鎘在河蟹產品和產地環境中的含量監測及鎘對河蟹毒性作用分析

藺翠翠，關麗，鄭懷東，劉學光，聞福安

（1.遼寧省水產品質量安全檢驗檢測局，遼寧　沈陽　110031；2.沈陽市動物衛生監督所，遼寧　沈陽　110000）

隨著工業化程度的加深，農業養殖環境污染問題已日益嚴重，養殖環境直接影響河蟹產品的食品安全性，因此，一個健康優良的養殖環境不僅是提高產值的條件，也是對河蟹產品質量要求的前提。鎘是一種半衰期可達30年的重金屬元素，在生物體內有累積和放大的作用。國際癌癥研究機構（IARC）將其歸為人類和試驗動物中肺癌和前列腺癌的確認致癌物[1]。日本20世紀20年代發生的“痛痛病”正是由于鎘的累積造成骨質疏松、軟化等現象。大多數鎘化物可溶于水，水體中的鎘可以通過呼吸、消化、體表滲透等途徑被吸收到水生生物體中，在體內富集后，只有極少量被排出體外，吸收入水生生物體內的鎘對鰓、肝胰腺、卵泡等均具有毒害作用。因此，該文以A市為對象，研究了稻田養殖模式下河蟹產品和養殖環境中鎘的存留情況，并進一步分析了鎘對河蟹產品的毒性作用，以期對河蟹養殖業的健康、持續發展提供科學建議。

1　風險因子篩查

1.1　監測數量及方法

2013—2016年4年間共監測河蟹樣品、水質、底質各346份，各年監測的河蟹樣品分別為2013年52個、2014年 98個、2015年 98個、2016年 100個，監測的水質和底質數量與河蟹一致，并且水質和底質均采樣于相應的河蟹樣品養殖地點。河蟹、水質、底質樣品采集嚴格按照標準GB 12997-91、GB 12998-91、SC/T 3016-2004[2-4]執行。三類樣品中鎘的檢測方法見表1。

1.2　判定依據

依據農業行業標準NY 5073-2006《無公害食品 水產品中有毒有害物質限量》、NY 5361-2010《無公害食品淡水養殖產地環境條件》[5-6]中規定的方法和限量，對A市的河蟹產品、水質、底質中鎘元素進行檢測和結果判斷。

表1　監測各類樣品中鎘含量依據的檢測標準

表2　2013—2016年各類樣品監測數量及判定依據

1.3　結果與討論

1.3.1監測結果表3監測結果顯示，4年間全部河蟹及其產地環境樣品均檢出重金屬鎘，但整體超標率不高，僅出現個別樣品超出限量標準。其中河蟹樣品鎘含量范圍在0.003~0.72 mg/kg之間，大部分河蟹樣品鎘含量均在0.2 mg/kg以下，鎘含量最高值由2013年的0.72 mg/kg降低到2016年的0.55 mg/kg，接近限量值0.5 mg/kg，超標率基本在0~2%之間，4年間河蟹中鎘含量大體呈現出下降趨勢。水質樣品鎘含量在0.001~0.0075 mg/L之間，鎘含量最高值由2013年的0.006 mg/L降低到2016年的0.0031 mg/L，超標率由4%降低至0%。底質樣品中鎘含量在0.001~0.047 mg/kg之間，全部底質樣品均遠低于限量0.5 mg/kg，超標率保持0%，鎘含量范圍變化不大，僅呈現小幅升高趨勢。

表3　2013—2016年監測結果

1.3.2討論4年間對346份河蟹及其產地環境的監測結果顯示，三類樣品的全部樣品均有鎘檢出，檢出率達100%，大部分河蟹樣品鎘含量均在0.2 mg/kg以下，有3年存在個別河蟹產品鎘超標情況，但超標量不高，均在限量的2倍以內，4年間河蟹中鎘含量大體呈現出下降趨勢。水質樣品除2013年和2014年有個別水質樣品鎘超標，其余大部分樣品均在限量以內，綜合分析4年間水質樣品中鎘含量情況，水質中鎘含量呈逐漸下降趨勢，2015年、2016年未發現水質鎘超標情況，這與環渤海地區對工業三廢的治理及大遼河水系的治理密不可分。養殖環境底質樣品的鎘含量均低于限量值，符合標準中對河蟹養殖產地環境條件的要求。由于沉積作用和鎘的難降解性，底質中鎘含量整體呈現出小幅度升高趨勢，這與鎘的長期蓄積和產地環境的不斷變化有關。綜上所述：4年間鎘的監測結果總體向好，但仍需加強對部分養殖區水質和河蟹的監管，以保證河蟹產品的安全。

