郭曉宇，李茹楓，馮成洪,,*

1. 北京師范大學環(huán)境學院 水環(huán)境模擬國家重點實驗室，北京 100875 2. 北京師范大學環(huán)境學院 水沙科學教育部重點實驗室，北京 100875

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河蜆在我國沉積物毒性評價與鑒定中的應用研究

郭曉宇1，李茹楓2，馮成洪1,2,*

1. 北京師范大學環(huán)境學院 水環(huán)境模擬國家重點實驗室，北京 100875 2. 北京師范大學環(huán)境學院 水沙科學教育部重點實驗室，北京 100875

河蜆作為原產并廣泛分布于我國及東南亞的雙殼類淡水軟體動物，是我國眾多水域的底棲優(yōu)勢種。河蜆對水體污染物具有較強累積能力，已成功用于水體沉積物生物富集及生物毒性效應研究。但應用于沉積物毒性鑒別評估(TIE)研究整體上仍處于起步階段，尚未形成一套標準指標測定方法和技術體系。為此，本研究在調查底棲生物在我國沉積物毒性研究的基礎上，以河蜆為主要研究對象，探討其在我國生態(tài)分布等生物學背景，系統(tǒng)分析其對重金屬和有機污染物的生物富集特征以及相關生物毒性效應方面的研究進展，以期為河蜆作為我國特色的沉積物毒性鑒別評估(TIE)受試生物提供參考依據(jù)。

河蜆；底棲生物；生物累積；毒性效應；沉積物

Received 30 November 2015 accepted 13 January 2016

雙殼貝類作為一類世界性分布的沿岸底棲水生動物，具有分布廣、活動性低、對污染物有較強的生物累積能力、可以直接反映水體污染而備受關注[1]。同時，雙殼貝類在污染物的生物富集和傳遞過程中起著重要作用，可通過食用影響人體健康[2]，已成為環(huán)境毒理學研究關注的對象。

河蜆作為我國典型、特色雙殼貝類，在我國各大水域廣泛分布，是江河水庫等眾多淡水生態(tài)系統(tǒng)的底棲優(yōu)勢種之一。研究表明，河蜆對水體重金屬、有機污染物均有明顯吸收和富集作用。然而，以往研究多側重于河蜆的營養(yǎng)價值、人工養(yǎng)殖以及野外生態(tài)現(xiàn)狀調查，將河蜆作為受試生物應用于水體沉積物毒評價與鑒別研究相對較少，整體上還處于起步階段，具有發(fā)展成為有中國特色受試生物的巨大潛力。此外，生物毒性測試方法較化學分析方法強調了污染物的生物可利用性，在一定程度上明確了樣品是否具有生物毒性以及樣品生物毒性與生物效應之間的關系，能夠較好地表征沉積物綜合毒性。以河蜆為代表的受試生物應用于我國水體沉積物毒性評價和鑒定研究，勢必會引起越來越多的關注。

為此，本研究在調查底棲生物在我國沉積物毒性研究中的應用基礎上，以河蜆為重點研究對象，系統(tǒng)探討其在我國的生物學背景與生態(tài)分布，分析其在我國水環(huán)境尤其是水體沉積物中的生物累積效應和生物毒性效應研究進展，以期為河蜆發(fā)展成為標準受試生物并應用于水體沉積物的毒性評價、致毒因子鑒定提供參考依據(jù)。

1 底棲生物在我國沉積物毒性研究中的應用(Benthon in sediment toxicity studies in China)

近年來，沉積物毒性測定受到各國學者的廣泛關注。大量學者針對天然水體，如典型城市平原河網溫瑞塘河[4]、長江口南支[5]、化工沉積物[6]、樂安江[7]、大連大窯灣[8]、錦州灣[9-10]、天津永定新河、北塘排污河和大沽排污河[11]、廣州6條污染較重城市河涌[12]、沈陽西部污水灌渠[13]等進行全沉積物或間隙水毒性分析。研究中既有使用單一生物的毒性測試，也有使用不同營養(yǎng)級生物、不同水體生物或不同效應終點的多指標生物毒性測試方法綜合評估沉積物毒性。此外，也有部分研究進行實驗室加標毒性評價，采用清潔沉積物加標重金屬或有機污染物進行不同受試生物的敏感性表征。

