铜离子胁迫对近江牡蛎软体组织及贝壳重金属含量的影响

卓 文，陈 新,2，刘秋妤，唐 敏, 2

(1.海南大学 材料与化工学院， 海口 570228； 2.海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室， 海口 570228)

近年来，各国对海洋资源利用和开发的力度不断增加，同时，人们也认识到保护海洋生态环境已刻不容缓。其中，因为海洋重金属污染具有难以降解、难以检测、对生态环境和人类健康危害严重以及全球性等特点，引起了人们的广泛重视[1-4]，而相应的生物监测技术及其毒性机理研究，是目前最受关注的研究内容之一。双壳贝类常用于海洋重金属的生物监测研究。其中，近江牡蛎(Crassostrearivularis)为广温、广盐性贝类，分布广，多栖息于河口附近的海区，可从低潮线一直延至10余米深的海区[5]。近江牡蛎成体一般营固着滤食生活，已有资料表明，近江牡蛎对环境中的重金属具有一定的生物富集作用[6]，其体内的重金属含量与周围水和沉积物中的重金属浓度有一定的相关性[7-8]。另一方面，近江牡蛎是重要的海水养殖品种，具有很高的食用和药用价值[9]。因此，在沿岸海洋环境重金属污染监测研究中，近江牡蛎是较理想的监测生物[10]。不同贝类对单一重金属的耐受力不同[11-12]，而且对复合重金属联合作用的响应也不同[13]，复合重金属在与生物作用时相互之间存在协同、拮抗、相加和独立作用。霍礼辉[14]通过对泥蚶的重金属[铜(Cu)、铅(Pb)、镉(Cd)]累积规律发现，Cd能够拮抗Cu的富集，内脏团中一定量的Cu也能够拮抗Pb和Cd的累积。不同重金属在不同贝类体内积累存在差异[15-16]，贻贝(Mytilusedulis)比牡蛎(Crassostreavirginica)积累了更多的砷(As)和镍(Ni)，而牡蛎则积累了更多的Cu[17]，近江牡蛎和华贵栉孔扇贝(Mimachlamysnobilis)的重金属污染水平较高[18]，其中，近江牡蛎体内的重金属含量最高，且最易富集Cd[19]与Cu[20]。目前，人们在贝类重金属急性毒性和生物积累等方面的研究中已积累了丰富的研究数据和经验，但在铜离子对贝类积累重金属代谢方面的研究尚未见报道。笔者以近江牡蛎作为研究对象，探讨了在Cu2+胁迫下，近江牡蛎体内Cu，Zn(锌)，As(砷)，Pb和Cd的变化规律，并初步研究了Cu2+对近江牡蛎矿化结构的影响，旨在为后续相关研究和海洋环境监测提供参考依据。

1 材料与方法

1.1实验材料供试的近江牡蛎采自海南岛潮间带海域(20°10′N，110°19′E)。根据《海洋监测规范》(GB 17378.4—2007)中的规定，在牡蛎采集处附近采集海水和表层沉积样品用于环境重金属的检测[21]。样品采集后，低温(-20 ℃)保存备用。本实验所用化学试剂均为分析纯。

1.2环境因子测定采集沉积样品的同时，原位测量海水温度、盐度、pH。采用火焰原子吸收法[21]检测海水中重金属铜的含量。

将沉积物中的生物残渣和砾石等大颗粒挑出后，把剩余沉积物混匀，80 ℃烘干，研磨后过100目筛，装入试剂瓶，存放于干燥塔中；采用原子荧光光度计(AFS-9800)测量As的含量，采用原子吸收光谱仪(TAS-990)分别测量Cu，Zn，Pb，Cd的含量[21]。

1.3毒性实验在实验室的玻璃水族箱(23 cm×14 cm×17 cm)加入采样处已过滤的天然海水，放入大小相近、健康的近江牡蛎〔体长：(5.75±0.47)cm；体质量：(64.9±7.8)g〕进行实验室驯化培养，期间适当充气，饵料藻为实验室培养的亚心形扁藻(Platymanassubcordiformis)和牟式角毛藻(Chaetocerosmuelleri)；每日半量换水，尽量除去水族箱中的牡蛎排泄物和残渣，每天观察牡蛎生活状态。7 d后，将生长状况良好的牡蛎进行分组暴毒试验，设置1个对照组和2个实验组，各组的Cu2+质量浓度分别为 0， 0.10， 0.15 mg·L-1，每组设置3个平行，每个平行3只牡蛎，除隔天半量换水外，其余培养条件同上。

将牡蛎曝毒28 d后，停止投饵，取出各浓度组的牡蛎进行后续试验。先用去离子水润洗，吸干牡蛎外表水分，打开牡蛎外壳，取牡蛎软体组织部分，将其放于坩埚中在恒温干燥箱里105 ℃，干燥12 h，自然冷却后，取出软体组织置于研钵内进行研磨，并过600目网；在牡蛎壳上选取壳中央与壳边缘(距离壳边缘0.5 cm)两部分，用研钵分别研磨成粉末。

