背角無齒蚌的重金屬積累特征

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中國水產科學研究院淡水漁業研究中心南泉基地（簡稱南泉基地，下同）平均水深1.5m，全封閉，沒有明顯的外源污染物；梅梁灣位于太湖的最北端，面積123.8km2，平均水深1.5m，受到工業廢水、農業生產以及生活污水的綜合影響，是太湖污染較為嚴重的水域[14-15]；茈碧湖位于云南省，屬于典型的高原湖泊，面積32km2，平均水深3m，水質非常清潔[16]。本研究通過了解背角無齒蚌體內重金屬積累與水環境中重金屬背景含量之間的關系，進而探索利用養殖蚌主動監測自然水體重金屬污染動態的可行性。

1材料與方法

1.1樣本采集

2010年4—7月，在南泉基地的養殖池塘、太湖梅梁灣和茈碧湖共采集15個規格相似的背角無齒蚌（圖1）。樣本采集后置于曝氣的自來水中暫養72h以清空腸道內容物，然后用不銹鋼解剖刀分離出軟組織，獨立分裝，并置于-20℃冰箱中冷凍保存。

1.2消解和測定方法

分析前，將所有蚌樣置于室溫解凍，然后分別用Milli-Q水清洗6遍。南泉基地與梅梁灣的蚌樣用冷凍干燥機（ALPHA1-4LSC，ChristCorp，德國）徹底干燥，并用粉碎機（A11，IKACorp，德國）制成均勻粉末狀。茈碧湖的蚌樣置于80℃烘箱中干燥24h至恒重，然后于瑪瑙研缽中磨成均一粉末狀。樣本的消解和測定參照Chen等[17]的方法。精確稱量干燥粉末樣本（0.1±0.005）g放入酸洗過的特氟隆消解管中，加入10mL純硝酸（Merck，德國），用微波消解儀（ETHOSAT260，MilestoneInc，意大利）進行徹底消解（10min，120℃；15min，170℃；再次15min，170℃），最后轉移至酸洗過的特氟隆定容瓶，用Milli-Q水定容至200mL。應用電感耦合等離子質譜儀（ICP-MS；7500ce，Agilent，美國），以Li、Sc、Ge、Y、In和Bi為內標，同時測定Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Ag、Cd、Ba、Tl和Pb的含量，并通過標準添加回收確認儀器的測量精度，所有重金屬的回收率為99.4%~109.2%。1.3統計分析所得數據運用SPSS16.0（SPSSInc，美國）統計軟件分析。應用Mann-WhitneyU檢驗分析不同水環境蚌樣中重金屬含量，P<0.05表示差異水平顯著。進而用判別分析（DiscriminantAnalysis）研究它們的重金屬積累特征。此外，用Pearson等級相關系數分析重金屬之間的相關性。除特別說明之外，所有重金屬含量均以μg•g-1干重表示。

