贝类体内重金属的富集和消除

章誉兴，唐启航，李希磊，杨俊丽，于 潇，崔龙波

(烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264000)

近年来，随着经济的高速发展，由于采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属超标制品等人为因素导致重金属对环境的污染日益严重，尤其是水体环境[1]。重金属在水体中不能被微生物降解，只能发生各个形态间的相互转化、分散和富集而进行重金属迁移。重金属元素在贝类体内富集，经过食物链的浓缩或放大作用，人类再食用重金属超标的贝类便对人体产生毒害作用[2-3]。例如汞污染导致的“水俣病”，镉污染导致的“痛痛病”。同时，贝类因其种群分布广、生存适应性强、对多种污染物具有较强的富集作用，因此作为重金属污染物指示种较为理想。

1 重金属在水生动物体内的吸收

重金属进入水生动物体内的途径一般有三条：一是通过呼吸作用金属离子由鳃进入体内；二是通过摄取食物由消化道进入体内；三是通过体表与水体的渗透作用进入体内。金属离子进入体内后通过血液循环作用流经全身，在体内各个组织内富集[4]。

2 重金属在贝类体内的富集

2.1 重金属的富集机理

重金属在生物体内的富集方式有两种：体表吸附和透过体表吸收，部分生物则两者兼有。重金属被体表吸附一般是指重金属被体表黏液、肠胃黏液或呼吸时被鳃所滞留。而透过体表吸收可分为三种形式：一是重金属在生物体内与生物大分子相结合，这种生物大分子一般被认为是蛋白质，由于重金属与大分子结合后重金属不易通过细胞膜向外输出，所以重金属可在体内被大量积累下来；二是重金属在生物体内可以诱导金属硫蛋白的合成，这种蛋白质具有大量的-SH基，能够与汞、镉、铜、锌等重金属结合，甚至金属硫蛋白与重金属的结合能力大于高分子组分与重金属的结合能力，当生物体内受到重金属污染时，便会诱导合成这类蛋白质，让重金属结合到新合成的金属硫蛋白上，于是重金属在生物体内以金属硫蛋白或类金属硫蛋白的形式蓄积；三是重金属还可能以离子或低分子络合离子的形式在生物体内富集[5]。

2.2 影响重金属在贝类体内富集的因素

2.2.1 贝类的不同组织对重金属富集效应的影响 贝类的不同组织对重金属的富集效应不同。马元庆等[6]人报道了各组织Cd含量关系为：内脏>扇贝边>扇贝柱>性腺>体液，Cu含量关系为内脏>扇贝柱/性腺>扇贝边>体液，Zn含量关系为：扇贝柱>扇贝边>性腺>内脏>体液，Pb含量关系为：内脏/性腺/扇贝边>扇贝柱>体液。由此可见，Cd和Cu主要富集于内脏，Zn大多数富集于扇贝柱，而Pb在各组织中的富集程度基本相同。Cd和Cu主要通过消化道来进入体内[7]。贝类的不同组织对某种重金属具有高度选择性，肾脏和肝脏因可快速大量合成金属硫蛋白使重金属得以大量蓄积，因此成为重金属积蓄的主要靶器官。

2.2.2 贝类种间差异对重金属富集效应的影响 不同贝类对同种重金属的富集效应不同。陈海刚[2]等人报道了重金属Hg在不同贝类体内的富集情况，其中近江牡蛎对Hg的富集作用最为明显，富集系数BCF最大能达到3 493.8，远高于翡翠贻贝和菲律宾蛤仔。重金属Hg在近江牡蛎体内的含量甚至是菲律宾蛤仔和翡翠贻贝体内含量的20倍左右；重金属Pb在贝类的富集效应则是菲律宾蛤仔>近江牡蛎>翡翠贻贝；重金属Cd在贝类的富集效应则是翡翠贻贝>近江牡蛎>菲律宾蛤仔。黄强等[8]人报道了铜在不同贝类中含量大小次序为海螺>菲律宾蛤仔>毛蚶>紫贻贝>方形马珂蛤；铅的含量大小依次为海螺>毛蚶>紫贻贝>方形马珂蛤>缢蛏>菲律宾蛤仔；锌的含量大小依次为毛蚶>海螺>方形马珂蛤>缢蛏>紫贻贝>菲律宾蛤仔；镉含量大小为海螺>毛蚶>紫贻贝>菲律宾蛤仔>方形马珂蛤>缢蛏；铬含量大小为方形马珂蛤>紫贻贝>海螺>毛蚶>菲律宾蛤仔>缢蛏。镉在海螺和缢蛏中的含量差异是最大的，高达188倍左右。由此可以看出贝类的种间差异对重金属的富集能力存在影响。贝类的年龄、性别、繁殖状态、生活习性、生理代谢等因素可能会影响贝类对重金属的富集。

2.2.3 水体和沉积物对贝类重金属富集效应的影响 贝类生物体内重金属含量与水体中的重金属含量呈正相关关系，而贝类生物体内重金属含量与沉积物中的重金属含量的相关关系不明显[9]。孙珊等[10]人报道了山东省近岸养殖区海水中重金属含量为As>Cu>Cr>Pb>Cd>Hg；沉积物中重金属含量为Cr>Pb>Cu>As>Cd>Hg；贝类体内重金属含量为Cu>As>Cd>Cr>Pb>Hg。可以看出，在海水中重金属As和Cu的含量比较高，在贝类体内重金属As和Cu的含量也比较高；在沉积物中重金属Cr和Pb的含量比较高，而在贝类体内重金属Cr和Pb的含量相对较低。因此，海水中重金属的含量对贝类的影响较为显著。

