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中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心南泉基地（簡稱南泉基地，下同）平均水深1.5m，全封閉，沒有明顯的外源污染物；梅梁灣位于太湖的最北端，面積123.8km2，平均水深1.5m，受到工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及生活污水的綜合影響，是太湖污染較為嚴(yán)重的水域[14-15]；茈碧湖位于云南省，屬于典型的高原湖泊，面積32km2，平均水深3m，水質(zhì)非常清潔[16]。本研究通過了解背角無齒蚌體內(nèi)重金屬積累與水環(huán)境中重金屬背景含量之間的關(guān)系，進(jìn)而探索利用養(yǎng)殖蚌主動監(jiān)測自然水體重金屬污染動態(tài)的可行性。

1材料與方法

1.1樣本采集

2010年4—7月，在南泉基地的養(yǎng)殖池塘、太湖梅梁灣和茈碧湖共采集15個規(guī)格相似的背角無齒蚌（圖1）。樣本采集后置于曝氣的自來水中暫養(yǎng)72h以清空腸道內(nèi)容物，然后用不銹鋼解剖刀分離出軟組織，獨(dú)立分裝，并置于-20℃冰箱中冷凍保存。

1.2消解和測定方法

分析前，將所有蚌樣置于室溫解凍，然后分別用Milli-Q水清洗6遍。南泉基地與梅梁灣的蚌樣用冷凍干燥機(jī)（ALPHA1-4LSC，ChristCorp，德國）徹底干燥，并用粉碎機(jī)（A11，IKACorp，德國）制成均勻粉末狀。茈碧湖的蚌樣置于80℃烘箱中干燥24h至恒重，然后于瑪瑙研缽中磨成均一粉末狀。樣本的消解和測定參照Chen等[17]的方法。精確稱量干燥粉末樣本（0.1±0.005）g放入酸洗過的特氟隆消解管中，加入10mL純硝酸（Merck，德國），用微波消解儀（ETHOSAT260，MilestoneInc，意大利）進(jìn)行徹底消解（10min，120℃；15min，170℃；再次15min，170℃），最后轉(zhuǎn)移至酸洗過的特氟隆定容瓶，用Milli-Q水定容至200mL。應(yīng)用電感耦合等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS；7500ce，Agilent，美國），以Li、Sc、Ge、Y、In和Bi為內(nèi)標(biāo)，同時測定Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Mo、Ag、Cd、Ba、Tl和Pb的含量，并通過標(biāo)準(zhǔn)添加回收確認(rèn)儀器的測量精度，所有重金屬的回收率為99.4%~109.2%。1.3統(tǒng)計分析所得數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS16.0（SPSSInc，美國）統(tǒng)計軟件分析。應(yīng)用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)分析不同水環(huán)境蚌樣中重金屬含量，P<0.05表示差異水平顯著。進(jìn)而用判別分析（DiscriminantAnalysis）研究它們的重金屬積累特征。此外，用Pearson等級相關(guān)系數(shù)分析重金屬之間的相關(guān)性。除特別說明之外，所有重金屬含量均以μg•g-1干重表示。

