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29重金属对水生生物毒性作用研究进展

重金属对水生生物毒性作用研究进展

摘要随着工业，农业的日益发展，人类生存的环境问题受到越来越严重的破坏和干扰，各种环境污染问题严重。

特别是工业，农业的废水排放造成了水体环境中重金属污染日益严重，水生生物的生存环境面临严重隐患。

重金属的累积和富集作用对生物的发育，繁殖，生长等方面带来毒性危害；同时还造成它们基因突变和变异等遗传现象。

重金属对水生生物的毒性污染通过食物链最终传递给人类，给人们身体健康带来危害。

因此，研究重金属对水生生物的毒性作用有很大的经济和理论价值，也成为了人们关注的焦点。

关键词重金属水生生物污染物

1重金属的来源及形态

1.1重金属的来源

什么是重金属？

所谓重金属是指密度大于5g/cm3的金属，其影响生物体生长和生理功能所不必要金属如：

汞，铅，镉，有些对水生生物是必须的如：

铜，锌，镁，铁等。

重金属的来源可以大致分为天然来源和人为来源两大类。

天然来源就比如海底火山喷发把地壳深处的重金属带到海底，把化合物以及重金属带入海洋中;地壳岩石风化以后通过陆地径流，大气沉降法等方式把重金属带入海洋，湖泊，河流组成了水体当中重金属的环境底值【1】。

人为来源指的就是废水的排放（如重金属农药厂废水排放，重金属农药的流失；化工厂的污水排放；电镀；颜料涂料的排放；冶金等）。

通过污水沟，管道，河渠等直接或间接的排放到河流，湖泊，海洋或近海当中，污染物一旦进入自然的环境当中，就很容易对水体当中的水生生物体内产生毒性，其污染残毒性大，残留时间长，并且不易被发觉等特点。

