1. 引言
亚硝酸盐是生态系统中氮素循环过程中的一个产物，它的存在对动物具有一定的毒性。特别是对水生动物来说，亚硝酸盐的毒性要比对陆生动物的危害更为严重。由于水中的亚硝酸盐可以主动通过鱼鳃的上皮细胞吸收，从而在体内的血液中积累较高浓度的亚硝酸盐。通过对鱼类和甲壳动物的大量研究表明，亚硝酸盐可引起这些动物的一系列生理变化，并对水产动物产生一定的毒害作用 [1] 。
2. 水体中亚硝酸盐的来源
亚硝酸盐是生态系统中氮素循环过程中的一个产物，也是细菌硝化和反硝化过程中的一个重要产物。在天然水体中，亚硝酸盐的浓度是非常低的，但是在养殖水体、工业废水、农业废水等水体中，其含量非常高 [2] 。
在水产养殖业中，由于采用高密度的养殖方式而大量投放饲料，使得水体中饲料残饵、鱼类代谢物等大量积累，造成硝化过程受阻，水体中的亚硝酸盐含量显著提高，其含量达到50 mg/L，甚至更高，对鱼类的生长产生较大的影响 [3] 。
亚硝酸盐在鱼类养殖过程中的产生是不可避免的，水产养殖过程中亚硝酸盐的产生过程如图1所示。鱼类的排泄物和未吃过的食物将会转变为氨；然后，生存于水中的硝化细菌，把氨转变为亚硝酸盐，并进一步转化为硝酸盐，这一现象称为细菌的硝化过程。细菌的硝化过程对水体中亚硝酸盐的积累影响巨大，影响细菌硝化过程的主要因素有：pH、温度、溶解氧浓度、硝化细菌的数量以及是否存在抗生素、氨、苯胺等抑制剂 [4] 。
3. 亚硝酸盐的吸收、毒性及解毒机制
淡水鱼类对周围环境特别敏感，为了弥补因代谢而引起的离子损失，它们可以通过鱼鳃来进行离子的吸收 [5] 。鱼通常依靠进食来获得离子，但是许多鱼类也能通过鱼鳃的氯细胞主动地吸收离子，如在淡水中，鱼可以通过鳃的氯细胞排出铵离子、氢氧根离子而吸收钠离子，也可排出碳酸根离子来交换氯离子 [6] 。由于亚硝酸盐在鱼鳃的氯细胞的离子交换机制具有较强的亲和力 [1] ，因此，当水体中有亚硝酸盐存在时，氯离子的吸收将被亚硝酸盐的吸收所取代，这也解释了为什么一些对氯离子有高吸收的鱼类如：虹鳟、鲈鱼、梭鱼等，要比一些对氯离子有低吸收的鱼类类如：鳗鱼、鲤鱼、草鱼等对亚硝酸盐更敏感 [7] 。
亚硝酸盐在鱼类中主要存在于血液、鱼鳃、肝脏以及肌肉中，其中血液中亚硝酸盐的浓度要比周围环境中的浓度高60倍以上 [8] ，而在一些亚硝酸盐中毒的鱼的肝脏和大脑中，其亚硝酸盐的浓度也可达到比周围环境中的浓度高30倍以上的水平 [9] ，但是对于鱼类来说，血液是亚硝酸盐作用的主要地方。当亚硝酸盐进入血液后，它可使血红蛋白中的二价铁离子氧化成三价铁离子，使血红蛋白变成高铁血红蛋白，从而使血红蛋白丧失运输氧的能力，反应式如下 [10] ：
高铁血红蛋白可使鱼的血液和鱼鳃呈棕色或者褐色，即所谓的青紫症。高铁血红蛋白对鱼类的影响，
Figure 1. Production process of nitrite in aquaculture
图 1. 水产养殖过程中亚硝酸盐的产生过程
则因鱼的种类不同而存在着较大的差别，一般来说，当高铁血红蛋白含量高于50%时，则会对鱼类造成严重的威胁；而低于50%时，则不会致鱼死亡。但是，有些鱼类，如河鲶鱼，即使其高铁血红蛋白含量达到100%，仍能在25˚C的温水中生存2天 [11] 。
鱼的血液中含有高铁血红蛋白还原酶，这种酶可以将高铁血红蛋白转变为血红蛋白，同时将亚硝酸盐转变成无毒的硝酸盐，从而解除其对鱼类的危害。影响这一过程的主要因素是周围环境中的亚硝酸盐含量与温度，当周围水体中没有亚硝酸盐时，这一过程需要24~72 h完成，而当周围水体中有亚硝酸盐时，血液中的高铁血红蛋白不能完全转变为血红蛋白 [12] 。由于这一解毒过程是在酶的作用下完成的，因此，环境温度对这一过程的进行有着重大的影响。
