巢湖4種蚌類(lèi)不同組織中5種微量元素含量及其空間變化*

吳曼曼，孫慶業(yè)**

(1:安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230601) (2:安徽省濕地保護(hù)與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230601)

隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)排水以及城市生活污水等的排放日益增加，重金屬及類(lèi)重金屬等不斷進(jìn)入水體，日益成為水環(huán)境中的主要污染物[1]. 重金屬是高毒性污染物，當(dāng)被泄露到水體后，會(huì)抑制酶的活性，抑制水生植物的光合作用和呼吸作用，同時(shí)無(wú)法被水中微生物正常降解，也不能借助水體自?xún)糇饔眠M(jìn)行消除[2]. 重金屬容易隨著食物鏈放大與傳遞，在水生生物體內(nèi)不斷富集[3]，因此水體重金屬污染往往會(huì)對(duì)水生動(dòng)物產(chǎn)生嚴(yán)重影響.

蚌類(lèi)隸屬軟體動(dòng)物門(mén)(Mollusca)，營(yíng)底棲生活，廣泛分布于湖泊、河流、溝渠等水域，是蛋白質(zhì)、必需脂肪酸、六味精和礦物質(zhì)的重要來(lái)源之一[4]. 在水生生態(tài)系統(tǒng)中，蚌類(lèi)作為食物鏈中的初級(jí)消費(fèi)者，既是藻類(lèi)等初級(jí)生產(chǎn)者的濾食者，也是魚(yú)、蟹等高級(jí)消費(fèi)者的食物，在食物鏈中起著承上啟下的作用，因此蚌類(lèi)首當(dāng)其沖地受到水體中重金屬污染的危害. 由于重金屬能夠與短碳鏈結(jié)合，水體中重金屬極易在蚌體組織中積聚[5]，重金屬在蚌體內(nèi)會(huì)與巰基蛋白結(jié)合，改變蛋白質(zhì)構(gòu)象，其生物毒性及危險(xiǎn)性不容小覷[6-7]. 目前關(guān)于蚌體重金屬及類(lèi)重金屬的研究國(guó)內(nèi)外已有不少報(bào)道，Bustamante等[8]調(diào)查并分析了法國(guó)比斯開(kāi)灣扇貝(Chlamysvaria)中17種元素的分布規(guī)律，陳修報(bào)等[9]通過(guò)背角無(wú)齒蚌(Anodontawoodiana)對(duì)五里湖重金屬含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，程家麗等[10]對(duì)我國(guó)多個(gè)地區(qū)海洋食用貝類(lèi)重金屬污染的分析發(fā)現(xiàn)，海洋貝類(lèi)重金屬?gòu)?fù)合污染的健康風(fēng)險(xiǎn)較高，然而針對(duì)不同蚌類(lèi)重金屬含量的對(duì)比和淡水湖泊中篩選耐受性物種的研究還較少.

巢湖(31°25′～31°43′N(xiāo)，117°16′～117°50′E)，長(zhǎng)江水系下游湖泊，位于安徽省中部，是中國(guó)五大淡水湖之一[11]. 近三十年來(lái)，隨著巢湖周邊的開(kāi)發(fā)與工業(yè)化的發(fā)展，加之湖水主要靠地表徑流補(bǔ)給，大量含有微量元素的廢棄物隨地表河流聚集到巢湖[12]，致使巢湖水環(huán)境和沉積物中的重金屬逐步累積，另外土壤改良劑和肥料的不斷施用也會(huì)加劇這一農(nóng)業(yè)集約化區(qū)域的重金屬積累[13]，最終經(jīng)由食物鏈和食物網(wǎng)富集到水生生物體內(nèi). 目前對(duì)于巢湖重金屬方面的研究主要集中于巢湖水體及沉積物重金屬的分布、形態(tài)及來(lái)源[14-16]和魚(yú)類(lèi)蝦類(lèi)的重金屬污染以及食用風(fēng)險(xiǎn)方面[17]等. 本研究以生活于巢湖中的扭蚌(Arconaialanceolata)、三角帆蚌(Hyriopsiscumingii)、褶紋冠蚌(Cristariaplicata)和圓頂珠蚌(Uniodouglasiae)為對(duì)象，分析了其內(nèi)臟團(tuán)、外套膜(包含鰓)和斧足中重金屬(Cu、Zn、Pb、Cd)和類(lèi)重金屬(As)的含量，并初步評(píng)價(jià)了4種蚌的食用風(fēng)險(xiǎn)，以期為淡水湖泊生態(tài)修復(fù)中耐受性物種的選擇提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與預(yù)處理

