雙齒許水蚤(Pseudodiaptomus dubia)對(duì)亞熱帶蝦池Cu和Zn的富集

李長(zhǎng)玲，黃翔鵠，江 東，蔡欣維

廣東海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，湛江 524088

集約化養(yǎng)殖導(dǎo)致池塘環(huán)境的自身污染和生態(tài)失衡，致使水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物疾病頻繁爆發(fā)，尤其是對(duì)蝦養(yǎng)殖越來(lái)越困難。為了提高對(duì)蝦養(yǎng)殖的成功率，在養(yǎng)殖過(guò)程中大量使用化學(xué)藥物來(lái)控制疾病的發(fā)生，一些含Cu和Zn等重金屬的化學(xué)藥物由于能殺死有害藻類和控制病原菌增殖而被大量使用，導(dǎo)致養(yǎng)殖環(huán)境的重金屬污染[1-3]，養(yǎng)殖廢水排放致使海洋環(huán)境也受到重金屬的嚴(yán)重污染[4]。水生生物對(duì)重金屬具有富集性，以各種方式存在的重金屬在進(jìn)入養(yǎng)殖環(huán)境后會(huì)在生物體中存留和積累，并在各生物群落間遷移，通過(guò)食物鏈濃縮，從而對(duì)生物生長(zhǎng)和發(fā)育產(chǎn)生不良影響[5-6]。有研究報(bào)道，重金屬脅迫能夠誘導(dǎo)生物體產(chǎn)生堿基改變、DNA 單雙鏈斷裂和染色體改變等DNA 損傷[7-9]；水中的Cu和Zn能夠使對(duì)蝦體內(nèi)磷酸酶活性減弱，減少對(duì)蝦蛻皮次數(shù)，降低對(duì)蝦養(yǎng)殖存活率，產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至造成食品安全隱患[2]。雙齒許水蚤(Pseudodiaptomusdubia)屬于橈足亞綱(Copepoda)、哲水蚤目(Calanoida)、偽鏢水蚤科(Pseudoiaptomidae)、許水蚤屬(Pseudodiaptomus)，是對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘中常見(jiàn)的浮游動(dòng)物種類，在蝦池食物鏈中占有重要的位置[10]。關(guān)于雙齒許水蚤發(fā)育生物學(xué)和攝食的研究有相關(guān)報(bào)道[11-13]，而對(duì)重金屬富集的研究未見(jiàn)報(bào)道。本文通過(guò)對(duì)雙齒許水蚤Cu和Zn富集的動(dòng)力學(xué)及不同溫度和鹽度條件對(duì)富集效果影響的研究，探明雙齒許水蚤對(duì)重金屬污染物的富集規(guī)律，為對(duì)蝦健康養(yǎng)殖提供理論依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 材 料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)用海水

海水取自湛江市東風(fēng)碼頭海區(qū)，新鮮海水經(jīng)沉淀砂濾、靜置1 d，用350目的篩絹過(guò)濾，煮沸消毒冷卻后使用。

1.1.2 雙齒許水蚤采集與純化培養(yǎng)

試驗(yàn)用的雙齒許水蚤來(lái)自湛江市東海島中聯(lián)養(yǎng)殖有限公司對(duì)蝦養(yǎng)殖基地的精養(yǎng)蝦池，用浮游生物網(wǎng)采捕，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室暫養(yǎng)于容積為50 L塑料桶中馴化培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度條件為28 ℃、光照度為60 μmol·m-2·s-1(L:D=12:12)、鹽度為27，餌料為蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)。

1.2 方 法

1.2.1 富集動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取0.3928 g的CuSO4·5H2O、0.4378 g的ZnSO4·7H2O，分別溶解于少量的1 M(mol·L-1)稀硫酸中，再定容成1 L，獲得100 mg·L-1的Cu、Zn標(biāo)準(zhǔn)貯備液溶液。分別量取4 mL Cu、Zn標(biāo)準(zhǔn)貯備液于500 mL三角瓶中，加入經(jīng)處理的海水至400 mL，使實(shí)驗(yàn)水體Cu2+、Zn2+濃度分別為1 mg·L-1。根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在此實(shí)驗(yàn)濃度下雙齒許水蚤能正常生存。每實(shí)驗(yàn)組設(shè)置3個(gè)平行，每瓶加入2 000只雙齒許水蚤。實(shí)驗(yàn)條件為溫度28 ℃，光照度60 μmol·m-2·s-1(L:D=12:12)，鹽度28。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)取樣時(shí)間為0、2、4、6、8、12、24、36、48 h；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每隔2 h搖瓶一次，取樣前搖勻，采用過(guò)濾的方法收集樣品，樣品用烘箱在60 ℃的條件下烘干保存。

