郭遠(yuǎn)明，劉 琴，顧 捷，尤炬炬，劉士忠，孫秀梅

（浙江省海洋水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)漁場(chǎng)漁業(yè)資源科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，

浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 舟山 316100）

0 引言

目前，海洋環(huán)境中的重金屬污染問(wèn)題非常嚴(yán)重。貝類作為移動(dòng)性較小的水生生物，對(duì)重金屬等污染物具有較強(qiáng)的生物富集能力，因此研究者經(jīng)常以它作為指示生物監(jiān)測(cè)環(huán)境污染，如文獻(xiàn)［1—10］中的研究者提出貽貝Mytilusedulis可以作為重金屬污染的指標(biāo)種。通過(guò)海洋貝類對(duì)水體中重金屬富集能力的研究，可以較好地掌握其對(duì)環(huán)境中重金屬的吸附和釋放過(guò)程以及對(duì)重金屬的富集規(guī)律，為建立完善的貝類對(duì)重金屬吸附和釋放的數(shù)學(xué)模型，科學(xué)評(píng)價(jià)海域環(huán)境功能及合理劃分海域類型提供科學(xué)依據(jù)。

Pb作為水污染中較為重要的污染指標(biāo)之一，目前國(guó)內(nèi)外的相關(guān)專家已經(jīng)對(duì)海洋貝類富集Pb的問(wèn)題開(kāi)展了較多的研究，如蔡立哲 等［8］作了菲律賓蛤Ru－ditapesphilippinarum在高含量鋅鉛水體中對(duì)金屬積累的研究，王曉麗 等［1］、張少娜 等［3］、李學(xué)鵬 等［5］和陳海剛 等［6］則開(kāi)展了多種海洋貝類對(duì)Pb等重金屬的富集動(dòng)力學(xué)研究，文獻(xiàn)［11—12］的研究者對(duì)一些雙殼類、螺類等貝類富集海水及沉積物中重金屬機(jī)制和能力作了研究。但是這些研究都是通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)研究貝類對(duì)重金屬的富集能力的［1－8，10－12］，本文通過(guò)泥蚶Tegillarcagranosa、菲律賓蛤Ruditapesphilippinarum、縊蟶Sinonovaculaconstricatcanarck和單齒螺Monodontalabio在添加Pb2＋的海水生活后，體內(nèi)Pb殘留量變化來(lái)探討貝類對(duì)Pb的富集機(jī)制和富集規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 富集試驗(yàn)

1.1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用的海水取自浙江省海水增養(yǎng)殖基地——浙江省舟山市普陀區(qū)西閃島附近海域，其鹽度約為28.5～29.0、pH 值約為8.1～8.3，Pb質(zhì)量濃度為0.001mg／L。試驗(yàn)中Pb含量調(diào)節(jié)使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心生產(chǎn)的有效期內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)溶液。試驗(yàn)生物泥蚶、菲律賓蛤、縊蟶和單齒螺全部取自浙江省舟山市普陀區(qū)東河菜場(chǎng)，其中：泥蚶殼長(zhǎng)平均為2.9cm（S2＝0.16），體質(zhì)量平均為5.9g，（S2＝0.75）；菲律賓蛤殼長(zhǎng)平均為3.4cm（S2＝0.04），體質(zhì)量平均為7.0g（S2＝0.31）；單齒螺殼長(zhǎng)平均為2.4cm（S2＝0.10），體質(zhì)量平均為4.7g（S2＝0.26）；縊蟶殼長(zhǎng)平均為9.9cm（S2＝1.90），體質(zhì)量平均為15.0g（S2＝7.3）。

