水產養(yǎng)殖中亞硝酸鹽毒性影響及處理的研究進展

薛靜怡，宗雅麗，侯 玉，楊俊藝，楊俊麗，李希磊，崔龍波

(煙臺大學生命科學學院，山東 煙臺 264005)

水產養(yǎng)殖中亞硝酸鹽毒性影響及處理的研究進展

薛靜怡，宗雅麗，侯 玉，楊俊藝，楊俊麗，李希磊，崔龍波*

(煙臺大學生命科學學院，山東 煙臺 264005)

亞硝酸鹽是水產養(yǎng)殖系統(tǒng)中常見的污染物，也是影響水體生態(tài)環(huán)境的重要因素。養(yǎng)殖水體中亞硝酸鹽濃度超標會造成魚類、軟體動物、甲殼類等水生動物中毒甚至死亡。本文論述了亞硝酸鹽的產生機理、毒性與危害以及治理方法等，以期為安全有效地降解亞硝酸鹽、提高水產養(yǎng)殖產業(yè)的經濟效益、修復生態(tài)環(huán)境的平衡提供科學依據(jù)。

亞硝酸鹽；亞硝態(tài)氮；水產養(yǎng)殖；毒性；降解

亞硝酸鹽天然存在于自然水體中，在正常濃度范圍內不會對水生動物產生毒害影響。但如今一方面由于工業(yè)發(fā)展中高含氮物質通過污水排放、地表徑流、大氣沉降等方式進入水體，另一方面由于集約化養(yǎng)殖方式的高密度、高投餌造成高含氮排泄物和殘餌在養(yǎng)殖水體中累積，兩者造成的高含氮物質量超越了養(yǎng)殖水體中自然菌群所能降解的量，造成亞硝態(tài)氮大量產生并且難以轉化，這是亞硝酸鹽濃度在養(yǎng)殖水體中不斷增加的主要原因。本文論述了亞硝酸鹽的產生機理、在水生動物體內產生的毒性影響以及對亞硝酸鹽的防控治理，以期為采取相應的措施降解亞硝酸鹽、提高水產養(yǎng)殖產業(yè)的經濟效益、修復水環(huán)境的平衡等方面提供科學依據(jù)。

1 亞硝酸鹽的產生機理

亞硝酸鹽是細菌硝化作用與生態(tài)系統(tǒng)脫氮作用的中間產物[1]。水體氮循環(huán)在自然條件下處于一定的平衡狀態(tài)：

反應1)和2)分別在亞硝化細菌與硝化細菌作用下進行。Avnimelech等[2]對流通魚塘中氮素轉換的研究發(fā)現(xiàn)，反應1)中亞硝化細菌的生長繁殖速度為18 min一個世代，轉化的時間較短；而反應2)中硝化細菌的繁殖速度為18 h一個世代，生長速度相對較慢，轉化時間就長很多，因此亞硝態(tài)氮容易累積。但是由于脫氮作用[反應3)和4)]的存在，氮循環(huán)仍能保持動態(tài)平衡，使亞硝態(tài)氮含量處于穩(wěn)定的低濃度水平。然而，在養(yǎng)殖水體中的氮平衡常常由于高含氮代謝產物量超越了養(yǎng)殖水體自然菌群的代謝量，引起氮循環(huán)過程某一環(huán)節(jié)的障礙，動態(tài)平衡即被打破[3]，造成亞硝態(tài)氮難以轉化而大量累積。

2 亞硝酸鹽的毒性作用與危害

2.1 毒性作用

亞硝酸鹽對水生動物的毒性機制主要有以下幾個方面：1)亞硝酸鹽會促使動物血液內紅血球中的血紅蛋白轉化為高鐵血紅蛋白，使其不能與氧氣結合，喪失運輸氧的能力，比如魚類的“褐血病”便是亞硝酸鹽使魚血液內的血紅蛋白轉化為高鐵血紅蛋白，從而使血紅蛋白運輸氧的能力大大下降，引發(fā)魚鰓腫脹、攝食減少、生長緩慢等癥狀，嚴重者還會造成魚體中毒死亡；2)亞硝酸鹽會使魚、蝦等水生動物體內溶菌酶和抗氧化酶的活性降低，同時影響脾細胞呼吸爆發(fā)力，使魚、蝦等動物體內的自由基過氧化物增多，免疫能力下降，從而導致生物體代謝混亂，生理功能失調[4]；3)亞硝酸鹽還會破環(huán)血漿中的銅藍蛋白，使其失去運輸氧的能力，從而導致某些需氧量高的組織缺氧，膜的通透性改變，組織自溶性提高，出現(xiàn)一系列組織病理變化。總之，亞硝酸鹽會作用于水生動物體內的血紅蛋白、溶氧酶和抗氧化酶以及銅藍蛋白，使其出現(xiàn)“游塘”、“浮頭”、“偷死”、“冒底”等現(xiàn)象[5]，對水產養(yǎng)殖造成不可忽視的危害。

