銅離子脅迫對近江牡蠣軟體組織及貝殼重金屬含量的影響

卓 文，陳 新,2，劉秋妤，唐 敏, 2

(1.海南大學(xué) 材料與化工學(xué)院， ?？?570228； 2.海南大學(xué)南海海洋資源利用國家重點(diǎn)實驗室， ?？?570228)

近年來，各國對海洋資源利用和開發(fā)的力度不斷增加，同時，人們也認(rèn)識到保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境已刻不容緩。其中，因為海洋重金屬污染具有難以降解、難以檢測、對生態(tài)環(huán)境和人類健康危害嚴(yán)重以及全球性等特點(diǎn)，引起了人們的廣泛重視[1-4]，而相應(yīng)的生物監(jiān)測技術(shù)及其毒性機(jī)理研究，是目前最受關(guān)注的研究內(nèi)容之一。雙殼貝類常用于海洋重金屬的生物監(jiān)測研究。其中，近江牡蠣(Crassostrearivularis)為廣溫、廣鹽性貝類，分布廣，多棲息于河口附近的海區(qū)，可從低潮線一直延至10余米深的海區(qū)[5]。近江牡蠣成體一般營固著濾食生活，已有資料表明，近江牡蠣對環(huán)境中的重金屬具有一定的生物富集作用[6]，其體內(nèi)的重金屬含量與周圍水和沉積物中的重金屬濃度有一定的相關(guān)性[7-8]。另一方面，近江牡蠣是重要的海水養(yǎng)殖品種，具有很高的食用和藥用價值[9]。因此，在沿岸海洋環(huán)境重金屬污染監(jiān)測研究中，近江牡蠣是較理想的監(jiān)測生物[10]。不同貝類對單一重金屬的耐受力不同[11-12]，而且對復(fù)合重金屬聯(lián)合作用的響應(yīng)也不同[13]，復(fù)合重金屬在與生物作用時相互之間存在協(xié)同、拮抗、相加和獨(dú)立作用?；舳Y輝[14]通過對泥蚶的重金屬[銅(Cu)、鉛(Pb)、鎘(Cd)]累積規(guī)律發(fā)現(xiàn)，Cd能夠拮抗Cu的富集，內(nèi)臟團(tuán)中一定量的Cu也能夠拮抗Pb和Cd的累積。不同重金屬在不同貝類體內(nèi)積累存在差異[15-16]，貽貝(Mytilusedulis)比牡蠣(Crassostreavirginica)積累了更多的砷(As)和鎳(Ni)，而牡蠣則積累了更多的Cu[17]，近江牡蠣和華貴櫛孔扇貝(Mimachlamysnobilis)的重金屬污染水平較高[18]，其中，近江牡蠣體內(nèi)的重金屬含量最高，且最易富集Cd[19]與Cu[20]。目前，人們在貝類重金屬急性毒性和生物積累等方面的研究中已積累了豐富的研究數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，但在銅離子對貝類積累重金屬代謝方面的研究尚未見報道。筆者以近江牡蠣作為研究對象，探討了在Cu2+脅迫下，近江牡蠣體內(nèi)Cu，Zn(鋅)，As(砷)，Pb和Cd的變化規(guī)律，并初步研究了Cu2+對近江牡蠣礦化結(jié)構(gòu)的影響，旨在為后續(xù)相關(guān)研究和海洋環(huán)境監(jiān)測提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1實驗材料供試的近江牡蠣采自海南島潮間帶海域(20°10′N，110°19′E)。根據(jù)《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378.4—2007)中的規(guī)定，在牡蠣采集處附近采集海水和表層沉積樣品用于環(huán)境重金屬的檢測[21]。樣品采集后，低溫(-20 ℃)保存?zhèn)溆谩１緦嶒炈没瘜W(xué)試劑均為分析純。