本研究系統(tǒng)調查了國內已經開展的天然水體沉積物毒性研究，并歸納總結出目前沉積物毒性研究中常見的受試生物種類及測試終點，見表1。其中，全沉積物和間隙水方法都可以被用來進行沉積物毒性研究，間隙水試驗的理論依據(jù)來源于一個假設，即間隙水和沉積物中污染物生物有效性是成比例的。然而研究發(fā)現(xiàn)全沉積物和間隙水毒性效應并不總是相似。因此，在水體沉積物毒性研究中，進一步探討全沉積物及間隙水生物毒性效應是有必要的。

在沉積物毒性研究中，受試生物的選擇是進行毒性實驗的關鍵。由表1可知，在沉積物毒性評估中所用生物主要是底棲動物，包括河蜆[17,21]、河蜾蠃蜚[14]、銅銹環(huán)棱螺[15-16]、淡水單孔蚓和伸展搖蚊幼蟲[19]、泥鰍[20]等。但由于底棲動物長期暴露于污染環(huán)境中生物敏感性較低，也有研究采用水生藻類、大型溞、魚類、或者陸生生物的酶學指標來開展污染沉積物毒性評估。目前為止，雖然大量文獻報道了使用不同生物毒性測試方法評估沉積物毒性的研究，但是這些研究大多僅止于毒性表征，受天然沉積物組分復雜性及污染物與生物響應關系不確定性的限制，僅有少數(shù)研究關注沉積物的致毒因子以及進一步展開沉積物毒性甄別評估研究等，并不能準確說明沉積物的致毒原因[80-85]。

2 河蜆應用于毒理學研究的生物學背景(Biological background of Corbicula fluminea in toxicology research)

2.1 河蜆的生物學背景

河蜆，拉丁名Corbicula fluminea(Müller，1774)，俗稱蜆子、黃蜆、黑蜆或沙蜆等，為雙殼類淡水軟體動物，原產于我國及東南亞，也稱亞洲蜆(Asian clam)。目前，在歐洲、美國等也有分布，但被視為入侵物種[31]。

河蜆最適宜生長和繁殖在水流暢通，食料豐富，流速緩慢的水域。成體殼長約1.5～2.8 cm，很少超過3 cm[32]。以浮游生物為食料，以硅藻為主，次為綠藻類[3]。河蜆耐低氧能力較差，溶解氧飽和度低于70%就會導致個體死亡[33]。生長最適水深為1.3～2.2 m[34]，適宜水質pH為7.0～7.2，透明度是0.7～1.7 m。河蜆屬廣溫性貝類，水溫適應范圍在9～32 ℃之間，最適宜水溫是24～29 ℃。穴居于底泥表層，穴居深度與季節(jié)、個體大小有關。夏季潛鉆淺，冬季潛鉆深，稚蜆潛鉆淺，大蜆潛鉆深。不同的底質會影響河蜆殼表面色澤變化。