2.2.4 金属种类对贝类重金属富集效应的影响 不同的重金属在贝类体内的富集作用不同。实验证明，紫贻贝对Hg的生物富集因子明显高于对Cd、Pb、As的富集，而对As的生物富集因子则明显要低于其它的三种金属[11]。牡蛎对Hg的生物富集因子明显高于对Cd、Pb、As的富集，而对As的生物富集因子远低于其它三种金属[12]。大连近岸海域虾夷扇贝中Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Mn、Ni的平均含量分别为0.488×10-6、2.924×10-6、0.047×10-6、1.394×10-6、2.152×10-6、36.08×10-6、22.87×10-6和1.592×10-6[13]。不同重金属在虾夷扇贝体内的富集作用从高到低依次为Zn>Mn>Cd>Cu>Ni>Cr>Pb>Hg。

与此同时，不同海域环境的污染状况、季节、海水温度、溶解氧和盐度对贝类体内重金属的含量均存在影响[14]。

3 重金属的富集模型

在重金属的生理毒性和生物富集研究中常用的模型主要有三种：稳态模型、两箱模型和生物动力学模型。稳态模型以生物和水体之间的平衡理论为基础，通过用生物富集系数BCF和生物浓缩系数BAF的概念来量化重金属在环境中的迁移转化规律，检测、评价和预测污染物进入环境后可能产生的危害作用。两箱模型是从自由基动力学模型衍生而出，考虑到了生物体从环境中吸收、富集并排出污染物。可以预测以水中的重金属为主要来源的生物体内的动态含量和平衡含量。生物动力学模型考虑到了环境化学的影响特性、水生动物代谢和生长的因素。通过检测不同物种体内的重金属浓度及其对某种非重金属元素的吸收能力或者富集能力。可以用该模型来预测不同金属或非重金属元素的生物富集和毒性作用[15]。

4 重金属在贝类体内的消除

消除的途径有：排泄、排遗、分泌、解毒及其它生理过程。贝类生活在重金属污染的水域时，重金属在体内的富集作用占据主导地位，当其离开污染环境时，消除作用占据主导地位。对贝类中重金属的排出可以通过清洁海水暂养的方法，但该方法消耗时间长，且效果不显著。陈海刚[2]的实验表明将贝类转移到清洁海水中使重金属在贝类体内释放，不同贝类释放的速度并不相同，但是贝类都释放到一定的程度之后便维持在一定的浓度范围之内而不再变化，这说明在海水中贝类并不能将自身体内的重金属完全消除。

目前需要寻找更为快速的、有效的方法，在不破坏贝类的营养价值的基础上，帮助贝类排出重金属。李学鹏[3]的实验得出Vc对褶牡蛎体内重金属Cu、Pb和Cd的排出净化有明显的促进作用，壳聚糖也可促进牡蛎体内重金属Cu和Cd的排出，但是对Pb的排出促进作用不明显。孙继鹏[16]研究了壳寡糖金属配合物对鲜活扇贝体内重金属Cd的影响，发现其对贝类的Cd有很好的脱除效果。朱常龙[17]的实验说明壳寡糖镁配合物对太平洋牡蛎体内镉残留有较好的脱除效果，该重金属镉脱除制剂对牡蛎体内其它金属含量无影响，并且壳寡糖镁配合物的使用不影响牡蛎体内的营养成分，具有安全性。

5 重金属对贝类的毒性

李玉环[18]的实验证明镉对海湾扇贝具有毒性，海湾扇贝发育越往后期，它对镉的忍受限就越大。镉产生的毒性大小与镉的存在形态、海水的盐度、温度、pH值、溶解氧等理化性质相关。李君丰等[19]人的实验表明在Cu2+浓度为0.002 7 mg/L，Pb2+浓度为0.091 4 mg/L，Cr6+浓度为0.201 6 mg/L，EDTA-Na2浓度为8.2 mg/L时对虾夷扇贝面盘幼虫没有不良影响，当超过这些浓度时，随着毒物浓度的增大，死亡幼虫的数量就越多。重金属在贝类体内富集到一定程度之后，便会影响其器官的生理功能，对其摄食、消化、吸收及代谢方式造成严重影响。吴坚[20]的实验表明当铜浓度为0.1 mg/L和镉浓度为1.0 mg/L时对紫贻贝的摄食率和滤水率有着显著影响。重金属还能够对贝类的生殖遗传方面产生影响，尤其是在胚胎期和幼仔期时的生长发育。高象贤[21]实验中砷在浓度为0.1～1.0 mg/L时，三个组面盘幼虫出现半数以上的畸形体。

6 建议与展望

我国贝类资源丰富多样，产量位居世界首位。随着我国经济逐步发展，海产养殖技术的提升以及国民消费水平的提高，海鲜已走入千家万户。而重金属污染的问题依旧严峻，贝类的污染问题尤为突出，已成为食品安全的重大隐患之一。

目前对贝类的净化处理还没有有效消除贝类重金属残留的方法，这将严重影响我国贝类养殖业的可持续发展。因此对贝类中重金属的脱除机理需要更进一步深入的研究。在突破技术瓶颈的同时，还需要在根源上限制污染物的排放。多管齐下，贝类的重金属污染问题才能够得到更为有效的控制。