文蛤?qū)u的富集和排泄能力研究

文蛤?qū)u的富集和排泄能力研究

海洋污染日益嚴重，海洋生態(tài)系統(tǒng)污染加劇，尤其是重金屬污染。近年來，尤其是重金屬污染，已成為影響漁業(yè)污染的主要問題之一。重金屬污染能被生物體富集并沿食物鏈轉(zhuǎn)移(孫云明等2001),進而影響人類健康(Liuetal.1991;Shuaietal.2001;Funesetal.2006)。海洋雙殼貝類是我國主要的海洋食品原料之一,多棲息在污染比較嚴重的濱?；蛘吆涌诘貐^(qū),其濾食的生活特點和特殊的生活環(huán)境使其極易受到重金屬的污染和毒害,是一種理想的海洋污染指示生物(Farringtonetal.1983;Cajaravilleetal.2000)。2010年我國近岸海域水質(zhì)一、二類海水比例為62.7%,主要重金屬污染因子有銅(Cu)、鉛(Pb)和鎘(Cd),其中Cu超標倍數(shù)達3.8倍,Cu2+成為構(gòu)成海洋重金屬污染的重要成分(李華等2009)。Cu是機體進行正常生命活動所不可缺少的必需金屬,但當濃度超過一定水平時會對機體產(chǎn)生毒害作用(孫福新等2010),帶來慢性或急性中毒現(xiàn)象(王凡等2007;王曉宇等2009;劉天紅等2011)。雙殼貝類對重金屬Cu富集研究已有諸多報道,如泥蚶TegillarcagranosaLinnaeus(李學鵬等2008;郭遠明2008)、褶牡蠣OstreaplicatulaGmelin(李學鵬2008;劉升發(fā)等2008;沈盎綠等2009)、櫛孔扇貝Chlamysfarreri(王凡等2007;孫福新等2010)等,但采用生物富集雙箱動力學模型研究文蛤Meretrixmeretrix對Cu富集與排出規(guī)律的報道較少見。本研究以山東沿海地區(qū)重要增養(yǎng)殖品種文蛤為研究對象,進行了其對重金屬Cu的生物富集與排出試驗,目的在于探討文蛤?qū)u2+的耐受性、富集、排放能力及Cu2+濃度對文蛤吸附速度的影響,以期為相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)參考,并對生態(tài)風險評估及貝類食品的安全監(jiān)測提供一定參考意義。1材料和方法1.1自然海水淡化水試驗用文蛤采自山東青島即墨鰲山衛(wèi)養(yǎng)殖場,剔除較小及碎殼個體,海水清洗去除表面附著物及雜質(zhì)。文蛤殼長3.10～4.60cm,殼寬2.60～3.90cm,殼高1.50～2.3cm,體重16.00～26.00g。自然海水暫養(yǎng)7d,連續(xù)充氧,每日換水1次,投喂藻密度2×105cell/ml濃縮小球藻Platymonasspp.兩次,試驗前1d停止投餌。暫養(yǎng)期間試驗文蛤活動正常、無病,死亡率低于5‰,于試驗前隨機分組。試驗海水經(jīng)Ⅱ級砂濾,水質(zhì)分析結(jié)果:pH7.96～8.20,鹽度31.0±0.5,氨氮2.97～4.54μg/L,溶解氧大于6.0mg/L;Cu2+本底濃度為0.00276mg/L。試驗在300L的聚乙烯水箱中進行,試驗前將不同處理組水箱用同等體積的暴露溶液浸泡7d,至內(nèi)壁吸附重金屬為飽和狀態(tài)后備用。1.2試驗設(shè)計1.2.1水質(zhì)標準CuSO4·5H2O購自天津巴斯夫化工有限公司(A.R.500g)。以國標GB3097-1997海水水質(zhì)標準(二類)Cu2+≤0.010mg/L為參考,試驗水體濃度按0.010mg/L的0.5、1.0、2.5、5.0倍設(shè)置,即各試驗組Cu2+濃度分別為0.005、0.010、0.025、0.05mg/L。以自然海水為對照,24h不間斷充氧。試驗時間為2011年4月12日～6月30日,共計80d。1.2.2小球藻總投喂液ld各水箱中養(yǎng)殖水體270L,文蛤300只,設(shè)平行組。采用半靜態(tài)暴露染毒的方法富集35d,每24h更換全部溶液;每天投喂小球藻兩次;分別在第0、5、10、15、20、25、30、35天每箱隨機取活貝10只,取出后迅速用去離子水沖洗干凈,剝殼解剖取全部內(nèi)容物,經(jīng)勻漿后冷凍存放待分析。