于2017年6月，在綜合考慮巢湖入湖河流分布、樣點(diǎn)可取性、人類(lèi)干擾程度等因素的前提下，借助GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在巢湖布設(shè)18個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)，各采樣點(diǎn)相距岸線(xiàn)約200～500 m，采集的扭蚌(共49個(gè))、三角帆蚌(共46個(gè))、褶紋冠蚌(共45個(gè))和圓頂珠蚌(共39個(gè))活蚌體(均為成年蚌)現(xiàn)場(chǎng)清洗掉淤泥(蚌體基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1)，并用潔凈的聚乙烯自封袋封存于4℃的保溫盒，帶回實(shí)驗(yàn)室后取出內(nèi)臟團(tuán)、外套膜(包含鰓，下同)和斧足等組織，后經(jīng)稱(chēng)重(鮮重)、勻漿、冷凍干燥后研磨成粉備用[18].

表1 巢湖所采集的4種蚌類(lèi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)*

*數(shù)據(jù)用游標(biāo)卡尺測(cè)量，表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，三角帆蚌和褶紋冠蚌的殼高不含翼部和冠部.

圖1 巢湖采樣點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of sampling sites in Lake Chaohu

1.2 元素的檢測(cè)與分析

取樣品0.2 g(精確到0.001 g)于聚四氟乙烯消解內(nèi)罐中，加入7 mL濃硝酸和1 mL 30%過(guò)氧化氫，旋緊內(nèi)蓋靜置過(guò)夜，按照GB 5009.268-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》中的消解條件進(jìn)行微波消解，冷卻后取出，用少量去離子水沖洗內(nèi)蓋，于超聲水浴箱中超聲脫氣5分鐘，最后用去離子水將消解液定容至50 mL并混勻[19]. 采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)以元素質(zhì)荷比(m/z)定性、外標(biāo)法定量，以Ge、Rh、Re為內(nèi)標(biāo)元素同時(shí)測(cè)定Cu、Zn、Pb、As、Cd等微量元素. 為檢驗(yàn)測(cè)定的準(zhǔn)確性，采用扇貝成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10024)進(jìn)行質(zhì)量控制，其回收率均在90%～110%之間. 為提高精確度和減小隨機(jī)誤差，所有樣品分析均重復(fù)進(jìn)行3次(取其平均值).

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用WPS Excel 2010和 SPSS 23.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與處理. 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，進(jìn)行Student-Newman-Keuls檢驗(yàn)，顯著性水平P<0.05. 執(zhí)行R 3.5.1軟件中Pheatmap包進(jìn)行熱圖繪制(繪圖前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化).

2 結(jié)果與分析

2.1 4種蚌類(lèi)不同組織中的微量元素含量

在巢湖18個(gè)樣點(diǎn)所采集的4種蚌類(lèi)中各微量元素均有檢出. 各蚌體不同組織中的重金屬及類(lèi)重金屬含量(干重，dw)見(jiàn)表2.

