年齡和環境條件對泥蚶富集重金屬鎘和銅的影響

王召根，吳洪喜，陳肖肖，高業田

(1. 上海海洋大學 水產與生命學院，上海 201306；2. 浙江省海洋水產養殖研究所，溫州 325000；3. 浙江省近岸水域生物資源開發與保護重點實驗室，溫州 325005；4. 華東理工大學 生物與化學工程學院，上海 200237)

年齡和環境條件對泥蚶富集重金屬鎘和銅的影響

王召根1,2，吳洪喜2,3,*，陳肖肖2,4，高業田1,2

(1. 上海海洋大學 水產與生命學院，上海 201306；2. 浙江省海洋水產養殖研究所，溫州 325000；3. 浙江省近岸水域生物資源開發與保護重點實驗室，溫州 325005；4. 華東理工大學 生物與化學工程學院，上海 200237)

采用實驗生態學的方法研究了不同年齡、暴露時間、水溫和鹽度對泥蚶(Tegillarcagranosa)富集重金屬Cd、Cu的影響。在重金屬Cd和Cu的濃度分別為0.5mg/L和1mg/L海水中，實驗96h后，泥蚶對重金屬Cd、Cu的吸收和富集能力呈現以下規律：(1)與年齡的大小成反比，1齡組和3齡組泥蚶軟體部中重金屬Cd、Cu的含量分別為60.434、38.598μg/g和30.914、21.617μg/g；(2)隨暴露時間的延長而增強，暴露7天后泥蚶軟體部重金屬Cd和Cu的含量分別達118.293μg/g和315.328μg/g；(3)與水溫的高低成正比，水溫15℃組與30℃組的泥蚶軟體部中重金屬Cd、Cu的含量分別為44.524、33.805μg/g和125.859、576.504μg/g；(4)與海水的鹽度成反比，鹽度10組和鹽度30組的泥蚶軟體部中重金屬Cd、Cu的含量分別為69.958、32.226μg/g和10.191、12.564μg/g。(5)泥蚶對重金屬Cd、Cu的吸收和富集量以外套膜為最高，分別達131.433、289.432μg/g；閉殼肌最低，分別為34.812、47.759μg/g。重金屬Cd和Cu在不同組織器官中含量分別為：外套膜gt;內臟gt;鰓gt;足gt;閉殼肌和外套膜gt;鰓gt;內臟gt;足gt;閉殼肌。

年齡；環境條件；泥蚶；鎘；銅；富集

泥蚶(Tegillarcagranosa)，俗稱花蚶、血蚶、粒蚶等，屬雙殼類，常見于印度洋及太平洋的熱帶、亞熱帶近岸海域，我國山東半島以南諸海區均有分布，是我國山東、江蘇、浙江、福建、廣西等省的主要養殖貝類之一。泥蚶等雙殼類由于自身用于代謝的混合氧化系統存在缺陷，對重金屬的釋放與魚類和甲殼類動物相比慢得多，導致體內重金屬含量不斷升高[1- 3]，也就是所謂的對重金屬離子的富集作用[4- 6]，雙殼類中的泥蚶是近年來出現重金屬含量超標現象較多的種類之一。人類食用受重金屬污染的貝類會造成不同程度的中毒現象[7- 9]。

關于貝類富集重金屬的研究報道已有不少，初步表明影響重金屬富集的主要因子包括自身生物因子和非生物因子[10- 12]，但其具體機理尚不十分清楚[13]。本文以我國浙江沿海一帶的主要養殖貝類泥蚶為研究對象，探討了年齡、暴露時間、水溫和鹽度對泥蚶富集重金屬Cd、Cu的影響，以期為研究貝類富集重金屬機理提供參考，同時為新的近岸海域水質標準的制定,全面有效地防治日益嚴重的海洋重金屬污染提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 實驗生物與暫養

實驗生物泥蚶于2011年11月取自浙江省溫州市樂清灣清江養殖區，其生物學數據用游標卡尺和電子天平進行測量和稱重，測定結果見表1。

表1 實驗生物泥蚶的生物學數據測定結果

實驗用的自然海水取自浙江省溫州市樂清灣海區，經沉淀、砂濾、曝氣后使用。鹽度25—27，pH值8.03—8.28，水溫(17.47±1.82)℃。油類、總汞、銅、鋅、鉛、鎘、鉻等指標均符合《漁業水質標準》(GB11607—89)。

經挑選的健康泥蚶個體，在清洗掉表面附著物后，放入水族箱中暫養。暫養期間不間斷充氣，每天換水1/2，換水后投喂扁藻(Platymonassubcordiformis)餌料，密度為5×104細胞/mL，泥蚶個體在暫養1周后供實驗使用。

