貴州荔波喀斯特洞穴魚體重金屬含量及食用健康風險評價

晏翰林,徐承香,巴家文,黎道洪，雷莉莎,胡碧露

(1.貴州師范大學生命科學學院，貴陽 550025； 2.銅仁學院農(nóng)林工程與規(guī)劃學院，貴州銅仁 554300)

魚類吸收水體或食物中的重金屬后會富集在魚體的各個組織中[1]，被食用后對人體產(chǎn)生潛在的致癌、致畸、致突變等身體健康危害[2]。如鉛富集會損害人體肝臟和腸胃等器官，并且還會引起貧血和高血壓等身體疾病[3]；砷富集能造成神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷[4]。已有研究表明，重金屬會隨著食物鏈的生物富集和放大作用破壞生態(tài)系統(tǒng)及造成人體健康風險[5-7]，特別是食入受重金屬污染的魚類超出限定每日推薦攝入量時，將會引起明顯的人體健康危害風險[8]。因此，研究作為人體蛋白質(zhì)補充重要來源的魚類的重金屬含量及其健康風險評價具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值。

洞穴魚類是喀斯特洞穴中一類重要而獨特的生態(tài)類群[9]。迄今，國內(nèi)外對洞穴魚類的研究已取得許多成果，但大部分集中于洞穴魚的形態(tài)、生理、適應性[10,11]、物種多樣性與分布[12]和系統(tǒng)演化與發(fā)育[13]等領域，卻鮮有對洞穴魚類重金屬含量及健康風險評價的研究報道。但是，其他水域魚類重金屬含量及健康風險評價已有大量研究，如意大利波河[14]、孟加拉國布里甘加河[8]和塞爾維亞多瑙河[15]，以及國內(nèi)珠江三角洲河網(wǎng)區(qū)[16]、東江惠州段[4]和貴州百花湖[17]。荔波喀斯特洞穴發(fā)育充分，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該地區(qū)農(nóng)村大部分居民會食用洞穴魚類。因此，本研究以貴州荔波部分喀斯特洞穴魚類為對象，初步分析其體內(nèi)7種重金屬(Cr、As、Cd、Pb、Zn、Cu、Ni)的含量水平，采用USEPA推薦的健康風險評價模型評估洞穴魚體內(nèi)重金屬潛在健康風險水平，旨在為研究區(qū)居民攝食洞穴魚類健康安全提供科學保障，進一步為喀斯特洞穴魚類重金屬污染與治理提供基礎數(shù)據(jù)和科學參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 環(huán)境概況

荔波縣位于黔南部，地處貴州高原南部斜坡向廣西丘陵巖溶和孤峰巖溶平原過渡地帶[18]。已采集到洞穴魚的3個洞穴的部分環(huán)境情況見表1。

1.2 洞穴魚類采集

于2017年7月赴荔波縣進行實地調(diào)查，選擇具有代表性的巖溶洞穴進行魚類采集，魚類采集后立即放入冷藏箱內(nèi)運回實驗室，在實驗室進行魚類

表1 荔波3個洞穴的部分環(huán)境概況Tab.1 Partial environmental profile of 3 caves in Libo

種類的鑒定，3個洞穴共采集52個樣本3種魚類，分別為荔波金線鲃(Sinocyclocheilusliboensis)、大鱗金線鲃(S.macrolepis)和越鲇(Parasiluruscochinchinensis)。運用耳石磨片鑒定魚類年齡，其中荔波金線鲃和大鱗金線鲃采用微耳石磨片，越鲇采用星耳石磨片，并測定魚類體重和體長等生物學參數(shù)(表2)。于-20 ℃冷凍冰箱進行冷凍保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 樣品處理及其重金屬含量測定

每種洞穴魚類的鰓、皮膚、椎骨、肌肉和內(nèi)臟等組織，按年齡組分別解剖取出，再把每個年齡組內(nèi)的各組織分類進行混合冷藏備用，測定前將解凍后各組織于160 ℃烘干箱中烘干，用瑪瑙研缽研磨成粉末。再用HNO3-HClO4(9 ∶1，v/v)混合液進行消解，過夜消解后于室溫內(nèi)自然冷卻，再用超純水定容，搖勻待測，每個樣品設3個平行樣，實驗用的HNO3和HClO4均為優(yōu)級純。

1.4 重金屬健康風險評價方法

采用US EPA(2009)推薦的目標危害系數(shù)法(THQ)[19]估算人體經(jīng)食物攝取情況下重金屬的健康風險。該方法假定人體攝入劑量等于吸收劑量，以測定的攝入量與參考劑量的比值作為評價標準，具體計算公式和公式中的參數(shù)均參照文獻[7]。