采用原子吸收光谱仪(TAS-990)分别检测牡蛎软体组织和壳的Cu,Zn含量，使用电感耦合等离子体质谱[X series(X7)]检测软体组织内的As,Pb,Cd含量[21]。

2 结果与分析

2.1生态环境因子牡蛎样品采集处的海水水温为28 ℃，盐度为35，pH7.5，重金属Cu质量含量为5.08 mg·kg-1。沉积物间隙水盐度为30，pH6.5～6.9，含水量为7.703%，沉积物烧失量为0.611%，重金属Cu，Zn，As，Pb的质量含量分别为4.31，16.57，0.16，1.21 mg·kg-1，其中，Cd含量低于仪器检测限。

2.2Cu2+胁迫下近江牡蛎软体组织中的重金属含量随着水体中Cu2+质量浓度的增加，近江牡蛎软体组织内的Cu与Zn含量均呈增加趋势(图1)；而As，Pb含量小幅度减少，Cd含量变化不显著(图2)。对不同质量浓度Cu2+胁迫下的牡蛎软体组织中不同重金属含量进行显著性差异分析发现，实验组牡蛎软体组织的Cu含量均显著高于对照组(P<0.05)。

2.3Cu2+胁迫下近江牡蛎壳中重金属含量随着水体Cu2+质量浓度的升高，近江牡蛎壳中央部分以及壳边缘中的Cu含量都呈上升趋势，在Cu2+胁迫的质量浓度从0.10 mg·L-1上升到0.15 mg·L-1时明显增加(图3)；而近江牡蛎壳中央部分Zn含量呈先升后降的趋势，壳边缘Zn含量呈上升趋势，且在相同Cu2+质量浓度胁迫下，近江牡蛎壳中央部分的Zn含量高于壳边缘(图4)。在相同Cu2+质量浓度胁迫下，近江牡蛎壳中央部分的Cu含量低于壳边缘(图3和图4)。方差分析结果表明，牡蛎壳边缘与内部的Cu含量均显著增加(P<0.05)。

3 讨 论

牡蛎采集处的沉积物中Cu，Zn，As，Pb均符合海洋沉积物一类标准[22]，显示牡蛎生长环境状况良好。

随着Cu2+质量浓度的增加，近江牡蛎软体组织的Zn含量明显增加，而As，Pb含量呈现较小幅度的下降，Cd含量未出现明显变化。其中，Zn含量变化情况与史博[23]研究结果一致，显示出牡蛎对Zn、Cu的富集具有很高的正相关性。另外，结果显示，水环境中Cu胁迫会抑制近江牡蛎对As和Pb的积累，这与牡蛎对不同重金属积累期间发生的协同、拮抗等复杂相互作用有关。研究表明，在Cu和Cd的联合胁迫条件下，Cu能拮抗Pb和Cd的生物累积[14]，体现重金属在生物体内的积累发生相应变化[24]。推测可能是Cu作为很多生物体内的必需元素，它能激活Cu依赖酶系统中的酶[25]，从而将累积在体内的Pb和Cd较快地排除体外。

本实验结果表明，在不同质量浓度Cu2+胁迫下，近江牡蛎软体组织中的Cu和Zn含量均高于壳中。与对照组相比，随着环境中Cu2+质量浓度的增加，近江牡蛎软体组织及壳内的Cu含量均显著增加。在贻贝和牡蛎等软体组织对Cu、Zn、Pb、Cd等生物积累研究中也发现类似情况[7, 26-29]。有研究表明，牡蛎壳体与海水重金属含量呈线性相关，其中铜相关性系数高达0.981 5[30]。可见，在一定重金属质量浓度范围时，近江牡蛎体内的生物积累与环境重金属浓度密切相关，显示出近江牡蛎在海洋生物监测方面具有良好的利用前景。

Cu2+胁迫下近江牡蛎壳中央和边缘部分的Cu含量都随环境Cu2+质量浓度的升高而增加；壳边缘部分的Cu含量高于壳中央部分，但壳中央部分的Zn含量高于壳边缘。在美国墨西哥湾沿海采集美洲牡蛎(Crassostreavirginica)进行重金属检测的实验发现，美洲牡蛎壳中不同部位对重金属积累的波动性变化和差异可以反映环境污染的历史[24]。牡蛎壳是牡蛎外套膜分泌形成的生物矿化物，其内的晶体在由多糖和蛋白质形成的结构框架中成核生长，其形成和生长过程受环境因子的影响[31-32]。因而，推测在Cu2+胁迫下，Cu2+可能会较牢固地吸附在壳表面，也可能会随着壳的生物矿化过程掺入到壳边缘的新生部分。

综上所述，影响生物体生物积累的因素包括了外部因素和内部因素，当外部环境中重金属含量发生改变，贝类软体组织由于自身分泌或解毒等机制使得其与环境更容易达到动态平衡，而其壳体则缺乏相关调节机制，从而能保留当时环境重金属污染状况[33]。因此，同时进行牡蛎软体组织和外壳的研究可以为海洋重金属监测提供更丰富的信息。