1.2Cd2+和Cu2+母液配制與實驗設計

分別用分析純氯化鎘(CdCl2·2.5H2O)和分析純硫酸銅(CuSO4·5H2O)與去離子水配成質量濃度為10mg/L的Cd2+和Cu2+母液備用。

除暴露時間實驗使用泥蚶20個外，其余實驗均使用泥蚶10個。將實驗泥蚶放入6L塑料盆中，向每個盆注入海水3L，再用配制好的重金屬母液調節到《漁業水質標準》中相應重金屬限量值的100倍，即分別為0.5mg/L的Cd2+和1mg/L的Cu2+。實驗期間連續充氣，不投餌，每隔24h換入含有相應濃度重金屬的新鮮海水，每個實驗組設置3個平行。實驗時間除暴露時間實驗延長至7d外，其它均為96h。各實驗組的具體方案設計如下：

年齡實驗 設定1齡蚶、2齡蚶、3齡蚶3個年齡梯度。

組織器官實驗 均用2齡蚶，實驗結束后分別測定泥蚶鰓、外套膜、內臟、足和閉殼肌中重金屬Cd和Cu的含量。

暴露時間實驗 均用2齡蚶，分別于實驗1、2、3、4d和7d后取樣。

水溫實驗 設4個溫度梯度，分別為15、20、25、30℃。均用2齡蚶，實驗前對泥蚶進行1周的溫度馴化。使用水浴箱調控不同水溫。

鹽度實驗 設5個鹽度梯度，分別為10、15、20、25、30。均用2齡蚶，實驗前對泥蚶進行1周的鹽度馴化。不同鹽度的實驗海水用自然海水、曝氣自來水和海水晶配置。

1.3 取樣與測定

根據實驗設計，除暴露時間實驗分別于1、2、3、4d和7d后隨機抽取3個泥蚶樣品外，其它均在實驗結束后隨機抽取3個泥蚶樣品，除組織器官實驗特取指定部位外，其它實驗均取泥蚶的整個軟體部，樣品在80℃烘箱中烘至恒重，冷卻后將樣品研磨成粉，分別裝入密封袋中，干燥保存。

分別稱取0.2g左右的泥蚶軟體部或組織器官樣品和扇貝標準物質(GBW10024)，在80℃烘箱中烘至恒重，冷卻后稱量。微波消解儀消解后用火焰原子吸收分光光度法(AA240FS/GFA，Valian)測定樣品中的重金屬Cd、Cu含量。分析過程中使用扇貝標準物質做回收率監測(實際測得回收率為90.36%—108.25%)。

1.4 數據處理

實驗數據利用SPSS統計軟件(版本：19.0)進行單因素方差分析(ANOVA)，定為Plt;0.05為差異顯著，Plt;0.01為差異極顯著。數據統計結果表示為平均值±標準偏差(Mean±SD)。

2 結果與分析

2.1不同年齡泥蚶富集重金屬Cd、Cu的能力

圖1為不同年齡泥蚶組富集重金屬Cd和Cu的實驗結果。可見，泥蚶對重金屬Cd和Cu的富集能力與年齡的大小成反比，實驗96h后1齡組和3齡組軟體部中重金屬Cd、Cu的含量分別為60.434、38.598μg/g和30.914、21.617μg/g。方差分析(ANOVA)表明，1齡泥蚶對重金屬Cd、Cu的富集能力顯著高于其它年齡組(Plt;0.05)。各年齡組間泥蚶軟體部中的重金屬Cd含量存在顯著性差異(Plt;0.05)；2齡和3齡泥蚶軟體部中的重金屬Cu含量沒有顯著性差異(Pgt;0.05)，其余各年齡組間都有顯著性差異(Plt;0.05)。

2.2 泥蚶不同組織器官富集重金屬Cd、Cu的能力

泥蚶不同組織器官富集重金屬Cd、Cu的實驗結果見圖2。實驗96h后，各組織器官中重金屬Cd和Cu的含量順序分別為：外套膜gt;內臟gt;鰓gt;足gt;閉殼肌和外套膜gt;鰓gt;內臟gt;足gt;閉殼肌。重金屬Cd和Cu的含量在5種組織中，以外套膜最高，分別達131.433、289.432μg/g；閉殼肌最低，分別為34.812、47.759μg/g。方差分析(ANOVA)表明：5種組織中，重金屬Cd含量在鰓和內臟、閉殼肌和足之間的差異性不顯著(Pgt;0.05)，其余各組織之間差異性顯著(Plt;0.05)；重金屬Cu含量在外套膜和鰓、內臟和足、足和閉殼肌之間的差異性不顯著(Pgt;0.05)，其余各組織間差異性顯著(Plt;0.05)。