1.2.2 溫度和鹽度實(shí)驗(yàn)

溫度梯度設(shè)為10、15、20、25、30、35、40 ℃，實(shí)驗(yàn)鹽度為28；鹽度梯度設(shè)為5、10、15、20、25、30、35，實(shí)驗(yàn)溫度為28 ℃。實(shí)驗(yàn)在500 mL三角瓶中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)體積為400 mL，每瓶加入2 000只雙齒許水蚤，置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光照度設(shè)為60 μmol·m-2·s-1(L:D=12:12)，每組設(shè)置3個(gè)平行。實(shí)驗(yàn)時(shí)間為24 h，每隔2 h搖瓶一次。樣品收集方法同上。

1.2.3 樣品的處理和測(cè)定

樣品的消化和測(cè)定均按照GB17378.6-2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》規(guī)定的方法。樣品中重金屬含量用Hitachi火焰原子吸收分光光度計(jì)(型號(hào)：Z-5000)進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定過(guò)程用Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液和Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出雙齒許水蚤體內(nèi)重金屬的含量。測(cè)定結(jié)果以浮游生物中微量元素標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.2.4 動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算

雙齒許水蚤對(duì)重金屬的富集和排出是同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程，可利用雙箱動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行富集和排出動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算[14]，公式如下：

(1)

(2)

(3)

最大富集量CAmax=BCF×Cw

(4)

其中，K1為生物吸收速率常數(shù)；K2為生物排出速率常數(shù)；Cw為水體污染物濃度(mg·L-1)；CA為生物體內(nèi)污染物濃度(mg·g-1)；C0為生物體內(nèi)污染物初始濃度(mg·g-1)；t為實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間(h)；t*為富集階段結(jié)束時(shí)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間(h) 。

1.2.5 生物體內(nèi)重金屬濃度的計(jì)算

換算公式[14]：

(5)

式中，X為樣品中的重金屬含量(mg·g-1)；Cl為樣品液中的重金屬含量(mg·L-1)；C0為空白液中的重金屬含量(mg·L-1)；V為樣品消化液定量總體積，即25 mL；d為稀釋倍數(shù)；m為樣品質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果(Results)

2.1 雙齒許水蚤對(duì)Cu和Zn的富集動(dòng)力學(xué)

雙齒許水蚤對(duì)Cu的富集過(guò)程可分為快速、慢速和平衡3個(gè)階段，快速富集過(guò)程在8 h以前，實(shí)驗(yàn)24 h時(shí)其富集達(dá)到平衡(圖1)。

雙齒許水蚤對(duì)Zn的富集過(guò)程同樣可分為快速、慢速和平衡3個(gè)階段，快速富集過(guò)程在8 h以前，實(shí)驗(yàn)24 h時(shí)其富集達(dá)到富集平衡(圖2)。雙齒許水蚤對(duì)Zn快速富集和慢速富集階段的富集量與富集時(shí)間近似于線性關(guān)系，分別對(duì)其進(jìn)行線性擬合，得線性方程分別為y=0.1914x+0.1705(R2=0.9926)、y=0.0388x+1.3549 (R2=0.9953)。

雙齒許水蚤對(duì)Cu和Zn的富集速率常數(shù)表現(xiàn)為k1(Cu)= 0.077

圖1 雙齒許水蚤富集Cu的動(dòng)力學(xué)曲線Fig. 1 Accumulation dynamics curve of Cu by Pseudodiaptomus dubia

圖2 雙齒許水蚤富集Zn的動(dòng)力學(xué)曲線Fig. 2 Accumulation dynamics curve of Zn by Pseudodiaptomus dubia

表1 雙齒許水蚤富集Cu和 Zn的動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 1 Accumulation kinetic parameters of Cu and Zn by Pseudodiaptomus dubia

2.2 溫度對(duì)雙齒許水蚤富集Cu和Zn影響

溫度對(duì)雙齒許水蚤富集Cu的富集量有顯著影響(F=8.15，p<0.05)，當(dāng)溫度10 ℃、35 ℃和40 ℃時(shí)，雙齒許水蚤對(duì)Cu的富集均表現(xiàn)出低富集量，當(dāng)溫度為15 ℃時(shí)，其富集量比溫度10 ℃時(shí)的富集量提高了29.09%(圖3)。多重比較顯示，溫度為15～30 ℃各實(shí)驗(yàn)組的雙齒許水蚤對(duì)Cu的富集量顯著高于其他實(shí)驗(yàn)組，雙齒許水蚤富集Cu的最適溫度范圍為15～30 ℃。

