背角无齿蚌的重金属积累特征

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中国水产科学研究院淡水渔业研究中心南泉基地（简称南泉基地，下同）平均水深1.5m，全封闭，没有明显的外源污染物；梅梁湾位于太湖的最北端，面积123.8km2，平均水深1.5m，受到工业废水、农业生产以及生活污水的综合影响，是太湖污染较为严重的水域[14-15]；茈碧湖位于云南省，属于典型的高原湖泊，面积32km2，平均水深3m，水质非常清洁[16]。本研究通过了解背角无齿蚌体内重金属积累与水环境中重金属背景含量之间的关系，进而探索利用养殖蚌主动监测自然水体重金属污染动态的可行性。

1材料与方法

1.1样本采集

2010年4—7月，在南泉基地的养殖池塘、太湖梅梁湾和茈碧湖共采集15个规格相似的背角无齿蚌（图1）。样本采集后置于曝气的自来水中暂养72h以清空肠道内容物，然后用不锈钢解剖刀分离出软组织，独立分装，并置于-20℃冰箱中冷冻保存。

1.2消解和测定方法

分析前，将所有蚌样置于室温解冻，然后分别用Milli-Q水清洗6遍。南泉基地与梅梁湾的蚌样用冷冻干燥机（ALPHA1-4LSC，ChristCorp，德国）彻底干燥，并用粉碎机（A11，IKACorp，德国）制成均匀粉末状。茈碧湖的蚌样置于80℃烘箱中干燥24h至恒重，然后于玛瑙研钵中磨成均一粉末状。样本的消解和测定参照Chen等[17]的方法。精确称量干燥粉末样本（0.1±0.005）g放入酸洗过的特氟隆消解管中，加入10mL纯硝酸（Merck，德国），用微波消解仪（ETHOSAT260，MilestoneInc，意大利）进行彻底消解（10min，120℃；15min，170℃；再次15min，170℃），最后转移至酸洗过的特氟隆定容瓶，用Milli-Q水定容至200mL。应用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS；7500ce，Agilent，美国），以Li、Sc、Ge、Y、In和Bi为内标，同时测定Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Ag、Cd、Ba、Tl和Pb的含量，并通过标准添加回收确认仪器的测量精度，所有重金属的回收率为99.4%~109.2%。1.3统计分析所得数据运用SPSS16.0（SPSSInc，美国）统计软件分析。应用Mann-WhitneyU检验分析不同水环境蚌样中重金属含量，P<0.05表示差异水平显著。进而用判别分析（DiscriminantAnalysis）研究它们的重金属积累特征。此外，用Pearson等级相关系数分析重金属之间的相关性。除特别说明之外，所有重金属含量均以μg•g-1干重表示。