2.3 暴露時間對泥蚶富集重金屬Cd、Cu的影響

實驗結果表明(表2)，泥蚶對重金屬Cd和Cu的富集量隨暴露時間的延長而上升，暴露7d后重金屬Cd和Cu的含量高達118.293μg/g和315.328μg/g。對泥蚶在重金屬Cd和Cu環境中暴露不同時間的實驗結果多重比較顯示，不同暴露時間的實驗組泥蚶軟體部富集重金屬Cd、Cu的含量差異性顯著(Plt;0.05)。泥蚶軟體部中的重金屬Cd含量，暴露時間2d和3d的組間差異性不顯著(Pgt;0.05)，其它組間差異性顯著(Plt;0.05)；泥蚶軟體部中重金屬Cu含量，暴露時間1d和2、2d和3d組之間的差異性不顯著(Pgt;0.05)，其它組間的差異性顯著(Plt;0.05)。直線回歸分析結果表明(圖3)，泥蚶體內重金屬Cd和Cu的含量與暴露時間之間呈顯著的正相關關系(Plt;0.01)，其直線回歸方程式分別為:y1=47.06t-25.46(R2=0.987)和y2=13.54t+27.74(R2= 0.941)，式中y1為泥蚶體內Cd含量(μg/g干重)，y2為泥蚶體內Cu含量(μg/g干重)，t為暴露時間。

圖1 不同年齡的泥蚶富集重金屬Cd、Cu的情況 Fig.1 Accumulation of Cd, Cu in somatic tissues of Tegillarca granosa at different ages標有不同字母的數值間存在顯著性差異(Plt;0.05)

圖2 泥蚶不同組織器官富集重金屬Cd、Cu的情況 Fig.2 Accumulation of Cd, Cu in various tissues of Tegillarca granosa 標有不同字母的數值間存在顯著性差異(Plt;0.05)

表2 暴露時間對泥蚶富集重金屬Cd、Cu的影響

同列數值上字母不同，表示組間差異性顯著(Plt;0.05)

2.4 水溫對泥蚶富集重金屬Cd、Cu的影響

實驗結果(表3)顯示，泥蚶對重金屬Cd和Cu的富集能力隨水溫的升高而增強，實驗96小時后, 水溫15℃組與水溫30℃組的泥蚶軟體部中重金屬Cd、Cu的含量分別為44.524μg/g、33.805μg/g和125.859μg/g、576.504μg/g。方差分析(ANOVA)表明，水溫對泥蚶軟體部富集重金屬Cd和Cu具有極顯著的影響(Plt;0.01)，泥蚶軟體部中重金屬Cd和Cu的含量在不同溫度實驗組間均差異顯著(Plt;0.05)。直線回歸分析結果表明(圖4)，泥蚶體內重金屬Cd和Cu的含量與暴露水體溫度之間呈顯著的正相關關系(Plt;0.05)，其直線回

表3 水溫對泥蚶富集重金屬Cd、Cu的影響

同列數值上字母不同，表示組間差異性顯著(Plt;0.05)

歸方程式分別為：y1=5.254x+29.64(R2= 0.977)和y2=38.65x-577.2(R2=0.960)，式中y1為泥蚶體內Cd含量(μg/g干重)，y2為泥蚶體內Cu含量(μg/g干重)，x為水溫。

圖3 泥蚶體內重金屬Cd和Cu的含量與暴露時間之間的相關性Fig.3 Correlation between the heavy metals (Cd and Cu) in somatic tissues of Tegillarca granosa and the exposure times

圖4 泥蚶體內重金屬Cd和Cu的含量與水溫之間的相關性Fig.4 Correlation between the heavy metals (Cd and Cu) in somatic tissues of Tegillarca granosa and the water temperature

2.5 鹽度對泥蚶富集重金屬Cd、Cu的影響

實驗結果(表4)表明，泥蚶對重金屬Cd和Cu的富集能力隨海水鹽度的升高而下降，在海水中重金屬Cd和Cu濃度分別為0.5mg/L和1.0mg/L的條件下，實驗時間96h后，鹽度10組和鹽度30組泥蚶軟體部中重金屬Cd、Cu的含量分別為69.958、32.226μg/g和10.191、12.564μg/g。方差分析(ANOVA)表明，鹽度對泥蚶軟體部重金屬Cd和Cu的富集能力具有極顯著的影響(Plt;0.01)。各鹽度組間泥蚶軟體部重金屬Cd含量存在顯著差異(Plt;0.05)；15、20和25鹽度組間重金屬Cu含量差異不顯著(Pgt;0.05)，其余鹽度組間差異性顯著(Plt;0.05)。直線回歸分析結果表明(圖5)，泥蚶體內重金屬Cd和Cu的含量與海水鹽度之間呈顯著的負相關關系(Plt;0.05)，其直線回歸方程式分別為:y1=-2.86x-96.2(R2=0.986)和y2=-0.848x+39.14(R2= 0.920)，式中y1為泥蚶體內Cd含量(μg/g干重)，y2為泥蚶體內Cu含量(μg/g干重)，x為鹽度。