2結果與討論

2.1重金屬含量與積累特征

除了Co和Ag在所有樣本中均未檢出之外，不同生境中背角無齒蚌重金屬含量見表2。南泉基地養殖蚌中所有重金屬含量均低于梅梁灣野生蚌（Co、Ag和Tl未檢出），且前者Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Ba的含量顯著低于后者（P<0.05）。茈碧湖野生蚌中Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量顯著低于梅梁灣野生蚌（P<0.05），但是前者Mo和Tl的含量顯著高于后者（P<0.05）。南泉基地養殖蚌中Cr、Fe、Mo和Tl的含量顯著低于茈碧湖野生蚌（P<0.05），但Cu、As和Pb的含量顯著高于后者（P<0.05）。雙殼貝類體內重金屬的來源主要有三種途徑：（1）通過食物網攝取和積累是重金屬的主要來源[21-22]。（2）從過濾的大量水體中，鰓不斷吸收溶解在水中的金屬離子并通過血液輸送到各個部位是重金屬積累的重要途徑[21-22]。（3）水體中溶解的重金屬還可能會通過滲透作用穿過軟組織表皮并在體內積累[22]。背角無齒蚌對重金屬（Cu、Zn和Cd）的吸收率與周圍水體重金屬的背景含量呈正相關，但吸收率的高低順序始終為Zn>Cd>Cu[23]。這與三角帆蚌（Hyri－opsiscumingii）對Cu、Zn和Cd吸收率的高低順序一致，但在相同條件下背角無齒蚌對Cu、Zn和Cd的吸收率分別是三角帆蚌的1.2、1.9和1.5倍[23]。重金屬進入背角無齒蚌體內之后，不同組織/器官對它們的積累具有明顯的選擇性，約40%的Al、Mn、Ni、Cu、Zn和As積累在鰓中，而40%左右的Fe、As和Pb則積累在內臟團中[24]。盡管如此，背角無齒蚌對重金屬的積累機制（如選擇性、吸收速率和排放速率）尚不明確，還有待于進一步的研究。南泉基地是全封閉的，采用循環水養殖，遠離工業、農業和生活排污污染源，且在養蚌過程中不進行額外的投餌。養殖蚌體內重金屬的背景含量較低，不僅Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Ba的含量顯著低于梅梁灣野生蚌（表2），而且Mn、Fe、Zn、Mo的含量明顯低于太湖其他水域、宜興養殖基地以及波蘭水域的同種蚌類（表3），Cu和Cd含量亦低于太湖三山島、漫山和大浦水域及波蘭水域野生蚌（表3），甚至Cr、Fe、Mo和Tl的含量低于高原潔凈水體茈碧湖野生蚌（表2）。MPI指數能夠綜合反映水環境重金屬污染水平。Usero等[19]研究表明清潔水域中雙殼貝類（如Donaxtrunculus）MPI≤2.5，而受重金屬污染水域的MPI≥4.5。南泉基地蚌樣MP（I1.8）低于2.5，進一步表明該水體沒有受到明顯的重金屬污染。Benedicto等[26]利用移殖未受污染水域養殖的紫貽貝，在地中海的123個位點進行重金屬監測，結果顯示沿岸水域因受到礦業和工業廢水排放的影響重金屬含量波動很大，Cd、Ni和Pb的含量分別為1.97~2.11、2.18~3.20、3.1~3.8μg•g-1。此外，通過移殖監測還發現了原本被認為是非常潔凈的水域已受到重金屬的影響，如西班牙Fornells水域中Ni的含量已達到1.2μg•g-1，CalaTreboluya水域Pb和Cd的含量分別高達2.0、2.16μg•g-1，Cabrera水域的Cd也達到2.58μg•g-1，從而起到了早期預警作用。