硝酸鹽對魚類毒性研究進展?

宋協法， 楊曉晗， 黃志濤

(中國海洋大學水產學院，山東 青島 266003)

氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽是循環水養殖系統中常見的污染物，其中氨氮主要源于養殖魚類排泄物和殘餌，通過硝化細菌作用轉化為亞硝酸鹽，最終轉化為硝酸鹽。氨氮和亞硝酸鹽對魚類的毒性較強，一般認為硝酸鹽對于水產品不具毒性或毒性較低[1]，其對魚類潛在的影響往往被水產從業者所忽視但在高密度循環水養殖系統中硝酸鹽迅速積累，能夠達到200 mg/L或更高[2]。近年來，硝酸鹽對養殖魚類的潛在影響逐步受到學者的重視。本文總結了硝酸鹽對海水和淡水魚類急性、亞急性和慢性毒性實驗的研究結果，闡述了硝酸鹽對魚類的毒性作用機理及硝酸鹽脅迫對魚類生長、存活和生理等方面的影響，以期引起水產從業者重視養殖水體中硝酸鹽濃度對魚類的影響，并為工廠化循環水養殖系統硝酸鹽濃度的調控提供參考。

1 硝酸鹽的來源和毒性機理

硝酸鹽是含氮有機物硝化反應的最終產物，具有低毒性。集約化工廠化養殖系統中魚類的殘餌和排泄物礦化產生氨氮，并在生物濾池中硝化細菌的作用下轉化為亞硝酸鹽，最終轉化成硝酸鹽，在沒有反硝化環節的循環水養殖系統中，硝酸鹽會逐漸積累。

2 影響硝酸鹽毒性的因素

目前研究結果顯示，影響硝酸鹽毒性的因素主要包括鹽度、溫度、硬度、硝酸鹽濃度、硝酸鹽的暴露時間等。

3 硝酸鹽對魚類急性毒性影響

由于淡水和海水中氯離子濃度的差異，一般認為海水魚類對硝酸鹽具有較高的容忍能力，鉤嘴鰨(Heteromycteriscapensis)24 h半數致死濃度高達5 050 mg/L，石頜鯛(Lithognathusmormyrus)和重牙鯛(Diplodussaegus)也分別達到3 550和3 560 mg/L[18]。我們對海水魚類大瀧六線魚(Hexagrammosotakii)和斑石鯛(Oplegnathuspunctatus)進行了硝酸鹽急性毒性實驗，硝酸鹽24 h的LC50分別為2 741和484 mg/L(未發表數據)，可見并非所有的海水魚類的硝酸鹽耐受能力都高于淡水魚類。

4 硝酸鹽對魚類慢性毒性影響

4.1 硝酸鹽對魚類生殖發育的影響

硝酸鹽影響魚類生殖發育和內分泌激素的分泌，Shimura等研究發現硝酸鹽濃度為75 mg/L時，青鱂(Oryziaslatipes)受精和孵化成功率大大降低，孵化時間延長；當硝酸鹽濃度高于100 mg/L時雌性青鱂存活率突然降低，僅為20%[36]。McGurk等發現高濃度硝酸鹽處理組(100和400 mg/L)中鯡形白鮭(Coregonusclupeaformis)成功孵化個體規格顯著小于低處理組(1.6，6.25和25 mg/L)[28]。而Good等對大西洋鮭(Salmosalar)((102±1)g)進行了為期8個月的硝酸鹽暴露實驗，發現各實驗組血漿激素濃度差異不顯著，認為硝酸鹽濃度為100 mg/L時，不會對大西洋鮭性成熟產生消極影響[37]。