表1 我國沉積物毒性研究中常見受試生物及測試指標

2.2 河蜆的生態(tài)分布

河蜆對環(huán)境水體適應能力很強，在我國各大湖泊及長江、淮河、黃河都有廣泛分布。2013年張銘華等[35]調查鄱陽湖流域淡水貝類，發(fā)現(xiàn)雙殼類中河蜆為各水系優(yōu)勢種，且多數(shù)水域占據(jù)絕對優(yōu)勢。2006～2007年蔡煒等[36]對太湖河蜆的年均密度、生物量及繁殖期進行了調查，發(fā)現(xiàn)溶解氧、水深、沉積物性質及食物來源是河蜆空間分布差異性的主要影響因素。除此之外，曹文明等[37]提出人為過量開采及污染等原因導致太湖河蜆資源處于衰減狀態(tài)且小蜆居多。嚴維輝等[39]2007年對洪澤湖底棲生物進行調查，發(fā)現(xiàn)河蜆在各采樣點檢出率100%，并為優(yōu)勢種群。鄧道貴等[40]2001～2002年2次對巢湖河蜆進行調查，發(fā)現(xiàn)河蜆生物量和種群密度與巢湖富營養(yǎng)化程度呈顯著負相關，且與1981年比，巢湖河蜆資源量有較大幅度下降。此外，潘洪超等[41]、李德亮等[42]分別調查軍山湖和大通湖兩大養(yǎng)殖型湖泊河蜆現(xiàn)存量及分布特征，提出河蜆養(yǎng)殖影響底棲生物群落結構。在大通湖，河蜆平均密度和生物量有顯著增加趨勢，且分布范圍變廣，可能是由于養(yǎng)殖和開采過程中物化產品投入及軟體動物捕撈加速河蜆分布區(qū)域擴展所致。人為干擾也極易導致河蜆消失。在四川邛海，彭徐[45]1984～1992年間調查發(fā)現(xiàn)邛海存在黃蜆、河蜆、刻紋蜆分布，然而隨著人類活動導致的邛海富營養(yǎng)化加劇，這3種蜆自1993年后迅速減少；至1996年已基本在邛海消失。

不同水體河蜆形態(tài)和分布存在差異[40,49]。周會等[49]2011年調研了黃河、淮河、長江和西江等主要流域河蜆殼體三度空間大小，發(fā)現(xiàn)長江和西江水流較強地區(qū)河蜆相對高度、圓度和凸度均小于黃淮、漢水流域和西江水流緩慢地區(qū)，而水體化學組成、溫度變化與河蜆形態(tài)變化之間不存在相關性。盡管河蜆形態(tài)、個體大小及顏色隨環(huán)境不同而有所變異[45]，但其形態(tài)結構一般是一致的[48]。

2.3 河蜆備選受試生物的優(yōu)勢分析

很多國家把貽貝和牡蠣等貝類作為指示生物，廣泛用于海洋污染的生物監(jiān)測中[50]，而淡水貝類在生態(tài)毒理學研究中應用較少。通過河蜆生物學背景調研可知，河蜆作為我國淡水底棲生物優(yōu)勢種，在生態(tài)毒理學中的應用具有以下優(yōu)勢[3,51-54]：

(1)對多種污染物有較強的富集性和較低的代謝能力，能客觀反映水環(huán)境污染狀況；

(2)具有廣泛的地理分布和足夠的數(shù)量，并可全年在某一地域范圍內獲得；

(3)是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，具有重大的生態(tài)學價值；

(4)能夠在沉積物-水界面微環(huán)境下生存；

(5)受沉積物理化性質(如沉積物顆粒大小、總有機碳含量等)的影響較??；

(6)在實驗室內易于養(yǎng)殖；

(7)具有豐富的生物學背景資料，生活史和生理代謝等情況清楚；

(8)具有重要的經濟價值和旅游價值，并與人類食物鏈聯(lián)系；

(9)營穴居生活，遷移能力差，具有地方代表性；

(10)生命力強，對水環(huán)境的溫度、鹽度以及污染物的高濃度都有較強的適應能力。

目前，國內將河蜆作為受試生物進行的研究主要集中在2個方面：一是利用河蜆的生物富集性對污染水體進行生物監(jiān)測。二是通過不同生物標志物及實驗終點表征污染物的生物毒性。相對而言，后者研究較少。

3 河蜆的生物累積效應及生物毒性(Bioaccumulation and biological toxicity effect of Corbicula fluminea)