1.2.3換水、喂食時間35d富集試驗結(jié)束后,將剩余文蛤轉(zhuǎn)入自然海水進行排出試驗45d,換水、喂食時間與富集階段同;投餌量根據(jù)水箱中剩余文蛤數(shù)量遞減;分別在第5、10、15、20、25、30、35、45天每箱隨機取活貝10只,樣品處理與富集階段同。1.3樣品處理與銅濃度測定銅含量測定采用GB17378.6-2007海洋監(jiān)測規(guī)范第6部分,無火焰原子吸收分光光度法進行測定。銅含量單位用mg/kg干重表示。1.4藻類cu含量動態(tài)檢測結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Origin8.0和Excel2003軟件包進行分析。生物富集雙箱動力學模型和生物富集系數(shù)(BCF)測定采用修正的雙箱動力學模型方法,試驗的兩個階段用方程描述為:富集過程(0<t<t*):CA=C0+CWk1k2(1?ek2t)(0<t<t?)CA=C0+CWk1k2(1-ek2t)(0<t<t*)(1)排出過程(t>t*):CA=C0+CWk1k2(e?k2(t?t?)?e?k2t)(t>t?)CA=C0+CWk1k2(e-k2(t-t*)-e-k2t)(t>t*)(2)式中,k1為生物吸收速率常數(shù),k2為生物排出速率常數(shù),CW為水體Cu2+濃度(mg/L),CA為生物體內(nèi)Cu的含量(mg/kg干重),C0為試驗開始前生物體內(nèi)Cu的含量(mg/kg干重),t*為富集試驗結(jié)束的天數(shù),由公式(1)、(2)對富集和排出過程中貝類體內(nèi)Cu含量的動態(tài)檢測結(jié)果進行非線性擬合得到k1、k2值。生物富集系數(shù)BCF由公式(3)計算:BCF=k1/k2=limCA/CW(t→∞)(3)金屬的生物學半衰期指的是生物體內(nèi)的金屬排出一半所需的時間,用公式(4)計算:B1/2=ln2k2B1/2=ln2k2(4)生物體內(nèi)富集重金屬達到平衡狀態(tài)時體內(nèi)含量CAmax由公式(5)計算:CAmax=BCF×CW(5)2結(jié)果與討論2.1文肝急性毒性試驗統(tǒng)計時間從文蛤暴露于不同Cu2+濃度組富集35d,至排出試驗45d結(jié)束,共計80d,若試驗過程中處理組文蛤全部死亡則統(tǒng)計結(jié)束;每5d累計各組文蛤死亡數(shù)。由圖1可以看出,對照組死貝數(shù)變化幅度為0～2只/5d,累積死亡率為4.33%。0.005、0.01、0.025mg/LCu2+濃度組文蛤5～10d即出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng),死亡數(shù)峰值出現(xiàn)較早,10d后死貝逐漸減少,65d后文蛤死亡數(shù)全部為零。分析認為,特定Cu2+濃度范圍內(nèi),文蛤?qū)u2+具有一定耐受性,本試驗0.005、0.01、0.025mg/L組暴露溶液Cu2+濃度與文蛤死亡數(shù)及死亡峰值出現(xiàn)時間無相關(guān)。0.05mg/L處理組中,20～35d隨著富集天數(shù)的增加,文蛤死亡數(shù)遞增,35～40d累計死貝數(shù)達到峰值(37只),分別為其余3組峰值數(shù)的3.1(0.005mg/L組)、3.7(0.01mg/L組)、3.36(0.025mg/L組)倍,40d后死貝數(shù)劇減,55d后死亡數(shù)為零。2.2文討論di反應(yīng)由圖2可以看出,試驗期間對照組文蛤體內(nèi)Cu含量為4.72～8.04mg/kg。各處理組文蛤體內(nèi)Cu含量均在暴露5d時明顯增加,0.05mg/L組與0d相比迅速提高了4.18倍;5d后文蛤體內(nèi)Cu含量基本增長平緩,15～25d時0.005、0.05mg/L組文蛤體內(nèi)Cu含量先降低后增加;30d時0.01mg/L組文蛤體內(nèi)Cu含量達到峰值,與0d時相比提高了1.60倍,35d時0.005、0.025、0.05mg/L組文蛤體內(nèi)Cu含量達到峰值,與0d相比分別提高了1.13、7.54、7.83倍。