雄性中國鱟不同組織重金屬含量分析和比較

陳志，周洪磊，何家博，蔣奕雄，高蘇蕊，秦志清

（1.福建省淡水水產研究所，福建 福州 350002；2.福建省洋澤海洋生物科技有限公司，福建 福州 350600；3.福建農林大學海洋學院，福建 福州 350002）

鱟又稱馬蹄蟹（Horseshoe crabs），隸屬于節(jié)肢動物門（Arthropoda），肢口綱（Merostomata），劍尾目（Xiphosura），鱟科（Tachypleidae）[1]。中國鱟又稱東方鱟、三刺鱟、夫妻魚，在我國主要分布于浙江寧波以南的沿海和臺灣島西岸以及澎湖列島周圍，福建沿海的平潭島、興化灣、東山島等地數(shù)量較豐富[2]。鱟的祖先出現(xiàn)地質歷史時期古生代的奧陶紀末期，是動物界少數(shù)現(xiàn)存的“活化石”，但是，由于人類的過度捕殺和棲息地環(huán)境破壞導致中國鱟數(shù)量急劇減少，目前已成為瀕危物種[3,4]，2019 年中國鱟在《IUCN 紅色名錄》中的等級從原本的數(shù)據(jù)缺乏更新為瀕危[5]，2021 年被列為國家二級保護動物。

目前中國鱟的科學研究多集中在人工繁育[6]、增殖放流、資源保護[7，8]、鱟試劑開發(fā)、血細胞[9,10]及其酶活性等[11,12]，中國鱟體內重金屬殘留的研究較少。梁君榮等[13]分析了不同離子濃度的Zn、Pb、Cu和Cd 對中國鱟胚胎發(fā)育的影響；鮑虞園等[14]探究了Hg2+對中國鱟幼體的毒性效應，但對成體鱟體內不同組織重金屬殘留報道較少。重金屬污染物具有強毒性、耐還原性和耐降解性等特點[15]，進入生物體后與蛋白質、酶等物質結合或發(fā)生反應，毒性更強，更難以降解，通過食物鏈的傳遞，最終在高營養(yǎng)級生物和人類體內富集[16,17]，影響生態(tài)環(huán)境的同時，也極易引發(fā)公害事件[18,19]。本研究通過分析成年中國鱟的結締組織、血液、書腮和肌肉中Pb、Cd、Cu 和Zn 的富集含量，以了解海洋重金屬污染導致中國鱟體內組織重金屬富集，探索特異性蓄積規(guī)律，并為瀕危物種中國鱟種群數(shù)量恢復提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗用中國鱟捕于福建平潭和福清興化灣海域，活體運回實驗室后，清理表面附著物，暫養(yǎng)在約300 L 方形塑料桶中2 d，取活力良好的雄性3 只，平均體長（49.66±2.23）cm，平均體質量（1.23±0.12）kg。

1.2 方法

將中國鱟固定住，在頭胸間采血；解剖取下附肢，取其背部和附肢中的肌肉；剖開腹面頭部，取黃色結締組織（屬類間充質組織，可分化為血細胞）作為結締組織樣本；剪取整個書鰓。將所取樣本分別裝于密封袋中，-20 ℃冷凍保存，測定Cd、Cu、Zn 和Pb 的含量。采用原子吸收分光光度計法，按照GB 509.268-2016《食品安全國家標準食品中多元素的測定》中的方法檢測各組織樣品中Cd、Cu、Zn 和Pb的含量，各重金屬均為離子型狀態(tài)。采用單因子污染指數(shù)法[20]和均值型污染指數(shù)法[21]評價中國鱟結締組織、血液、書腮和肌肉中的重金屬污染狀況[22,23]，公式如下：

單因子污染指數(shù)Pi=Ci/Si。

式中：Pi為單因子污染指數(shù)；Ci為生物體內污染物的實測平均含量（mg·kg-1）；Si為某種污染物的評價標準值（mg·kg-1），中國鱟各組織樣本中Pb、Cd、Cu 和Zn 的限量標準參照魚類對應元素的限量標準，依據(jù)《水產品中有毒有害物質限量》（NY 5073-2006）[24]、《食品中污染物限量》（GB 2762-2017）[25]和《食品中鋅限量衛(wèi)生標準》（GB13106-1991）[26]，魚類Pb、Cd、Cu 和Zn 的限量標準分別為0.5 mg·kg-1、0.1 mg·kg-1、50 mg·kg-1和150 mg·kg-1[27]。