除Zn在圓頂珠蚌組織間含量趨勢(shì)為外套膜>內(nèi)臟團(tuán)>斧足外，巢湖4種蚌體中5種微量元素含量在組織間的差異均表現(xiàn)為內(nèi)臟團(tuán)>外套膜>斧足. 內(nèi)臟團(tuán)中Cu、Zn、As、Cd、Pb含量的變化范圍分別為6.86～10.10、105.48～151.79、3.96～6.57、0.51～3.18、1.02～7.13 μg/g(dw)，圓頂珠蚌與三角帆蚌之間以及扭蚌與褶紋冠蚌之間Cu的含量差異不顯著(P>0.05)，但這兩組之間有明顯差異(P<0.05)；外套膜中Cu、Zn、As、Cd、Pb 5種元素的變化范圍分別為4.28～4.77、89.83～196.83、2.32～4.21、0.40～2.76、0.99～5.62 μg/g(dw)，4種蚌類(lèi)中Cu和As的含量沒(méi)有顯著性差異(P>0.05)；斧足中各元素的含量范圍分別為2.55～3.49、80.34～95.23、1.97～3.06、0.08～0.71、0.86～2.93 μg/g(dw)，斧足中Cu、Zn、As和Cd含量均無(wú)顯著性差異(P>0.05). 5種微量元素在4種蚌類(lèi)中的平均含量均表現(xiàn)為Zn>Cu>As>Pb>Cd.

表2 巢湖4種蚌類(lèi)不同組織中微量元素含量(μg/g(dw))*

*同列中的不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05).

4種蚌類(lèi)中5種微量元素平均含量高低各有差異. Cu和Pb在4種蚌類(lèi)中的平均含量表現(xiàn)為扭蚌>褶紋冠蚌>圓頂珠蚌>三角帆蚌，Pb在扭蚌各組織中的含量均最高，內(nèi)臟團(tuán)、外套膜、斧足中Pb含量分別是其他3種蚌類(lèi)的5.65～6.99倍、4.46～5.68倍、2.62～3.41倍；Zn的各平均含量表現(xiàn)為圓頂珠蚌>扭蚌>三角帆蚌>褶紋冠蚌，Zn在圓頂珠蚌中含量最高，是其他3種蚌類(lèi)的1.41～2.11倍；Cd含量表現(xiàn)為扭蚌>圓頂珠蚌>三角帆蚌>褶紋冠蚌，Cd在圓頂珠蚌和扭蚌中的含量是三角帆蚌和褶紋冠蚌的2.75～6.08倍；As在4種蚌類(lèi)中的平均含量表現(xiàn)為圓頂珠蚌>三角帆蚌>褶紋冠蚌>扭蚌.

2.2 4種蚌類(lèi)在不同樣點(diǎn)的微量元素含量

4種蚌類(lèi)在不同樣點(diǎn)間的微量元素含量高低趨勢(shì)見(jiàn)圖2. 三角帆蚌各個(gè)組織的5種微量元素含量較其他3種蚌類(lèi)均最低，圓頂珠蚌的各組織在15號(hào)點(diǎn)的Cd含量均較其他樣點(diǎn)高，褶紋冠蚌在3號(hào)點(diǎn)的Zn和Cd含量、7號(hào)點(diǎn)的As含量、16號(hào)點(diǎn)的Cu含量、18號(hào)點(diǎn)的Pb含量較高，扭蚌各樣點(diǎn)的微量元素中，3號(hào)和5號(hào)樣點(diǎn)的Cd含量略高，17號(hào)樣點(diǎn)的As含量、Pb含量、Cu含量和3號(hào)樣點(diǎn)的Zn含量在外套膜中均較高.

圖2 4種蚌類(lèi)不同樣點(diǎn)的微量元素含量分布熱圖Fig.2 Heat map of trace elements content in different sites of four species of mussels

通過(guò)對(duì)同時(shí)采集到4種蚌類(lèi)的3、7、9和17號(hào)樣點(diǎn)進(jìn)行不同種類(lèi)、樣點(diǎn)對(duì)各微量元素含量影響的方差分析結(jié)果(表3)可知，在P<0.05的顯著水平下，Cu和As在不同種類(lèi)和樣點(diǎn)間的含量均無(wú)顯著性差異，Zn和Cd趨勢(shì)一致，在種類(lèi)間有顯著性差異，在樣點(diǎn)間差異不顯著，并且Cd在種類(lèi)間的差異極顯著(P<0.01)，Pb在種類(lèi)和樣點(diǎn)間差異均顯著，并且在種類(lèi)間的差異極顯著(P<0.01). 由此可知，不同種類(lèi)之間微量元素含量的差異大于同一種類(lèi)微量元素含量的空間差異.