1.2環(huán)境因子測定采集沉積樣品的同時，原位測量海水溫度、鹽度、pH。采用火焰原子吸收法[21]檢測海水中重金屬銅的含量。

將沉積物中的生物殘渣和礫石等大顆粒挑出后，把剩余沉積物混勻，80 ℃烘干，研磨后過100目篩，裝入試劑瓶，存放于干燥塔中；采用原子熒光光度計(AFS-9800)測量As的含量，采用原子吸收光譜儀(TAS-990)分別測量Cu，Zn，Pb，Cd的含量[21]。

1.3毒性實驗在實驗室的玻璃水族箱(23 cm×14 cm×17 cm)加入采樣處已過濾的天然海水，放入大小相近、健康的近江牡蠣〔體長：(5.75±0.47)cm；體質(zhì)量：(64.9±7.8)g〕進(jìn)行實驗室馴化培養(yǎng)，期間適當(dāng)充氣，餌料藻為實驗室培養(yǎng)的亞心形扁藻(Platymanassubcordiformis)和牟式角毛藻(Chaetocerosmuelleri)；每日半量換水，盡量除去水族箱中的牡蠣排泄物和殘渣，每天觀察牡蠣生活狀態(tài)。7 d后，將生長狀況良好的牡蠣進(jìn)行分組暴毒試驗，設(shè)置1個對照組和2個實驗組，各組的Cu2+質(zhì)量濃度分別為 0， 0.10， 0.15 mg·L-1，每組設(shè)置3個平行，每個平行3只牡蠣，除隔天半量換水外，其余培養(yǎng)條件同上。

將牡蠣曝毒28 d后，停止投餌，取出各濃度組的牡蠣進(jìn)行后續(xù)試驗。先用去離子水潤洗，吸干牡蠣外表水分，打開牡蠣外殼，取牡蠣軟體組織部分，將其放于坩堝中在恒溫干燥箱里105 ℃，干燥12 h，自然冷卻后，取出軟體組織置于研缽內(nèi)進(jìn)行研磨，并過600目網(wǎng)；在牡蠣殼上選取殼中央與殼邊緣(距離殼邊緣0.5 cm)兩部分，用研缽分別研磨成粉末。

采用原子吸收光譜儀(TAS-990)分別檢測牡蠣軟體組織和殼的Cu,Zn含量，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜[X series(X7)]檢測軟體組織內(nèi)的As,Pb,Cd含量[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1生態(tài)環(huán)境因子牡蠣樣品采集處的海水水溫為28 ℃，鹽度為35，pH7.5，重金屬Cu質(zhì)量含量為5.08 mg·kg-1。沉積物間隙水鹽度為30，pH6.5～6.9，含水量為7.703%，沉積物燒失量為0.611%，重金屬Cu，Zn，As，Pb的質(zhì)量含量分別為4.31，16.57，0.16，1.21 mg·kg-1，其中，Cd含量低于儀器檢測限。

2.2Cu2+脅迫下近江牡蠣軟體組織中的重金屬含量隨著水體中Cu2+質(zhì)量濃度的增加，近江牡蠣軟體組織內(nèi)的Cu與Zn含量均呈增加趨勢(圖1)；而As，Pb含量小幅度減少，Cd含量變化不顯著(圖2)。對不同質(zhì)量濃度Cu2+脅迫下的牡蠣軟體組織中不同重金屬含量進(jìn)行顯著性差異分析發(fā)現(xiàn)，實驗組牡蠣軟體組織的Cu含量均顯著高于對照組(P<0.05)。

2.3Cu2+脅迫下近江牡蠣殼中重金屬含量隨著水體Cu2+質(zhì)量濃度的升高，近江牡蠣殼中央部分以及殼邊緣中的Cu含量都呈上升趨勢，在Cu2+脅迫的質(zhì)量濃度從0.10 mg·L-1上升到0.15 mg·L-1時明顯增加(圖3)；而近江牡蠣殼中央部分Zn含量呈先升后降的趨勢，殼邊緣Zn含量呈上升趨勢，且在相同Cu2+質(zhì)量濃度脅迫下，近江牡蠣殼中央部分的Zn含量高于殼邊緣(圖4)。在相同Cu2+質(zhì)量濃度脅迫下，近江牡蠣殼中央部分的Cu含量低于殼邊緣(圖3和圖4)。方差分析結(jié)果表明，牡蠣殼邊緣與內(nèi)部的Cu含量均顯著增加(P<0.05)。