2結(jié)果與討論

2.1重金屬含量與積累特征

除了Co和Ag在所有樣本中均未檢出之外，不同生境中背角無齒蚌重金屬含量見表2。南泉基地養(yǎng)殖蚌中所有重金屬含量均低于梅梁灣野生蚌（Co、Ag和Tl未檢出），且前者Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Ba的含量顯著低于后者（P<0.05）。茈碧湖野生蚌中Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量顯著低于梅梁灣野生蚌（P<0.05），但是前者M(jìn)o和Tl的含量顯著高于后者（P<0.05）。南泉基地養(yǎng)殖蚌中Cr、Fe、Mo和Tl的含量顯著低于茈碧湖野生蚌（P<0.05），但Cu、As和Pb的含量顯著高于后者（P<0.05）。雙殼貝類體內(nèi)重金屬的來源主要有三種途徑：（1）通過食物網(wǎng)攝取和積累是重金屬的主要來源[21-22]。（2）從過濾的大量水體中，鰓不斷吸收溶解在水中的金屬離子并通過血液輸送到各個部位是重金屬積累的重要途徑[21-22]。（3）水體中溶解的重金屬還可能會通過滲透作用穿過軟組織表皮并在體內(nèi)積累[22]。背角無齒蚌對重金屬（Cu、Zn和Cd）的吸收率與周圍水體重金屬的背景含量呈正相關(guān)，但吸收率的高低順序始終為Zn>Cd>Cu[23]。這與三角帆蚌（Hyri－opsiscumingii）對Cu、Zn和Cd吸收率的高低順序一致，但在相同條件下背角無齒蚌對Cu、Zn和Cd的吸收率分別是三角帆蚌的1.2、1.9和1.5倍[23]。重金屬進(jìn)入背角無齒蚌體內(nèi)之后，不同組織/器官對它們的積累具有明顯的選擇性，約40%的Al、Mn、Ni、Cu、Zn和As積累在鰓中，而40%左右的Fe、As和Pb則積累在內(nèi)臟團(tuán)中[24]。盡管如此，背角無齒蚌對重金屬的積累機(jī)制（如選擇性、吸收速率和排放速率）尚不明確，還有待于進(jìn)一步的研究。南泉基地是全封閉的，采用循環(huán)水養(yǎng)殖，遠(yuǎn)離工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活排污污染源，且在養(yǎng)蚌過程中不進(jìn)行額外的投餌。養(yǎng)殖蚌體內(nèi)重金屬的背景含量較低，不僅Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Ba的含量顯著低于梅梁灣野生蚌（表2），而且Mn、Fe、Zn、Mo的含量明顯低于太湖其他水域、宜興養(yǎng)殖基地以及波蘭水域的同種蚌類（表3），Cu和Cd含量亦低于太湖三山島、漫山和大浦水域及波蘭水域野生蚌（表3），甚至Cr、Fe、Mo和Tl的含量低于高原潔凈水體茈碧湖野生蚌（表2）。MPI指數(shù)能夠綜合反映水環(huán)境重金屬污染水平。Usero等[19]研究表明清潔水域中雙殼貝類（如Donaxtrunculus）MPI≤2.5，而受重金屬污染水域的MPI≥4.5。南泉基地蚌樣MP（I1.8）低于2.5，進(jìn)一步表明該水體沒有受到明顯的重金屬污染。Benedicto等[26]利用移殖未受污染水域養(yǎng)殖的紫貽貝，在地中海的123個位點(diǎn)進(jìn)行重金屬監(jiān)測，結(jié)果顯示沿岸水域因受到礦業(yè)和工業(yè)廢水排放的影響重金屬含量波動很大，Cd、Ni和Pb的含量分別為1.97~2.11、2.18~3.20、3.1~3.8μg•g-1。此外，通過移殖監(jiān)測還發(fā)現(xiàn)了原本被認(rèn)為是非常潔凈的水域已受到重金屬的影響，如西班牙Fornells水域中Ni的含量已達(dá)到1.2μg•g-1，CalaTreboluya水域Pb和Cd的含量分別高達(dá)2.0、2.16μg•g-1，Cabrera水域的Cd也達(dá)到2.58μg•g-1，從而起到了早期預(yù)警作用。背角無齒蚌能夠靈敏、有效地反映出水環(huán)境重金屬污染動態(tài)[4，6]。