陳星星，周朝生，陸榮茂，張鵬*

(1.浙江省海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所，浙江 溫州 325005；2.浙江省近岸水域生物資源開(kāi)發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 溫州 325005)

近些年，工業(yè)“三廢”的排放及酸雨的影響，造成海水養(yǎng)殖環(huán)境中的重金屬污染，尤其是對(duì)近海海水養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重危害，導(dǎo)致水產(chǎn)品重金屬污染問(wèn)題日益突出，養(yǎng)殖產(chǎn)品重金屬超標(biāo)屢有發(fā)生。人類食用重金屬污染的水產(chǎn)品，會(huì)造成重金屬在人體器官內(nèi)富集，從而危害人體健康；受重金屬污染的環(huán)境會(huì)對(duì)養(yǎng)殖的生物造成影響，引發(fā)生物變異或死亡，阻礙水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注舌尖上的安全[1-5]。

泥蚶(TegillarcagransaLinnaeus)屬?gòu)V溫、廣鹽性貝類，口味鮮美，營(yíng)養(yǎng)豐富，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，已成為東部沿海地區(qū)的重要海水養(yǎng)殖品種，是沿海地區(qū)的主要產(chǎn)業(yè)之一[6-7]。隨著工業(yè)化的發(fā)展，重金屬污染海水養(yǎng)殖環(huán)境，水生生物通過(guò)食物鏈富集環(huán)境中的重金屬。根據(jù)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》(GB 2762—2012)，海水雙殼類的重金屬鎘安全標(biāo)準(zhǔn)是≤1.0 mg·kg-1[8]。

當(dāng)前消除貝類體內(nèi)蓄積重金屬的方法并不多，通過(guò)將貝類投入到未受污染的海水暫養(yǎng)，可以降低其重金屬含量，但效率較低；通過(guò)向養(yǎng)殖的貝類環(huán)境投放化學(xué)添加劑，可以降低其重金屬含量，但這樣經(jīng)濟(jì)成本上升，推廣難度增大[9-13]。微藻是大部分貝類的食源，同時(shí)研究[14-16]表明，微藻對(duì)重金屬有顯著的富集能力，微藻在貝類去除重金屬的應(yīng)用中具有重要意義，但其具體機(jī)理的相關(guān)報(bào)道較為少見(jiàn)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

傅里葉變換紅外光譜儀FTIR(Spotlight 200i)，場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡FE-SEM(SIGMA500)，X射線能譜分析儀(51-XMX1121)，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(安捷倫5100ICP-MS)，移液槍(Eppendorf)，電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器DGG-9070A)，電子天平(賽多利斯科學(xué)儀器CPA225D)，微波消解/萃取儀(意大利Milestone ETHOS-1)。

鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液(中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，100 mg·L-1)；氯化鎘(阿拉丁，分析純)；雙氧水(國(guó)藥，優(yōu)級(jí)純)；硝酸(國(guó)藥，優(yōu)級(jí)純)。

1.2 處理設(shè)計(jì)

小球藻鎘暴露與富集：取暫養(yǎng)后的小球藻放入含5 L新鮮海水的塑料箱中，用1.0 g·L-1的鎘母液調(diào)節(jié)海水使其中Cd2+濃度為100 μg·L-1。使得小球藻暴露富集5 d，并且每隔24 h更換新鮮海水并重新染毒一次，每天人工振蕩3次，設(shè)不含鎘的小球藻(對(duì)照)和配置了含鎘的小球藻兩個(gè)處理組，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)平行。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

小球藻的電鏡掃描—能譜：將正常培養(yǎng)5 d(120 h)的小球藻(對(duì)照組)和吸附100 μg·L-1Cd2+的小球藻(實(shí)驗(yàn)組)離心后，于101 ℃下干燥24 h。制成待測(cè)樣品，進(jìn)行電鏡掃描分析。

小球藻鎘含量測(cè)定：稱取干燥后的小球藻樣品，按照微波消解儀設(shè)定的生物樣消解程序進(jìn)行消解，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(安捷倫5100ICP-MS)測(cè)定小球藻的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 小球藻的電鏡掃描

