長江下游及鄱陽湖長江江豚體內(nèi)元素累積特征比較

闞雪洋，尹登花，方昕，藺丹清，應(yīng)聰萍，徐跑，劉凱,*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇 無錫 214081； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江下游漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心,江蘇 無錫 214081)

長江江豚是一種主要分布于長江中下游干流及洞庭湖和鄱陽湖的小型齒鯨[1]，是世界上唯一的江豚淡水亞種。自2007 年白鱀豚Lipotesvexillifer被宣告功能性滅絕以后，長江江豚已成為長江中棲息的唯一鯨類動(dòng)物，也是長江水生生態(tài)系統(tǒng)是否健康的重要指示物種[2]。從20 世紀(jì)80 年代至今，長江中下游干流長江江豚的分布范圍呈萎縮趨勢(shì)，分布呈現(xiàn)相對(duì)集中且日益斑塊化的特征，各群體間的距離漸趨擴(kuò)大[3]。長江江豚已升級(jí)為國家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物，其種群極度瀕危，保護(hù)形勢(shì)非常嚴(yán)峻。2017 年長江江豚科學(xué)考察結(jié)果表明，長江江豚種群數(shù)量約為1 012 頭，其中干流約445 頭，洞庭湖約為110頭，鄱陽湖約為457頭[4]。如果長江江豚種群數(shù)量持續(xù)衰退的趨勢(shì)得不到有效遏制，10余年內(nèi)長江江豚將重蹈白鱀豚的覆轍，面臨功能性滅絕的風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)于長江江豚的保護(hù)研究亟待深入。

重金屬由于能夠抑制體內(nèi)各種酶的活性，或取代必需金屬元素，常直接干擾或損害生物體的正常生理生化功能，會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生急性或長期的毒理效應(yīng)[5]。水體重金屬污染具有來源廣、累積性強(qiáng)、不易降解，以及污染后不易被發(fā)現(xiàn)且難于恢復(fù)、容易被食物鏈富集放大等特點(diǎn)。而鯨類動(dòng)物通常位于水生態(tài)系統(tǒng)食物鏈頂端，其體內(nèi)組織器官中元素的分布和累積會(huì)受到自身代謝及棲息地環(huán)境特征的影響[4]。目前，已有學(xué)者對(duì)相關(guān)物種的元素累積特征進(jìn)行了研究報(bào)道，其中包括對(duì)長江江豚重金屬元素的攝入與累積研究[6]，也包括對(duì)東亞江豚[4]、印太江豚[7]和長江江豚[8-9]等死亡個(gè)體組織器官累積特征的研究。由于中國鯨類動(dòng)物均為國家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物[10]，自然種群數(shù)量均較為稀少，野外死亡個(gè)體也不易獲得，因此，總體上相關(guān)的研究報(bào)道較少。

在長江江豚的主要分布水域，每年均有野外死亡個(gè)體的報(bào)道，根據(jù)《長江流域漁業(yè)生態(tài)公報(bào)》，2016、2017、2018年分別發(fā)現(xiàn)死亡江豚35、29、49頭。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江流域漁政監(jiān)督管理辦公室管理要求中規(guī)定：有關(guān)負(fù)責(zé)單位應(yīng)及時(shí)處理長江江豚死亡樣本，科學(xué)分析死亡原因，制定科學(xué)有效的保護(hù)措施。作為上述工作的重要內(nèi)容之一，本研究中通過較為系統(tǒng)地采樣測(cè)定和統(tǒng)計(jì)分析，探究了長江下游至鄱陽湖水域死亡長江江豚體內(nèi)元素累積特征，為后期結(jié)合長江江豚主要棲息地環(huán)境元素特征進(jìn)行比對(duì)分析，進(jìn)而嘗試開展長江江豚野外死亡個(gè)體溯源研究，明晰長江江豚死亡水域及致危因素做前期積累，并為長江江豚棲息地保護(hù)與修復(fù)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗(yàn)中分析的5 頭長江江豚遺骸為2017—2018 年在長江下游及鄱陽湖沿岸發(fā)現(xiàn)的野外死亡個(gè)體(表1)。樣本收集后迅速帶回實(shí)驗(yàn)室置于-20 ℃冰柜中保存。依照張先鋒[11]的鑒定方法確定年齡。樣本解剖后，取其心、腎、肺、肝、肌肉、皮膚、脂肪、胃和腸9 種器官和組織用于元素分析。參照張淮城等[12]的具體取樣方法，肌肉取背中部，肝取中部，心取左心室部分，肺和腎取左側(cè)中部，胃壁取主胃，腸道取中段。樣品用錫箔紙包裹后分別放在多聚乙烯袋中，置于-80 ℃超低溫冰箱中保存以備分析。