因此，今后移殖南泉基地養(yǎng)殖蚌對自然水體進(jìn)行主動監(jiān)測具有可行性，不僅可最大限度地減少生物指示物背景差異對監(jiān)測結(jié)果的影響，還能突破目前貝類監(jiān)測高度依賴采集野生資源的局限。這些都為我們正在嘗試中的，通過人工繁育技術(shù)在未受污染水域的南泉基地建立規(guī)格、年齡、生長速率和性成熟程度等生物因子一致，污染物暴露史相同，重金屬背景含量較低的“標(biāo)準(zhǔn)化”的養(yǎng)殖蚌，以適應(yīng)今后大規(guī)模、規(guī)范化、信息化的“標(biāo)準(zhǔn)背角無齒蚌觀察”研究體系需求的工作提供了理論依據(jù)。梅梁灣系太湖北部一個口袋型湖灣，水體交換頻率低，年均換水不足兩次，非常容易滯納污染物[14]。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為梅梁灣主要受到有機(jī)污染和嚴(yán)重富營養(yǎng)化[14]，然而本研究發(fā)現(xiàn)其重金屬污染趨勢也很嚴(yán)峻。該水域蚌樣Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Ba的含量顯著高于南泉基地，且Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量顯著高于茈碧湖（表2）。此外，Cr和Ni的含量亦明顯高于宜興養(yǎng)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）分別是南泉基地和茈碧湖的6倍和11倍之多（表2），已達(dá)到重金屬污染水平（MPI≥4.5）[19]。不僅如此，梅梁灣底泥中重金屬As、Ag、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的含量分別高達(dá)64、4.2、0.93、14.2、155、144、79.8、143、471μg•g-1，亦為太湖污染最為嚴(yán)重的區(qū)域[27]。重金屬的污染源主要來自直湖港河[27]。直湖港河介于無錫和常州兩市交界處，全長20.1km，平均寬度30~40m，沿岸人口密集（地區(qū)人口39.9萬），工業(yè)發(fā)達(dá)（具有工業(yè)企業(yè)2746家），以化工、印染、電鍍、食品和造紙等行業(yè)為主[28]。合成橡膠與制造PVC材料離不開Zn、Pb和Cd作為穩(wěn)定劑及添加劑，金屬電鍍則會產(chǎn)生大量的Cu、Zn和Ni，而皮革制造容易導(dǎo)致Cr污染[27]。然而該區(qū)域污水處理廠配套管網(wǎng)建設(shè)滯后，工業(yè)廢水和生活污水集中處理率甚低，僅分別達(dá)到15.4%和33.8%，其余大部分直接排放，并以約10m3•s-1的流量進(jìn)入梅梁灣[28]。茈碧湖的海拔高度為2033m，屬于典型的高原湖泊，水質(zhì)清潔[16]，然而迄今尚缺乏其重金屬含量的報道。本研究首次對生活在其中的背角無齒蚌重金屬含量進(jìn)行分析，結(jié)果表明除Mo和Tl之外其余重金屬含量都很低。不僅蚌樣中Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量顯著低于梅梁灣，Cu、As和Pb的含量顯著低于南泉基地（表2），而且Mn和Cu含量明顯低于宜興養(yǎng)殖基地、太湖其他水域以及波蘭水域，Zn和As含量低于太湖其他水域和波蘭水域，Cd含量亦低于宜興養(yǎng)殖基地、太湖三山島和馬山水域以及波蘭水域（表3）。此外，其MPI僅為1.0，遠(yuǎn)低于清潔水體MPI≤2.5的水平[19]，進(jìn)一步提示茈碧湖沒有受到重金屬污染。值得注意的是，茈碧湖蚌樣中Mo和Tl的含量相對于其他水域的同種蚌類比較高（表3）。這可能與云南是“有色金屬王國”，地層中Mo和Tl的背景含量較高有關(guān)[29]，如云南會澤鉛鋅礦石中Mo和Tl的含量就分別達(dá)到了4.4、6.2μg•g-1[30]。