均值型污染指數(shù)PI=∑Pi/n。

式中：PI 為均值型污染指數(shù)；Pi為單因子污染指數(shù)；n 為所測重金屬種類數(shù)。根據(jù)均值型污染指數(shù)法的計算結果，將重金屬污染程度分為6 個等級，即未污染（PI＜0.1）、微污染級0.1≤PI≤0.2）、輕污染（0.2＜PI≤0.5）、中污染（0.5＜PI≤0.7）、重污染（0.7＜PI≤1.0）和嚴重污染（PI＞1.0）。

1.3 數(shù)據(jù)分析和處理

實驗數(shù)據(jù)用軟件Excel 2010 和SPSS19.0 進行平均值、標準差及Duncan 多范圍檢驗。P＜0.05 為顯著差異，P＜0.01 為差異極顯著。用Prism 軟件繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 重金屬在中國鱟不同組織中的蓄積含量及比較分析

四種重金屬在中國鱟不同組織中的蓄積含量差異明顯。Cd 在中國鱟各組織蓄積含量為（圖1）：書鰓（42.43 mg·kg-1）＞肌肉（15.20 mg·kg-1）＞血液（0.01 mg·kg-1）＞結締組織（0 mg·kg-1），結締組織中未檢出Cd，血液中Cd 含量也極低，兩者差異不顯著（P＞0.05），其他組間Cd 含量差異顯著（P＜0.05）；Cu 在中國鱟各組織蓄積含量為：肌肉（20.90 mg·kg-1）＞書鰓（16.80 mg·kg-1）＞結締組織（0.37 mg·kg-1）＞血液（0.02 mg·kg-1），不同組織間Cu 含量差異顯著（P＜0.05）；Zn 在中國鱟各組織蓄積含量為：肌肉（93.20 mg·kg-1）＞書鰓（9.15 mg·kg-1）＞血液（0.02 mg·kg-1）＞結締組織（0 mg·kg-1），肌肉中的Zn 含量極高，而結締組織中未檢出Zn，結締組織和血液中的Zn 含量差異不顯著（P＞0.05）；其他組織間Zn 含量差異顯著（P＜0.05）；Pb 在中國鱟各組織蓄積含量由高到低依次為：肌肉（61.33 mg·kg-1）＞書鰓（11.13 mg·kg-1）＞血液（0.53 mg·kg-1）＞結締組織（0.28 mg·kg-1），結締組織和血液中的Pb 含量差異不顯著（P＞0.05），其他組織間Pb 含量差異顯著（P＜0.05）。

圖1 重金屬在中國鱟不同組織中的蓄積含量的比較Fig.1 Comparison of accumulation contents of the heavy metals in various tissues of horseshoe crab Tachypleus tridentatus

2.2 組織中的金屬蓄積含量比較分析

中國鱟各組織中的重金屬蓄積含量如圖2 所示。結締組織中Cd 和Zn 蓄積量差異不顯著（P＞0.05），血液中Cd、Cu 和Zn 蓄積量差異不顯著（P＞0.05），四種重金屬在書鰓、肌肉中差異均顯著（P＜0.05）。

圖2 中國鱟各組織中的重金屬蓄積含量的比較Fig.2 Comparison of heavy metal accumulation in various tissues of horseshoe crab T.tridentatus