1.1.2 試驗(yàn)方法

泥蚶、菲律賓蛤、單齒螺和縊蟶的富集試驗(yàn)分開(kāi)進(jìn)行。每種貝類實(shí)驗(yàn)均設(shè)6組，在尺寸為80cm×50cm×50cm的有機(jī)玻璃缸內(nèi)加入100L海水，每個(gè)玻璃缸中放入80只（粒）貝類暫養(yǎng)，在暫養(yǎng)過(guò)程中每24h換水1次，24h保持充氧。暫養(yǎng)7d后，取出死亡和行動(dòng)異常的貝類，加入一定量的Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液，使各實(shí)驗(yàn)組增加的Pb質(zhì)量濃度分別為0.0，0.002 5，0.005，0.010，0.025和0.050mg／L，采用半靜水法進(jìn)行富集試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中每12h換水1次，每2d換水時(shí)投喂1次小球藻，24h保持充氧，控制室溫為22～26℃，實(shí)測(cè)試驗(yàn)期間水溫為24.1～25.7℃。每天換水時(shí)及時(shí)將行為異常或者死亡的貝類撈出。

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)置的時(shí)間，每次隨機(jī)取5只（粒）生長(zhǎng)正常的貝類，檢測(cè)貝類肌肉組織中的Pb殘留量。

1.2 貝類體內(nèi)Pb殘留量檢測(cè)

1.2.1 測(cè)試儀器

測(cè)試儀器為美國(guó)Varian AA 240DUO原子吸收光譜儀（石墨爐系統(tǒng)）和德國(guó)Milestone Ethos T微波消解儀。

1.2.2 測(cè)試方法

將貝類去殼后，取肌肉組織搗碎，稱取0.25g左右的濕樣于消解罐中，加入6mL的HNO3和2mL的H2O2，加蓋放置過(guò)夜，再放入微波消解外罐中，旋緊密封蓋，放入微波消解儀中消解，消解結(jié)束后冷卻至室溫，開(kāi)蓋，將消解罐置于趕酸裝置上，170℃時(shí)將酸趕至近干，取下冷卻，加水稀釋消化液，轉(zhuǎn)移至25mL的容量瓶中，定容，上機(jī)檢測(cè)。

微波消解條件：設(shè)定功率900W，10min升溫到140℃；8min 140℃升溫至220℃；220℃恒溫20min；15min降溫至40℃左右。

原子吸收光譜儀條件：鉛燈波長(zhǎng)283.3nm，燈電流9.0mA，狹縫0.5nm，Zeeman效應(yīng)扣背景，峰高計(jì)算模式，自動(dòng)配制進(jìn)樣。氬氣出口壓力為0.2～0.4MPa，冷卻水壓力為40kg／cm2。

基改劑：1%磷酸。

石墨爐條件見(jiàn)表1。

表1 石墨爐升溫程序Tab.1 The heating program of graphite oven

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析方法

貝類肌肉組織中Pb含量以濕重計(jì)。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有數(shù)據(jù)均3次重復(fù)測(cè)定，采用平均值表示。貝類體內(nèi)Pb殘留量與水體中Pb質(zhì)量濃度進(jìn)行線性回歸分析，計(jì)算其k、R2值。把貝類肌肉組織中的Pb含量與養(yǎng)殖水體中的Pb質(zhì)量濃度作比較，以表示貝類對(duì)Pb的富集倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 貝類體內(nèi)Pb殘留量與時(shí)間的關(guān)系

泥蚶體內(nèi)Pb殘留量在不同Pb質(zhì)量濃度的水體中隨時(shí)間的變化曲線如圖1所示。

圖1 泥蚶體內(nèi)Pb殘留量隨時(shí)間的變化曲線Fig.1 Change curve of Pb residue in Tegillarca granosa body along with time

菲律賓蛤體內(nèi)Pb殘留量在不同Pb質(zhì)量濃度的水體中隨時(shí)間的變化曲線如圖2所示。菲律賓蛤在水體Pb質(zhì)量濃度為0.051mg／L的試驗(yàn)組中于20d后出現(xiàn)少量死亡。