溫度對(duì)雙齒許水蚤富集Zn的富集量有顯著影響(F=7.67，p<0.05)，當(dāng)溫度10 ℃和40 ℃時(shí)，雙齒許水蚤對(duì)Zn的富集均表現(xiàn)出低富集量，當(dāng)溫度為15 ℃時(shí)，其富集量相對(duì)于溫度10 ℃時(shí)的富集量提高了27.46%(圖4)。多重比較顯示，溫度為15～35 ℃各實(shí)驗(yàn)組的雙齒許水蚤對(duì)Zn的富集量顯著高于其他實(shí)驗(yàn)組，雙齒許水蚤富集Zn的最適溫度范圍為15～35 ℃。

2.3 鹽度對(duì)雙齒許水蚤富集Cu和Zn影響

在實(shí)驗(yàn)鹽度范圍內(nèi)，鹽度對(duì)雙齒許水蚤富集Cu的富集量沒(méi)有顯著影響(F=2.25，p>0.05)，各實(shí)驗(yàn)組雙齒許水蚤富集Cu的富集量平均為0.34 mg·g-1，均表現(xiàn)出較高的富集量(圖5)。

圖3 不同溫度下雙齒許水蚤對(duì)Cu的富集量Fig. 3 The accumulation of Cu by Pseudodiaptomus dubia at different temperature

圖4 不同溫度下對(duì)雙齒許水蚤對(duì)Zn的富集量Fig. 4 The accumulation of Zn by Pseudodiaptomus dubia at different temperature

鹽度對(duì)雙齒許水蚤富集Zn的富集量有顯著影響(F=16.00，p<0.01)，隨著鹽度的增加，雙齒許水蚤對(duì)Zn的富集量呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)鹽度達(dá)到25時(shí)，富集量達(dá)到最大，為2.54 mg·g-1；鹽度增加到40，富集量下降到最低，為1.07 mg·g-1(圖6)。多重比較結(jié)果顯示，鹽度為10～35范圍的各實(shí)驗(yàn)組的富集量均顯著高于其他實(shí)驗(yàn)組，雙齒許水蚤富集Zn的適鹽度范圍為10～35。

圖5 不同鹽度下雙齒許水蚤對(duì)Cu的富集量Fig. 5 The accumulation of Cu by Pseudodiaptomus dubia at different salinity

圖6 不同鹽度下雙齒許水蚤對(duì)Zn的富集量Fig. 6 The accumulation of Zn by Pseudodiaptomus dubia at different salinity

3 討論(Discussion)

3.1 雙齒許水蚤對(duì)Cu和Zn的富集及其動(dòng)力學(xué)

浮游動(dòng)物主要通過(guò)3種途徑富集重金屬：(1)從周圍水環(huán)境中直接富集重金屬，富集量在不同動(dòng)物和金屬種類間存在較大差異，如浮游動(dòng)物體內(nèi)的Zn有90%都來(lái)自周圍水環(huán)境，但是通過(guò)這種方式對(duì)Cd和Se的積累卻很少；(2)食物同化，即食物鏈傳遞，食物同化在很大程度上依賴于食物種類或食物中金屬含量和形態(tài)；(3)生殖傳遞，通過(guò)這種方式傳遞的只有少數(shù)特定的金屬，如生命活動(dòng)必需金屬，如硒、鋅等，非必需金屬，如汞/甲基汞等，傳遞給下一代的能力很強(qiáng)，而對(duì)于Cd卻不能通過(guò)此種方式遷移[15-17]。本實(shí)驗(yàn)研究表明，雙齒許水蚤直接從水環(huán)境中富集Cu和Zn，達(dá)到富集平衡時(shí)的富集量分別為0.454 mg·g-1和2.412 mg·g-1，對(duì)Zn的最大富集量大于Cu，這與大型溞(Daphniamagna)對(duì)Zn最大富集量大于Cu的結(jié)果相似[15]。生物富集速率常數(shù)k1代表了生物吸收金屬的快慢程度，水環(huán)境中金屬濃度一定的條件下，BCF可以表示生物對(duì)金屬的富集能力。郭遠(yuǎn)明[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境周圍的金屬離子濃度相同時(shí)，單齒螺(Monodontalabio)對(duì)Cu和Pb的富集動(dòng)力學(xué)參數(shù)k1(Cu)>k1(Pb)，表明單齒螺對(duì)Cu的富集比Pb快，而B(niǎo)CF(Cu)