2.3 中國鱟不同組織中的重金屬污染程度評價

Cd 在中國鱟書鰓和肌肉中的污染指數(shù)遠超過限量標準（0.1 mg·kg-1），其中書鰓中單因子污染指數(shù)Pi高達424.33，結締組織和血液中均未超過限量標準；Cu 在中國鱟組織中均未超過限量標準（50 mg·kg-1）；Zn 在中國鱟肌肉中蓄積含量（93.2 mg·kg-1）超過限量標準（50 mg·kg-1），其余組織均未超過限量標準（表1）。Pb 僅在中國鱟結締組織中未超過限量標準（0.5 mg·kg-1），其余組織均超過限量標準，其中在肌肉中蓄積量最高，單因子污染指數(shù)Pi高達122.67。PI 結果表明，中國鱟四種組織中，結締組織屬于微污染（0.1＜PI≤0.2），血液屬于中污染級（0.2＜PI≤0.5），書鰓和肌肉屬于嚴重污染（PI＞1.0）。

表1 中國鱟不同組織中的重金屬污染指數(shù)Tab.1 Heavy metal contamination index in different tissues of horseshoe crab T.tridentatus

3 討論

重金屬污染物Cd、Cu、Zn 和Pb 的研究較多，其中Cd 和Pb 一般在海洋生物體內有毒害作用。而Cu 和Zn 一般是組成生物體必需元素之一，但蓄積量達到一定濃度后也會毒害海洋生物。由于缺乏正確引導，沿海居民認為鱟是頂級海鮮食材，吃中國鱟肉和卵的行為時常發(fā)生。Pb 和Cd 的毒性較大，長期攝入可能導致人體健康受損，雖然Cu 和Zn 作為人體微量元素，但攝入濃度超過一定閾值也會危害健康。

3.1 環(huán)境對重金屬蓄積含量的影響

生物體內重金屬蓄積量和其生長環(huán)境關系密切，生態(tài)環(huán)境污染嚴重影響生物體的生長發(fā)育和繁殖，甚至可導致生物形態(tài)特征、生存數(shù)量等發(fā)生巨變。中國鱟資源的衰竭主要的原因就是棲息地環(huán)境的破壞，包括產卵場的減少和水質的變化等。平潭海域歷史上是鱟較多的海域，但目前數(shù)量也極少了。對平潭海域的環(huán)境監(jiān)測和實驗[28]表明，平潭海域的Pb、Cd 均值質量濃度均小于1 μg·L-1；Cu 的質量濃度介于2.9～7.9 μg·L-1；Zn 的質量濃度介于13.6～47.1 μg·L-1。認為沉積物中重金屬Cd 總體為污染，其余重金屬為清潔水平。本研究中，Cd 在書鰓中的蓄積量高達42.43 mg·kg-1，書鰓的均值污染指數(shù)PI 也最高，達到111.84，其次是Pb。書鰓是呼吸器官，中國鱟書鰓與水質環(huán)境交換量大，重金屬在書鰓中蓄積明顯，說明環(huán)境影響中國鱟體內重金屬的分布。調查發(fā)現(xiàn)，海域的重金屬潛在來源主要為船舶排放、生活污水等，所以必須高度重視海洋環(huán)境變化對海洋生物的影響。

3.2 重金屬蓄積量分析和污染程度評價

中國鱟體內重金屬蓄積量分布差異性較大。鱟血可以制成鱟試劑用來檢測內毒素[29，30]，這一項特性被廣泛應用于臨床檢驗，例如新冠疫苗的研發(fā)就離不開鱟試劑。鱟的血液呈藍色，主要是因其血漿中含有一種可溶性呼吸蛋白—血藍蛋白，血藍蛋白的中心原子是Cu。它與氧氣結合會變成藍色。Cu 作為一種微量重金屬元素，廣泛存在于海洋生物體內。本研究中Cu 在各組織蓄積含量為：肌肉（20.90 mg·kg-1）＞書鰓（16.80 mg·kg-1）＞結締組織（0.37 mg·kg-1）＞血液（0.02 mg·kg-1），而血液中蓄積量最低，肌肉中Cu 蓄積量最高，說明Cu 在中國鱟體內廣泛存在，參與機體組織的生理代謝功能，但蓄積量均未超過無公害食品水產品中有毒有害物質限量標準（50 mg·kg-1）。目前已研究了海洋生物中Cu的分布及濃度變化。Kim 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，太平洋褶柔魚（Todarodes pacificus）肌肉中Cu 濃度顯著低于消化腺。本研究未檢測中國鱟消化腺內Cu 濃度，今后應進一步研究內臟團相關金屬元素的濃度變化。Zn 作為微量元素參與機體重要的生理代謝活動，影響多種酶的形成，對機體免疫調節(jié)和保持細胞膜的完整性有重要的作用[32]，在海洋生物中不可或缺。關于Zn 作用研究也較多，例如崔勇華等[33]研究認為，克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）內臟器官對重金屬吸收和富集的能力強于肌肉組織，而向外釋放的量則低于肌肉組織。Yang 等[34]的研究指出，三疣梭子蟹（Portunus trituberculatus）肌肉中Zn 元素的富集量最高，這與本實驗研究結果相同。Zaleha K[35]等研究發(fā)現(xiàn)，中國鱟各部位金屬蓄積最多的就是Zn，而本研究中肌肉中的Zn 含量極高，在幾種檢測重金屬中最高，高達93.20 mg·kg-1，遠高于書鰓、血液。而結締組織中未檢出Zn。筆者在對雌性中國鱟營養(yǎng)成分的比較分析[36]中發(fā)現(xiàn)：結締組織中的DHA和EPA 含量高于肌肉，元素和脂肪酸含量差異較大。

