鯽物種敏感性評估

黃 軼，潘進芬，張天旭，孫乾航，閆振廣

(1.中國海洋大學環境科學與工程學院，海洋環境與生態教育部重點實驗室，山東青島，266100； 2.中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012)

水質基準(Water Quality Criteria，WQC)是指水環境中的污染物質或有害因素對人體健康和水生態系統不產生有害效應的最大劑量或水平[1]，但不同地區、不同國家的水生生物分布特征和水質參數存在一定差異，同一污染物對不同保護對象的毒性效應也不同[2，3]。因此，有必要開展適合自己國家和地區的水質基準研究。發達國家已經對WQC進行了幾十年的研究，形成了較為全面的WQC方法體系[4，5]。我國的WQC研究起步較晚，基礎較為薄弱,而我國水生生物多樣性豐富，區域差異明顯，建立適合我國地域特點的WQC方法體系具有重要的意義，其中基準本土受試物種的篩選與評估是WQC研究的重要目標之一。

近年來，在我國已開展的部分WQC研究[6，7]中均采用了鯽(Carassiusauratus)毒性數據[8，9]。鯽是我國一種代表性本土鯉科魚類，在我國水域廣泛分布[10]。根據《淡水水生生物水質基準制定技術指南》(HJ 831-2017)[1]，WQC的制定需要三門五科的毒性數據，并明確規定必須包括鯉科魚的毒性數據，鯽作為我國鯉科魚類的代表種，對WQC的制定有重要意義。

Yu等[11]指出，在推導中國WQC時應優先考慮以下污染物：多環芳烴(PAHs)、農藥、單環芳烴和金屬等。苯并芘和熒蒽是兩種廣泛存在于環境中具有強烈致癌性的多環芳烴，它們在我國水體中的濃度已達到4.0～12 970.8 ng/L[12]；毒死蜱是一種應用廣泛的有機磷農藥[13]，其廣泛使用對水生系統造成了嚴重影響[14]；硝基苯是一種有毒的單環芳烴，曾造成嚴重的流域水環境污染事故[15]；汞(Hg2+)和砷(As3+)是高度致癌的有毒金屬，在我國“十二五”重金屬污染綜合防治規劃中被列為優先污染物[16]。

本研究選取苯并芘、熒蒽、毒死蜱、硝基苯、Hg2+和As3+為典型污染物代表，以鯽為對象，探討其對典型污染物的敏感性，以期補充苯并芘、毒死蜱、硝基苯、Hg2+和As3+對鯽的急性毒性數據，綜合評價鯽的物種敏感性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用魚為鯽購于當地漁場，體長(2.5±0.3) cm，體重(0.25±0.04) g。將魚放到魚缸中馴養7 d，馴養過程中死亡率小于5%。每天按時少量喂食，喂食量不超過體質量的2%，實驗前24 h內不喂食。

試驗用水為除氯自來水，經充分曝氣2 d后使用，pH (7.5±0.3)，溫度(25±1) ℃，溶解氧(DO)不低于空氣飽和值的60%，總硬度185 mg/L(以CaCO3計)，設置光照時間為12 h ∶12 h(黑夜 ∶白晝)。

試驗化學用品為分析純，購于北京國藥集團。

1.2 試驗方法

苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+急性毒性試驗選用丙酮作為助溶劑(<0.1 mL/L)，試驗方法按照ASTM標準指南[17]進行，實驗結束時對照組魚死亡率不得超過10%。 采用半靜態試驗，每24 h更換一次試驗溶液，試驗濃度設置見表1，每個試驗組均設一個空白對照組，每組3個試驗平行。暴露時間為96 h，分別在24、48、72和96 h記錄試驗中魚的死亡情況，并及時撈出死亡個體。采用直線回歸法求得鯽96 h-LC50(96 h引起受試生物50%個體死亡時所需的濃度)及95%置信區間，用SPSS22.0進行數據分析。Hg2+和熒蒽對于鯽的急性毒性數據從ECOTOX數據庫獲取(https://cfpub.epa.gov/ecotox/)。

表1 苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+毒性試驗濃度設置Tab.1 The exposure concentration of BaP，CPF， nitrobenzene and As3+

1.3 毒性數據篩選

苯并芘、熒蒽、毒死蜱、硝基苯、Hg2+和As3+的毒性數據獲取自ECOTOX數據庫(https://cfpub.epa.gov/ecotox/)。毒性數據的收集遵循以下選擇標準：僅選擇淡水水生生物；暴露時間為2～4 d；所有急性毒性試驗終點選擇LC50或EC50；同物種的急性毒性數據如果差異大于10倍，則刪除離群值以減少不確定性；如果獲得同一物種的不同生命階段測試數據，則選擇最敏感生命階段的毒性數據；如果在不同研究中對同一物種的相同生命階段進行測試，則計算所有毒性值的幾何平均值以獲得毒性值；為了減小不確定性，每種污染物都優先采用流水式毒性試驗數據。

1.4 物種敏感度分析

物種敏感度分布(SSD)[18]方法用于評估物種對不同污染物的敏感性。根據各物種急性毒性數據計算得到物種平均急性值(species mean acute value，SMAV)，即同一物種急性毒性值的幾何平均值，將SMAV從低到高進行排序并統一編號為R(R=1,2,3…N)，其中R為急性毒性數據的個數，計算每個毒性數據的毒性百分數P(累積頻率)，P=R/(N+1)，以對數變換的LC50或EC50為橫坐標，物種的累積頻率P為縱坐標繪制散點圖，使用Origin 2018進行數據分析。