1.2重金属的形态

在自然的水体当中，不同的金属形态产生不同的生态效应，影响其毒性的关键因素就是重金属的形态。

因此在研究中，常常根据环境当中不同水体里赋存金属的形态进行分类。

很多学者就是运用阳极溶出伏安法，把溶解当中的金属划分为有机络合物，无机络合物和自由水和离子，或者根据形态的稳定性划分为稳定态和易分解态。

但是在研究水体中的溶解态金属是，通常是用过滤的操作方法把不同粒径金属的形态划分为，胶体态，真溶解态和游离态【2】。

在熔解相当中，主要把重金属的阳离子分为3中存在形式：

有机络合物离子，无机络合物离子和自由水和离子三种形式。

三种形式当中，只有自由水和离子具有较高的毒性，对水生生物具有可利用性，而其它两种形式对水生生物的可利用性比较小【2】。

在自然环境当中重金属离子是不能被破坏的，其原子结构决定着它的毒性。

2影响重金属毒性大小的因素

水生生物的毒性大小取决于重金属的形态，总量，而且重金属的毒性还受到物理化学因素（如：

温度，适度，湿度，酸碱度，以及有机试剂的络合作用）和生物因素（耐受性，生物种类，重量和大小等）。

2.1生物学因素

影响水体中的重金属离子的毒性生物学因素包括生物的重量，大小，生长期，生物的年龄等。

如年龄低于10d的鲤鱼个对其96h的半致死的浓度为2μg·L-1，10~20d为5μg·L-1，20d以上为7μg·-1,【3】。

2.2温度对重金属毒性的影响

污染物的毒性一般是随温度的升高而增大的，一般情况下温度每升高10。

C，生物的存活时间就可能减半。

2.3无机物和有机物对重金属毒性的影响

无机物中改变重金属生物有效性的重要因素是硬度和碱度。

通过形成不溶性碳酸钙或者碳酸盐这是水的碱度在影响金属的毒性原理。

通过钙，镁离子的浓度增加来降低金属的毒性。

目前王维刚【4】等提出Ca2+在细胞膜上吸附可以降低重金属的吸收。

有机物中认为络合试剂可以降低金属的毒性原因是因为金属和有机试剂结合从而降低了毒性的浓度。

有Oikeri【5】等人研究了水体中的腐殖酸对中技术的影响，结果表明了它是可以增加水体当中Cd和Cr的毒性，与重金属结合就会影响其毒性。

2.4pH对重金属毒性的影响

对于水体当中的金属毒性来说，刚pH升高时，会生成碳酸盐或者氢氧化物一些难溶解的物质沉淀，使得水体当中的金属离子浓度降低，从而使毒性降低。

相反的是当pH降低时，金属离子的浓度则会增大，从而毒性增大。

3几种重金属对水生生物的影响

3.1汞（Hg）的毒性

汞是重金属当中影响水生生物毒性较高的金属其污染最广泛。

工厂生产过程中产生的含汞废水，废气和废渣对环境污染非常严重。

此外，农药中含有汞的话会对大气和土壤环境造成污染。

每年人类对大气，水体，土壤排放的总汞量不计其数。

自然界的汞以3种价态的形式存在：

汞元素（Hg0），一价汞（Hg+）和二价汞（Hg2+）土壤中的微生物和非微生物作用下汞可以发生甲基化作用，使毒性加强[6]。

没被污染的水体当中汞含量较低。

水体中鱼类体内富集着数千倍的汞，有的甚至达到万倍以上，其污染并不容易被降解以及排出，它们都是以有机汞的形态储存在鱼体内[7]。

鱼肾中的汞含量较高，在脾，鳃，脂肪中较少。

淡水鱼当中的优良品种就是鲶鱼，硝酸亚汞对鲶鱼的敏感性较强，它的溶液为0.10mg/L时2h开始死鱼，6h死亡率100%，浓度为0.056mg/L，3小时开始死鱼，24小时死亡率为90%，鱼在死亡之前体色渐渐变黑，最后呼吸困难直到死去，死后鳃盖张开[8]。

浓度不同的Hg2+对黄姑鱼的胚胎发育基本相似，它的浓度增加和中毒时间延长而慢慢下降，对胚胎发育有脚气那个的致畸作用[9]。

另外调查发现，重金属污染水体当中的汞，镉将鱼类的甲状腺素降低，性腺小于正常鱼体内的性腺。

3.2镉（Cd）污染

镉是重金属当中比较稀有的一种重金属，镉污染最主要的污染是有色金属开矿的冶炼和开发导致排放的废水，废气和废渣。

燃烧的石油和煤排放出的烟气污染。

据联合国环境报道[10]

淡水中Cd的含量为8μg/L，海水中的为0.01~0.05μg/L。

目前，重金属当中镉对鱼类的毒性研究较多，集中在水生生物的体内。

研究表明，镉对鱼类最大污染浓度为0.005~0.025mg/L[11]。

还有报道认为，鲫鱼的免疫系统功能会受到镉污染的一定影响[12]。

鱼体内大量积累镉，对鱼类的鳃组织，肠道粘液和肾管细胞受到了极大的损害，使鱼类活动异常，除此之外，镉对蛙类的呼吸有抑制作用。

在淡水水体当中，镉可以发生络合反应，生产二价隔离子的配位化合物，在厌氧的条件下

在维生素B12的作用下，海水和淡水中的镉与细菌会发生甲基化的反应，会生成挥发性的甲基化镉衍化物。

除此之外，水生生物对被镉摄取和富集，一些海洋生物比海水中所富集的镉要高出4900倍[13]。

（见表1）

生物体

鱼类

甲壳类

软体动物

浮游动物

海草

对镉的富集系数

102

103

103~104

104

102~103

表1水生生物对镉的富集系数

3.3铅（Pb）污染

汽车废气排放和制造，冶炼以及使用铅的工矿厂对铅的污染比较广泛。

铅金属在自然环境中多以硫化物存在，少数以金属态，与铜，锌共存。

不仅对环境污染严重而且对人类健康也造成了危害，限制在汽油中加入四乙基铅。

铅污染对水体中的水生生物的影响也相对比较少。

通过毒性研究，它可以导致水生生物发生各种生殖，生理功能显示较强的雌激素活性[14]。

铅在给予组织中的分布规律为：

鱼肉＜鱼皮，鱼鳞＜鱼鳃＜鱼肝，铅对鱼血的储存作用比其他器官差异要打的多[15]。

研究还表明，谷胱甘肽硫转移酶（GST），谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性在低浓度时（0.01mg/L）受到铅的抑制，而暴露浓度在0.2mg/L时，谷胱甘肽过氧化物酶又进一步受到抑制[16]。