2结果与讨论

2.1重金属含量与积累特征

除了Co和Ag在所有样本中均未检出之外，不同生境中背角无齿蚌重金属含量见表2。南泉基地养殖蚌中所有重金属含量均低于梅梁湾野生蚌（Co、Ag和Tl未检出），且前者Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Ba的含量显著低于后者（P<0.05）。茈碧湖野生蚌中Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量显著低于梅梁湾野生蚌（P<0.05），但是前者Mo和Tl的含量显著高于后者（P<0.05）。南泉基地养殖蚌中Cr、Fe、Mo和Tl的含量显著低于茈碧湖野生蚌（P<0.05），但Cu、As和Pb的含量显著高于后者（P<0.05）。双壳贝类体内重金属的来源主要有三种途径：（1）通过食物网摄取和积累是重金属的主要来源[21-22]。（2）从过滤的大量水体中，鳃不断吸收溶解在水中的金属离子并通过血液输送到各个部位是重金属积累的重要途径[21-22]。（3）水体中溶解的重金属还可能会通过渗透作用穿过软组织表皮并在体内积累[22]。背角无齿蚌对重金属（Cu、Zn和Cd）的吸收率与周围水体重金属的背景含量呈正相关，但吸收率的高低顺序始终为Zn>Cd>Cu[23]。这与三角帆蚌（Hyri－opsiscumingii）对Cu、Zn和Cd吸收率的高低顺序一致，但在相同条件下背角无齿蚌对Cu、Zn和Cd的吸收率分别是三角帆蚌的1.2、1.9和1.5倍[23]。重金属进入背角无齿蚌体内之后，不同组织/器官对它们的积累具有明显的选择性，约40%的Al、Mn、Ni、Cu、Zn和As积累在鳃中，而40%左右的Fe、As和Pb则积累在内脏团中[24]。尽管如此，背角无齿蚌对重金属的积累机制（如选择性、吸收速率和排放速率）尚不明确，还有待于进一步的研究。南泉基地是全封闭的，采用循环水养殖，远离工业、农业和生活排污污染源，且在养蚌过程中不进行额外的投饵。养殖蚌体内重金属的背景含量较低，不仅Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Ba的含量显著低于梅梁湾野生蚌（表2），而且Mn、Fe、Zn、Mo的含量明显低于太湖其他水域、宜兴养殖基地以及波兰水域的同种蚌类（表3），Cu和Cd含量亦低于太湖三山岛、漫山和大浦水域及波兰水域野生蚌（表3），甚至Cr、Fe、Mo和Tl的含量低于高原洁净水体茈碧湖野生蚌（表2）。MPI指数能够综合反映水环境重金属污染水平。Usero等[19]研究表明清洁水域中双壳贝类（如Donaxtrunculus）MPI≤2.5，而受重金属污染水域的MPI≥4.5。南泉基地蚌样MP（I1.8）低于2.5，进一步表明该水体没有受到明显的重金属污染。Benedicto等[26]利用移殖未受污染水域养殖的紫贻贝，在地中海的123个位点进行重金属监测，结果显示沿岸水域因受到矿业和工业废水排放的影响重金属含量波动很大，Cd、Ni和Pb的含量分别为1.97~2.11、2.18~3.20、3.1~3.8μg•g-1。此外，通过移殖监测还发现了原本被认为是非常洁净的水域已受到重金属的影响，如西班牙Fornells水域中Ni的含量已达到1.2μg•g-1，CalaTreboluya水域Pb和Cd的含量分别高达2.0、2.16μg•g-1，Cabrera水域的Cd也达到2.58μg•g-1，从而起到了早期预警作用。背角无齿蚌能够灵敏、有效地反映出水环境重金属污染动态[4，6]。因此，今后移殖南泉基地养殖蚌对自然水体进行主动监测具有可行性，不仅可最大限度地减少生物指示物背景差异对监测结果的影响，还能突破目前贝类监测高度依赖采集野生资源的局限。这些都为我们正在尝试中的，通过人工繁育技术在未受污染水域的南泉基地建立规格、年龄、生长速率和性成熟程度等生物因子一致，污染物暴露史相同，重金属背景含量较低的“标准化”的养殖蚌，以适应今后大规模、规范化、信息化的“标准背角无齿蚌观察”研究体系需求的工作提供了理论依据。梅梁湾系太湖北部一个口袋型湖湾，水体交换频率低，年均换水不足两次，非常容易滞纳污染物[14]。传统的观点认为梅梁湾主要受到有机污染和严重富营养化[14]，然而本研究发现其重金属污染趋势也很严峻。该水域蚌样Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Ba的含量显著高于南泉基地，且Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量显著高于茈碧湖（表2）。此外，Cr和Ni的含量亦明显高于宜兴养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）分别是南泉基地和茈碧湖的6倍和11倍之多（表2），已达到重金属污染水平（MPI≥4.5）[19]。不仅如此，梅梁湾底泥中重金属As、Ag、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量分别高达64、4.2、0.93、14.2、155、144、79.8、143、471μg•g-1，亦为太湖污染最为严重的区域[27]。重金属的污染源主要来自直湖港河[27]。直湖港河介于无锡和常州两市交界处，全长20.1km，平均宽度30~40m，沿岸人口密集（地区人口39.9万），工业发达（具有工业企业2746家），以化工、印染、电镀、食品和造纸等行业为主[28]。合成橡胶与制造PVC材料离不开Zn、Pb和Cd作为稳定剂及添加剂，金属电镀则会产生大量的Cu、Zn和Ni，而皮革制造容易导致Cr污染[27]。然而该区域污水处理厂配套管网建设滞后，工业废水和生活污水集中处理率甚低，仅分别达到15.4%和33.8%，其余大部分直接排放，并以约10m3•s-1的流量进入梅梁湾[28]。茈碧湖的海拔高度为2033m，属于典型的高原湖泊，水质清洁[16]，然而迄今尚缺乏其重金属含量的报道。本研究首次对生活在其中的背角无齿蚌重金属含量进行分析，结果表明除Mo和Tl之外其余重金属含量都很低。不仅蚌样中Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量显著低于梅梁湾，Cu、As和Pb的含量显著低于南泉基地（表2），而且Mn和Cu含量明显低于宜兴养殖基地、太湖其他水域以及波兰水域，Zn和As含量低于太湖其他水域和波兰水域，Cd含量亦低于宜兴养殖基地、太湖三山岛和马山水域以及波兰水域（表3）。此外，其MPI仅为1.0，远低于清洁水体MPI≤2.5的水平[19]，进一步提示茈碧湖没有受到重金属污染。值得注意的是，茈碧湖蚌样中Mo和Tl的含量相对于其他水域的同种蚌类比较高（表3）。这可能与云南是“有色金属王国”，地层中Mo和Tl的背景含量较高有关[29]，如云南会泽铅锌矿石中Mo和Tl的含量就分别达到了4.4、6.2μg•g-1[30]。