有觀點認為硝酸鹽在魚類血液中可以分解出NO，NO具有兩相性，即低濃度促進、高濃度抑制激素產生，NO可以與P450酶的亞鐵血紅素位點進行結合，破壞P450酶的催化作用，從而直接對激素水平造成影響，進而影響魚類性成熟[7-8]。Freitag等發現高濃度處理組(101.8 mg/L)大西洋鮭(Salmosalar)(102 g左右)血漿硝酸鹽含量是中間濃度組(10.3 mg/L)的14倍，是低濃度組(5.2 mg/L)的23倍，且硝酸鹽處理會顯著影響大西洋鮭血漿睪酮濃度[9]。Hamlin等進行西伯利亞鱘(Acipenserbaeri)(4 kg)硝酸鹽(50和250 mg/L)暴露實驗發現，硝酸鹽會影響類固醇激素水平，高濃度組西伯利亞鱘血漿T、11-KT和E2(雌二醇)均顯著高于低濃度組[38]。Schram等發現非洲鯰魚(Clariasgariepinus)血漿硝酸鹽濃度隨水體硝酸鹽濃度升高而升高，高濃度處理(378 mg/L)鯰魚血漿硝酸鹽濃度是對照組的93倍，各組間血細胞數、血漿皮質醇、葡萄糖、乳酸沒有顯著差異[22]；梭鱸(Sanderlucioperca)(27g)血漿硝酸鹽濃度也隨著養殖水體硝酸鹽濃度升高而升高，當硝酸濃度高于50 mg/L時，魚類血漿中激素含量會發生顯著變化[39]。

中文名Name學名Species養殖水體Aquaticmedium規格Developmentalstage毒性參數NO-3-NToxicologicalparameter NO-3-N/mg·L-1虹鱒Oncorhynchus mykissFreshwater1～9 g1 355(96 h LC50)[26]Freshwater0.3～0.6 g1 913(96 h LC50)[17]湖紅點鮭Salvelinus namaycushFreshwater1～10 d age1 121(96 hLC50)[28]鯡形白鮭Coregonus clupeaformisFreshwater1～4 d age1 903(96 hLC50)[28]大馬哈魚Oncorhynchus tshawytschaFreshwater1 310(96 hLC50)[26]鯧參魚Florida pompano1 006(96 h LC50)[16]黑鱸Micropterus treculiFreshwater0.1 g143(96 hLC50)[24]藍鰓太陽魚Lepomis macrochirusFreshwater1 975(96 hLC50)[25]斑點叉尾鮰Ictalurus punctatusFreshwater50～76 mm(22 ℃)1 355(96 hLC50)[16]Freshwater50～76 mm(22 ℃)1 423(96 hLC50)[16]Freshwater50～76 mm(22 ℃)1 400(96 hLC50)[16]西伯利亞鱘Acipenser baeriFreshwater(6.90±0.31) g1 510(24 hLC50)[27]Freshwater(6.90±0.31) g1 443(48 hLC50)[27]Freshwater(6.90±0.31) g1 195(72 hLC50)[27]Freshwater(6.90±0.31) g1 028(96 hLC50)[27]Freshwater(66.9±3.4) g601(96 hLC50)[27]Freshwater(673.8±18.6) g803(24 hLC50)[27]Freshwater(673.8±18.6) g522(48 hLC50)[27]Freshwater(673.8±18.6) g438(72 hLC50)[27]Freshwater(673.8±18.6) g397(96 hLC50)[27]胭脂魚mullet Mugil platanus Freshwater1 522(96 h LC50)[29]斑馬魚Danio rerioFreshwaterEmbryos(3 hpf)1 606(96 hLC50)[30]FreshwaterNewly-hatched larvae(72 hpf)1 987(96 hLC50)[30]FreshwaterSwim-up larvae(120 hpf)1 250(96 hLC50)[30]托普美州Notropis topekaAdult(66.2 mm)1 559(96 hLC50)[31]Juvenile(46.3 mm)1 354(96 hLC50)[31]鯉魚 Cyprinus carpio Freshwater5～6 g,1 075.1(96 hLC50)(Static)[32]Freshwater5～6 g967.63(96 hLC50)(Continuous flow through)[32]Freshwater(36.8±5.3) g995(96 hLC50)(KNO3)[33]Freshwater(36.8±5.3) g865(96 hLC50)(KNO3)[33]卡特拉魚Catla catlaFreshwater1 565(24 hLC50)(Static)[34]Freshwater1 484(24 hLC50)(Continuous flow through)[34]黑頭呆魚Pimephales promelasFreshwater<8 d old1 341(96 hLC50)[23]