單齒螺體內(nèi)Pb殘留量在不同Pb質(zhì)量濃度的水體中隨時(shí)間的變化曲線如圖3所示。

縊蟶體內(nèi)Pb殘留量在不同Pb質(zhì)量濃度的水體中隨時(shí)間的變化曲線如圖4所示?？O蟶在水體Pb質(zhì)量濃度為0.003 5～0.051mg／L的各試驗(yàn)組中于10d后陸續(xù)出現(xiàn)少量死亡，其中在水體Pb質(zhì)量濃度為0.051 mg／L的試驗(yàn)組中死亡最多，30d時(shí)累計(jì)死亡23只。

圖4 縊蟶體內(nèi)Pb殘留量隨時(shí)間的變化曲線Fig.4 Change curve of Pb residue in Sinonovacula constricat canarck body along with time

從不同貝類在不同Pb質(zhì)量濃度水體中體內(nèi)Pb殘留量隨時(shí)間的變化曲線可以看出，在水體Pb質(zhì)量濃度低于0.051mg／L的所有試驗(yàn)組中，1d時(shí)4種貝類體內(nèi)Pb殘留量升高，在3d左右時(shí)又明顯降低，在5～10d后又繼續(xù)升高，在20～25d后的增加量低于5～10d的增加量。在水體Pb質(zhì)量濃度為0.006 mg／L的試驗(yàn)組中，泥蚶1d時(shí)體內(nèi)Pb殘留量為0.28mg／kg（富集倍數(shù)46.7），3d時(shí)為0.24mg／kg（富集倍數(shù)40）；菲律賓蛤1d時(shí)體內(nèi)Pb殘留量為0.14mg／kg（富集倍數(shù)23.3），3d時(shí)為0.08mg／kg（富集倍數(shù)13.3）；單齒螺1d時(shí)體內(nèi)Pb殘留量為0.38mg／kg（富集倍數(shù)63.3），3d時(shí)為0.16mg／kg（富集倍數(shù)26.7）；縊蟶1d時(shí)體內(nèi)Pb殘留量為0.14 mg／kg（富集倍數(shù)23.3），3d時(shí)為0.10mg／kg（富集倍數(shù)16.7）。在天然Pb質(zhì)量濃度（0.001mg／L）的水體中，除了菲律賓蛤?qū)b仍然有較明顯的富集（30d時(shí)菲律賓蛤體內(nèi)Pb殘留量達(dá)到1.5mg／kg）外，其它3種貝類對(duì)Pb沒(méi)有明顯的富集。水體中Pb質(zhì)量濃度達(dá)到0.003 5mg／L時(shí)，泥蚶對(duì)Pb富集明顯。水體中Pb質(zhì)量濃度達(dá)到0.006 0mg／L時(shí)，菲律賓蛤?qū)b富集明顯。水體中Pb質(zhì)量濃度達(dá)到0.011 0mg／L時(shí)，縊蟶和單齒螺對(duì)Pb富集明顯。在水體Pb質(zhì)量濃度為0.051mg／L的試驗(yàn)組中，除了泥蚶外，其它貝類沒(méi)有見(jiàn)到3d時(shí)體內(nèi)Pb殘留量比1d時(shí)低的現(xiàn)象，不過(guò)從1～3d時(shí)體內(nèi)Pb殘留量增加量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0～1d時(shí)，也小于3～5d的增加量（單齒螺在1～3d時(shí)和3～5d時(shí)體內(nèi)Pb殘留量增加量接近）。貝類在重金屬含量較高的水體中體內(nèi)Pb殘留量不斷增加的現(xiàn)象，與其它研究結(jié)果相似，不過(guò)在3d左右時(shí)體內(nèi)Pb含量 明顯下降的現(xiàn)象未見(jiàn)報(bào)道［1－8，10－12］。筆者在貝類對(duì)海水中Cu的富集能力的研究中發(fā)現(xiàn)，貝類體內(nèi)Cu含量總體上隨富集時(shí)間的增加而增加，但在3～5d時(shí)，貝類體內(nèi)Cu含量也出現(xiàn)明顯降低的現(xiàn)象［13］。

