Document Type : Research Paper
Authors
Abstract
The research was accomplished inorder to determination of half – lethal concentration of zinc (LC5096h) on common carp (cyprinus carpio)under experimental condition. The study was performed using Water Static Method during 96 hours. The experiments were by 12 fish with avrage weight 3±2 g were encountered with different concentrations (0, 30, 60, 90, 150, 210, 250 and 270) of zinc. Sulphate zinc salt was used as source of zinc ion. A group of fish was considered as control. Under stable condition and aeration, the lethal concentration and half- lethal concentration were detected 250 and 129.07 mg/l respectively. The experiments revealed, The maximum mortalities (>80%) occurred in early times (7 hours after starting experiments). However, in the high concentration of zinc nominal signs of toxicity as convulsion, air gluping and opened operculum, hemorrhage and hyperemia were observed.
Keywords
تعیین غلظت نیمه کشنده روی (LC5096h, ZnSO4) در ماهی کپور (Cyprinus carpio) تحت شرایط آزمایشگاهی
محمدفرهنگی1*،.عبدالمجید حاجی مرادلو2 و فرامرز رستمی چراتی3
1 گنبدکاووس، دانشگاه گنبدکاووس، دانشکده کشاورزی ومنابع طبیعی
2 گرگان، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
3 گنبد کاووس، دانشگاه گنبد کاووس، دانشکده علوم پایه
تاریخ دریافت: 8/9/89 تاریخ پذیرش: 6/10/90
چکیده
آزمایشات به منظور تعیین غلظت نیمه کشنده فلز روی درماهی کپور انجام شد. آزمایشات به روش آب ساکن درمدت 96 ساعت اجرا شد. 12 قطعه بچه ماهی کپور با وزن متوسط 2±3 گرم درمعرض غلظت های مختلفی از سولفات روی (270و 250، 200 ، 150، 90 ، 65 ، 30 ، 0 میلیگرم درلیتر) قرار گرفتند. از نمک سولفات روی بعنوان روی در آزمایشات استفاده شد. یک گروه نیز بعنوان شاهد در نظر گرفته شد. تحت شرایط ثابت و هوادهی غلظت نیمه کشنده و کشنده سولفات روی به ترتیب برابر 07/129و 270 میلیگرم در لیتر بدست آمده است. آزمایشات نشان داد بیشترین درصد تلفات (80 % < ) در همان ساعات اولیه (7-8 ساعت پس از شروع آزمایش) رخ داد. در غلظت های بالای سولفات روی علائم ظاهری مسمومیت با روی همچون تشنجات عصبی، بلعیدن هوا از سطح آب توسط ماهی، باز و بسته شدن سریع سرپوش های آبششی، پرخونی وخونریزی آبشش و مشاهده شد.
واژه های کلیدی: غلظت نیمه کشنده، خونریزی، پرخونی، سولفات روی، ماهی کپور،Cyprinus carpio
* نویسنده مسئول، تلفن: 09111789636، پست الکترونیکی: s.farhangi@yahoo.com
مقدمه
ماهی کپور (Cyprinus carpio) یکی از گونههای مهم پرورشی ایران می باشد، که سهم بزرگی از تولید ماهیان آب شیرین را بخود اختصاص می دهد. بدلیل پراکنش وسیع این ماهی در مناطق مختلف کشور و تحمل بالای ماهی کپور در برابر عوامل نامساعد محیطی، این ماهی از گونه های مهم مطالعاتی می باشد. بطورکلی ماهیان در تماس مستقیم با آب پیرامون خود می باشند. از مهمترین پارامترهای متغیرآب در شرایط پرورشی عوامل شوری، دما، pH، نیترات و سولفاتها میباشند (8). بعنوان مثال مطالعات نشان میدهد، تغییر درpH آب میتواند سبب بروز تغییرات قابل توجهی در شاخصهای خونی ماهیان شود (4). حفظ کیفیت آب و آشنایی با مواد شیمیایی سمی موجود در آب و بدست آوردن میزان دقیق غلظت کشنده مواد به عنوان یکی از عوامل مهم در دستیابی به تولید مناسب مطرح می باشد. عوامل