2.2重金屬積累相關(guān)性及意義

不同污染背景生境中背角無齒蚌重金屬積累之間的相關(guān)性見表4。南泉基地養(yǎng)殖蚌中Fe-Zn、Fe-Cd和Zn-Pb之間呈顯著正相關(guān)（P<0.05），Al-Cd、Cr-Mo及Fe-Pb之間極顯著正相關(guān)（P<0.01）。梅梁灣野生蚌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之間呈顯著正相關(guān)（P<0.05），Mn-Zn、Mn-Mo、Ni-Cu、Zn-Mo、Mo-Cd以及Cd-Pb之間極顯著正相關(guān)（P<0.01）。茈碧湖野生蚌Cr-Fe、Cr-As、Mn-Ba、Fe-Mo和Mo-Ba之間呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。通過攝食和溶解在水體中重金屬離子的雙重暴露，雙殼貝類主動和被動地積累了各種重金屬[22]。元素（重金屬）進(jìn)入生物體內(nèi)，它們之間會形成生理活性互補(bǔ)的金屬化合物，或被具有強(qiáng)親和力的生物大分子共同結(jié)合，此外作為酶活性中心的金屬元素還可能會被化學(xué)性質(zhì)相似的元素所置換[31]。同時，貝類也會通過金屬硫蛋白的結(jié)合、富含金屬顆粒的隔離以及自身代謝等解毒機(jī)制降低體內(nèi)積累的重金屬的毒性[32-33]。因此，背角無齒蚌積累重金屬的相關(guān)性非常復(fù)雜[12]。呈正相關(guān)的重金屬之間往往具有相似的理化性質(zhì)，并且在動物體內(nèi)通過類似的生化途徑進(jìn)行代謝或由特殊的配體共同結(jié)合[34]。本研究發(fā)現(xiàn)雖然不同水域背角無齒蚌重金屬積累均呈正相關(guān)，但重金屬種類和復(fù)雜性差異明顯。除了Fe-Cd和Fe-Pb在南泉基地與梅梁灣蚌樣中呈顯著相關(guān)之外，其余顯著相關(guān)的重金屬在南泉基地、梅梁灣和茈碧湖三者蚌樣中皆不相同（表4）。而且，楊健等[12]研究顯示其他水域如宜興養(yǎng)殖基地的背角無齒蚌中Ni-Mn、Cr-Co及Cu-Cd之間呈顯著正相關(guān)（P<0.05），太湖三山島水域野生蚌Cr-Mn、Cr-Ni和Cr-Cd之間呈顯著正相關(guān)（P<0.05），與本研究中蚌的重金屬相關(guān)性差異甚大。提示背角無齒蚌體內(nèi)重金屬積累的相關(guān)性與機(jī)體自身調(diào)節(jié)關(guān)系微弱，而主要受到外界水環(huán)境重金屬背景含量的影響。此外，南泉基地、梅梁灣和茈碧湖蚌樣中分別有6對、20對和5對重金屬之間呈正相關(guān)（表4），這與三水域的污染程度相匹配（表2）。El-Moselhy等[35]研究也發(fā)現(xiàn)相同的趨勢，靠近污染源處的波紋巴非蛤（Paphiaundulate）體內(nèi)有36對重金屬（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）含量之間呈顯著正相關(guān)，而遠(yuǎn)離污染源處的加夫蛤（Gafrari－umpectinatum）體內(nèi)只有18對重金屬之間呈顯著相關(guān)（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之間正相關(guān)，Mn-Pb、Mn-Zn之間負(fù)相關(guān)）。這可能是由于污染越嚴(yán)重的水域，生活在其中的貝類就越有可能積累到相同數(shù)量級含量的重金屬。進(jìn)一步揭示背角無齒蚌積累重金屬相關(guān)性的復(fù)雜程度與水環(huán)境的污染程度具有共同的變化趨勢。

3結(jié)論

（1）背角無齒蚌體內(nèi)重金屬的積累水平與周圍水環(huán)境中重金屬污染程度呈正相關(guān)，在潔凈水體養(yǎng)殖或繁育的背角無齒蚌應(yīng)該可以控制其體內(nèi)環(huán)境重金屬積累在較低的水平。（2）南泉基地養(yǎng)殖蚌重金屬背景含量較低，接近于高原潔凈水體同種蚌類的重金屬含量水平，提示移殖南泉基地養(yǎng)殖的背角無齒蚌對自然水體進(jìn)行主動監(jiān)測是可行的。梅梁灣野生蚌重金屬Al、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量較高，表明該水域重金屬污染趨勢明顯。首次評價高原潔凈湖泊茈碧湖的重金屬水平，結(jié)果顯示Al、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb含量很低，但Mo和Tl的含量相對較高。（3）背角無齒蚌重金屬積累的相關(guān)性與機(jī)體自身調(diào)節(jié)關(guān)系微弱，而主要受到外界水環(huán)境重金屬背景含量的影響，并且相關(guān)性的復(fù)雜程度與水環(huán)境的污染程度具有共同的變化趨勢。

作者：陳修報蘇彥平孫磊劉洪波楊健單位：中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心南京農(nóng)業(yè)大學(xué)漁業(yè)學(xué)院