背角無齒蚌能夠靈敏、有效地反映出水環境重金屬污染動態[4，6]。因此，今后移殖南泉基地養殖蚌對自然水體進行主動監測具有可行性，不僅可最大限度地減少生物指示物背景差異對監測結果的影響，還能突破目前貝類監測高度依賴采集野生資源的局限。這些都為我們正在嘗試中的，通過人工繁育技術在未受污染水域的南泉基地建立規格、年齡、生長速率和性成熟程度等生物因子一致，污染物暴露史相同，重金屬背景含量較低的“標準化”的養殖蚌，以適應今后大規模、規范化、信息化的“標準背角無齒蚌觀察”研究體系需求的工作提供了理論依據。梅梁灣系太湖北部一個口袋型湖灣，水體交換頻率低，年均換水不足兩次，非常容易滯納污染物[14]。傳統的觀點認為梅梁灣主要受到有機污染和嚴重富營養化[14]，然而本研究發現其重金屬污染趨勢也很嚴峻。該水域蚌樣Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Ba的含量顯著高于南泉基地，且Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量顯著高于茈碧湖（表2）。此外，Cr和Ni的含量亦明顯高于宜興養殖基地和太湖其他水域，Pb的含量也高于太湖漫山、湖州和大浦水域（表3）。而且其MP（I11.1）分別是南泉基地和茈碧湖的6倍和11倍之多（表2），已達到重金屬污染水平（MPI≥4.5）[19]。不僅如此，梅梁灣底泥中重金屬As、Ag、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量分別高達64、4.2、0.93、14.2、155、144、79.8、143、471μg•g-1，亦為太湖污染最為嚴重的區域[27]。重金屬的污染源主要來自直湖港河[27]。直湖港河介于無錫和常州兩市交界處，全長20.1km，平均寬度30~40m，沿岸人口密集（地區人口39.9萬），工業發達（具有工業企業2746家），以化工、印染、電鍍、食品和造紙等行業為主[28]。合成橡膠與制造PVC材料離不開Zn、Pb和Cd作為穩定劑及添加劑，金屬電鍍則會產生大量的Cu、Zn和Ni，而皮革制造容易導致Cr污染[27]。然而該區域污水處理廠配套管網建設滯后，工業廢水和生活污水集中處理率甚低，僅分別達到15.4%和33.8%，其余大部分直接排放，并以約10m3•s-1的流量進入梅梁灣[28]。茈碧湖的海拔高度為2033m，屬于典型的高原湖泊，水質清潔[16]，然而迄今尚缺乏其重金屬含量的報道。本研究首次對生活在其中的背角無齒蚌重金屬含量進行分析，結果表明除Mo和Tl之外其余重金屬含量都很低。不僅蚌樣中Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量顯著低于梅梁灣，Cu、As和Pb的含量顯著低于南泉基地（表2），而且Mn和Cu含量明顯低于宜興養殖基地、太湖其他水域以及波蘭水域，Zn和As含量低于太湖其他水域和波蘭水域，Cd含量亦低于宜興養殖基地、太湖三山島和馬山水域以及波蘭水域（表3）。此外，其MPI僅為1.0，遠低于清潔水體MPI≤2.5的水平[19]，進一步提示茈碧湖沒有受到重金屬污染。值得注意的是，茈碧湖蚌樣中Mo和Tl的含量相對于其他水域的同種蚌類比較高（表3）。這可能與云南是“有色金屬王國”，地層中Mo和Tl的背景含量較高有關[29]，如云南會澤鉛鋅礦石中Mo和Tl的含量就分別達到了4.4、6.2μg•g-1[30]。