شیمیایی، ازجمله مواردی هستند که سبب برهم زدن کیفیت آب میشوند و همواره از فاکتورهای اساسی کاهش تولید آبزیان بحساب میآیند. عناصر فلزی موجود در آب، در غلظتهای بالا میتوانند، مسمومیت های کشنده را در ماهی بوجود آورند. فلزات سنگین کمتر از یک درصد وزن بدن موجودات زنده را تشکیل میدهند، بطوریکه نوسانات غلظت آن سبب ناپایداری محیط و ایجاد اختلال در ماهی میشود (6). یون روی (Zinc) بعنوان یک عنصر ضروری برای رشد و نمو گیاهان نقش ساختاری و عملکردی فراوانی را در بسیاری از فرآیندهای متابولیکی دارد، ولی مقدار اضافی آنها بخصوص در خاکهای اسیدی یک فاکتور محدود کننده رشد برای گیاه محسوب میشود (2و3). همچنین عنصر روی به عنوان یک فلز نادر در فرآیندهای متابولیسمی ماهی نقش دارد. عنصر روی می تواند بعنوان یک کوفاکتور آنزیمهای مختلف ازجمله هیدرولاز و ترانسفراز عمل کند (6). استفاده از روش آب ساکن در آزمایشات به منظور تعیین غلظتهای کشنده و نیمه کشنده انواع فلزات از جمله روشهای رایج بحساب میآید. گال و همکارانش (2009) با مطالعه بر روی ماهی گوپی
(Poecilia reticulate) اظهار داشتند LC5096h برابر با 82/30 میلی گرم در لیتر است. ساجید و جاوید (2006) اثر 5 عنصر سمی روی، آهن، منیزیم، نیکل و سرب را بر روی ماهی Catla catla با سنین 90و 60،30 روزه بررسی کردند. هرچند تاکنون مطالعه سمیت فلز روی بر سایر گونههای ماهی بخوبی مطالعه شده است (11،15،18)، با این حال تاکنون مطالعات کمی درخصوص اثرات فلز روی بر ماهی کپور خصوصا در ایران وجود دارد (7). لذا ضرورت انجام این طرح با هدف تعیین غلظت کشنده سولفات روی در ماهی کپور تحت شرایط آزمایشگاهی صورت میگیرد. دانستن غلظت کشنده فلز روی در ماهی کپور می تواند کمک شایانی در رفع و پیشگیری این عارضه توسط استفاده از مواد رزینی همچون زئولیت ها نماید.
مواد و روشها
آزمایشات تحت شرایط ثابت دما و pH (°C 1±25 = T ، 2/0 ± 1/8 = pH) در محیط آزمایشگاهی صورت گرفت. آزمایشات به روش آب ساکن (Water Static Method) تحت شرایط هوادهی (استفاده از سنگ هوا با اکسیژن تولیدی 2/2 میلی گرم در لیتر در شبانه روز) در مدت 96 ساعت انجام شد. ازماهیان کپور با وزن متوسط 2±3 گرم در هر تیمار استفاده شد. 12 قطعه بچه ماهی کپور در معرض غلظتهای مختلفی از سولفات روی از 0 تا 270 میلیگرم در لیتر(270و 250، 200 ، 150، 90 ، 65 ، 30 ، 0 میلیگرم درلیتر) قرار گرفتند. تعیین غلظتها بر اساس یکسری آزمایشات مقدماتی با غلظت های فرضی (300 و250 ، 225، 200، 150، 125، 90، 65، 30، 20، 5، 0 میلیگرم درلیتر) بود که در آن تعداد تلفات، درصد تلفات و درصد بقاء ماهی در هر مرحله ثبت گردید. درصد تلفات و میزان بقاء ماهی در هر مرحله ثبت گردید. در طول آزمایش غذا دهی صورت نگرفت. یک گروه از ماهی بعنوان شاهد در نظر گرفته شد که فاقد مقادیر سولفات روی بود. بر حسب غلظتهای کشنده (Sub Lethal Concentration) روی و با استفاده از شیب خط رگرسیون غلظت نیمه کشنده (Lethal Concentratoin) در مدت 96 ساعت محاسبه شد. ظروف آزمایش، تشت های پلاستیکی با حجم آبی50 لیتر بود. از نمک سولفات روی بعنوان ماده موثر در آزمایشات استفاده شد. نمک مورد نظر پس از تعیین حجم آبی بصورت پودر و پس از انتقال ماهیها به ظروف آزمایشی به آب اضافه گردید. علائم ظاهری مسمومیت در ماهی ثبت گردید. این آزمایش با استفاده از طرح کاملاً تصادفی متعادل 7×3 اجرا گردید. داده ها با استفاده از آنالیز واریانس یکطرفه (ANOVA) در سطح معنیداری P<0.05 مورد تجزیه وتحلیل آماری قرار گرفتند.
