狀況，消耗較多的能量以適應外界環境，表現為增大了蛋白質的代謝比例，造成耗能增大、耗氧率升高[25]。水體中 pH 的變化會對離體組織的呼吸產生顯著影響，尤其是對離體鰓組織每單位呼吸面積的影響更顯著[26]。文昌魚在pH值低于6.5或高于8.5時，表現為出砂，不停地游動、翻滾等躁動的現象，pH值越低或越高，這些表現越明顯，不停地游動勢必消耗大量的能量，需要的耗氧量增大；而pH的改變使文昌魚的呼吸受到嚴重影響，降低了呼吸效率，使供氧不足，導致出砂和死亡現象。在pH介于65～8.5之間時，未出現出砂和死亡現象，說明此范圍比較適宜文昌魚生活。文昌魚耐受高低pH的96 h LC50分別為4.2和10.1，這比中國林蛙[27]耐受pH的高低值（107和3.6）略低，可能也是由于所屬分類地位不同所致。

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Acute toxicity of pH and salinity on Branchiostoma belcheri

BAI Xiu

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Juan，LU Huo

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Sheng，FENG Bo

(Fisheries College, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China)

Abstract：This experiment was conducted to study The acute toxicity of pH and salinity on the Branchiostoma belcheri . To find the 96 h LC50 of Branchiostoma belcheri in the water of pH and salinity .The results showed that the limit of Branchiostoma belcheri in the water of pH and salinity . In the pH water the 96 h LC50 is 5 and 10 ; and in the salinity the 96 h LC50 is 17.5‰ and 47.5‰.The influence of pH and salinity to the rate of out of sand and death rate is V. The effect of equation is binomial equation. The rate of out of sand with the change of salinity and the death rate with the change of salinity are height（r＞0.8）. The lively of Branchiostoma belcheri got much lower，their colour got darken, and the Branchiostoma belcheri got out of sand and death more and more.

Key words：Branchiostoma belcheri; pH; salinity; The acute toxicity

（收稿日期：2014-01-21；修回日期：2014-01-27）