2.35d組不同處理組文肝組織cu含量的變化由圖3可以看出,除對照組,5d時各組文蛤體內(nèi)Cu含量迅速降低,與排出0d相比體內(nèi)Cu含量分別減少了7.85%(0.005mg/L)、11.31%(0.01mg/L)、43.51%(0.025mg/L)和53.98%(0.05mg/L);15～25d時0.025、0.05mg/L處理組文蛤體內(nèi)Cu含量出現(xiàn)了先增加后減少的現(xiàn)象,25～35d時0.005、0.01mg/L組出現(xiàn)了同樣的變化趨勢;30d時0.05mg/L組除取樣外文蛤全部死亡。2.4國民公司cu2+排出率d由圖4可以看出,富集前期文蛤?qū)u2+的富集速率明顯大于后期,各濃度組的平均富集速率分別為0.325(0.005mg/L)、0.470(0.01mg/L)、1.236(0.025mg/L)、1.765mg/kg·d(0.05mg/L)。排出試驗30d時0.05mg/L組文蛤體內(nèi)Cu2+排出率77.27%(除取樣外文蛤全部死亡),排出速率1.074mg/kg·d;排出45d時0.005、0.01、0.025mg/L組文蛤體內(nèi)Cu含量與排出0d相比分別減少了45.48%、62%和88.7%,排出速率為0.102、0.169、0.795mg/kg·d(圖5)。2.5文獻中的cu2+生物固定曲線和數(shù)據(jù)調(diào)整2.5.1生物豐富曲線采用方程(1)和(2)對富集和排出階段進行非線性擬合,得到不同暴露濃度下文蛤?qū)u2+的生物富集曲線(圖6)。2.5.2泥對cu2+的富集通過對富集與排出過程的非線性擬合,得到吸收速率常數(shù)k1、排出速率常數(shù)k2;然后根據(jù)公式(5)、(6)、(7),得出生物富集系數(shù)(BCF)、平衡狀態(tài)下文蛤體內(nèi)Cu含量(CAmax)、Cu的生物學半衰期(B1/2)。參考李學鵬等(2008)、郭遠明(2008)相關(guān)文獻,較低Cu2+濃度水體中菲律賓蛤、泥蚶等貝類對Cu2+無明顯富集,本研究4個處理組富集參數(shù)無明顯規(guī)律性,僅對0.01、0.025、0.05mg/L組文蛤富集參數(shù)進行比較。隨著水體Cu2+濃度的增大,k1、k2、BCF先增加后減少,半衰期B1/2先減少后增加,CAmax逐漸增大。李學鵬等(2008)應(yīng)用半靜態(tài)雙箱模型室內(nèi)模擬泥蚶對重金屬Cu的生物富集試驗,發(fā)現(xiàn)0.01～0.10mg/L處理組泥蚶對Cu2+富集參數(shù)k1、BCF、B1/2均隨著暴露水體Cu2+濃度增加呈先增加后減少,CAmax逐漸增加;郭遠明(2008)研究發(fā)現(xiàn),0.035～0.115mg/L濃度組泥蚶對Cu富集動力學參數(shù)k1、BCF隨著暴露水體Cu2+濃度增加呈先增加后減少,CAmax逐漸增加。本研究中富集參數(shù)k1、BCF、CAmax的變化規(guī)律與上述已有結(jié)論基本一致。由圖7可以看出,0.005、0.01、0.025mg/L組中文蛤?qū)u2+富集倍數(shù)與暴露水體Cu2+濃度正相關(guān)(R2=0.9946);當濃度達到0.05mg/L時,富集倍數(shù)迅速降低。2.6u2+濃度對u2+濃度的影響0.005、0.01、0.025mg/L處理組富集平衡狀態(tài)下CAmax隨著暴露溶液中Cu2+濃度的增大而增大,呈明顯的正相關(guān)關(guān)系(R2=0.9907);超出一定濃度范圍后正相關(guān)性降低,0.005、0.01、0.025、0.05mg/L組文蛤?qū)u2+富集平衡狀態(tài)下CAmax隨著外部水體Cu2+濃度的增大而增大,相關(guān)性較不顯著(R2=0.7341)。3外部水體cu2+濃度對k1、k、bcf表達的影響1)富集0～35d暴露水體Cu2+濃度與文蛤體內(nèi)Cu含量基本正相關(guān),但與富集達到平衡時間相關(guān)性不大;排出試驗0.025、0.05mg/L處