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水产养殖化学品的毒性

克劳德·博伊德,博士

评估和确定有毒代谢物的安全浓度限值有困难

毒性
水产养殖系统的毒性通常是指高浓度代谢物(二氧化碳,氨,亚硝酸盐和硫化氢),藻类毒素,重金属以及农业和工业化学品的有害影响。 Darryl Jory摄影。

毒性的字典定义是“有毒物质的质量,相对等级或特定等级 ”并且被定义为包含能够对生物造成伤害或死亡(有毒)的物质。水产养殖者通常不认为由不利的水温,低的溶解氧浓度,气体过饱和和盐度不足导致的对水生生物的压力,伤害或死亡。在水产养殖中,毒性通常被保留用于高浓度代谢物(二氧化碳,氨,亚硝酸盐和硫化氢),藻毒素,重金属以及农业和工业化学品的有害作用。

毒性可以通过生物体对有害物质的各种反应来表达。通过缓慢有条不紊地增加潜在毒性物质的浓度,可以观察到许多反应。最初,浓度太低而无法引起可测量或可观察到的响应。在较高的浓度下,动物将表现出行为变化,例如避免,增加呼吸,咳嗽(鱼对咳嗽有类似的反应以消除异物g),游泳方式的变化等。增加该物质的浓度将导致g或身体其他部位的病变、,上的粘液衬层以及内部病变的可观察性更高。在较高浓度的毒素下,动物将表现出不稳定的行为,例如在表面游动并失去平衡。

致死浓度评估

尽管水生动物在低于某种物质的致死浓度时会表现出中毒或毒性症状,但评估该物质毒性的测试的典型终点是死亡。在毒性测试中,鱼或其他水生生物暴露于一定范围的毒素浓度。在一定时期后记录每种毒素浓度下的死亡率,并根据在相同条件下饲养在对照中的动物的死亡率进行调整(无毒素)。毒性测试可以持续6到24小时,几天甚至在测试生物的生命周期内进行。毒性测试通常在24到96小时内进行,而96小时毒性测试可能是最常见的。

毒性可以通过几种方式报告。可以报​​告不会导致死亡的最高浓度,或者可以杀死杀死给定百分比的报告测试生物的浓度。最常见的是杀死50%的测试动物的浓度(图1)。该浓度称为特定暴露时间下50%的测试动物或LC50的致死浓度,即24小时LC50、48小时LC50、72小时LC50或96小时LC50。

毒性
图1:LC50的图形估计。

关于毒素在天然水域或水产养殖中的影响,评估LC50有困难。显然,希望不具有低的死亡率水平或对动物造成压力并影响正常行为和生理反应的亚致死作用。在水产养殖中,压力会导致食欲不振并削弱免疫反应,从而增加疾病易感性。 LC50不直接提供此信息。

一些研究人员在足够低的浓度下进行了毒性测试,以确定导致死亡所需的毒素的最低浓度。其他人则使用了致命的但可测量或可观察到的反应,例如生长速度,伤害或行为改变。此类测试难以执行,耗时且昂贵,与已发布的短期LC50测试相比,执行的测试很少。

长期LC50测试结果通常用于推断毒素的最大允许预期浓度,而不会对连续暴露的特定物种造成任何可观察到的影响。长期毒性试验的安全浓度或无效浓度与LC50浓度(通常为96小时LC50)之间的关系可用于预测毒素的安全浓度。例如,如果无效毒素的长期浓度为0.01毫克/升,并且此毒素的96小时LC50为0.25毫克/升,则该比率(通常称为应用因子)为0.04。可以通过将0.04乘以96小时LC50来估算安全毒素的浓度。

毒性试验结果的解释

应用因子的问题在于它不适用于许多物种。现有数据通常适用于获得该数据的物种以外的地方。毒素之间的应用因素也可能不同。应用因子0.05和0.01可能是最常用的。毒性较小的物质可能使用较大的施用因子,毒性较大的物质可能使用较小的施用因子。在某些情况下,使用应用因子可能会导致错误的决定,但通常是在实际可接受的毒素浓度预测中使用的唯一方法。

其他几个问题与毒性测试结果的解释有关。毒性试验通常在具有特定化学成分的水中,在恒定温度下,在恒定pH下,用溶解氧和固定浓度的毒素接近饱和下进行。如一些示例所示,许多毒素会提高或降低水质毒性。铜和锌在高钙水中的毒性较小,因为钙离子会干扰金属的吸收。在淡水中,氯离子通过竞争吸收部位而减少了鱼the对亚硝酸盐的吸收。有毒的非离子氨在水中的比例随总氨氮,温度和pH值的增加而增加。相对于总硫化物浓度,硫化氢浓度也随pH值的增加而降低。当溶解氧浓度低时,高浓度的二氧化碳更可能影响水生动物,因为它降低了血红蛋白与氧气结合的能力。

在水产养殖系统中,pH,温度,溶解氧和二氧化碳的浓度每天都会波动。由于水中的释放速率不同以及通过排毒或其他方式造成的水分流失,毒素的浓度也在不断变化。高浓度潜在毒素(例如二氧化碳,氨,亚硝酸盐,硫化氢,藻类,金属等产生的毒素)的暴露时间不断变化。很少有研究表明这种波动如何影响物质对水产养殖物种的毒性。

当无法通过常见原因解释物种的死亡率问题或物种生长缓慢时,管理人员将进行全面的水质分析。有一种趋势可能会怀疑原因是分析报告指出的一个或多个变量超出了经理认为的正常范围。

有时可以通过检查典型的LC50值(如表1所示的有毒代谢物)和应用因子的帮助,来改善有关物质毒性浓度的决定。但是,实际上几乎不可能确保问题与特定变量相关联。对于藻类毒素尤其如此。一些实验室具有测量藻毒素的能力,但是关于毒性浓度的信息很少。对于来自农业和工业化学品的有毒污染物,了解一种或多种化学品进入池塘以及无法找到存在另一种毒素的证据的知识通常是一种强有力的指示,表明污染物导致了所观察到的死亡率。

博伊德,毒性,表1

 96小时LC50(mg / L)长期接触的估计安全浓度(mg / L)
二氧化碳,淡水鱼20
二氧化碳,海虾606
氨水,温水鱼0.74-2.880.05-0.15
氨水,冷水鱼0.32-0.930.015-0.045
氨,海鱼0.64-1.720.05-0.15
氨,海虾0.69-2.950.05-0.15
亚硝酸盐,热水鱼7.1-1400.5-2.5
亚硝酸盐,冷水鱼0.24-110.01-0.5
亚硝酸盐,海鱼5 – 50
亚硝酸盐,海虾9-9800.5-15
硫化氢,淡水物种0.02-0.050.002
硫化氢,海洋物种0.05-0.50.005
表1.水产养殖系统中潜在毒性代谢物的毒性信息。

个别金属和农业及工业化学品的96小时LC50值也存在较大差异,并且在这些化学品中发现毒性也存在较大差异。某些代表性金属的96小时LC50给出如下:锰,每升16至2,400毫克;锌,每升0.43至9.2毫克;铜,每升0.033至1.9毫克。据报告,不同农业和工业化学品的96小时LC50范围从每升少于1毫克到每升超过100,000毫克。

观点

总之,确定在特定浓度的已知毒素下观察到的亚致死或致命毒性作用的原因并非易事。此外,要确定用于评估测量浓度的水产养殖系统中有毒代谢物的安全浓度极限也同样困难。


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