نتایج
نتایج حاصل از آزمایشات درجدول 1 آورده شده است. پس از گذشت 96 ساعت غلظت کشنده کاتیون روی برای ماهی کپور 270 میلیگرم در لیتر بدست آمد. درصد تلفات ماهی در غلظت های مختلف روی (270و 250، 200، 150، 90 ، 65 ، 30 ، 0 میلیگرم در لیتر) بعد از گذشت 96 ساعت به ترتیب برابر با 100و 66/91 ، 66/66، 33/58، 66/41،33/33 ،33/8 ،0 بدست آمد (جدول 1). با توجه به درصد تلفات ماهی و منحنی شیب خط رگرسیون غلظت نیمه کشنده (LC50) کاتیون روی برابر با 07/129 میلی گرم درلیتر بدست آمد (شکل 1). علائم ظاهری مسمومیت با روی در طی آزمایشات بصورت تشنجات عصبی، برخورد ماهی با کناره های تشت، سعی در بیرون پریدن از آب، خونریزی و پرخونی شدید در آبشش ها را نشان داد.
شکل 1- منحنی رگرسیون درصد تلفات ماهی درمعرض غلظت های مختلف روی بعد از گذشت 96 ساعت.
جدول 1- درصد تلفات ماهی در برابر غلظت های مختلف روی بعد از گذشت 96 ساعت تحت شرایط ثابت (2 ±25 = T ، 2/0 ± 1/8 = pH)
درصد تلفات |
تعداد مرگ ومیر |
غلظت روی (میلی گرم درلیتر) |
تیمار |
0 |
0 |
0 |
شاهد |
33/8 |
1 |
30 |
1 |
33/33 |
4 |
65 |
2 |
66/41 |
5 |
90 |
3 |
33/58 |
7 |
150 |
4 |
66/66 |
8 |
200 |
5 |
66/91 |
11 |
250 |
6 |
100 |
12 |
270 |
7 |
بحث
آزمایشات به منظور تعیین غلظت کشنده فلز روی در ماهی کپور به مدت 96 ساعت تحت شرایط آزمایشگاهی صورت گرفت. آزمایشات مختلفی در خصوص تعیین مسمومیت با سموم وعناصر فلزی در انواع ماهیان صورت گرفته است (7، 14 و 17). اما اطلاعات در خصوص سمیت با روی در ماهی کپور خصوصاً در ایران ناچیز است. حساسیت ماهی به مواد سمی یک فاکتور مهم برای تعیین غلظت نیمه کشنده مواد است. عواملی مختلفی در مقاومت ماهی در برابر سموم نقش دارند که از جمله سن، جنس ماهی، گونه و شرایط محیطی خصوصا دما وpH قابل ذکر میباشد (13و20). ماهی کپور از جمله ماهیان مهم پرروشی کشورمان است که سهم بزرگی از تولید در ایران را به خود اختصاص داده است. ماهیان به عنصر روی (Zn) به عنوان یکی از عناصر نایاب در فرآیندهای فیزیولوژیکی نظیر رشد و تقسیم سلولی، متابولیسم، بهبود زخم ها وسیستم دفاعی بدن نیازمندند (12 و 10). همچنین استفاده از روی به عنوان بارورکننده استخر، در افزایش تولید پلانکتونی و افزایش محصول ماهی موثر می باشد (9). با این حال افزایش بیش از حد عنصر روی در محیطهای آبی می توانند سبب مسمومیت شدید ماهی با آن شود. علائم ظاهری مسمومیت با فلز روی در آزمایشات بصورت پرخونی رشتههای آبششی، سعی در بیرون پریدن ماهی از تشتهای آزمایش، بلعیدن هوا از سطح و تشنجات عصبی بود. رنگ پریدگی در ماهی به وضوح مشخص بود و ماهیان در غلظتهای بالا به شدت در اطراف سنگهای هوا تجمع کرده و سعی در بیرون پریدن از تشت ها را داشتند. این امر با یافته های ناجی و همکاران (1386)؛ همچنین گال وهمکاران (2009) مطابقت دارد. ناجی وهمکاران (1386) با مطالعه بر روی ماهیان کپور با وزن 150-120 گرم نشان دادند که غلظت نیمه کشنده سولفات روی در96 ساعت برابر با 50 میلی گرم درلیتر است. آنها همچنین نشان دادند، بیشترین ضایعه رخ داده شده در آبشش ماهی شامل ادم (Edema)، هیپرپلازی (Hyperplasiya) و پرخونی می باشد.