2 結果

2.1 苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+對鯽的急性毒性

依據ASTM化學物質測試方法指南[17]的質量控制標準對各個試驗溶液更新前后的濃度進行檢測，試驗溶液更新前后的濃度波動均小于20%(結果未展示)。實驗期間，所有對照組均無死亡現象。苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+對鯽的急性毒性結果見表2。苯并芘對鯽的毒性最大，其次是毒死蜱，而鯽對硝基苯的耐受性最大，苯并芘和硝基苯對鯽的毒性差異為7 138倍。根據毒性分級標準[19]，結合表2的毒性數據可知，苯并芘、毒死蜱和As3+對鯽的毒性均屬于中高等級，表明鯽(魚苗)可能是水環境監測中較為敏感的指示生物。

表2 苯并芘、毒死蜱、硝基苯和As3+對鯽的96 h急性毒性Tab.2 The 96 hours acute toxicity of four pollutants to C.auratus

2.2 鯽的敏感性排序

按上述原則收集并篩選苯并芘、熒蒽、毒死蜱、硝基苯、Hg2+和As3+的毒性數據，每種污染物的毒性數據個數見表3和圖1(詳細數據未展示)。其中Hg2+的毒性數據最多，包括7門50科148種，苯并芘毒性數據最少，只有3門8科13種。計算SMAV，結果表明硝基苯的SMAV值最大，為0.039～161.9 mg/L，Hg2+最小，為0.000 7～17.742 mg/L。

表3 鯽在所有物種中的敏感性排序Tab.3 The sensitivity distribution of C.auratus to six pollutants

圖1 鯽敏感性評估Fig.1 Species sensitivity distribution of C.auratus

表4比較了鯽和其他魚類對這些污染物的敏感性。結果表明，鯽對苯并芘、熒蒽、毒死蜱和硝基苯的SMAV順序相似，無論是在魚類還是在鯉科魚類中排序，鯽均處于較后的位置，進一步證明鯽對這些污染物不敏感。然而，鯽對Hg2+和As3+的排序在魚類和鯉科魚類中都是第一位。此外根據篩選的毒性數據得到，鯉科魚對Hg2+和As3+的敏感性高于其他魚類。

表4 鯽在魚類中的敏感性排序Tab.4 Sensitivity distribution of C.auratus in all fish

3 討論

本次篩選的毒性數據所涉及的物種包括魚類、軟體動物、甲殼類動物、蠕蟲、昆蟲、兩棲動物、浮游生物和環節動物等。甲殼類和浮游生物對毒死蜱最敏感，累積頻率小于30%。兩棲動物對大多數污染物的耐受性一般較高，但對As3+最敏感的物種是六趾蛙(兩棲動物)。一般來說，無脊椎動物比脊椎動物敏感性更高，可能是因為高等生物對食物鏈中污染物的生物累積越來越耐受[3]。Jeram等[20]的研究表明，水蚤(無脊椎動物)通常是對各種污染物最敏感的類群，然而此結論并不具有普適性，對苯并芘和毒死蜱來說，水蚤是最敏感的物種，它們的SMAV排序是第一位的，累積頻率小于8%，但對于熒蒽和Hg2+來說，最敏感的物種是夾雜帶絲蚓和鯽，原因可能是不同物種對污染物的生物利用度不同，相關致毒機制也不完全相同。

表3和圖1顯示了鯽在總物種中對各種污染物的敏感性。結果表明，鯽對苯并芘、熒蒽、毒死蜱和硝基苯的累積頻率均在60%以上，高于Hg2+、As3+，表明鯽對這4種污染物具有較高的耐受性。這可能是由于污染物的物理化學特性和環境行為的不同[21]，而導致不同污染物毒性效應的差異[22]。對于苯并芘、熒蒽、毒死蜱和硝基苯這種高分子量的物質而言，由于酶可能無法接觸和破壞分子內的化學鍵，這些物質往往會抵抗生物降解[23]，并且這4種污染物都屬于疏水性物質，它們在水中的溶解度較低，降低了污染物的生物利用度[24]，這可能是鯽對這4種污染物具有較高耐受性的原因。Hg2+和As3+的累積頻率均小于30%，說明鯽對Hg2+和As3+更敏感，其中鯽對Hg2+的SMAV排序第一，累積頻率為0.676%，說明鯽對Hg2+很敏感。

Dyer[25]的研究表明，溫帶、熱帶和冷水魚類之間的敏感性存在一定的差異。一些研究人員假設，根據代謝原理，熱帶物種比冷水和溫帶氣候物種更敏感[26，27]。有幾項研究調查了“冷水和暖水”物種對不同污染物的敏感性[28，29]，然而，沒有一項研究確定熱帶物種比歐洲和北美特有物種或其他經常用于評估的試驗物種(如金魚，斑馬魚)更敏感。其它一些研究發現，冷水區特有的魚類(鮭科魚)比溫帶地區的太陽魚(太陽魚科)稍敏感，其次是溫帶和亞熱帶地區的鱸魚(鱸科)、鯰魚(鯰科)和鯉魚(鯉科)[28，30]。本研究中，冷水魚中的虹鱒魚(Oncorhynchusmykiss)對熒蒽敏感性排序在第二位，而對其他污染物來說溫水魚比冷水魚更敏感，例如青鳉魚(Oryziaslatipes)對硝基苯是第二敏感的物種，這一結果與我們之前的研究結論相似[9]。

綜上所述，鯽對以苯并芘、熒蒽、毒死蜱和硝基苯為代表的多環芳烴、有機磷農藥和單環芳烴的敏感性較低，推測鯽對這些有機污染物可能不敏感，而鯽對Hg2+和As3+的敏感性更高，累積頻率小于30%。Hg2+、As3+(一種類金屬)是劇毒金屬，本研究發現鯉科魚對這兩種污染物較其他魚類更敏感，鯽作為鯉科的代表性魚類，可作為金屬WQC制定的敏感試驗生物。