河蜆生活在水底，活動區(qū)域有限，更能直接反映水體污染特征[34,50,53,55-59]。我國對河蜆的生物富集研究主要集中在重金屬及持久性有機污染物。

3.1 河蜆對重金屬的富集特征研究

隨含重金屬農藥、飼料的施用，含重金屬煤炭、石油的燃燒，以及含重金屬工業(yè)廢水的大量排放，更多水體遭受重金屬污染[50]。河蜆作為我國水體底棲生物的優(yōu)勢種，已有不少研究嘗試利用其生物富集性對污染水體進行監(jiān)測。1979年，黃玉瑤等[59]利用河蜆研究薊運河汞污染，發(fā)現(xiàn)河蜆個體數(shù)量分布可大體反映薊運河污染變化趨勢，且河蜆體內汞含量與底泥中汞含量間存在相關關系。宋毅剛和黃玉瑤[60]1991年發(fā)現(xiàn)閩江福州段河蜆體內均檢出Cu、Pb等7種重金屬。即使在重金屬污染較輕河段，河蜆體內也積累較高的重金屬含量。也有研究探討其他水體中河蜆的重金屬富集特征。任靜華等[51]2011年將河蜆暴露于鎘(Cd)污染太湖沉積物中，研究河蜆軟體組織中Cd富集量與沉積物中鎘的有效形態(tài)(可交換態(tài)+碳酸鹽結合態(tài)+Fe/Mn氧化物結合態(tài))間存在顯著相關。孫平躍等[52]2003年分析了長江口河蜆對Zn、Cu、Pb、Cd和Cr的積累特征及該地區(qū)河蜆的生物質量現(xiàn)狀。結果表明，河蜆體內Zn和Cu含量顯著高于Cd、Cr和Pb含量，且Zn和Cu含量之間呈顯著正相關關系。畢春娟等[61]2006年也對長江口潮灘大型底棲動物體內重金屬含量進行測定分析，發(fā)現(xiàn)河蜆是長江口濱岸潮灘分布最廣的底棲動物，其軟體組織對Cu、Mn和Zn有明顯富集作用。

也有研究通過加標實驗探討河蜆對重金屬的富集效應及影響因素。曾麗璇等[58,62-63]研究了河蜆對Cd、Cu的單獨及復合富集情況及腐殖酸對Cd富集的影響，提出河蜆體內Cd、Cu含量與環(huán)境含量呈顯著正相關，且在腐殖酸影響下，河蜆對低濃度Cd蓄積減少。李麗娜等[64]還研究了其他非生物因子如溫度、鹽度、沉積物粒徑、有機質含量等對河蜆富集重金屬能力的影響，發(fā)現(xiàn)溫度提高有助于河蜆富集Cu、Zn、Cr、Ni；鹽度對河蜆的重金屬累積量影響比較復雜，僅在秋季表現(xiàn)出一定相關性；河蜆體內Cu含量與沉積物粒徑存在顯著正相關，Zn與沉積物中有機質含量存在一定正相關，Pb與沉積物中有機質含量存在著負相關；河蜆體內重金屬元素兩兩間相關性明顯。

整體上，無論是野外采樣還是實驗室加標分析，河蜆對重金屬的累積特征與環(huán)境中重金屬量分布都具有很好的相關性。河蜆可作為沉積物中重金屬污染環(huán)境監(jiān)測的有效指示生物。劉敏等[65]研究發(fā)現(xiàn)河蜆對重金屬的吸收、脫毒機制主要依于體內存在的一種物質——金屬硫蛋白(MT)。單一金屬及多種金屬在河蜆不同組織、器官中的富集情況以及因捕食作用引起的重金屬在食物鏈中的放大效應等還有待進一步研究。