2.2 貝類體內(nèi)Pb殘留量與水體中Pb質(zhì)量濃度的關(guān)系

在實(shí)驗(yàn)初始階段，貝類體內(nèi)Pb殘留量與水體中Pb質(zhì)量濃度關(guān)系不大，但隨著時(shí)間推移，貝類體內(nèi)Pb殘留量與水體中Pb質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出了一定的正相關(guān)關(guān)系。圖5～8為10，20和30d時(shí)4種貝類體內(nèi)Pb質(zhì)量濃度的關(guān)系圖。貝類體內(nèi)對(duì)Pb的富集規(guī)律整體上與其他研究人員所探討的雙箱模型一致［1－6］。

從圖5～8中可以看出，貝類體內(nèi)Pb殘留量基本上是隨著水體中Pb質(zhì)量濃度的增高而增高的，但是，除了泥蚶和縊蟶在20d和30d時(shí)體內(nèi)Pb的殘留情況外，在水體低Pb質(zhì)量濃度（≤0.026 0mg／L）時(shí)，貝類體內(nèi)Pb殘留量增加的比率明顯小于高Pb含量時(shí)增加的比率。分析其原因，可能是因?yàn)楫?dāng)水體中Pb質(zhì)量濃度較低時(shí)，比原生存環(huán)境稍高含量的Pb使貝類在生理上產(chǎn)生抑制作用，使貝類未能較好地按照雙箱模型對(duì)Pb進(jìn)行吸附和釋放，而當(dāng)水體中Pb質(zhì)量Pb殘留量與水體中濃度進(jìn)一步增加時(shí)，貝類在生理上對(duì)Pb產(chǎn)生的抑制作用影響可以忽略不計(jì)，能較好地按照雙箱模型對(duì)Pb進(jìn)行吸附和釋放。泥蚶和縊蟶在20，30d時(shí)體內(nèi)Pb殘留量與水體中Pb質(zhì)量濃度的關(guān)系在整個(gè)試驗(yàn)Pb含量范圍內(nèi)比較一致，表明隨著時(shí)間的推移，泥蚶和縊蟶在生理上對(duì)Pb產(chǎn)生的抑制作用相對(duì)于雙箱模型對(duì)Pb進(jìn)行吸附和釋放作用可以忽略不計(jì)。

2.3 貝類體內(nèi)Pb殘留量、水體中Pb質(zhì)量濃度及其與富集時(shí)間的關(guān)系

貝類長(zhǎng)期生活在某一Pb質(zhì)量濃度變化不大的環(huán)境中，對(duì)Pb的吸附和解析處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。將貝類放入Pb質(zhì)量濃度較高的水體中后，由于理化作用，對(duì)Pb的吸附速率明顯大于對(duì)Pb的解析速率，導(dǎo)致貝類體內(nèi)Pb殘留量升高。但是，隨著貝類體內(nèi)Pb含量的升高，貝類在生理上對(duì)Pb產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致對(duì)Pb的吸附速率減慢或者對(duì)Pb的解析速度加快，使貝類體內(nèi)Pb殘留量降低。不過(guò)，隨著時(shí)間的推移，貝類又逐漸適應(yīng)新的環(huán)境和自身體內(nèi)較高含量的Pb的存在，對(duì)Pb的吸附速率和解析速率均恢復(fù)正常，并且對(duì)Pb的吸附速率大于對(duì)Pb的解析速率，使貝類體內(nèi)Pb含量升高，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，貝類體內(nèi)Pb含量與環(huán)境中Pb質(zhì)量濃度又建立一個(gè)新的動(dòng)態(tài)平衡，貝類體內(nèi)Pb殘留量保持某一恒定數(shù)值，如圖1～4所示。