2　毒理試驗及毒性分析

為進一步研究鎘元素對河蟹的毒性，該文以10 g左右的河蟹為對象，用氯化鎘作為鎘源，分別進行了急性毒性試驗和30 d染毒試驗，兩項試驗參照國標GB 15193.13-2003和GB 151913.13-2003[7-8]執行。

2.1　急性毒性試驗方法

2.1.1試驗材料河蟹購于A市稻田養殖戶，蟹體質量10 g左右。氯化鎘（CdCl2·2.5H2O）為AR級。

2.1.2試驗方法采用體外暴露方法對試驗河蟹進行鎘染毒，共設1個對照組和6個濃度梯度組，在預試驗的基礎上，采用對數等間距法設計各組鎘添加濃度，各組濃度見表4。將大小一致、健康活潑的河蟹按所設計的鎘濃度處理，每組40只，試驗持續4 d，每天記錄各組河蟹的死亡數量。

2.2　急性毒性試驗結果

根據表4河蟹急性毒性試驗結果表中各時間段河蟹的死亡數量，運用SPSS 18.0統計軟件計算的河蟹24 h、48 h、72 h、96 h半數致死濃度分別為375.6 mg/L、7.4 mg/L、4.1 mg/L、3.2 mg/L。

表4　成蟹急性毒性試驗結果

2.3　30 d染毒試驗

2.3.1染毒方法采用體外暴露的方法對試驗河蟹（體質量10 g/只）進行鎘染毒，試驗設對照組和3個濃度梯度組，各組濃度根據96 h半數致死量設計見表5。將大小一致、健康活潑的河蟹按設計的鎘濃度處理，每組30只，于試驗結束后各組取10只蟹，活體解剖，取肌肉、鰓、肝胰腺、外殼，準確稱量，轉入錐形消化瓶中，經濃硝酸和高氯酸消化后，用瓦里安AA240原子吸收分光光度計測量鎘含量。

表5　30 d染毒試驗

2.3.2染毒試驗結果由表6可以看出，鎘的存在對河蟹的攝食、活力、存活率均有不良影響，并且這種影響與鎘的添加量成正相關，鎘含量越大，不良影響程度越大。5次攝食監測結果顯示，隨著鎘添加時間的延長，對河蟹攝食的影響也呈正相關，大體呈現出攝食量隨時間逐漸遞減的趨勢。

表7的結果顯示，鎘染毒后河蟹的外殼、鰓、肝胰腺、肌肉都變現出不同程度的蓄積效應，總體呈現出隨劑量增大蓄積量增大的規律，蓄積程度總體表現出外殼＞鰓＞肝胰腺＞肌肉。濃度低時鰓和肝胰腺的蓄積程度比較接近，當鎘濃度增大時，鰓蓄積量超過肝胰腺，這與鰓的濾過作用有關。3.17 mg/L的鎘濃度染毒30 d，河蟹肌肉中鎘含量未超過限量15 mg/kg，并且中濃度和高濃度肌肉中鎘含量基本一致，但高濃度組鰓中鎘濃度明顯增大，說明鰓對鎘的濾過作用是保護河蟹健康的有效屏障。外殼的積蓄量最高，這與外殼直接接觸染毒養殖水體有關，經過30 d的慢性積累，最高劑量組外殼中鎘含量超過20 mg/kg。鰓和肝胰腺也表現出明顯的蓄積作用，鰓作為河蟹與外界進行氣體交換的場所，在重金屬的吸收和通過血淋巴轉運到體內其他組織和器官的過程中起著重要的作用[9]。肝胰腺是蝦蟹的主要解毒器官，可以將有毒金屬轉化為無毒的化合物，降低重金屬對身體的毒害，所以肝胰腺中鎘含量也較高。