3.2 河蜆對有機污染物的富集特征

河蜆也已用作指示生物監(jiān)測河流有機污染。1979年，任淑智[66]探索將河蜆作為監(jiān)測薊運河有機氯農藥污染的指示生物，發(fā)現(xiàn)河蜆體內666含量和水中666含量存在相關關系。近些年，李天云等[53,55-57]論述了河蜆在太湖梅梁灣沉積物中對多環(huán)芳烴、HCHs和DDTs生物富集特征，提出河蜆的生物-沉積物富集因子與HCHs和DDTs的辛醇-水比值存在顯著正相關，而與多環(huán)芳烴的辛醇水-比值則無相關性。河蜆對3種污染物的生物-沉積物生物富集因子分別為0.09～0.4、1.5±0.1和4.4±0.7，其中低分子量多環(huán)芳烴要比高分子量多環(huán)芳烴的生物富集因子要高。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)PAH在河蜆鰓、肌肉、內臟團中的含量差別較大，且富集含量大小趨勢依次為鰓、內臟、肌肉；而有機氯農藥在河蜆不同組織中含量相差不大，具體原因有待進一步研究。

圖1 我國河蜆生物富集效應應用研究現(xiàn)狀Fig. 1 Bioaccumulation studies of Corbicula fluminea in China

整體上，如圖1所示，現(xiàn)有研究更多是針對河蜆對重金屬的生物富集作用開展，且野外調查研究大于實驗室加標研究。而對有機物的研究中，多集中在持久性有機污染物中，且集中在實驗室研究。

3.3 河蜆的生物毒性效應研究

目前，對河蜆在水生態(tài)毒理學研究主要集中在環(huán)境污染物對河蜆毒性效應評價和作用機制上。河蜆生物毒性效應可分為急性、亞急性和慢性3種，常采用不同測試指標表征。如：急性、亞急性毒性實驗通常采用死亡率、虹吸行為、掘穴行為、耗氧率、排氨率等生物指標，及半致死濃度LC50值。慢性毒性實驗通常采用DNA損傷、酶活性、細胞水平等指標。本研究系統(tǒng)歸納了我國現(xiàn)有針對河蜆作為受試生物的生物毒性研究，見表2。

由表2可知，目前河蜆的生物毒性效應研究中，多采用加標水溶液作為實驗基質，針對全沉積物的毒性效應研究較少。而河蜆作為底棲生物直接接觸沉積物，并可以通過鰓攝取沉積物間隙水中游離態(tài)污染物，也可以通過攝食途徑取食富含污染物的顆粒物而累積污染物，直接反映沉積物的污染狀況。因此，在生物毒性效應研究中實驗基質的選取還需以全沉積物為實驗基質進行探究。

表2 河蜆在我國生物毒性實驗中的應用研究

注：CAT-過氧化氫酶、SOD-超氧化物歧化酶、GSH-Px-谷胱甘肽過氧化物酶、GST-谷胱甘肽硫轉移酶、MT-金屬硫蛋白、MDA-丙二醛、POD-過氧化物酶、GR-谷胱甘肽還原酶、TR-硫氧化還原蛋白。

Note: CAT-Catalase, SOD-Superoxide dismutase, GSH-Px-Glutathione, GST- Glutathione S-transferase, MT-Metallothionein, MDA- Malondialdehyde, POD-Peroxidase, GR-Glutathione reductase, TR-Thioredoxin reductase.

從表2也可以看出，已有研究目標污染物涉及重金屬、有機農藥、內分泌干擾物及一些新型藥物等各類污染物。而在實驗指標的選取上，對于能夠產生急性致死效應的毒物多將半致死濃度值作為測試指標。除此之外，還有一些指標，如耗氧率(oxygen consumption rate, OCR)和排氨率(ammonia excretory rate, AER)，其大小及變化能夠反映其呼吸代謝能力的高低及變化規(guī)律，因而可以作為反映某些污染物毒性大小的敏感指標[77]。過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽硫轉移酶(GST)等抗氧化酶是生物體抵抗污染物毒性作用的屏障，對機體的氧化和抗氧化平衡起著重要的作用[21]，它們的活性可作為生物逆境生理和衰老生理指標[77]。同時，生物體在發(fā)生氧化應激時，會發(fā)生脂質氧化，而一些不飽和脂肪酸氧化代謝會產生丙二醛(MDA)。因此，MDA增加同樣是細胞內活性氧(ROS)過多，機體產生氧化應激的生物標記物[79]。