3.2 溫度對(duì)雙齒許水蚤富集重金屬的影響

浮游動(dòng)物對(duì)金屬富集受到各種環(huán)境因素的影響，如酸堿度、硬度、金屬離子濃度和溫度[16,18]。溫度對(duì)浮游動(dòng)物、淡水蚌、海水貝類和蝦類等水生動(dòng)物富集金屬均有影響[19-20]。溫度不僅會(huì)影響水生動(dòng)物生理和新陳代謝，而且對(duì)富集或排除污染物的路徑和效率有很大影響。Tsui等[21]研究發(fā)現(xiàn)，溫度會(huì)影響大型溞對(duì)環(huán)境中Hg的富集，該水蚤在14 ℃下對(duì)汞和甲基汞的富集率比在24 ℃分別降低了32%、73%。Heugens等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在沒(méi)有進(jìn)行馴化的情況下，溫度從10 ℃上升到26 ℃，浮游動(dòng)物對(duì)Cd富集顯著增加。此外，溫度對(duì)重金屬離子的吸收還與金屬或生物種類有關(guān)，如隨著溫度增加，淡水等足類動(dòng)物對(duì)Cd和Cu富集增加，而對(duì)Pb和Zn的富集并沒(méi)有增加[22]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)溫度為10～15 ℃時(shí)，雙齒許水蚤對(duì)Cu和Zn的富集量顯著上升(p<0.05)，與溫度成正相關(guān)，與Heugens等[18]人的研究結(jié)果一致。雙齒許水蚤對(duì)Cu和Zn富集的最適溫度范圍為15～30 ℃。亞熱帶地區(qū)對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘的溫度范圍一般在20～30 ℃，因此，在我國(guó)華南地區(qū)對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘中雙齒許水蚤對(duì)Cu和Zn有較強(qiáng)富集能力。

3.3 鹽度對(duì)雙齒許水蚤富集重金屬的影響

鹽度變化會(huì)影響水生生物正常的生命活動(dòng)，也能使水體金屬形態(tài)和離子間的相互作用發(fā)生變化，從而影響金屬的生物可利用性[23]。Phillips等[24]研究發(fā)現(xiàn)，不同鹽度對(duì)貽貝(Mytilusedulis)累積Zn沒(méi)有影響，而隨著鹽度的升高而降低，貽貝對(duì)Pb的累積會(huì)增加，對(duì)Cd和Cu的累積反而降低。Denton等[23]研究表明鹽度對(duì)棘刺牡蠣(Saccastreaechinata)累積Cd和Pb有顯著的影響，低鹽度組牡蠣的Cd和Pb含量明顯地高于高鹽度組。Isaac等[25]研究發(fā)現(xiàn)，隨著水環(huán)境中Na+濃度的增加，競(jìng)爭(zhēng)富集顯著降低大型溞對(duì)Ag+的富集量。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一定濃度范圍內(nèi)，鹽度對(duì)雙齒許水蚤Cu的富集沒(méi)有顯著影響，但均有較強(qiáng)的富集能力；鹽度對(duì)雙齒許水蚤Zn的富集影響顯著，其富集強(qiáng)度與鹽度成正相關(guān)，富集適宜的鹽度范圍為10～35，當(dāng)鹽度為40時(shí)，雙齒許水蚤對(duì)Zn2+富集顯著下降，這與Isaac[20]的研究結(jié)果一致。對(duì)蝦養(yǎng)殖的鹽度范圍為10～30，在此條件下，池塘中浮游動(dòng)物對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的富集能力。

3.4 雙齒許水蚤在蝦池水質(zhì)調(diào)控中的應(yīng)用

雙齒許水蚤是廣東沿海對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘中常見(jiàn)的一種浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)，作為對(duì)蝦養(yǎng)殖池塘食物鏈中的重要的中間類群，對(duì)于保持池塘生物種群動(dòng)態(tài)平衡、改善養(yǎng)殖水質(zhì)起著重要作用[11]。溫度和鹽度均是引起橈足類生理活動(dòng)變化重要的因素，有研究表明，溫度為25～30 ℃時(shí)，雙齒許水蚤的攝食率和孵化率均處于最佳狀態(tài)；雙齒許水蚤最佳的攝食鹽度為25～30，但鹽度對(duì)孵化率沒(méi)有顯著影響[12-13]。亞熱帶地區(qū)蝦池的溫度和鹽度均能滿足雙齒許水蚤生存的需求，且在溫度為15～30 ℃，鹽度為10～30條件下，雙齒許水蚤對(duì)Cu和Zn均有較高的富集量。在對(duì)蝦養(yǎng)殖期間，當(dāng)養(yǎng)殖環(huán)境受到重金屬污染時(shí)，幼蝦攝食富集重金屬的雙齒許水蚤，這些金屬就可以傳遞到對(duì)蝦體內(nèi)，并在體內(nèi)積累，造成食品安全隱患。因此，被重金屬污染的養(yǎng)殖水體，可通過(guò)循環(huán)過(guò)濾的方式去除雙齒許水蚤等浮游動(dòng)物，減少對(duì)蝦對(duì)浮游動(dòng)物的攝食和蝦體中重金屬的積累，從而降低食品安全隱患。這些研究成果對(duì)對(duì)蝦的健康養(yǎng)殖具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

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