表3 不同種類(lèi)、樣點(diǎn)對(duì)各微量元素含量影響的方差分析結(jié)果*

*主體間效應(yīng)的檢驗(yàn).

3 討論

4種蚌體各組織對(duì)各微量元素的富集具有明顯選擇性，除圓頂珠蚌中Zn元素在組織間含量趨勢(shì)為外套膜>內(nèi)臟團(tuán)>斧足外，巢湖4種蚌體中5種微量元素含量趨勢(shì)均為內(nèi)臟團(tuán)>外套膜>斧足，這與學(xué)者們[20-21]的研究結(jié)果一致. 內(nèi)臟團(tuán)中的肝胰臟是對(duì)外源污染物進(jìn)行代謝的重要器官，重金屬及類(lèi)重金屬等污染物通過(guò)消化道后，最終體內(nèi)運(yùn)輸?shù)礁我扰K參與代謝并大量蓄積[22]. 蚌類(lèi)中各微量元素含量變化表現(xiàn)出組織特異性[23]，這可能與蚌體組織間金屬硫蛋白含量的差異[24]有關(guān).

本研究中不同蚌類(lèi)對(duì)同一元素的富集能力存在明顯差異，這與龐艷華等[25]的研究結(jié)果一致. 在畢士川等[26]對(duì)上海市場(chǎng)不同水產(chǎn)品中Pb含量的調(diào)查結(jié)果中，未發(fā)現(xiàn)有對(duì)Pb特別富集的品種，不同科間Pb含量沒(méi)有明顯差異，而本研究通過(guò)表2發(fā)現(xiàn)，扭蚌各組織中Pb含量均最高，通過(guò)對(duì)比不同蚌類(lèi)中Pb含量發(fā)現(xiàn)，即便是扭蚌含量最低的斧足中的含量也高于其他蚌類(lèi)含量最高的內(nèi)臟團(tuán)中的含量，說(shuō)明扭蚌對(duì)Pb的富集程度相比于其他3種蚌類(lèi)是最高的，與其他3種存在顯著差異(P<0.05). 趙衛(wèi)紅等[27]研究發(fā)現(xiàn)微黃鐮玉螺中Pb通過(guò)滲透作用進(jìn)入體內(nèi)，而扁玉螺中Pb則是通過(guò)呼吸作用進(jìn)入體內(nèi)，由此認(rèn)為不同貝類(lèi)對(duì)同種重金屬的富集機(jī)制不同. 霍禮輝等[28]在探究重金屬對(duì)貝類(lèi)金屬硫蛋白的誘導(dǎo)作用時(shí)也表明不同金屬的親和能力不同，雙殼貝類(lèi)對(duì)Pb的濃集系數(shù)較高，并且與種類(lèi)及組織器官功能的差異相關(guān). 本研究中扭蚌體內(nèi)較高的Pb含量也可能是由于扭蚌對(duì)Pb的富集機(jī)制以及Pb對(duì)扭蚌體內(nèi)金屬硫蛋白的誘導(dǎo)作用不同于其他3種蚌類(lèi)導(dǎo)致的.