表4 鹽度對泥蚶富集重金屬Cd、Cu的影響

同列數值上字母不同，表示組間差異顯著(Plt;0.05)

圖5 泥蚶體內重金屬Cd和Cu的含量與鹽度之間的相關性Fig.5 Correlation between the heavy metals (Cd and Cu) in somatic tissues of Tegillarca granosa and the salinity

3 討論

3.1 年齡對貝類生物富集重金屬的影響分析

本實驗結果表明泥蚶對重金屬Cd、Cu的富集能力隨年齡增加而下降，類似的規律也見于其它的研究報道。如：吳玉霖[14]發現毛蚶(Scapharcasubcrenata)年齡小的比年齡大的對重金屬Hg有較強的富集能力；Dewolf[15]研究表明采集于同一地點的紫貽貝(Mytilusedulis)，較小個體比較大個體含有較高濃度的重金屬Hg；Boyden[16]也報道了紫貽貝體內重金屬Pb、Cu、Zn和Fe的濃度隨年齡的增加而減少。可見，貝類生物體的年齡與其體內重金屬含量之間呈負相關是較為普遍的現象。這可能是由于年齡較小的貝類生物處于較快的生長階段，其新陳代謝更為旺盛[17]，因此具有對重金屬較強的富集能力。

3.2 貝類不同組織器官富集重金屬的能力分析

生物的不同組織器官對重金屬Cd和Cu的富集能力普遍具有較大差異。崔可鐸等[12]報道了毛蚶對重金屬Cd、Cu、Pb、Ni和Cr的富集能力大小順序，依次為：鰓gt;外套膜gt;閉殼肌gt;內臟gt;肌肉。蔡立哲等[18]報道了重金屬Zn、Pb在菲律賓蛤仔(Ruditapesphilippinarum)2種器官的富集系數大小順序為:鰓gt;軟體部。本實驗的研究結果表明各組織中重金屬Cd和Cu的含量順序分別為：外套膜gt;內臟gt;鰓gt;足gt;閉殼肌和外套膜gt;鰓gt;內臟gt;足gt;閉殼肌。在泥蚶的呼吸代謝過程中，鰓和外套膜是泥蚶與外界水體交換首先接觸和關系最為密切的器官，水體中的溶解態重金屬更容易被其吸收，因而有可能含有較高的重金屬含量。內臟作為泥蚶的解毒和排泄器官，也成為重金屬富集的主要場所。因此，泥蚶不同組織器官對同一種重金屬或不同種重金屬的富集機制很有可能是不同的[19]。

3.3 暴露時間對貝類富集重金屬的影響

本實驗結果表明泥蚶軟體部內重金屬Cd、Cu含量隨暴露時間延長而增加，與崔可鐸等[12]在毛蚶富集和排出實驗結果很相似，毛蚶對Cu、Pb、Ni、Cr和Cd都有一定的富集能力，富集量隨時間的延長而增加。可見，雙殼類軟體動物富集重金屬有著共同的特性，暴露在重金屬污染的水環境中進行呼吸代謝的同時也不斷地富集重金屬，而且時間越長，富集越多。

3.4 水溫對貝類富集重金屬的影響

由于水生動物不能調節自身的體溫，環境溫度的改變將顯著影響其生理活動，尤其是機體的代謝活動，而且也能影響周圍環境中重金屬的化學性質，因此，溫度是影響水生動物富集重金屬的重要影響因子[20]。Fischer[21]在研究紫貽貝對Cd的富集與暴露溫度的關系時發現：紫貽貝軟組織中Cd濃度，25℃時最高，5℃時最低；Watkins[22]也認為紫貽貝對溶解態Cd的富集與暴露溫度呈依賴性關系；Denton[23]的研究證實，在相同鹽度下，黑唇牡蠣(Pinctatamargaritifera)在高溫(36℃)時對重金屬Hg、Cd的吸收速率明顯比低溫時快。本實驗的結果與上述結果基本一致，表明水溫高，生物體新陳代謝旺盛，生物體對水體中重金屬吸收和富集增多。