單一重金屬的危害系數(shù)計算公式：

表2 荔波洞穴魚類樣品信息Tab.2 Information of cavefish in Libo

多種重金屬復合危害系數(shù)計算公式：

TTHQ=∑THQ單一重金屬

結(jié)合貴州省居民的實際情況，對部分參數(shù)進行了相應的修正，選取人均壽命為68.62歲[20]；人平均體重為57 kg[21]；平均每人每天的水產(chǎn)品攝入量為24 g[7]。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析方法

魚類重金屬含量等數(shù)據(jù)均用Excel2010處理，數(shù)據(jù)用平均值±標準差(mean±SD)表示；運用SPSS25.0進行Pearson相關(guān)性分析；利用Origin8.0繪制各年齡組重金屬含量堆積圖。

2 結(jié)果

2.1 洞穴魚的重金屬含量特征

不同的重金屬在魚體同一組織中的含量不同，如荔波金線鲃內(nèi)臟組織中Zn>Cr>Cu>Pb>Ni>As>Cd。同一金屬在魚體不同的組織器官中的含量也有所不同，如重金屬Cr表現(xiàn)為內(nèi)臟>皮膚>鰓>椎骨>肌肉。但總體來看，重金屬(除Zn以外)在荔波金線鲃內(nèi)臟中的含量均為最高，各組織重金屬含量的整體高低趨勢為：內(nèi)臟(188.703 mg/kg)>皮膚(29.027 mg/kg)>鰓(26.678 mg/kg)>椎骨(14.997 mg/kg)>肌肉(11.460 mg/kg)。從含量已全檢出的重金屬(Cd、Cu和Ni)來看，3種洞穴魚對重金屬的累積大小整體表現(xiàn)為：荔波金線鲃>大鱗金線鲃>越鲇，即在食性上表現(xiàn)為雜食性>肉食性。各重金屬平均含量值與標準限值之比的高低趨勢為：Zn(0.50)>Cd(0.49)>As(0.48)>Pb(0.39)>Cr(0.24)>Cu(0.049)>Ni(ND)，表明各重金屬在平均值水平上均未超標。

表3 荔波3種洞穴魚類重金屬含量水平Tab.3 Heavy metal content levels of 3 kinds of cavefish in Libo (mg/kg，Dry weight)

續(xù)表3

注：“*”表示該值已超出標準限值；“標準限值”表示國家食品中污染物限量(GB2762-2012)[22]和無公害食品水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量(NY5073-2006)[23]限量值；“標準比值”表示各種金屬平均含量值與標準限值的比值；“ND”表示未檢出或沒有該值或未查閱到相關(guān)數(shù)據(jù)，下同。

表3中各組織重金屬含量在平均值水平上均未有超標現(xiàn)象。從個別來看，除 Cu和Ni(無標準限值)以外其余重金屬均有超標現(xiàn)象，超標率為15.2%，屬于低超標率水平。其中以Cd的超標率最高(6.7%)，3種洞穴魚的超標率高低為荔波金線鲃(10.5%)>大鱗金線鲃(2.8%)>越鲇(1.9%)。各組織以內(nèi)臟超標率為最高(5.7%)，肌肉均無超標現(xiàn)象。

2.2 各年齡組重金屬含量及與年齡、體重和體長的相關(guān)性

在平均值水平上，由圖1可得，以荔波金線鲃3個年齡組的變化最為顯著，同時 Zn在荔波金線鲃2齡組和3種洞穴魚各年齡組的總含量均為最高值，其次為Cu。此外各重金屬在3種魚類各年齡組的總含量表現(xiàn)為隨年齡的增高而減少，并且以 Zn變化相對最顯著。而由表5可見，重金屬Zn和Cu的含量均與年齡、體重和體長呈負相關(guān)，其中僅有重金屬Zn與年齡呈顯著負相關(guān)，系數(shù)為0.690，這與圖1得出各年齡組的總含量表現(xiàn)為隨年齡的增高而減少的結(jié)果相互得以驗證。此外，Cd與年齡、體重和體長均呈不顯著正相關(guān)(表4)。其余重金屬(Cr、As、Pb、Ni)均與年齡呈不顯著正相關(guān)，而與體重和體長均呈不顯著負相關(guān)。

2.3 洞穴魚重金屬健康風險評價

從荔波3種洞穴魚整體來看(表5)，3種洞穴中所有重金屬的THQ和復合重金屬TTHQ均小于1。在均值水平上各重金屬的THQ大小順序為：Cu(0.296 875)>As(0.292 115)>Cd(0.026 714)>Pb(0.026 262)>Zn(0.015 594)>Cr(0.000 032)>Ni(ND)，3種洞穴魚類復合重金屬TTHQ的高低為：荔波金線鲃(0.831 393)>越鲇(0.451 728)>大鱗金線鲃(0.375 502)。表明研究區(qū)村民攝食這3種魚類不足以造成潛在的重金屬健康風險。