گال و همکارانش (2009) با مطالعه بر روی ماهی گوپی (Poecilia reticulate) اظهار داشتند LC5096h برابر با 82/30 میلی گرم در لیتر است. آنها تغییر رفتار ماهیانی را که درمعرض انواع غلظتهای سولفات روی قرار داشتند بصورت شنای عمودی، حرکت به پشت، تشنجات عصبی، حرکات ناگهانی و فرورفتن به عمق بیان داشتند. همانطوریکه در نمودار 1 نشان داده شده است، با افزایش غلظت روی در آزمایشات درصد تلفات ماهی نیز افزایش می یابد. با این وجود آزمایشات نشان داد، بیشترین درصد تلفات ماهی در ساعات اولیه پس از آزمایش رخ داد. آزمایشات مختلفی که بر روی انواع ماهیها صورت گرفته است این امر را تایید میکند (1، 4 و5 ). با مطالعه آزمایش فوق و مقایسه آن با آزمایشات دیگران بر نقش شرایط آزمایشی (دما، pH)، سن و سایز (در یک گونه) و همچنین گونه مورد مطالعه پی میبریم (9 و16). آزمایشات مقدماتی نشان داد، در غلظت 20 میلیگرم در لیتر هیچگونه تلفاتی مشاهده نشد (NOEC) (No Observed Effect Concentration). لام (1998) با مطالعه بر روی ماهی کپور با وزن 8-5 گرم غلظت نیمه کشنده روی را درمدت 24 و 96 ساعت به ترتیب برابر 23 و 17 میلی گرم درلیتر بدست آورد. وونگ و همکاران (1997) اثرات سمیت دو عنصر روی و مس را بر روی دو گونه از کپور ماهیان (کپورمعمولی و کپور علفخوار) مورد مطالعه قراردادند. آنها در مطالعات خود نشان دادند، ماهی کپور در مقابل مس حساس تر بوده در حالیکه ماهی علفخوار به روی حساسیت بیشتری نشان داد. البته سمیت مس نسبت به روی به مراتب بیشتر است. مطالعات نشان می دهد، ماهیانی که به یک ماده حساسیت بیشتری نشان می دهند، نسبت به مواد دیگر حساسیت کمتری را درغلظت های یکسان نشان می دهند. ساجید و جاوید (2006) اثر 5 عنصر سمی روی، آهن، منیزیم، نیکل و سرب را بر روی ماهی Catla catla با سنین 90و 60، 30 روزه بررسی کردند.
آنها ضمن تعیین غلظتهای نیمه کشنده فلزات مورد آزمایش بیان کردند، ماهیان جوان حساسیت بیشتری از خود نشان می دهند. بطوریکه در بررسیهای بعمل آمده مشخص شد، ماهیان 30 روزه حساسیت بیشتر ی ازخود نشان می دهند، بطوریکه غلظت نیمه کشنده روی درمدت 96 ساعت برای ماهیان30 روزه برابر66/20 میلیگرم در لیتر بود.