2.2 危害

水中亞硝酸鹽的濃度如果過高，會造成水中魚、軟體動物、甲殼類等水生動物的中毒甚至死亡。

2.2.1 對魚類的危害

由于在養(yǎng)殖魚的過程中需向池塘里投放餌料，魚自身也產生糞便等排泄物，這些殘渣分解后就會產生大量的亞硝酸鹽。亞硝酸鹽對魚類的危害主要是會降低魚血液的載氧能力，從而使魚缺氧而死。魏泰莉等[6]以彭澤鯽(Carassiusauratus)為試驗材料研究了亞硝酸鹽對血紅蛋白(Hb)的影響，結果表明彭澤鯽血液中的高鐵血紅蛋白(MHb)的含量會隨著亞硝態(tài)氮濃度的增加而呈指數(shù)遞增。趙元鳳等[7]研究了不同濃度的亞硝酸鹽環(huán)境對尼羅羅非魚(Tilapianilotica)血紅蛋白和血漿的影響，分別測定暴露在不同亞硝酸鹽濃度下24 h和96 h后魚血液MHb的含量，發(fā)現(xiàn)在不同暴露時間下尼羅羅非魚血液內MHb的含量均隨亞硝態(tài)氮濃度的增大而升高，并且亞硝酸鹽作用的時間越長，血液內MHb的含量越高；這表明亞硝酸鹽對尼羅羅非魚的致毒是由于亞硝酸鹽不斷將正常Hb中的二價鐵離子氧化成三價鐵離子，使其變成無法運載氧的MHb，血液中MHb含量的增加降低了血液的總載氧能力。王明學等[8]在不同濃度的亞硝態(tài)氮溶液中養(yǎng)殖團頭魴(Megalobramaamblycephala)，利用密閉測量的方法，在24 h內連續(xù)測定有關數(shù)值，計算得到團頭魴的耗氧率，發(fā)現(xiàn)其呈先上升后下降的拋物線狀變化，耗氧率達到最大時亞硝態(tài)氮濃度為2.5 mg/L；當亞硝酸態(tài)氮的濃度大于2.5 mg/L時，檢測到魚體血液中MHb的含量明顯升高，這個現(xiàn)象說明在團頭魴體內存在一個亞硝態(tài)氮調節(jié)體系，使其可以在一個耐受限度內維持自身的Hb數(shù)量，使其不被氧化；但是一旦超過了這個限度，血液中的Hb就會被氧化為MHb，從而影響血液運輸氧氣，使團頭魴呼吸能力受阻，最終使其不能進行正常的生理機能及代謝。此外，余瑞蘭等[9]也證明了亞硝酸鹽是導致魚體內溶菌酶和抗氧化酶的活性降低、免疫力下降的主要因素之一。

2.2.2 對蝦、河蟹的危害

研究表明，亞硝酸鹽對蝦類的危害主要是會降低與抗病有關的酶活力，從而使蝦的免疫力下降。曾紅等[10]對日本對蝦(Penaeusjaponicus)幼蝦96 h急性毒性試驗的結果表明，蝦類的死亡率會隨著亞硝態(tài)氮濃度的升高而升高，在水體中亞硝態(tài)氮的作用下，蝦的免疫機能會下降。黃翔鵠等[11]通過設置對照的方法研究亞硝酸鹽對凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)的影響，分別測定亞硝態(tài)氮濃度保持在4.0 mg/L和8.0 mg/L的實驗組與對照組(0.1 mg/L)的對蝦抗病力相關因子數(shù)值，發(fā)現(xiàn)實驗組凡納濱對蝦的超氧化物歧化酶活力、抗菌活力、酚氧化酶活力、溶菌活力、血細胞數(shù)和血清蛋白含量與對照組的相比均顯著降低，實驗結果表明亞硝態(tài)氮會降低凡納濱對蝦抗病的能力，并且亞硝態(tài)氮的濃度越高，對蝦的抗病力越弱。艾春香等[12]將羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)分別暴露在濃度為1 mg/L的亞硝態(tài)氮水體中1 d、4 d、7 d和10 d，并研究其各組織、器官中各種酶活性的變化，發(fā)現(xiàn)酚氧化酶的活性在羅氏沼蝦的肝胰腺中略有增高，但是在血清和肌肉中卻有所降低，磷酸酶的活性在各組織、器官中有不同程度的增高，超氧化物歧化酶的活性則在各組織中先增高再降低，這些現(xiàn)象表明隨著暴露時間的增加，亞硝酸鹽在蝦體內逐漸積累，從而使各種酶的活性有不同程度的改變。