Cd 一直以來都被認為是毒害生物機體產生的元素之一，越積累、毒性越大，Cd 污染還會導致人體慢性中毒[37]。筆者研究了Cd2+對菲律賓蛤仔（Ruditapes philippinarum）的毒性[38]，發(fā)現(xiàn)安全質量濃度分別為0.03 mg·L-1，說明Cd 的毒性要強于其他金屬。本研究中，Cd 在中國鱟書鰓中的含量最高，書鰓和肌肉中的指標超過限量標準（0.1 mg·kg-1），而在結締組織中未檢測到，說明中國鱟書鰓對某些金屬蓄積能力較強，對有毒性元素在體內重要組織蓄積較少，也說明中國鱟自我保護能力較強。Mei G 等[39]的研究中認為，口蝦蛄（Oratosquilla oratoria）的內臟組織對鎘的蓄積量遠大于肌肉組織。本研究中，書鰓Cd 單因子污染指數(shù)是肌肉的近三倍。

Pb 為常見重金屬，在生物體內殘留時間較長，可沿食物鏈遷移、大量蓄積，具有隱藏性和不可逆性等特點，對人和海洋生物具有毒害作用[40]。本研究中，Pb 在中國鱟各組織中均有蓄積，書鰓和肌肉的Pb 蓄積量較高，超過了標準限量（0.5 mg·kg-1），而結締組織和血液中的蓄積較少，差異不顯著（P＞0.05），說明Pb 和Cd 在中國鱟體內蓄積較類似，作為有毒重金屬，中國鱟血也和結締組織存在卻極低，這對中國鱟后續(xù)研究提供了一些思路，有沒有可能中國鱟血液中存在某種因子可以降低重金屬含量？許道全等[41]研究了北部灣潮間帶中國鱟和圓尾鱟（Carcinoscorpius rotundicauda）重金屬蓄積情況，發(fā)現(xiàn)Pb 在書鰓的蓄積最高。對于其他海洋生物Pb 的蓄積研究也有涉及。蝦夷扇貝（Mizuhopecten yessoensis）[42]的不同組織中4 種重金屬含量差異顯著，內臟團是Cd、Pb 等有毒元素的主要富集器官，這與本研究結果均較一致。

3.3 結論

在中國鱟不同組織中，幾種重金屬蓄積含量差異較大，肌肉中Pb、Cu 和Zn 的蓄積最高，其次是書鰓；Cd 在書鰓中蓄積最高，其次是肌肉、血液和結締組織。Cd 在中國鱟書腮和肌肉中遠超過限量標準（0.1mg·kg-1），Pb 在書鰓、肌肉和血液也均超過限量標準（0.5 mg·kg-1），中國鱟不同組織的均值污染指數(shù)（PI）由大到小排序為：書鰓＞肌肉＞血液＞結締組織，其中結締組織屬于微污染，血液屬于中污染，書鰓和肌肉達到嚴重污染。食用中國鱟存在一定健康風險。