圖1 三種洞穴魚各年齡組重金屬含量堆積圖Fig.1 Accumulation of heavy metal content in various age groups of three cavefish

CrAsCdPbZnCuNi年齡0.0740.1000.2430.212-0.690?-0.1920.127體重-0.394-0.3200.142-0.293-0.788?-0.544-0.356體長-0.343-0.2700.186-0.235-0.792?-0.501-0.301

注： “*”表示 0.05 水平相關(guān)性顯著(雙尾)。

表5 荔波3種洞穴魚類肌肉組織重金屬的健康風險評價Tab.5 Health risk assessment of heavy metals in muscle tissues of 3 kinds of cavefish in Libo

3 討論

3.1 洞穴魚重金屬含量特征分析

荔波洞穴魚體內(nèi)7種重金屬含量總體上，Zn含量顯著高于其他元素，Cu次之，這與涂宗財?shù)萚24]的研究結(jié)果一致，主要因為Zn是生命體必需微量元素，不僅參與生物體內(nèi)的多種代謝過程，還是許多酶的組成成分或激活劑；Cu在生物體內(nèi)不僅參與造血過程中銅及鐵的代謝，同時還參與一些酶的合成和黑色素合成[17,24]。

魚體組織中重金屬含量不僅反映了重金屬元素的暴露情況，而且反映了不同組織器官通過代謝活動的排出情況[1]。本研究洞穴魚各組織中的重金屬以內(nèi)臟的含量最高，肌肉最低，與王兆群等[25]研究結(jié)果相同，主要是因為內(nèi)臟中肝臟是主要的解毒器官，可誘導產(chǎn)生大量束縛重金屬的金屬硫蛋白(MT)，使肝臟成為體內(nèi)蓄積重金屬的主要部位。

重金屬在不同種魚體內(nèi)的含量大小與其食性也有關(guān)系，雖然在前人的研究結(jié)果中絕大部分顯示為肉食性>雜食性[1,7]，就該3種洞穴魚體已全檢出的重金屬(Cd、Cu和Ni)來看，其含量高低表現(xiàn)為荔波金線鲃>大鱗金線鲃>越鲇，即雜食性>肉食性，與Yousafza等[26]和虎貞貞[27]的研究結(jié)果相同，如虎貞貞[27]研究發(fā)現(xiàn)在紅樹林地區(qū)魚體中Cd的含量分布特征為：植食性>雜食性>肉食性。王文雄等[28]也認為自然環(huán)境中生物體內(nèi)金屬的含量并不一定和生物在食物鏈中所處的營養(yǎng)級有相關(guān)關(guān)系，還受到生物的同化、排出等過程以及其他生理生化因子的影響。

3.2 洞穴魚重金屬含量與年齡、體重和體長的關(guān)系

在年齡方面，雖然以往的研究表明魚體中Pb會隨年齡的增長而上升[29]，但也有學者如Papagiannis等[30]研究發(fā)現(xiàn)處于低年齡段快速生長期的歐洲擬鯉(Rutilusylikiensis)幼魚有較高的Zn含量，因為這有利于魚體生長代謝，這與本研究結(jié)果相似。在體重和體長方面，從生理生化的角度來看，越年輕的個體新陳代謝活動越旺盛，越老的個體代謝則越弱，故越年輕的個體所含金屬元素量會越高[31]，并且在快速生長過程中存在對重金屬的生長稀釋作用[32]，因此體長、體重等生物學指標與重金屬含量之間并非一定具有特定規(guī)律的相關(guān)性。

3.3 洞穴魚重金屬健康風險分析

由于人們食用的主要是魚類的肌肉組織，與洞穴外其他水域魚類相比，在平均值水平上僅As和Cr的THQ分別低于三峽水庫[33]和東江惠州段魚類[4]，此外，與廣西刁江野生魚類相比，Cd和Cr的THQ均要低[7]。復合重金屬風險TTHQ的均值(0.642)較洞外三峽水庫(0.162)、東江惠州段(0.090)和廣西刁江野生魚類(0.591)要高。進一步分析得出，3種洞穴魚體內(nèi)不同重金屬對TTHQ的貢獻率具有較大的差異性，以Cu的貢獻率54.90%為最高、As次之(35.22%)，貢獻率大小表現(xiàn)為：Cu>As>Cd>Pb>Zn>Cr>Ni。重金屬Cu和As的總貢獻率高達90.12%，故可視 Cu和As為主要風險元素，應予以優(yōu)先關(guān)注As的防控。