این درحالی است که غلظت نیمه کشنده روی برای ماهیان 60 و 90 روزه به ترتیب برابر با 30/23 و 88/25 می باشد. دراین آزمایش از ماهیان کوچک که حساسیت بیشتری را نشان می دهند استفاده شد. اگرچه غلظت بدست آمده دراین آزمایش برای ماهیان کوچک (270 میلی گرم درلیتر) خیلی بیشتر از میزان بدست آمده برای ماهیان درشتر در آزمایش ناجی و همکاران (1386) می باشد (50 میلی گرم درلیتر).
این امر می تواند بیانگر تفاوت در سایر فاکتورهای شرایط آزمایشی (دما، سختی و pH) باشد. نتایج بدست آمده در آزمایش ناجی و همکاران (1386) و ساجید و جاوید (2006) این امررا ثابت می کند. ساجید و جاوید (2006) آزمایشات خود را تحت شرایط دمایی 30 درجه سانتیگراد و pH برابر 1/7 اجرا نمودند. همانطوریکه مشخص است افزایش دما می تواند عامل مهمی در افزایش اثرات سمی یک فلز داشته باشد. بهرحال در شرایط طبیعی غلظت های مختلف مواد می توانند در تعیین سمیت مواد بر روی ماهی نقش داشته باشند، که این فاکتورها در شرایط آزمایشی وجود ندارند. مطالعات نشان داده است با افزایش عناصر سمی در آب ضمن اثرات مستقیم سمیت مواد بر روی اندامهای ماهی، این مواد بطور غیرمستقیم میتوانند اثرات سمیت را تشدید کنند. این امر از طریق افزایش دفع آمونیاک توسط ماهی و کاهش شدید اکسیژنی، نتیجه استرس وارده به ماهی و تشدید مصرف اکسیژن توسط ماهی صورت میگیرد (19). عواملی همچون کمبود اکسیژن، درجه حرارت و افزایش اسیدیته معمولاً حساسیت ماهی را به مواد سمی افزایش میدهد، در حالیکه مواد معدنی همچون سختی و شوری سبب کاهش سمیت مواد می شود (20). غلظت های تاثیرگذار (Effect Concentration) مواد سمی می توانند بر متابولیسم ماهی و کارآیی بافت های ماهی تاثیر بسزایی بگذارند. مالیک و همکاران (1998) اثرات سمیت روی را بر روی ترکیبات شیمیایی کبد و بافت ماهیجه ای ماهی Channa punctatus بررسی نمودند. آنها بیان داشتند، با افزایش زمان قرارگیری ماهی درمعرض فلز روی میزان متابولیسم ماهی کاهش یافته و ترکیبات شیمیایی کبد و بافت ماهیچه ای بطور معنی داری کاهش می یابد، بطوریکه ارزش انرژِی زایی چربی، پروتئین و گلیکوژن کبد و ماهیچه کاهش می یابد. خوانیاکاری و همکاران (2001) سمیت عناصر مس، روی و نیکل را بر روی ماهی Poecilia reticulata مورد مطالعه قرار دادند. آنها بیان کردند در ماهیانی که درمعرض مواد سمی قرار گرفتند، ترشح موکوس افزایش یافته و دفع بیش از اندازه صورت می گیرد. پیرسون (1981) اثرات مسمومیت حاد با فلز روی را بر رشد، بلوغ جنسی، انباشت زیستی و تولید مثل در ماهی گوپی Poecilia reticulate بررسی کردند. آنها نشان دادند، ماهیان مادهای که در معرض 607/0 میلیگرم در لیتر از روی به مدت 134 روز قرار داشتند، باعث افزایش لگاریتمی رشد و شاخص رسیدگی جنسی در ماده ها میشود. این در حالی است که وزنتر مادهها به میزان40% کاهش یافت. باگدوناز و واسیلین (2006) سمیت نیمه کشنده دو عنصر مس و روی و اثر متقابل این دو فلز را بر فاکتورهای خونی ماهی قزل آلای رنگین کمان بررسی کردند. آنها در آزمایشات خود میزان مشخصی (25/0 میلی گرم در لیتر از غلظت نیمه کشنده) از غلظت نیمه کشنده مس (16/0 میلیگرم در لیتر) و روی (948/0 میلیگرم در لیتر) را مورد استفاده قرار دادند.