3.4铬Cr）

铬是银白色金属，在自然界中主要形成铬铁矿。

铬的工业用途很广，主要用于金属加工，电镀，皮革，行业，这些行业排放的污水，废气和废渣是环境中的主要污染源。

铬在工业生产过程中产生的铬渣如果露天堆放，受雨雪淋浸，所含的六价铬被溶出渗入地下水或进入河流，湖泊中会严重污染环境。

环境中的常见铬可以分为三价铬（Cr3+）和六价铬（Cr6+）。

三价铬常以Cr（OH）2+等阳离子形式存在，而六价铬是以CrO42+,Cr2O72-，HCrO43+三种阴离子形式存在。

Cr6+的毒性要大于Cr3+的毒性。

鱼类对铬的忍受能力比较强，水环境中六价铬对鱼类的LC50为30~50mg/L，三价铬为LC50为117mg/L[17]。

铬是重金属里生物毒性较大的一种重金属，通过食物链逐级富集，对人类健康和动植物造成危害。

4水体重金属污染的现状

4.1水体中重金属的毒性研究

水体环境当中不同形态的重金属污染物质对水生生物的污染程度有差异，开展对水体中重金属的研究和有效的治理，防治水体当中的重金属污染物有很大的意义。

对不同形态的重金属污染物做了大量的研究，同样也得到了大量实验结果。

就比如人们通过水体中的重金属污染物三价铬和六价铬进行了毒性对比;Wagetman和Barica研究了藻类的毒性，Cu的毒性是由Cu2+和Cu（OH）2引起[18]。

水体当中的重金属会导致水生生物的细胞发生畸形的现象，也可能导致细胞死亡就比如生殖发生畸形，就会影响生物体繁殖功能。

吸附在细胞表面的重金属，会影响器官正常生理功能和生殖健康。

就例如被重金属污染的水体会对鱼鳃之间的空隙产生堵塞作用，导致鳃丝无法和水体接触，抑制了鱼类的呼吸作用[19]。

重金属诱导DNA分子结构破坏和活性失灵使得代谢和遗传受到破坏[20]。

4.2水体重金属污染物的生物学效应

Kaplan等[21]研究了重金属水生生物和植物的生理学，实验表明了当铜元素进入到生物体内会发生氧化反应，破坏了体内的叶绿素等器官影响了细胞的光合作用和呼吸作用，并且一直了细胞的繁殖和生长。

阎海等[22]研究了ZnMnCu三者的毒性，它们都会抑制藻类的生长其毒性大小顺序依次为Zn＞Cu＞Mn。

Skerfivin等[23]研究发现，人类食用了含有甲基汞的鱼类，染色体断裂与汞在人类体内的含量息息相关。

水体中存在的重金属浓度越高，对藻类和鱼类的污染危害性就月严重。

Maxfield等[24]同样研究了河水，湖泊里的重金属含量增加也会导致鸟类和鱼类发生中毒的现象。

到目前为止，水体环境中的重金属污染的生物效应是多种多样的。

5重金属污染对人体健康的影响

重金属通过大气、水、食物等渠道进入到体内，重金属不在以离子的形式进入体内，而是与体内的有机成分结合形成金属螯合物，从而对人体造成危害。

重金属对人体生命有着密切的联系，虽然在人体内的含量微小，但贮蓄量达到90mg时就会对人类的发音造成障碍，到170mg时听觉就会丧失。

如果不慎将还有金属汞的食物误食。

消化道的吸收量其毒性较小，若吸入汞蒸气，会被肺泡吸收大量的汞蒸气，呈现出强烈的毒性。

另外，重金属还可以通过重金属与酶的非活性结合从而改变活性部位的构象，发生置换反应导致酶的活性降低甚至丧失，而表现出毒性。

尤其是对男性的性腺具有毒性而影响其生殖能力，同样铅对亲代的生殖和生理也具有极大的危害，因此，铅、镉、铬等重金属是造成人类生殖障碍的重要致病因子之一[25]。

汞中毒以慢性为主，主要还是发生在生产过程中，长期吸入汞蒸气会导致精神神经异常，严重吸入汞蒸气的会发生急性汞中毒。

有机汞化合物以甲基汞为主，它的毒性最大在脂肪中溶解度比水的要大，在人体中基本都会被吸收，又不易被排除体外，储存在人体的大脑神经系统中破坏脑血管，变现出四肢无力、麻木、视野缩小。