4. 亚硝酸盐对鱼类生理状态的影响
亚硝酸盐对鱼类生理状态的影响是多方面 [1] ，其中高铁血红蛋白是亚硝酸盐在鱼类体内积累最直接的结果。由高铁血红蛋白引起的缺氧可对鱼类的许多器官造成损害，如肝脏、视网膜、鱼鳃等。鱼鳃是鱼类呼吸、渗透压调节、酸碱平衡以及氮类废物排泄的重要器官，亚硝酸盐中毒的鲤鱼的鱼鳃会发生增生、空泡、氯细胞数量提高等组织病变现象 [13] 。
亚硝酸盐中毒后的鱼对氧的需求降低，在行为上表现为浮头、换气频繁，虽然暂时不会立即死亡，但是这些鱼类如果受到惊吓，它们则会因剧烈活动而造成窒息死亡。亚硝酸盐能影响鱼类的K+离子代谢，造成鱼类血液和骨骼肌中K+的缺失，从而对鱼的心脏、神经系统造成一定的损害，也会对肌肉的代谢和功能产生一定影响 [1] 。亚硝酸盐对鱼类的心血管系统也会有一定的影响，造成心脏跳动速度的增加或者降低，如当虹鳟鱼暴露到1mM亚硝酸盐的水体中时，其心脏跳动速度会明显加快，而鳟鱼暴露到含亚硝酸盐的水体中时，其心脏跳动速度会减慢 [1] 。亚硝酸盐能够同含有NH2和SH的化合物反应，因此，能够抑制一些含有NH2和SH的酶活性，并能够同胺类物质发生反应而产生亚硝胺等致癌物质。水体中亚硝酸盐的存在也能诱发鱼类一些感染性疾病的产生，如将虹鳟鱼暴露在
、24 h,则其患水霉病的比率要比对照组高100% [14] 。
5. 影响亚硝酸盐毒性的因素
影响亚硝酸盐毒性的因素有：接触时间、离子强度、离子种类、pH、氧含量等 [15] 。亚硝酸盐对鱼的毒性与其接触时间密切相关，其半致死剂量(LD50)一般在24 h内达到最高值，之后，随着接触时间的延长，其致死浓度逐渐下降。亚硝酸盐在低离子强度的软水中，比硬水中毒性更高，即同样浓度的亚硝酸盐其在淡水中比海水毒性更强。水中的离子种类也会影响亚硝酸盐的毒性，较高的氯离子含量（盐浓度）能减低亚硝酸对鱼的毒性。氯离子会以通道的竞争方式而抑制亚硝根离子通过鳃的上表皮细胞。因此，有效地降低亚硝酸的毒性。较高的氯离子/亚硝根离子比率可抑制亚硝酸进入血液中，因此降低了“表面上”的毒性，一般来说，亚硝酸盐浓度为39~436 mg/L时,氯离子浓度应为10~190 mg/L，可降低亚硝酸盐的毒性 [16] 。此外，碳酸根离子也有一个类似氯离子的效应，但是因为碳酸根离子的分子量较大，而无法有效的与亚硝根离子竞争。水体的pH也会影响亚硝酸盐的毒性，主要是因为pH能够影响亚硝酸盐在水中的解离状况，其离子及非离子形式间的平衡视pH而定，当pH低于7时，结合亚硝酸离子的氢离子会增加，因此形成亚硝酸分子的比例也会增加。亚硝酸分子很容易扩散通透鳃的上皮细胞，顺利的进入到血液中，而不会被任何其他离子所抑制。水体中氧的含量也会影响亚硝酸盐的毒性，这是因为亚硝酸盐能减少血液运输氧的能力。水体中氧的减少，将加剧鱼的氧气供应问题。研究表明，在水体中存在亚硝酸盐的情况下，鱼对氧的需求量要远高于水体中没有亚硝酸盐的情况 [17] 。
6. 结论
养殖水体中亚硝酸盐的存在是诱发水产动物暴发性疾病重要因素，已经严重影响到水产养殖行业的正常发展。水体中过度积累的亚硝酸盐将会对鱼类的生长产生严重的影响，但是由于亚硝酸盐对鱼类的毒性往往受到环境中内、外各种因素交互作用的影响，不同的研究者可能会因此得出不同的研究结论，因此，将来应加强亚硝酸盐对鱼类的毒性作用机制进一步的研究，从而为解决水产养殖行业的亚硝酸盐危害问题提供理论上的支持。
项目基金
济南市科研项目，项目编号(201602106)。
NOTES
*通讯作者。