表1 長江江豚樣本信息

1.2 方法

用解剖刀切取各組織樣品，并稱其濕質(zhì)量。將樣品勻漿后放入不銹鋼盤中，然后置于-20 ℃冰箱冷藏，經(jīng)真空冷凍干燥機(jī)干燥48 h以上至恒重后，稱其干質(zhì)量，計(jì)算各組織器官的干濕質(zhì)量比率。按照國家標(biāo)準(zhǔn)(GB17378.6—2007)和海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(HY/T 132—2010)中的方法，準(zhǔn)確稱取0.1 g干樣于微波消解罐中，分別加入王水、氫氟酸各3 mL，蓋緊罐蓋。將消解罐裝入消解儀中，于150 ℃微波消解24 h，直至溶液澄清，待溶液冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶，用蒸餾水定容。樣本過膜(0.2 μm)后使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(賽默飛-ICPA7400)測(cè)定，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出各組織器官中鉀K、鈣Ca、鈉Na、鎂Mg、鈷Co、鐵Fe、銅Cu、鋅Zn、錳Mn、鉛Pb、鎘Cd、汞Hg、砷As、鉻Cr元素的含量，每個(gè)樣本測(cè)定一次。

將長江江豚樣本按照性別分為雌性組、雄性組，按照年齡分為S組(年齡≤3 a)、M組(3 a<年齡≤8 a)和L組(年齡>8 a)，按照發(fā)現(xiàn)水域?qū)⑵浞譃殚L江下游組和鄱陽湖組。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±S.D.)表示。采用 SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件中的單因素方差分析(One-way ANOVA)法和Kruskal-Wallis法對(duì)長江江豚各組織器官中的元素含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)分析，用Person方法分析不同年齡組元素含量的相關(guān)性,顯著性水平設(shè)為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 長江江豚不同組織中元素的累積特征

長江江豚9種組織器官中的14種元素平均含量見表2。各樣本組織中，K、Ca、Na、Mg 4種常量元素在長江江豚體內(nèi)含量變幅分別為448.04～5 117.67、86.77～437.83、219.65～3 099.00、35.98～284.30 μg/g，平均含量依次為K>Na>Ca>Mg。K和Mg在心組織中的含量最高，Na和Ca在腸組織中的含量最高；4 種元素在脂肪中含量均最低；K、Na和Mg元素在各組織中存在差異，而Ca則無顯著性差異(P>0.05)(表2)。

Zn、Fe、Cu、Co、Cr、Mn 6種必需微量元素在長江江豚體內(nèi)含量變幅分別為12.51～374.16、55.45～1 092.88、0.17～4.34、0.003～0.07、0.23～0.68、0.31～9.29 μg/g，平均含量依次為Fe>Zn>Mn>Cu>Cr>Co；Zn在皮膚中的含量最高，F(xiàn)e、Cu和Mn在肝中的含量最高，Cr在心組織中的含量最高，Co在腎組織中的含量最高；Zn、Fe、Co和Mn在脂肪中含量最低；Zn、Fe、Cu、Co和Mn元素在各組織中存在差異，而Cr則無顯著性差異(P>0.05)(表2)。

Pb、Cd、Hg、As 4種毒性元素在長江江豚體內(nèi)含量變幅分別為0.59～1.31、0.01～3.92、0.02～0.10、0～0.76 μg/g，平均含量依次為Pb>Cd>As>Hg；Pb和Hg在肝中的含量最高，Cd在腎中的含量最高，As在脂肪中的含量最高；Pb在脂肪中的含量最低，Cd在皮膚中的含量最低，Hg在胃中的含量最低，As在肝中未檢測(cè)到；Cd元素在各組織中存在差異，而Pb、Hg和As則無顯著性差異(P>0.05)(表2)。

表2 長江江豚不同組織中各元素的平均含量

2.2 不同性別、年齡和水域群體長江江豚組織內(nèi)元素含量差異

2頭雄性樣本各組織中K、Ca、Na、Mg、Zn、Fe、Mn、Cr、Pb平均含量均大于3頭雌性樣本，3頭雌性樣本各組織中Cu、As、Cd、Hg平均含量均大于2頭雄性樣本；經(jīng)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)，雌雄個(gè)體間總體上Ca元素含量存在顯著性差異(P<0.05)，Cr元素含量存在極顯著性差異(P<0.01)(表3)；雌雄個(gè)體間總體上Fe元素平均含量無顯著性差異(P>0.05)，但在肺中，雌性Fe元素平均含量顯著高于雄性(P<0.05)(圖1)。