整體上，已有研究提高了對環(huán)境污染物對河蜆毒性效應和作用機制的認識，為利用河蜆進行水體污染生物監(jiān)測提供科學依據(jù)。但要將河蜆發(fā)展成為中國特色的沉積物毒性指示生物依然需要更廣泛深入的探索。

4 展望(Prospect)

(1)河蜆具有豐富的生物學背景資料且對污染物有較高敏感性及較強的富集性，能夠作為水體沉積物污染監(jiān)測和毒性評價的有效指示生物，但是作為我國本土底棲生物，若成為模式生物，仍需從繁殖、馴養(yǎng)、測試指標篩選等方面進一步深入研究。

(2)我國針對河蜆的毒性效應研究多在水相進行，而針對全沉積物相的研究較少，后續(xù)研究中基質選取還需以全沉積物為主體進行探究。

(3)對于沉積物毒性鑒定評估(TIE)方法研究，我國仍處于起步階段，所選受試生物多為國外所用模式生物，亟需提出一套以河蜆為特色受試生物、適用于我國國情的沉積物毒性鑒別評估方法體系。

(4)應繼續(xù)拓展藥品、新型污染物及納米材料[86]對河蜆的生物毒性效應，并從分子生物學角度探究污染物對河蜆的慢性毒性及生物放大作用。

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Corbiculaflumineain Sediment Toxicity Evaluation and Identification Studies in China

Guo Xiaoyu1, Li Rufeng2, Feng Chenghong1,2,*

1. State Key Laboratory of Water Environment Simulation, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China 2. Key Laboratory for Water and Sediment Science of Ministry of Education, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing 100875, China

The freshwater bivalve Corbicula fluminea is native to Southeast Asia and China. As a benthonic dominant species, C. flumineais has strong capacity to accumulate pollutants and has been successfully used in the study on the bioaccumulation and biological toxic effects of multi-pollutants in sediments. However, the determination method and technology system for C. fluminea used in identification and evaluation (TIE) of sediment tocxicity are still in a primary stage. Therefore, based on the investigation of the benthic organisms in sediment toxicity in previous studies, this paper firstly investigated the ecological distribution and other background information of Corbicula fluminea and then analyzed the development in bioaccumulation characteristics and biological toxic effects. The purpose of this study is to develop Corbicula fluminea as a characteristic benthonic species in sediment toxicology identification and evaluation in China.

Corbicula fluminea; benthic organisms; bioaccumulation; biological toxic effects; sediment

10.7524/AJE.1673-5897.20151130007

環(huán)境保護部公益性行業(yè)科研專項(No.201409040)；北京市高等學校青年英才計劃項目(No.YETP0235)；國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07203-006)

郭曉宇(1988-)，女，博士研究生，研究方向為污染物遷移轉化及環(huán)境效應，E-mail: 201431180041@mail.bnu.edu.cn

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: fengchenghong@bnu.edu.cn

2015-11-30 錄用日期：2016-01-13

1673-5897(2016)2-089-12

X171.5

A

簡介：馮成洪(1978-)，男，博士，副教授，研究方向為污染物遷移轉化及環(huán)境效應。

郭曉宇, 李茹楓, 馮成洪. 河蜆在我國沉積物毒性評價與鑒定中的應用研究[J]. 生態(tài)毒理學報，2016, 11(2): 89-100

Guo X Y, Li R F, Feng C H. Corbicula fluminea in sediment toxicity evaluation and identification studies in China [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2016, 11(2): 89-100 (in Chinese)