表6　河蟹染毒后攝食情況及中毒只數

表7　各組組織中鎘含量

3　鎘染毒對河蟹機體的損傷

3.1　鎘對河蟹細胞結構的影響

鎘對蟹類超微結構的影響主要表現在對膜系統的破壞和對細胞形態的改變，鎘可以加快細胞脂質過氧化的速率，導致脂質過氧化物的堆積，進而損傷膜結構，改變膜的通透性。王蘭等[10-11]對蟹類鎘染毒后發現，鎘暴露條件下可以導致線粒體腫脹、空泡化，破壞線粒體內膜脊，肝胰腺R-細胞的細胞器減少，內質網擴張且空泡化，核外膜破裂，高爾基體變形等。用鎘處理河南花溪蟹24 h后發現，鎘對生殖系統也會造成損傷，如導致卵細胞形狀不規則，表面顆粒突起減少、細胞界限不清，卵巢表面結締組織斷裂增多，黏連增加等，這些變化是卵子抵抗鎘毒性的一種自我保護機制，但是隨著鎘劑量的增加，這種損傷將變為不可逆的[12]。

3.2　鎘對河蟹酶系統影響

過量的鎘會損傷機體。它可與含巰基、羥基及氨基的蛋白質分子結合，抑制一些酶系統的活性。

3.2.1鎘對抗氧化酶影響抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPX）、谷胱甘肽轉硫酶（GXT）等。這些酶類可以有效地清除體內的活性氧，從而避免對機體造成氧化損傷。劉曉玲等[13]研究發現，中華絨螯蟹鎘染毒劑量為2 mg/L就會導致肝胰腺SOD、CAT和GPX的活力下降，隨著暴露時間的延長，酶活力有一定程度的恢復，當增大染毒劑量和時間后這三種酶的活力開始下降。表明低濃度的鎘對機體的抗氧化酶活力起到刺激作用，而高濃度則對機體造成傷害，抑制抗氧化酶活力。

3.2.2鎘對代謝酶影響谷丙轉氨酶（GPT）和谷草轉氨酶（GOT）在動物體蛋白質代謝中至關重要的兩種氨基轉移酶，盧敬讓等研究發現對中華絨螯蟹鎘染毒后血清中GPT活力隨濃度增加而增加，這可能由于低濃度鎘染毒后導致機體組織受損，應激響應啟動，導致組織中酶被釋放，因此酶活力升高。而當高濃度鎘染毒時由于損傷已不可逆轉機，體中酶無法釋放，因此酶活力降低[14]。堿性磷酸酶是一種特異性較低的磷酸單酯酶，在核酸、蛋白質和脂類等物質代謝中起重要作用，鎘對鋸緣青蟹酶活力的影響規律與上述類似，同樣呈現出濃度效應關系[15]。

3.3　鎘對生殖系統影響

鎘對生殖系統具有明顯的損傷效應，主要表現在對卵巢發育、產卵率和受精卵孵化率方面的影響。對蛻皮后14 d的可口美青蟹的卵母細胞進行體外培養，通過測量卵母細胞直徑和卵黃磷蛋白的積累發現，加入適量鎘（20 pg/L）后抑制了卵母細胞的增長[16]。

4　結論

根據河蟹產品標準和養殖環境產地標準，連續4年對A市河蟹、水質、底質進行鎘含量監測顯示，雖個別樣品出現超出限量情況，超標量在限量的2倍以內，超標率不高，均符合相關限量要求，表明A市的河蟹產品及其產地環境中鎘含量大體合格，但仍需要對個別養殖區的水質及河蟹產品加大關注力度，以確保當地河蟹的健康生態養殖。

鎘對河蟹的急性毒性試驗結果顯示，體質量10 g 左右的河蟹 24 h、48 h、72 h、96 h 半數致死量分別為 375.6 mg/L、7.4 mg/L、4.1 mg/L、3.2 mg/L。30 d染毒試驗結果顯示，鎘染毒后對河蟹的活動力、存活率、攝食量均存在不利影響，將染毒后河蟹解剖檢測結果顯示，河蟹的外殼、鰓、肝胰腺、肌肉中均有鎘殘留，殘留量由高到低依次為外殼、鰓、肝胰腺、肌肉。

該文總結了鎘對河蟹細胞結構、酶系統、生殖系統的影響，其中對細胞結構影響體現在對細胞形狀、線粒體、內質網、細胞膜等多方面的不利影響。對酶系統影響包括對抗氧化酶、代謝酶的研究均顯示出明顯的劑量效應現象，即低濃度染毒時酶活力增大，高濃度染毒時酶活力降低現象，這可能由于低劑量染毒時機體應激反應激活，而高濃度染毒損傷不可逆有關。對生殖系統影響由于能夠造成產卵率降低、畸形率升高。因此對河蟹產品乃至養殖環境進行鎘的風險監測是必要的，是保障河蟹產品質量安全的有效手段。