2.2重金属积累相关性及意义

不同污染背景生境中背角无齿蚌重金属积累之间的相关性见表4。南泉基地养殖蚌中Fe-Zn、Fe-Cd和Zn-Pb之间呈显著正相关（P<0.05），Al-Cd、Cr-Mo及Fe-Pb之间极显著正相关（P<0.01）。梅梁湾野生蚌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之间呈显著正相关（P<0.05），Mn-Zn、Mn-Mo、Ni-Cu、Zn-Mo、Mo-Cd以及Cd-Pb之间极显著正相关（P<0.01）。茈碧湖野生蚌Cr-Fe、Cr-As、Mn-Ba、Fe-Mo和Mo-Ba之间呈显著正相关（P<0.05）。通过摄食和溶解在水体中重金属离子的双重暴露，双壳贝类主动和被动地积累了各种重金属[22]。元素（重金属）进入生物体内，它们之间会形成生理活性互补的金属化合物，或被具有强亲和力的生物大分子共同结合，此外作为酶活性中心的金属元素还可能会被化学性质相似的元素所置换[31]。同时，贝类也会通过金属硫蛋白的结合、富含金属颗粒的隔离以及自身代谢等解毒机制降低体内积累的重金属的毒性[32-33]。因此，背角无齿蚌积累重金属的相关性非常复杂[12]。呈正相关的重金属之间往往具有相似的理化性质，并且在动物体内通过类似的生化途径进行代谢或由特殊的配体共同结合[34]。本研究发现虽然不同水域背角无齿蚌重金属积累均呈正相关，但重金属种类和复杂性差异明显。除了Fe-Cd和Fe-Pb在南泉基地与梅梁湾蚌样中呈显著相关之外，其余显著相关的重金属在南泉基地、梅梁湾和茈碧湖三者蚌样中皆不相同（表4）。而且，杨健等[12]研究显示其他水域如宜兴养殖基地的背角无齿蚌中Ni-Mn、Cr-Co及Cu-Cd之间呈显著正相关（P<0.05），太湖三山岛水域野生蚌Cr-Mn、Cr-Ni和Cr-Cd之间呈显著正相关（P<0.05），与本研究中蚌的重金属相关性差异甚大。提示背角无齿蚌体内重金属积累的相关性与机体自身调节关系微弱，而主要受到外界水环境重金属背景含量的影响。此外，南泉基地、梅梁湾和茈碧湖蚌样中分别有6对、20对和5对重金属之间呈正相关（表4），这与三水域的污染程度相匹配（表2）。El-Moselhy等[35]研究也发现相同的趋势，靠近污染源处的波纹巴非蛤（Paphiaundulate）体内有36对重金属（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）含量之间呈显著正相关，而远离污染源处的加夫蛤（Gafrari－umpectinatum）体内只有18对重金属之间呈显著相关（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之间正相关，Mn-Pb、Mn-Zn之间负相关）。这可能是由于污染越严重的水域，生活在其中的贝类就越有可能积累到相同数量级含量的重金属。进一步揭示背角无齿蚌积累重金属相关性的复杂程度与水环境的污染程度具有共同的变化趋势。

3结论

（1）背角无齿蚌体内重金属的积累水平与周围水环境中重金属污染程度呈正相关，在洁净水体养殖或繁育的背角无齿蚌应该可以控制其体内环境重金属积累在较低的水平。（2）南泉基地养殖蚌重金属背景含量较低，接近于高原洁净水体同种蚌类的重金属含量水平，提示移殖南泉基地养殖的背角无齿蚌对自然水体进行主动监测是可行的。梅梁湾野生蚌重金属Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量较高，表明该水域重金属污染趋势明显。首次评价高原洁净湖泊茈碧湖的重金属水平，结果显示Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb含量很低，但Mo和Tl的含量相对较高。（3）背角无齿蚌重金属积累的相关性与机体自身调节关系微弱，而主要受到外界水环境重金属背景含量的影响，并且相关性的复杂程度与水环境的污染程度具有共同的变化趋势。

作者：陈修报苏彦平孙磊刘洪波杨健单位：中国水产科学研究院淡水渔业研究中心南京农业大学渔业学院