环境污染生物指示器：蜜源植物-蜜蜂-蜂产品体系

吴黎明薛晓锋刘海民王 英陈 芳周金慧张金振

（1.中国农业科学院蜜蜂研究所，北京100093；2.河北遵化市畜牧水产局，064200）

一、开展环境污染生物指示器研究的意义

当前我国环境污染问题依然严峻，生态破坏、资源约束的矛盾突出。随着科学技术进步和工农业的发展，进入环境中的污染物数量和种类都在不断增加，其中不少污染物具有致病、致突变甚至致癌的特性，且在环境中的持久性很长[1,2]。污染物一方面在水体、大气、土壤中积聚和漂移，另一方面通过植物富集等途径转移到生物体中，并通过食物链危害人体健康[3]。因此，环境污染问题的治理和预防工作刻不容缓。

要从根本上防治环境污染，首先要对总体污染状况有一个较为准确的掌握。我国虽然在环境监测、面源污染防治、温室气体减排等方面做了大量的工作，也取得了很大的成绩，但至今仍然不能从根本上确立监测环境污染的关键点和切入点，尚不能摸清环境污染的全貌和动向，不能有针对性地对环境污染进行掌控和防治[4]。利用对环境极为敏感的生物指示器开展环境污染水平指示研究，对于更好地监控环境污染水平具有重要的现实意义。

二、国内外研究现状分析及存在问题

目前，国内外已有研究者开始将植物和动物作为生物指示器，开展环境污染程度指示研究。如植物能富集环境中特别是大气中的持续性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs），是目前大气环境中POPs污染指示研究的主要生物[5,6]。动物可以通过摄食和与环境的直接接触富集环境污染物，通过分析动物体内环境污染物的含量和种类可以起到直接指示污染程度的作用。目前相关研究的动物种类主要集中在水生生态系统的软体动物[7]、鱼类[8]，土壤环境中的蚯蚓[9]等。

另外，动物接触和摄入了环境污染物质后，会在行为、生理和生化等方面发生变化，也必然会导致动物体内包括抗氧化酶等在内的生物标记物含量和种类产生变化[10]。生物标记物是生物体受到严重损害之前，在不同水平（分子、细胞、个体等）上因受环境污染物影响而异常化的信号指标。生物标记物作为指示污染物危害效应的早期生物信号，能在早期预测和预报个体水平以上的效应，反映生物体从健康到疾病这一连续谱上的确切位置，掌握污染物危害发生前生物标记物的情况就可以制定预防性的管理措施，及时避免或减轻环境污染的危害，因而成为一种有效、前景广阔的环境危险评价工具。因此，在确立生物标记物和环境污染程度相关性的基础上，通过分析动物体内生物标记物变化情况，就可以准确评判环境污染程度。在这其中，生化酶是生物体内最灵敏的生物检测剂，是生物体内最早可测得的污染物诱导反应。作为生化标记物的各种酶是监测环境污染最有效的工具，可以为更高水平可能发生的损害提供信息。

蜜蜂是一种广泛分布于世界各地、易于饲养和繁育的群居性昆虫，全球饲养的蜂群数量很大，仅在我国就饲养820万群左右。蜜蜂的生物学特性、养殖的广泛性以及养殖和蜂产品生产的特殊性决定了蜜蜂能成为一种可靠、灵敏、经济的环境污染生物指示器[11,12]。原因如下：

1.在蜂群中，蜂王的繁殖能力很强，蜂群中通常能保持万只以上的工蜂，由于工蜂的寿命短，更新速度很快，使蜂群中一直保持者大量适合采集的青壮年工蜂；

2.蜜蜂具有贮存食物的特性，这使得蜜蜂在植物开花季节飞翔和采集非常积极，并在蜂巢中贮存大量的食物（花蜜、花粉、甘露、蜂胶）和水。农业污染物，如重金属、农药残留等会通过植物的生物富集作用或直接接触蜜粉源植物的蜜腺和花朵，而在植物花蜜和花粉中累积。当蜜蜂采集了这些花蜜和花粉后，可能导致死亡或造成一些行为的异常；如果不死亡，各种污染物的残留情况（包括杀虫剂、重金属在内的污染物和放射性核素等）也会在蜜蜂身体或最终产品中得以体现；