2.2重金屬積累相關性及意義

不同污染背景生境中背角無齒蚌重金屬積累之間的相關性見表4。南泉基地養殖蚌中Fe-Zn、Fe-Cd和Zn-Pb之間呈顯著正相關（P<0.05），Al-Cd、Cr-Mo及Fe-Pb之間極顯著正相關（P<0.01）。梅梁灣野生蚌Mn-Cu、Mn-Cd、Mn-Pb、Fe-Ni、Fe-Cu、Fe-Cd、Fe-Pb、Ni-Pb、Cu-Mo、Cu-Cd、Cu-Pb、Zn-Cd、Zn-Pb和Mo-Pb之間呈顯著正相關（P<0.05），Mn-Zn、Mn-Mo、Ni-Cu、Zn-Mo、Mo-Cd以及Cd-Pb之間極顯著正相關（P<0.01）。茈碧湖野生蚌Cr-Fe、Cr-As、Mn-Ba、Fe-Mo和Mo-Ba之間呈顯著正相關（P<0.05）。通過攝食和溶解在水體中重金屬離子的雙重暴露，雙殼貝類主動和被動地積累了各種重金屬[22]。元素（重金屬）進入生物體內，它們之間會形成生理活性互補的金屬化合物，或被具有強親和力的生物大分子共同結合，此外作為酶活性中心的金屬元素還可能會被化學性質相似的元素所置換[31]。同時，貝類也會通過金屬硫蛋白的結合、富含金屬顆粒的隔離以及自身代謝等解毒機制降低體內積累的重金屬的毒性[32-33]。因此，背角無齒蚌積累重金屬的相關性非常復雜[12]。呈正相關的重金屬之間往往具有相似的理化性質，并且在動物體內通過類似的生化途徑進行代謝或由特殊的配體共同結合[34]。本研究發現雖然不同水域背角無齒蚌重金屬積累均呈正相關，但重金屬種類和復雜性差異明顯。除了Fe-Cd和Fe-Pb在南泉基地與梅梁灣蚌樣中呈顯著相關之外，其余顯著相關的重金屬在南泉基地、梅梁灣和茈碧湖三者蚌樣中皆不相同（表4）。而且，楊健等[12]研究顯示其他水域如宜興養殖基地的背角無齒蚌中Ni-Mn、Cr-Co及Cu-Cd之間呈顯著正相關（P<0.05），太湖三山島水域野生蚌Cr-Mn、Cr-Ni和Cr-Cd之間呈顯著正相關（P<0.05），與本研究中蚌的重金屬相關性差異甚大。提示背角無齒蚌體內重金屬積累的相關性與機體自身調節關系微弱，而主要受到外界水環境重金屬背景含量的影響。此外，南泉基地、梅梁灣和茈碧湖蚌樣中分別有6對、20對和5對重金屬之間呈正相關（表4），這與三水域的污染程度相匹配（表2）。El-Moselhy等[35]研究也發現相同的趨勢，靠近污染源處的波紋巴非蛤（Paphiaundulate）體內有36對重金屬（Pb-Cd、Cu-Cd、Cu-Pb、Zn-Cd、Zn-Pb、Zn-Cu、Ni-Cd、Ni-Pb、Ni-Cu、Ni-Zn、Co-Cd、Co-Pb、Co-Cu、Co-Zn、Co-Ni、Cr-Cd、Cr-Pb、Cr-Cu、Cr-Zn、Cr-Ni、Cr-Co、Mn-Cd、Mn-Pb、Mn-Cu、Mn-Zn、Mn-Ni、Mn-Co、Mn-Cr、Fe-Cd、Fe-Pb、Fe-Cu、Fe-Zn、Fe-Ni、Fe-Co、Fe-Cr、Fe-Mn）含量之間呈顯著正相關，而遠離污染源處的加夫蛤（Gafrari－umpectinatum）體內只有18對重金屬之間呈顯著相關（Cd-Pb、Cd-Ni、Cd-Co、Pb-Co、Cu-Zn、Cu-Ni、Cu-Co、Cu-Fe、Zn-Cr、Ni-Co、Ni-Cr、Ni-Mn、Co-Fe、Cr-Mn、Cr-Fe、Mn-Fe之間正相關，Mn-Pb、Mn-Zn之間負相關）。這可能是由于污染越嚴重的水域，生活在其中的貝類就越有可能積累到相同數量級含量的重金屬。進一步揭示背角無齒蚌積累重金屬相關性的復雜程度與水環境的污染程度具有共同的變化趨勢。

3結論

（1）背角無齒蚌體內重金屬的積累水平與周圍水環境中重金屬污染程度呈正相關，在潔凈水體養殖或繁育的背角無齒蚌應該可以控制其體內環境重金屬積累在較低的水平。（2）南泉基地養殖蚌重金屬背景含量較低，接近于高原潔凈水體同種蚌類的重金屬含量水平，提示移殖南泉基地養殖的背角無齒蚌對自然水體進行主動監測是可行的。梅梁灣野生蚌重金屬Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量較高，表明該水域重金屬污染趨勢明顯。首次評價高原潔凈湖泊茈碧湖的重金屬水平，結果顯示Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb含量很低，但Mo和Tl的含量相對較高。（3）背角無齒蚌重金屬積累的相關性與機體自身調節關系微弱，而主要受到外界水環境重金屬背景含量的影響，并且相關性的復雜程度與水環境的污染程度具有共同的變化趨勢。

作者：陳修報蘇彥平孫磊劉洪波楊健單位：中國水產科學研究院淡水漁業研究中心南京農業大學漁業學院