人类吃了含有汞的鱼类以至中毒，严重致死。

镉并不是人类体内所需的微量元素，刚出世的婴儿体内并没有镉而是在通过外界环境进入到人体内。

镉中毒多数表现为动脉硬化、肾萎缩、引起骨质酥松严重的引起自然骨折。

日本报告的“痛痛病”就是由于长期食用了镉污染的硫酸镉水体引起的一种慢性镉中毒。

同时，也会出现头昏、呕吐、恶心和睡眠不安等症状。

六价铬是对于人类而言是一种慢性毒害，通过呼吸、皮肤、消化道等进入肺部侵入到人体内引起呼吸道感染、鼻炎、咽炎和支气管炎。

铬对人体的毒害是全身性的，对皮肤熟膜的刺激作用引起皮炎、湿疹等症状。

工业排放出含有铅的废水、废气、废渣等污染水体、大气和农作物也可危急到附近的居民。

蓄电池里的铅排放随废水排放到水体中，人体呼吸后有慢性中毒的，长期暴露在空气中儿童会有行动反应缓慢、视觉迟钝的现象，同样像铬一样会伴有呼吸道感染、支气管炎等现象。

6展望

随着社会经济的不断发展，重金属污染问题也日益增多。

重金属作为一种环境污染物，一直以来也受到了科学界的广泛重视，同样也获得了大量的研究结果。

重金属污染不同于其它污染，它具有长期性，广泛性，延续性和隐蔽性等特点。

特别是以镉，铬，汞和铅等的危害性较大，同样研究的也比较多。

大多数的重金属对水生生物的生存是有害的，只有极少部分必须金属在一定范围是对水体中的生物体是有益的。

重金属直接对环境中的水圈，大气圈，土壤圈都会造成严重污染，导致土壤肥力下降，作物产品质量降低和资源退化。

重金属本身属于一种非降解性有毒物质，不能被生物体分解。

有的在土壤中转化为有毒的物质其危害性更大。

在遭遇了被污染的土壤中种植农作物或在被污染的水体当中种植或灌溉农产品，能使农产品和农作物吸收大量的剧毒，有害物质。

污染的重金属通过累积作用，储存在水生生物，动物体内通过呼吸链最终传递到人类，危害人类健康。

由此可见在土壤—植物—水生生物—动物—人类之间的食物链中使其毒性增大危害人类的身体健康。

各种环境当中的重金属进入到大气，水体和土壤中，都可以通过消化道，呼吸道和皮肤各种渠道被动物，植物和人类吸收。

当这些重金属累积到一定程度是时，直接影响到动植物的生长发育，生理繁殖乃至引起死亡。

而且重金属随着环境的不同，危害和影响程度也不同。

目前，水环境中的重金属污染以及重金属对水生生物的影响问题都是生物科学研究和环境科学研究的重要领域。

除了科学研究领域重视之外，渔业和水产业同样也受到了对重金属的高度重视，同样也应对重金属污染危害提高警惕。

加强管理制度，杜绝工业“三废”的排放，严管城市垃圾的堆放，严格控制含有重金属的化肥、农药的使用。

增强环保意识，提高人民总体素质，只有人人意识到了环境的危害性，才能从自我做起，从点点滴滴做起，从根本上消除环境污染；严格控制重金属污染的排放；注重重金属污染的毒性研究及其在环境中存在的形态形式的迁移和转换规律、人类和动植物体内的毒性研究，更好的为防治环境污染和人类身体健康提供理论依据。

为我们自身的健康以及生存环境提供可持续发展的方针。

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