續表1

中文名Name學名Species養殖水體Aquaticmedium規格Developmentalstage毒性參數 NO-3-NToxicologicalparameter NO-3-N/mg·L-1Freshwater2 110(24 h LC50)[11]Freshwater761(24 h LC50)[11]花鱂Poecilia reticulatusFreshwater267(24 hLC50)(KNO3)[21]Freshwater219(48 h LC50)(KNO3)[21]Freshwater199(72 h LC50)(KNO3)[21]Freshwater191(96 h LC50)(KNO3)[21]斑石鯛Oplegnathus punctatusSeawater484.5(24 h LC50)Seawater678.8(48 h LC50)Seawater586.3(72 h LC50)Seawater774.4(96 h LC50)大瀧六線魚Hexagrammos otakiiSeawater(1.9±0.7)g2741(24 h LC50)Seawater2 413(48 h LC50)Seawater2 357(72 h LC50)Seawater2 339(96 h LC50)軍曹魚Rachycentron canadum Seawater (6.87±0.36)g2 661(12 h LC50)[35]Seawater (6.87±0.36) g2 407(24 h LC50)[35]Seawater (6.87±0.36) g2 071(48 h LC50)[35]Seawater (6.87±0.36) g2 028(72 h LC50)[35]Seawater (6.87±0.36) g1 829(96 h LC50)[35]石頜鯛Lithognathus mormyrusSeawater 3 450(24 h LC50)[18]重牙鯛Diplodus saegusSeawater 3 560(24 h LC50)[18]鉤嘴鰨Heteromycteris capensis Seawater 5 050(24 h LC50)[18]

硝酸鹽對魚類生殖毒性主要體現于影響魚卵質量，不會影響已性成熟魚性激素分泌。而血漿硝酸鹽濃度隨養殖水硝酸鹽濃度升高而升高，這是和魚類吸收硝酸鹽的途徑有關，無論是通過擴散，還是魚鰓吸收，均為被動吸收，因此血漿硝酸鹽濃度和環境濃度呈現正相關，但硝酸鹽與激素分泌調節酶的關系尚不明確。

4.2 硝酸鹽對魚類組織器官的影響

魚鰓在不利的水質環境下會第一時間作出反應，魚類受到高濃度硝酸鹽脅迫時，肝臟的反應最為明顯，通常作為水生生物毒性實驗的重要生物檢驗指標[39-40]。Shimura等發現高濃度硝酸鹽(125 mg/L)會引起青鱂(Oryziaslatipes)鰓細胞增生和壞死，肝細胞間出現空泡等現象[41]；Ricardo等發現當硝酸鹽濃度高于1500 mg/L時，軍曹魚(Rachycentroncanadum)出現鰓上皮細胞增生的現象，鰓部毛細血管擴張，降低了魚類氧氣吸收的能力，引起窒息現象[35]。Iqbal等將鯉魚(Cyprinuscarpio)(36.8 g)養殖在硝酸鹽濃度為168 mg/L的水體中，32 d后發現鯉魚肝細胞出現萎縮、細胞膜呈現鋸齒邊緣化、肝脂肪細胞變性等現象，腎臟同樣受損，腎小球衰退，細胞中出現無規則空泡，腎小管上出現了大片的光斑，腎小管之間造血組織大量增生[33]。然而，Good等研究發現高硝酸鹽濃度處理組(99 mg/L)的大西洋鮭(Salmosalar)心臟、脾臟、肝臟、腎臟和肌肉等組織未出現損傷現象[37]；Frankes和Hoff發現在500 NO3--N mg/L處理下小丑魚(Amphiprionocellaris)肝臟沒有呈現損傷狀況[42]。

魚類暴露在高濃度硝酸鹽條件下，通常會對魚類的甲狀腺淋巴結、鰓和肝臟等呼吸、解毒器官造成不同程度的損傷，一般體現在鰓部毛細血管擴張、鰓細胞增生、肝細胞產生空泡等現象。但也有研究中發現高濃度硝酸鹽并沒有對相關器官造成不良影響，說明物種差異可能是導致硝酸鹽毒性差異的原因，其對魚類組織器官內在的影響機理還應進行進一步的研究。