分別對(duì)吸附Cd2+前后的小球藻進(jìn)行能譜分析，發(fā)現(xiàn)C、N、P和O是小球藻的主要組成元素，Na、Mg和Ca是小球藻中主要的金屬元素，而Cd在吸附前后的小球藻中均未檢測(cè)出來(lái)(圖1)。圖2表明，吸附Cd2+后的能譜圖中出現(xiàn)了K峰，Ca2+、Mg2+含量在小球藻表面也有大幅上升，由此可知，在小球藻對(duì)Cd2+的生物吸附過(guò)程中，發(fā)生了陽(yáng)離子交換吸附，Cd2+被吸附到小球藻上，而Ca2+、Mg2+被釋放到溶液中，附著在小球藻的表面，而Cd2+被吸附到了小球藻的細(xì)胞內(nèi)部。

圖1 小球藻活藻吸附重金屬前SEM-EDX分析

圖2 小球藻活藻吸附重金屬后SEM-EDX分析

小球藻的SEM照片顯示，吸附前藻細(xì)胞的細(xì)胞壁平滑，小球藻細(xì)胞在吸附Cd2+之后，不再保持光滑，說(shuō)明金屬離子吸附后，導(dǎo)致小球藻細(xì)胞的死亡，細(xì)胞壁不再保持平滑。

2.2 傅里葉變換紅外光譜分析

圖3 吸附Cd2+前的傅立葉變換紅外光譜

小球藻吸收Cd2+后，傅里葉紅外圖譜發(fā)生明顯變化(圖4)。吸收了Cd2+離子后，3 276 cm-1的峰強(qiáng)度減弱，表明部分羥基或氨基參與吸附，使官能團(tuán)氫鍵部分形成斷裂，引起最大峰值伸縮振動(dòng)位移，說(shuō)明在小球藻吸附Cd2+的過(guò)程中羥基、氨基參與了該吸附的過(guò)程。酰胺Ⅱ帶的1 535 cm-1處，官能團(tuán)N—H彎曲振動(dòng)和C—N伸縮振動(dòng)，1 044 cm-1有減少17 cm-1的變化，說(shuō)明吸附的Cd2+離子干擾了藻細(xì)胞表面官能團(tuán)的微環(huán)境，可能暗示了相關(guān)基團(tuán)，如C—N、N—H等基團(tuán)也參與了小球藻對(duì)重金屬Cd2+的吸附過(guò)程。

圖4 吸附Cd2+后的傅立葉變換紅外光譜

2.3 元素組成分析

運(yùn)用ICP-OES方法對(duì)吸附Cd2+前后的小球藻，主要元素組成進(jìn)行了分析，測(cè)試結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，小球藻中含有大量Na、P元素和較多的K、Ca、Mg、Mn和Fe元素。比較吸附前后小球藻中主要元素濃度的變化，發(fā)現(xiàn)吸附后Cd2+增加，K+、Na+含量也有所增加，而Ca2+、Mg2+、Mn2+和Fe2+減少，由此可知，在吸附過(guò)程中發(fā)生了陽(yáng)離子交換，并且陽(yáng)離子的交換可能和離子的價(jià)態(tài)有關(guān)。

表1 吸附Cd2+前后小球藻中各元素的含量

3 小結(jié)

小球藻的SEM照片顯示，吸附前藻細(xì)胞的細(xì)胞壁平滑，吸附后細(xì)胞不再保持光滑。小球藻吸附Cd2+后，傅里葉紅外圖譜變化表明，吸附了Cd2+離子后，3 276 cm-1的吸收強(qiáng)度減弱，可能是部分羥基或氨基參與吸附，使官能團(tuán)氫鍵部分形成斷裂，最大峰值伸縮振動(dòng)，從而發(fā)生位移。說(shuō)明小球藻吸附Cd2+的過(guò)程中羥基、氨基參與了該過(guò)程。酰胺Ⅱ帶的1 535 cm-1處，N—H彎曲振動(dòng)和C—N伸縮振動(dòng)，1 044 cm-1有減少17 cm-1的變化，說(shuō)明吸附的Cd2+離子干擾了藻細(xì)胞表面官能團(tuán)的微環(huán)境，可能暗示了相關(guān)基團(tuán)，如C—N、N—H等基團(tuán)也參與了小球藻對(duì)重金屬Cd2+的吸附過(guò)程。通過(guò)ICP-OES測(cè)定發(fā)現(xiàn)，小球藻中含有大量Na、P元素和較多的K、Ca、Mg、Mn和Fe元素。比較吸附前后小球藻中主要元素濃度的變化，發(fā)現(xiàn)吸附后Cd2+增加，K+、Na+含量也有所增加，而Ca2+、Mg2+、Mn2+和Fe2+減少。由此可知，在吸附過(guò)程中，小球藻表面發(fā)生了陽(yáng)離子交換，并且交換可能和離子的價(jià)態(tài)有關(guān)。