貝類對(duì)Pb的這種富集變化可能與軟體動(dòng)物的解毒機(jī)制有關(guān)。金屬硫蛋白可調(diào)節(jié)金屬在貝內(nèi)體內(nèi)的代謝與平衡［9］。進(jìn)入貝類體內(nèi)細(xì)胞的Pb離子較高時(shí)，金屬硫蛋白生理學(xué)積累會(huì)達(dá)到飽和，與硫蛋白結(jié)合的Pb最后會(huì)通過(guò)胞吐作用被排出體外，這時(shí)會(huì)導(dǎo)致貝類體內(nèi)的Pb積累降低。不過(guò)隨著時(shí)間的推移，Pb離子的超量能激發(fā)新的金屬硫蛋白的表達(dá)，大部分金屬就會(huì)以無(wú)毒形式結(jié)合于新合成的金屬硫蛋白中，貝類體內(nèi)Pb離子將會(huì)達(dá)到更高的富集，并趨于平衡。

表2 貝類體內(nèi)Pb殘留量與水體中Pb質(zhì)量濃度的相關(guān)性分析Tab.2 The relativity of Pb residue in seashell with Pb concentration in water

2.4 不同貝類對(duì)Pb富集能力的比較

貝類體內(nèi)Pb殘留量與水體中Pb質(zhì)量濃度的相關(guān)性分析的k值在一定程度上反映了貝類對(duì)Pb的富集能力。從表2中可以看出，不同貝類斜率k值相差較大，在10d時(shí)，菲律賓蛤的k值最大，單齒螺的最小。隨著時(shí)間的增加，同一貝類的k值不斷增加，但是增加的幅度逐漸變小。單齒螺的k值始終是4種貝類中最小的。雙殼類對(duì)Pb的富集效應(yīng)明顯大于單殼類。從貝類對(duì)海水中Cu的富集能力的研究中發(fā)現(xiàn)，單殼類對(duì)Cu的富集效應(yīng)明顯大于雙殼類［13］。不同貝類對(duì)重金屬的富集能力是不同的，這與貝類的生活習(xí)性相關(guān)。本文選用的雙殼貝類為濾食性，以水體中懸浮物為食（主要包括懸浮顆粒、有機(jī)碎屑和浮游植物）；單殼類為舔食性，主要以表層沉積物為食，表層沉積物主要是由水體中沉降的懸浮顆粒和有機(jī)碎屑組成。懸浮物質(zhì)中的Pb含量高于表層沉積物中的Pb含量［14］，這可能是由于水體中懸浮物對(duì)Pb的富集作用較大，導(dǎo)致雙殼類對(duì)Pb的富集能力大于單殼類。

3 結(jié)論

泥蚶、菲律賓蛤、單齒螺和縊蟶在添加了Pb的海水中均表現(xiàn)出了對(duì)Pb有一定的富集效應(yīng)，雙殼類對(duì)Pb的富集效應(yīng)明顯大于單殼類。泥蚶和縊蟶在Pb質(zhì)量濃度達(dá)到0.003 5mg／L的水體中對(duì)Pb的富集作用明顯，菲律賓蛤在Pb質(zhì)量濃度達(dá)到0.006mg／L的水體中對(duì)Pb的富集作用明顯，單齒螺在Pb質(zhì)量濃度達(dá)到0.011mg／L的水體中對(duì)Pb的富集作用明顯?？傮w上，水體中Pb質(zhì)量濃度越高，貝類體內(nèi)富集的Pb含量也越高，兩者之間具有一定的正相關(guān)。貝類在添加了Pb的水體中時(shí)間越長(zhǎng)，體內(nèi)富集的重金屬含量越高。但在水體Pb質(zhì)量濃度低于0.051mg／L的所有試驗(yàn)組中，在3d時(shí)間左右，貝類體內(nèi)重金屬含量出現(xiàn)低值，這可能是金屬硫蛋白參與調(diào)解，貝類體內(nèi)Pb離子代謝與平衡導(dǎo)致此低值的出現(xiàn)。

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