由于甲殼類動物(例如河蟹)進化程度較低，較哺乳動物來說其特異性免疫發(fā)展的還不夠完善，所以在受到環(huán)境刺激后這類動物主要是依靠非特異性免疫維持機體的穩(wěn)定，因此甲殼動物血液中的血細胞及抗氧化酶在機體進行免疫時起著非常重要的作用，亞硝酸鹽可通過作用于甲殼類動物的血細胞和抗氧化酶來影響其正常生理代謝。洪美玲等[13]分別鑒定了在不同濃度亞硝酸鹽作用下中華絨螯蟹(Eriocheirsinensis)的丙二醛含量、血細胞總數(shù)和超氧化物歧化酶活力的變化情況，結果顯示：1)中華絨螯蟹血細胞總數(shù)在高濃度亞硝酸鹽作用下顯著下降；2)中華絨螯蟹體內超氧化物歧化酶的活性呈現(xiàn)先升高后降低的狀態(tài)，超氧化物歧化酶的活性在低濃度亞硝酸鹽作用下在短期內有了明顯的提高，但在高濃度亞硝酸鹽作用下卻被抑制了，這說明甲殼動物可以在一定限度內對亞硝酸鹽的毒性進行抵制，即具有一定的毒性抵制效應；3)在肝胰腺中檢測到隨著亞硝酸鹽濃度的升高，丙二醛的含量也隨之升高，并且亞硝酸鹽作用的時間越長，丙二醛的累積量就越多，這說明亞硝酸鹽在中華絨螯蟹體內可以不斷累積，當亞硝酸鹽的含量累積到自身無法分解時就會對機體造成危害，從而出現(xiàn)中毒癥狀。何望等[14]定期給河蟹幼體投喂一定量亞硝酸鹽，結果發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽會使幼體中毒，表現(xiàn)為身體不靈活、尾巴卷曲、浮躁不安等癥狀，并且隨著亞硝酸鹽濃度的增加，中毒癥狀也變得愈加明顯，這些癥狀的出現(xiàn)說明亞硝酸鹽會極大地危害河蟹幼體的生長及變態(tài)發(fā)育，作用機理可能是通過刺激和麻醉河蟹幼體的神經。

3 亞硝酸鹽的治理

3.1 物理法

目前在水產養(yǎng)殖中消除亞硝酸鹽的物理方法主要是使用過濾吸附法，常見的過濾吸附調節(jié)劑有沸石粉和麥飯石。物理法具有成本低廉、反應時間短、不會產生毒害等優(yōu)點，因此在水產養(yǎng)殖業(yè)中被廣泛使用。

3.1.1 沸石粉

沸石粉為失去結晶水的沸石，其表面疏松多孔，具有很強的吸附性，可以吸附大量有毒物質如氨、硫化氫等，因此沸石粉被廣泛應用于凈化水質。活性沸石是含堿金屬和堿土金屬的鋁硅酸礦的總稱，其特殊的骨架結構決定了它具有良好的吸附性、選擇性離子交換性及催化性等有利于水產養(yǎng)殖的優(yōu)良性能。胡文平等[15]，王彥波[16]對沸石粉的研究表明，在水產育苗和養(yǎng)殖階段，定期向養(yǎng)殖水體中潑灑沸石粉，既可以去氨增氧，同時還可以增加水中微量元素的含量，從而達到優(yōu)化養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境，促進水生動物生長發(fā)育的效果。

3.1.2 麥飯石

麥飯石是一種礦物藥石，呈多孔形、海綿狀特殊結構，內部含有眾多的空隙和通道，具有很強的選擇吸附和離子交換性能，可以為養(yǎng)殖水體除去毒性氨，增加氧氣。此外，麥飯石的化學組成以鋁硅酸鹽為主，使其具有一定的化學吸附性，可以吸附大腸桿菌、沙門氏菌等細菌。夏中生等[17]對麥飯石的應用研究表明，在水產養(yǎng)殖中使用麥飯石能提高動物的成活率和增重率，并且其價格低廉。因此麥飯石被廣泛應用于改良水質和調節(jié)水環(huán)境pH值等方面。