*表示該元素含量在雌雄長江江豚組織間具有顯著性差異(P<0.05)。

S組樣本各組織中K、Ca、Na、Mg、Zn、Mn平均含量均最高，M組樣本各組織中Co、As平均含量均最高，L組樣本各組織中Fe、Cu、Cr、Cd、Hg平均含量均最高；經(jīng)Person相關(guān)性分析顯示，不同年齡組個(gè)體間元素含量無顯著相關(guān)性(P>0.05)(表3)。

1頭鄱陽湖樣本各組織中K、Ca、Na、Mg、Zn、Mn、Co、Cr、Pb平均含量均較高，4 頭長江下游樣本各組織中Fe、Cu、As、Cd、Hg平均含量均較高；經(jīng)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)，不同水域個(gè)體間K、Ca、Na、Mg、Hg、As 6 種元素平均含量存在顯著性差異(P<0.05)(表3)。

表3 長江江豚不同群體中各元素的平均含量

鄱陽湖樣本心、肝、腎、腸、胃和皮膚中K、Ca、Na、Mg、Zn 元素平均含量均高于長江下游組樣本，而鄱陽湖樣本心、肝、腎、肺、腸、胃、脂肪和皮膚中As、Cd、Hg 3類毒性元素平均含量則均低于長江下游組樣本(表4)。

表4 長江下游與鄱陽湖長江江豚樣本體內(nèi)元素平均含量的比較

3 討論

3.1 長江江豚體內(nèi)元素的分布特征

長江江豚體內(nèi)元素在組織器官的累積具有一定的特征，這可能反映出不同元素在不同組織器官中特有的生理功能。研究表明，許多重金屬的解毒過程和機(jī)體必需微量元素的代謝活動(dòng)發(fā)生在肝中，本研究中，F(xiàn)e、Cu、Mn等必需微量元素主要富集于肝，可能與肝的解毒和免疫功能相關(guān)；毒性元素Pb、Cd、Hg主要富集在腎，這應(yīng)與腎的毒物代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)和清除功能有關(guān)。

Zn在皮膚中含量最高，可能由于鯨類動(dòng)物皮膚中需要大量的Zn以防止紫外線的傷害[13]。同時(shí)，Zn也是真皮細(xì)胞增殖和膠原沉積所必需的元素，在表皮創(chuàng)傷愈合過程中起著重要的作用[14]，長江江豚表皮常見因人類活動(dòng)造成的創(chuàng)口，因此，其表皮上較高的Zn含量可能與傷口修復(fù)有關(guān)。As易于在魚體脂肪中積累[15]，因此，長江江豚體內(nèi)較高的As含量應(yīng)與其食物鏈富集相關(guān)，此外，As通常以有機(jī)形式存在于組織中，具有脂溶性[16]，因此，長江江豚脂肪中As含量最高。Cd能與機(jī)體富含巰基的蛋白質(zhì)或金屬硫蛋白發(fā)生反應(yīng)，形成乳糜瀉儲(chǔ)存在腎中，因此，腎中的較高Cd含量可能與乳糜瀉高度穩(wěn)定和持久的化學(xué)性質(zhì)相關(guān)[17]。有研究顯示，在中國珠江口西部水域Cd濃度達(dá)到峰值的同一年，有關(guān)印度太平洋座頭海豚擱淺事件的報(bào)告增多[18]，這表明鯨豚類組織微量元素濃度可能反映水體微量元素污染狀況。

為了更直觀地表達(dá)各元素的累積特征，將本研究中長江江豚肝腎中的微量元素含量與中國其他水域豚類動(dòng)物肝腎中的微量元素含量進(jìn)行比較(表5)。結(jié)果顯示，長江江豚與其他鯨豚類動(dòng)物相比毒性元素差異較大，本研究中，長江江豚腎臟中Pb和Cd含量均高于白鱀豚，其平均含量分別為白鱀豚的6.1倍和12.3 倍；而長江江豚肝中Cd和腎中Hg含量明顯低于東亞江豚，肝、腎中Hg含量遠(yuǎn)低于中華白海豚，因此，長江江豚受到的環(huán)境威脅可能小于沿海鯨豚類動(dòng)物。這與中國自2002 年禁止使用含Pb、As、Hg的農(nóng)藥后，長江下游地區(qū)這些元素含量下降的報(bào)告結(jié)果一致[19-20]。值得注意的是，與白鱀豚相比，長江江豚體內(nèi)Mn含量過高，其肝、腎中Mn平均含量分別為白鱀豚的9.5倍和7.1倍。Mn是腦發(fā)育和功能活動(dòng)所必需的微量元素[21]，許多含Mn的酶與肝的免疫和解毒功能相關(guān)[22]，同時(shí)高M(jìn)n含量可能有神經(jīng)毒性和生殖毒性[23]，這一因素在長江江豚野外死亡個(gè)體的解剖及病理分析時(shí)應(yīng)予以關(guān)注。