3.5 鹽度對貝類富集重金屬的影響

有關鹽度對水生動物累積、吸收溶解態重金屬的影響己經進行了大量的研究，本研究表明泥蚶對重金屬Cd、Cu的富集隨水體鹽度的升高而下降。此結果與之前的一些學者的研究結果具有同樣的規律。例如，Wang等[24]的研究表明，當鹽度由34降至15時，紫貽貝對Cd和Zn的吸收率增加了1.5—1.6倍。Lee等[25]也報道過當鹽度由30降至10時，2種蛤仔: 黑龍江河藍蛤(Potamocorbulaamurensis)和飾帶白櫻蛤(Macomabalthica)對Cd和Cr的吸收率平均增加了1.5—2.2倍。但到目前為止，鹽度對雙殼類富集重金屬影響的機理尚不清楚。Bass推測隨著鹽度的降低，雙殼類的呼吸代謝加快，耗氧量增加，于是需要提高空氣流通速率，進而導致了貝類對金屬的富集加強[11]。此外，鹽度的變化也有可能影響金屬在水體中的形態和金屬間的相互作用，從而影響到生物對金屬的可利用性[22]。

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Effectsofageandenvironmentalconditionsonaccumulationofheavy-metalsCdandCuinTegillarcagranosa

WANG Zhaogen1,2,WU Hongxi2,3,*,CHEN Xiaoxiao2,4,GAO Yetian1,2

1ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China2ZhejiangMaricultureResearchInstitute,Wenzhou325005,China3ZhejiangKeyLabofExploitationandPreservationofCoastalBio-Resource,Wenzhou325005,China4EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China

The effects of various animal ages, somatic tissues, exposure times, seawater temperatures, and salinities on the accumulation of heavy metals, cadmium and copper, inTegillarcagranosawere investigated in the present study. When exposed to 0.5 mg/L cadmium and 1mg/L copper respectively, the accumulations of cadmium and copper inT.granosawere significantly influenced by the age of tested animal and environmental conditions. (1) The accumulations of cadmium and copper in somatic tissues were shown to be negatively related to the age ofT.granosa. The elderT.granosa(three-years old) accumulated significant less heavy metal than the younger ones (one-year old). (2) During a seven days′ heavy metal exposure, the cadmium and copper accumulated in somatic tissues ofT.granosaincreased with the exposure time increased, and reached 118.293μg/g and 315.328μg/g for cadmium and copper, respectively. (3) The accumulations of cadmium and copper inT.granosawere positively correlated to the water temperature. The concentrations of heavy metals in somatic tissues ofT.granosareached 125.859μg/g and 576.504μg/g for cadmium and copper respectively in the highest temperature (30 ℃) experimental trials, which were significant greater than 44.524μg/g cadmium and 33.805μg/g copper accumulated in the lowest temperature (15℃) trials. (4) The accumulations of cadmium and copper inT.granosawere negatively affected by increased salinity. In the 10 ‰ salinity experimental trials, 69.958μg/g cadmium and 32.226μg/g copper were accumulated inT.granosa, which were significantly greater than 10.191μg/g cadmium and 12.564μg/g copper accumulated in the 30 ‰ salinity trials. (5) After 96 hours′ heavy metal exposure, there were significant heavy metal content differences in various tissues. Cadmium and copper are mainly accumulated in the mantle ofT.granosaand the concentrations reached 131.433μg/g and 289.432μg/g for cadmium and copper, respectively. Least cadmium (34.812μg/g) and copper (47.759μg/g) were accumulated in the adductor muscles. In general, the heavy metal accumulated in various tissues following decreasing order as mantle gt; viscera gt; gill gt; foot gt; adductor muscle for cadmium and mantle gt; gill gt; viscera gt; foot gt; adductor muscle for copper, respectively.

age；environmental conditions；Tegillarcagranosa；Cd；Cu；accumulation

浙江省近岸水域生物資源開發與保護重點實驗室人才培養基金資助項目(2010F30003)

2012- 07- 02;

2012- 11- 19

*通訊作者Corresponding author.E-mail: whxchina@126.com

10.5846/stxb201207020922

王召根，吳洪喜，陳肖肖，高業田.年齡和環境條件對泥蚶富集重金屬鎘和銅的影響.生態學報,2013,33(21):6869- 6875.

Wang Z G,Wu H X,Chen X X,Gao Y T.Effects of age and environmental conditions on accumulation of heavy-metals Cd and Cu inTegillarcagranosa.Acta Ecologica Sinica,2013,33(21):6869- 6875.