3.2 化學法

3.2.1 氧化法

3.2.2 還原法

3.3 生物學法

近年來，使用生物學法控制水體中亞硝酸鹽取得了一定的成效[21]。其作用機理是通過加入微生態(tài)制劑，對水體中的硝化、反硝化作用進行調節(jié)，使氮循環(huán)達到新的平衡。有多種菌株具有降解亞硝酸鹽的功能，如光合細菌、硝化細菌、多種芽孢桿菌。此法的優(yōu)點是可以對養(yǎng)殖水體進行長效、安全的自我修復，對養(yǎng)殖動物無毒副作用以及無環(huán)境污染。但是，目前多采用的單一微生態(tài)制劑存在很多的缺陷[22]，如硝化細菌繁殖速度慢，不能快速處理水質急劇惡化的問題等。因此復合微生物降解亞硝酸鹽成為研究的熱點，施大林等[23]研究的四聯(lián)活菌制劑能快速降解亞硝酸鹽，且效果更顯著。張峰峰等[21]將解淀粉芽孢桿菌、反硝化細菌、乳酸菌復合降解亞硝酸鹽，發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽降解率在24 h之內超過了99.99%，且降解速度更快速。雖然復合微生物降解法尚未投入生產，但從實驗結果來看其有很廣闊的前景。

3.4 間接控制法

不同于上述的直接降解法，間接控制法多用于預防亞硝酸鹽的累積，采用換水、機械增氧、降低養(yǎng)殖密度、肥水法等方式[24]。此法不直接降解亞硝酸鹽，僅起到緩解、控制等作用，因此主要應用于日常管理中預防亞硝酸鹽的累積。

4 結論與展望

因規(guī)?；?、集約化及精養(yǎng)技術在水產養(yǎng)殖產業(yè)中的發(fā)展，而常常造成養(yǎng)殖水體中亞硝酸鹽的累積。養(yǎng)殖水體中亞硝酸鹽的濃度過高，會造成大量的水生動物缺氧而死。此外，亞硝酸鹽在水生動物體內還存在累積效應，對其生長發(fā)育也會產生不良影響。因此，在水產養(yǎng)殖過程中對于亞硝酸鹽的防控治理是促進養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的關鍵。目前，主要通過物理、化學和生物等方法降解亞硝酸鹽，其中物理法與化學法較短效、被動且可能產生藥害，而復合微生物法是近年研究的熱點，其具有天然、安全、長效等優(yōu)越性，如何合理利用四聯(lián)活菌制劑等復合微生物制劑，并將實驗室技術轉化為可操作的解決方案仍是科研工作者的重要任務。相信隨著科研工作與實際生產的深入結合，養(yǎng)殖水體中的亞硝酸鹽能夠安全有效的降解。

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Research progress on toxicity and treatment of nitrite in aquaculture

XUE Jingyi，ZONG Yali，HOU Yu，YANG Junyi，YANG Junli，LI Xilei，CUI Longbo*

(College of Life Science，Yantai University，Yantai 264005，China)

Being a common pollutant in aquaculture system，nitrite is a significant factor that affects water ecological environment.High concentration of nitrite can be toxic and fatal in aquatic animals such as fishes，mollusc and crustaceans.Nitrite was discussed in the paper from the following four aspects，the mechanism of the production，toxicity，dangers and method of governance.We hope the paper could provide scientific basis for detoxification to nitrite，improvement of economic benefits in aquaculture industry and restoration to ecological balance.

nitrite；nitrite nitrogen；aquaculture；toxicity；degradation

2017-06-12

山東省現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項資金(SDAIT-14).

薛靜怡(1996-)，女，陜西，本科，研究方向：海洋生態(tài).E-mail：3116500678@qq.com

崔龍波(1962-)，男，教授，博士，碩士生導師，研究方向：海洋動物細胞學.Tel：13954570581.E-mail：lbcui@163.com

S9

A

1006-5601(2017)04-0320-05

薛靜怡，宗雅麗，侯 玉，等.水產養(yǎng)殖中亞硝酸鹽毒性影響及處理的研究進展[J].漁業(yè)研究，2017，39(4)：320-324.