4.3 硝酸鹽對魚類形態外觀、魚類行為的影響

4.4 硝酸鹽對魚類生長存活的影響

然而Knepp和Arkin沒有發現高濃度硝酸鹽(90 mg/L)對斑點叉尾鮰(Ictaluruspunctatus)生長和攝食產生影響[47]；同樣的，Freitag也發現不同硝酸鹽濃度處理組(10.5和101.8 mg/L)之間大西洋鮭(Salmosalar)體重未呈現顯著差異[9]。2011年，Davidson等人發現不同濃度硝酸鹽(13和99 mg/L)處理下虹鱒(Oncorhynchusmykiss)(150 g)生長率差異不顯著，不會對存活率(分別為93.1%和93.3%)產生影響[43]。2014年，Davidson等通過對虹鱒((16.4±0.3)g)為期3個月的實驗發現，硝酸鹽(30和91 mg/L)處理對虹鱒體長、體重、生長率和餌料系數(FCR)均無影響，存活率分別為92.5%和87.9%[48]。Torno等認為200和500 mg/L硝酸鹽處理均不會影響歐洲海鱸(Dicentrarchuslabrax)的存活和生長[49]。

硝酸鹽對魚類的生長的影響可能存在一定的臨界濃度，通過實驗找到相應魚類的安全濃度可有效降低養殖風險，很多研究結果顯示高濃度硝酸鹽不利于魚類生長，甚至引起魚類的死亡，可能是由于魚類利用較多能量抵抗硝酸鹽毒性，因而同一實驗魚的生長率隨養殖水硝酸鹽濃度升高而降低。由于硝酸鹽毒性相比亞硝酸鹽和氨氮較低，且受魚種及魚體大小影響大，各研究中存活率波動較大，具體硝酸鹽對于魚類生長存活的毒性仍需進一步研究。

5 研究展望

硝酸鹽對水產動物的潛在危害已經引起了國外水產研究者的重視。但在國內卻鮮有關注，目前可查的僅有付騰等關于硝酸鹽對凡納濱對蝦的急性毒性研究[50]，實驗表明硝酸鹽會對凡納濱對蝦的肝臟、肌肉等組織產生損傷。常規的養殖過程中硝酸濃度相對較低，但在高密度循環水養殖系統中硝酸鹽逐漸積累，往往能夠達到200 mg/L以上，針對于國內外均進行循環水養殖的魚類品種，我們應該借鑒數據確定硝酸鹽安全濃度，并在此基礎之上，結合國內循環水養殖的特點對我們特有的養殖品種進行硝酸鹽安全濃度的確定。

(1)開展硝酸鹽毒性機理研究。硝酸鹽對養殖魚類的毒性影響研究主要停留在感官、生理及行為層面，對魚類的毒性機理還存在著爭議，應開展魚類吸收硝酸鹽的途徑研究，進一步明確硝酸根離子在魚體內的運輸路徑，借助分子生物學技術從分子層面揭示硝酸鹽的毒性機理，解釋硝酸鹽影響黃蛋白原、睪酮激素等性激素的機理，研究高濃度硝酸鹽的養殖水體對魚類遺傳進化的影響，將有助于更全面、系統的了解硝酸鹽的毒性影響。

(2)開展環境因子對硝酸鹽毒性影響研究。養殖水體鹽度、硬度、pH、溫度、溶解氧等參數均可能影響硝酸鹽對魚類的毒性，在不同的水質參數條件下魚類對硝酸鹽的LC50有所區別，應關注養殖水體物理化學指標變化，注意區分硝酸鹽對淡水魚，海水魚以及廣鹽性魚類毒性研究，開展不同水質環境條件下硝酸鹽對養殖魚類的毒性影響研究，確定不同水質條件下硝酸鹽的安全濃度，指導實際養殖過程中的硝酸鹽濃度控制。