通過(guò)對(duì)比前人對(duì)巢湖各河口沉積物[29]、水體[30]重金屬研究的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在重金屬及類(lèi)重金屬污染最重的南淝河河口附近的13號(hào)點(diǎn)僅采集到圓頂珠蚌，可能是因?yàn)樗w重度污染不利于蚌體存活，并且蚌體內(nèi)Zn、Pb含量均較高，在派河、裕溪河、白石天河等污染程度依次減弱的河口采集到的蚌體內(nèi)各微量元素含量也呈現(xiàn)遞減趨勢(shì). 在裕溪河、柘皋河、十五里河、白石天河、杭埠河等污染程度總體呈現(xiàn)出依次減弱的河口，褶紋冠蚌、扭蚌和三角帆蚌中各微量元素含量也呈現(xiàn)出逐漸降低趨勢(shì)，表明不同樣點(diǎn)間的蚌體內(nèi)微量元素含量高低與沉積物及水環(huán)境中微量元素含量在空間上的高低趨勢(shì)一致，可能是因?yàn)榘鲶w多從水中浮游植物以及沉積物中通過(guò)食物攝取微量元素[31]，因此蚌類(lèi)可作為指示生物，監(jiān)測(cè)水生生態(tài)系統(tǒng)微量元素含量變化，這種生物監(jiān)測(cè)相比于直接通過(guò)水或沉積物檢測(cè)，更具經(jīng)濟(jì)效益，規(guī)避了通過(guò)水及沉積物檢測(cè)過(guò)程中波動(dòng)大、含量低、反應(yīng)不及時(shí)等問(wèn)題[32]. 蚌體內(nèi)的微量元素富集同時(shí)受生物因子(如年齡、種類(lèi)、性別、食物種類(lèi)等)[33-34]和非生物因子(如溫度、pH、鹽度等)[35-36]影響. 本研究中，蚌體微量元素含量的種間差異大于同一種類(lèi)微量元素含量的空間差異(表3)，元素Cd、Pb的種間差異均表現(xiàn)為差異極顯著(P<0.01)，然而因樣品量不足的限制，試驗(yàn)中未考慮蚌體年齡差異、性別等的影響，后續(xù)仍需進(jìn)一步研究.

表4 巢湖4種蚌類(lèi)微量元素含量(mg/kg(ww))*

*GB 2762—2017規(guī)定Cu、Zn不再作為污染物指標(biāo)；數(shù)據(jù)已轉(zhuǎn)化為濕重(ww).

蚌類(lèi)中絕大部分可食用，隨著社會(huì)發(fā)展和人類(lèi)需求的增加，蚌體養(yǎng)殖及捕撈日益普遍，使得蚌類(lèi)成為常見(jiàn)的水產(chǎn)品之一[37]. 根據(jù)GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中規(guī)定的水產(chǎn)品可食用部分污染物限量標(biāo)準(zhǔn)(濕重，ww)，Pb≤1.5 mg/kg 、Cd≤2.0 mg/kg(去除內(nèi)臟)、無(wú)機(jī)砷(As)≤0.5 mg/kg(總砷含量無(wú)限定標(biāo)準(zhǔn))，據(jù)表4可知，本研究中4種蚌類(lèi)Pb和Cd的含量均未超標(biāo)，總As含量均超出無(wú)機(jī)砷限量標(biāo)準(zhǔn)，然而無(wú)機(jī)As占總As含量的2%[38]～42%[39]，據(jù)此比例，四種蚌類(lèi)無(wú)機(jī)砷含量均未超標(biāo)，但三角帆蚌和圓頂珠蚌中As含量相對(duì)較高，無(wú)機(jī)砷最大值可能達(dá)到0.36～0.37 mg/kg，考慮到As在人體內(nèi)不易代謝，容易造成蓄積，可能會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)As含量超出限量標(biāo)準(zhǔn)，因此不建議大量食用.

4 結(jié)論

1)巢湖4種常見(jiàn)蚌類(lèi)對(duì)As、Cu、Cd、Pb、Zn 5種微量元素均有不同程度的富集，4種蚌體組織間各元素平均含量(除圓頂珠蚌中Zn外)均表現(xiàn)為內(nèi)臟團(tuán)>外套膜>斧足，圓頂珠蚌中Zn的平均含量則表現(xiàn)為外套膜>內(nèi)臟團(tuán)>斧足.

2)4種蚌類(lèi)各微量元素平均含量均表現(xiàn)為Zn>Cu>As>Pb>Cd，扭蚌對(duì)Cd和Pb有較高的積累，其含量為其他3種蚌類(lèi)的6～7倍，圓頂珠蚌對(duì)Zn的富集程度最高.

3)蚌體在污染較嚴(yán)重的河口中各微量元素含量較高，且蚌體微量元素含量的種間差異大于同一種類(lèi)微量元素含量的空間差異.

4)巢湖蚌體內(nèi)Pb和Cd含量均符合食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的限定標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)機(jī)As含量也在安全范圍內(nèi)，但三角帆蚌和圓頂珠蚌中不排除因As蓄積而存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，不建議大量食用.