3 討 論

牡蠣采集處的沉積物中Cu，Zn，As，Pb均符合海洋沉積物一類標(biāo)準(zhǔn)[22]，顯示牡蠣生長環(huán)境狀況良好。

隨著Cu2+質(zhì)量濃度的增加，近江牡蠣軟體組織的Zn含量明顯增加，而As，Pb含量呈現(xiàn)較小幅度的下降，Cd含量未出現(xiàn)明顯變化。其中，Zn含量變化情況與史博[23]研究結(jié)果一致，顯示出牡蠣對Zn、Cu的富集具有很高的正相關(guān)性。另外，結(jié)果顯示，水環(huán)境中Cu脅迫會抑制近江牡蠣對As和Pb的積累，這與牡蠣對不同重金屬積累期間發(fā)生的協(xié)同、拮抗等復(fù)雜相互作用有關(guān)。研究表明，在Cu和Cd的聯(lián)合脅迫條件下，Cu能拮抗Pb和Cd的生物累積[14]，體現(xiàn)重金屬在生物體內(nèi)的積累發(fā)生相應(yīng)變化[24]。推測可能是Cu作為很多生物體內(nèi)的必需元素，它能激活Cu依賴酶系統(tǒng)中的酶[25]，從而將累積在體內(nèi)的Pb和Cd較快地排除體外。

本實驗結(jié)果表明，在不同質(zhì)量濃度Cu2+脅迫下，近江牡蠣軟體組織中的Cu和Zn含量均高于殼中。與對照組相比，隨著環(huán)境中Cu2+質(zhì)量濃度的增加，近江牡蠣軟體組織及殼內(nèi)的Cu含量均顯著增加。在貽貝和牡蠣等軟體組織對Cu、Zn、Pb、Cd等生物積累研究中也發(fā)現(xiàn)類似情況[7, 26-29]。有研究表明，牡蠣殼體與海水重金屬含量呈線性相關(guān)，其中銅相關(guān)性系數(shù)高達(dá)0.981 5[30]?？梢姡谝欢ㄖ亟饘儋|(zhì)量濃度范圍時，近江牡蠣體內(nèi)的生物積累與環(huán)境重金屬濃度密切相關(guān)，顯示出近江牡蠣在海洋生物監(jiān)測方面具有良好的利用前景。

Cu2+脅迫下近江牡蠣殼中央和邊緣部分的Cu含量都隨環(huán)境Cu2+質(zhì)量濃度的升高而增加；殼邊緣部分的Cu含量高于殼中央部分，但殼中央部分的Zn含量高于殼邊緣。在美國墨西哥灣沿海采集美洲牡蠣(Crassostreavirginica)進(jìn)行重金屬檢測的實驗發(fā)現(xiàn)，美洲牡蠣殼中不同部位對重金屬積累的波動性變化和差異可以反映環(huán)境污染的歷史[24]。牡蠣殼是牡蠣外套膜分泌形成的生物礦化物，其內(nèi)的晶體在由多糖和蛋白質(zhì)形成的結(jié)構(gòu)框架中成核生長，其形成和生長過程受環(huán)境因子的影響[31-32]。因而，推測在Cu2+脅迫下，Cu2+可能會較牢固地吸附在殼表面，也可能會隨著殼的生物礦化過程摻入到殼邊緣的新生部分。

綜上所述，影響生物體生物積累的因素包括了外部因素和內(nèi)部因素，當(dāng)外部環(huán)境中重金屬含量發(fā)生改變，貝類軟體組織由于自身分泌或解毒等機(jī)制使得其與環(huán)境更容易達(dá)到動態(tài)平衡，而其殼體則缺乏相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制，從而能保留當(dāng)時環(huán)境重金屬污染狀況[33]。因此，同時進(jìn)行牡蠣軟體組織和外殼的研究可以為海洋重金屬監(jiān)測提供更豐富的信息。