3.蜜蜂全身覆盖绒毛，采集过程中与其接触过的物质，包括环境污染物、花粉等均可以在其身上附着，同时，蜜蜂在飞行过程中接触到的空气中的环境污染物也可富集在蜜蜂体表；

4.蜜蜂具有采集的单一性，在采集花粉和花蜜过程中，蜜蜂每次出巢多采同一种植物的花粉和花蜜，一直到花谢蜜少的时候才转移到其他植物上。这个特性可让我们通过分析蜂产品和蜜蜂，推断出污染源所在；

5.蜜蜂对多数的植物保护用药，如杀虫剂等很敏感。蜜蜂接触农药后的死亡率和行为特征可在一定程度上反应环境污染状况；

6.蜜蜂具有可移动性，这种被人类大量饲养的经济昆虫生活在用活框饲养的蜂箱内，每天晚上全部归巢。因此可以按照人的意愿任意搬到需要进行环境监测的地方。另外，由于蜂群的飞行半径可以达到3 km以上，使一个蜂群的环境监测范围可以达到约28.3 km2。同时，由于蜜蜂采集活动的密集性与广面性（采集1 kg蜂蜜，工蜂要访问数百万朵花，飞行距离达20万km），使得监测采样的精确度能达到较高水平；

7.蜜蜂寿命短，体内缺乏免疫系统，环境变化会通过行为以及抗氧化酶等生化标记物得以明显体现；

8.蜜蜂在飞翔与采集过程中接触几乎所有的环境因子，如土壤、植物、水、大气。因此，除了在北方冬季越冬期，其他时候均能作为各种环境因子污染情况的生物指示器[13]。

目前国内外利用蜜蜂和蜂产品作为环境指示物的研究有少量报道。但这些报道多数是在检测分析蜂产品中污染物含量的同时，以讨论的形式在文中提及可能可以作为环境污染指示物。专门进行此类研究的论文及报道还很少见。

目前此类研究多数集中在建立蜂产品污染物检测方法和分析污染物含量方面[14]，有多篇文章在讨论中提到可以用蜂蜜中污染物含量、蜜蜂行为和死亡率等来指示环境中农药（杀虫剂）含量[15,16]，重金属[17]、放射性污染[18]和转基因植物[19,20]等的可能。国内也有蜂产品中有机氯农药含量的研究报告，但均未提及是否能指示环境污染程度。

因此，为了系统的评价能否利用蜜蜂和蜂产品指示环境污染程度，有必要对蜜蜂、蜂产品和环境、土壤等介质的多种类污染物进行分析，了解污染物在蜜源植物、蜜蜂和蜂产品中的富集特点，明确不同种类污染物在环境介质-蜜源植物-蜜蜂-蜂产品中的传递途径及含量相关性，提高利用蜜蜂及蜂产品指示环境污染的准确性。

三、研究方法探讨

在此提出两种研究方法，供参考。

1.通过研究蜜源植物、蜜蜂和蜂产品中目标污染物的来源和富集特征，揭示目标污染物在环境介质-蜜源植物-蜜蜂-蜂产品中的迁移规律，明确环境中与蜜源植物、蜜蜂、蜂产品中污染物含量的相关性，建立利用蜜源植物、蜜蜂和蜂产品指示环境污染程度的方法，确定该评价体系对目标污染物的指示区间，评价其污染指示作用的敏感性。

2.研究细胞色素 P450（P450）、谷胱甘肽 S-转移酶（GST）等解毒酶对目标污染物的反应，提出适宜的生化标记物，明确环境中污染物含量与蜜蜂体内解毒酶的时间－剂量效应，建立利用蜜蜂体内生化标记物指示环境污染的方法，并确定其指示区间和评价指示作用的敏感性。

研究两种方法对环境污染指示作用的相关性，建立利用两种方法共同指示环境污染程度的模型和方法，提高指示作用准确性和敏感性。进行此项研究不但可通过对蜂产品中污染物含量水平和影响因素分析，促进蜂产品中污染物的安全评价和消费，还可为环境污染程度评价提供一种全新的技术模式，为开展生物环境监测提供理论基础，同时拓展蜂业研究和应用领域，为促进我国蜂业健康发展发挥积极作用。

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