آنها بیان کردند، اگرچه غلظتهای نیمه کشنده مس و روی بر تعداد اریتروسیت خون ماهی قزلآلای رنگین کمان اختلاف معنیداری را نسبت به گروه شاهد نشان نداد، اما غلظت مخلوط نیمه کشنده روی و مس اختلاف معنیداری را در کاهش میزان اریتروسیتها نسبت به گروه شاهد نشان میدهد. آنها همچنین نشان دادند، میزان هماتوکریت خون ماهیان در غلظتهای نیمه کشنده مس و روی و غلظت انتخابی مخلوط این دو فلز نسبت به گروه شاهد اختلاف معنیداری (P<0.05) دارند. همچنین بیان کردند، اگرچه دو عنصر روی و مس سبب کاهش میزان گلبولهای سفید در ماهی می شود، غلظت مخلوط این دو عنصر تا 60% سبب کاهش گلبولهای سفید مورد مطالعه می شود.
همانطوریکه مشخص است رفتارهای ظاهری مسمومیت با عناصر سمی به ویژه روی میتواند نتیجه تغییرات ساختاری اندامهای داخلی ماهی باشد. در این خصوص پیشنهاد میگردد، فاکتورهای خونی و آسیب شناسی اندامهای داخلی ماهی نیز مورد ارزیابی قرارگیرد.
10. Aggett, P., and Comeford, J. G., 1995. Zinc and human health. Nutr Rev; 53: 16-22.
11. Bagdonas, E., and Vosyliene, M. Z., 2006. A study of toxicity and genotoxicity of copper, zinc and their mixture to rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). BIOLOGIJA. Nr. 1, PP:8–13.
12. Clark, R. B., 1986. Marine pollution Clarendon Press. PP: 64-82.
13. Giguere, A., Campbell, P. G. C., Hare, L., McDonald, D. G., and Rasmussen, J. B., 2004. Influence of lake chemistry and fish age on cadmium, copper, zinc concenterations in various organs of indigenous yellow perch (perca flavescens). Can. Fish. Aqua. Sci, 61, PP: 1702-1716.
14. Gul, A., Yilmaz, M., and Isilak, Z., 2009. Acute Toxicity of Zinc Sulphate (ZnSO4.H2O) to Guppies (Poecilia reticulate). Journal of Science, 22(2), PP:59-65.
15. Khunyakari, R. P., Vrushali, T., Sharma, R. N., and Tare, V., 2001. Effects of some trace heavy metals on Poecilia reticulate”, J.Environ. Biol., 22 (2), PP: 141- 144.
16. Lam, K. P., 1998. Metal toxicity and metallothiunein Gene expression studies on Common carp and Tilapia. Marine Environmental research. Vol. 46, No. 1-5, 563-566.
17. Malik, D. S., Sastry, K. V., and Hamilton, D. P., 1998. Effects of zinc toxicity on biochemical composition of muscle and liver of murrel (Channa punctatus), Environ. Int., 24 (4): 433-438.
18. Pierson, K. B., 1981. Effects of chronic zinc exposure on the growth, sexual maturity, reproduction and bioaccumulation of the guppy, Poecilia reticulata, Can. J. Fish. Aquatic. Sci., 38 (1): 23-31.
19. Sajid, A., and Javed, M., 2006. Studies on acute toxicity of metals to the fish catla catla. Pakistan journal of biological sciences, vol 9. No 9. 1807-1811.
20. Witeska, M., and Jezierska, B., 2003. The effecte of environmental factors on metal toxicity to fish. Fresenius Environ.vBull., PP: 824- 829.
21. Wong, M. H., Luk, K. C., and Choi, K. Y., 1977. The effects of zinc and copper salts on Cyprinus carpio and Ctenopharyngodon idellus. Acta Anatomica, VOL 99. NO.4, 450-454.