表5 長江江豚與其他水域豚類肝腎中微量元素平均含量的比較

3.2 不同性別、年齡個(gè)體的元素分布特征差異

本研究結(jié)果顯示，長江江豚大部分組織中的元素含量在雌雄個(gè)體間無顯著性差異，但Ca、Cr含量有顯著性差異(P<0.05)，這與對(duì)東亞江豚的研究結(jié)果一致[5]。但其他水域長江江豚[8]、中華白海豚[18,27]、印太江豚[26]及其他鯨豚類動(dòng)物[28]的研究中均未發(fā)現(xiàn)雌雄個(gè)體間元素含量有顯著差異。有研究表明，雌性個(gè)體體內(nèi)元素會(huì)通過母嬰傳播傳遞給下一代[29]，因此，繁殖和喂養(yǎng)后代可能是造成雌性和雄性鯨豚類動(dòng)物元素積累差異的重要原因。而本研究中無法確定雌性個(gè)體是否處于哺乳期，因此，雌雄個(gè)體體內(nèi)元素差異原因還需進(jìn)一步探究。此外，本研究中長江江豚體內(nèi)毒性元素Cd和Hg含量在L組江豚中含量最高，但無顯著性差異(P>0.05)，這與對(duì)其他水域長江江豚[8]、中華白海豚[18,27]、印太江豚[26]及其他鯨豚類動(dòng)物[28]的研究結(jié)果一致。Cd和Hg均屬于非必需微量元素，因此，它們?cè)邛L豚類體內(nèi)累積含量與年齡呈顯著正相關(guān)應(yīng)是通過食物鏈富集的結(jié)果[30]。而且，Hg在機(jī)體內(nèi)可以轉(zhuǎn)化為高度穩(wěn)定和持久的有機(jī)Hg從而富集在脂肪中，且隨年齡增加而增加[31]。本研究中還發(fā)現(xiàn)，長江江豚體內(nèi)常量元素K、Na和Mg及微量元素Zn含量在L組江豚中含量最低，在魚類和其他鯨豚類動(dòng)物研究中亦有類似結(jié)果[32-34]。不同年齡個(gè)體元素的累積含量，一方面可能與其生理功能差異相關(guān)，另一方面亦可能與攝食率有關(guān)[35]。

3.3 不同水域個(gè)體的元素分布特征差異

魚類環(huán)境毒理學(xué)研究顯示，長江下游魚類組織的Hg含量高于鄱陽湖水域[36]。另有研究也發(fā)現(xiàn)，2008 年以來長江下游沉積物中的微量元素污染趨于嚴(yán)重[37]。本研究中發(fā)現(xiàn)，長江下游采集的死亡個(gè)體組織Hg和As含量顯著高于鄱陽湖個(gè)體，與前述調(diào)查結(jié)果一致；此外，安慶市降塵中Cd污染程度處于重污染至嚴(yán)重污染之間[38]，長江安慶段沉積物中重金屬污染以Cd為主[39]。本研究中也發(fā)現(xiàn)，長江安慶段采集的死亡個(gè)體組織Cd含量較高，因此，長江江豚體內(nèi)元素差異也可能與其棲息環(huán)境中的元素背景值相關(guān)。

4 結(jié)論

1) 通過對(duì)長江江豚野外死亡個(gè)體各組織元素累積含量的檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，長江江豚組織樣本中各元素含量呈一定的規(guī)律性，部分組織毒性元素含量較高，因此，長江江豚棲息地保護(hù)工作應(yīng)進(jìn)一步加以關(guān)注。

2) 不同性別、年齡群體長江江豚體內(nèi)部分元素含量存在差異，因此，在開展長江江豚就地保護(hù)工作及死亡原因分析時(shí)應(yīng)予以關(guān)注。

3) 元素的環(huán)境背景值對(duì)長江江豚健康關(guān)聯(lián)密切，因此，加強(qiáng)長江江豚主要棲息地環(huán)境背景調(diào)查，建立典型環(huán)境指標(biāo)背景庫，降低長江江豚致危因素尤為重要。