受污染牡蛎对重金属的吸收和排出研究

摘要

重金属是我国近海水体和沉积物中重要的污染物，能够在海洋生物体内累积和富集，对我国的海洋环境、海水养殖安全具有非常巨大的危害。双壳类动物在河口生态系统功能维持和重金属污染监测中有重要作用。基于对我国近岸河口地区重金属污染日益加剧、贝类资源衰退现象的关注，本论文以福建省九龙江沿岸典型的双壳类动物—熊本牡蛎（Crassostrea sikamea）和香港牡蛎(C.hongkongensis)为研究对象。首先，研究熊本牡蛎对Cd和Zn的生物动力学的差异，并测定它们体内金属硫蛋白的转化的不同。其次，观察研究了“绿牡蛎”-熊本牡蛎重金属的净化能力。最后，观察研究了“蓝牡蛎”-香港巨牡蛎对重金属的净化。本研究系统研究了河口重金属污染对牡蛎的生态毒理学效应，可望为我国河口环境重金属污染的生物监测，近海贝类生物资源的保护提供重要的科学依据和理论参考。
　　1.我们采集了白礁、宫前和旧镇3个不同重金属污染程度的地点的熊本牡蛎样本，用放射性同位素示踪技术测定不同污染程度的牡蛎对Cd和Zn的生物动力学的差异。采自旧镇的牡蛎，重金属含量相对较低，作为对照，其对Cd和Zn的吸收速率常数明显高于其他无脊椎动物。采集白礁的牡蛎受多种重金属共同污染暴露，Cd、Cu和Zn尤其严重，其对Cd的吸收明显减少，对Zn的吸收与对照组无差别。采自宫前的“绿牡蛎”（Cu和Zn含量高）对Cd的吸收与对照组无差别，对Zn的吸收速率常数低于对照组。我们测定了牡蛎对3种微藻和白礁的沉积物的重金属的同化率，发现对Cd和Zn的同化率分别为14.5-62.6％和36.5-60.6％。3组牡蛎之间没有明显差别。对Cd和Zn的排出速率常数分别为0.013-0.020 d-1，0.025-0.031 d-1。白礁的“绿牡蛎”对Zn的排出明显比其他组慢。根据我们的结果推断，污染的牡蛎体内的重金属之所以能达到极高的水平，是牡蛎的高摄食率、被摄食物含有的高重金属浓度和牡蛎的高水相吸收率共同作用的结果。从重金属的亚细胞分布情况看，细胞碎片和类金属硫蛋白两个组分是所测重金属的主要结合位点;MRG对Ag、 Ni和Pb同样有很好的结合能力。对被污染的牡蛎来说，快速的金属硫蛋白合成可能将其他亚细胞组分中结合的重金属重新利用，从而降低重金属的排出速率。这也可能是牡蛎能在体内储存极高含量的重金属的原因之一。
　　2.“绿牡蛎”是牡蛎体内含有高浓度的重金属尤其是Cu而使组织颜色改变，在我国的污染河口时有发现。本实验研究采集自由于工业排放造成严重污染的河口熊本牡蛎对8种重金属的净化能力。这些牡蛎在实验室进行16周的排出实验，测定体内重金属的浓度以及重金属的亚细胞分布。结果表明经过16周的净化，“绿牡蛎”的软组织颜色由深绿色褪色呈淡黄色，接近正常牡蛎的颜色。重金属的排出符合一级动力学过程。几种重金属的排出速率为0.008-0.024 d-1，生物半衰期为30-70 d。“绿牡蛎”对Cd、Cr、Cu和Ni的排出速率远高于对照组，而Ag、Co、Pb和Zn的排出速率在两组牡蛎之间没有显著差别。到实验终点时，“绿牡蛎”对Ag、Cr和Ni的排出量超过初始值的95％，排出最少的Cu和Zn也达到75％。而对照组的排出量明显低于“绿牡蛎”，Cu是最少的被排出，仅有55％。细胞碎片和MTLP组分是牡蛎结合重金属的最重要的亚细胞组分。经过16周的净化，Ag、Cd、Cu和Zn的亚细胞分布变化明显。随净化过程的进行，重金属浓度的降低，结合在细胞碎片组分的重金属逐渐减少，MTLP对重金属的区隔分布的作用逐渐增强。
　　3.九龙江流域发现的受严重污染的香港巨牡蛎，其软组织由于富集超高浓度的重金属，尤其是Cu和Zn而呈蓝色。本实验中，以白礁的香港巨牡蛎——“蓝牡蛎”，和旧镇湾的野生的相对干净的香港巨牡蛎为对象，在实验室条件下观察牡蛎的6种重金属的净化。在16周的实验周期中，于设定的时间点取样，对牡蛎不同组织的重金属含量和重金属的亚细胞分布进行测定。实验终点时，“蓝牡蛎”明显褪色，但鳃的部分仍呈现肉眼可见的不健康的浅蓝色。几种测定的重金属中，Cr的排出速率最快，为0.49-0.61 d-1; Cu和Zn的排出速率最慢，均小于0.3 d-1。重金属之间的排出速率有快慢，但每种重金属在不同组织的排放没有明显差别。经过16周的净化，“蓝牡蛎”体内Ag的浓度降低到与旧镇牡蛎的初始浓度相差不大，内脏中的Cd和Pb也接近旧镇的初始浓度水平，而Cr、Cu和Zn仍远高于对照组。作为对照的旧镇的牡蛎，其体内重金属浓度并未随时间有明显的降低趋势，反而呈无规律的波动，各组织的反应无差别。细胞碎片、MRG和MTLP是香港巨牡蛎主要的重金属结合位点。不同于旧镇牡蛎体内重金属的亚细胞的分布变化，在净化过程中，“蓝牡蛎”体内重金属的亚细胞分布并未呈现一定的可循的规律。在净化实验中，结合到BDM和MSF中的重金属含量显著变化，却是随时间呈强烈的波动趋势。从我们的结果可以看出，16周的净化远不够“蓝牡蛎”将重金属排出或转化，需要更长时间的净化排出，结合长时间的累积实验来推测香港巨牡蛎对体内超高量的重金属的调控机制。而使重金属在生物体内快速的排出和在亚细胞组分之间转移的方法的研究也是今后工作的一大挑战，这对贝类的养殖，对健康需求有重要的现实意义。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 我国近岸海域和双壳类的重金属污染现状

1．1．1 近岸海域重金属的来源

1．1．2 我国近岸海域重金属污染现状

1．1．3 我国双壳类的重金属污染状况

1．2 针对海洋双壳类的生态毒理学研究

1．2．1 重金属对海洋双壳类的毒性效应

1．2．2 重金属的动力学研究

1．2．3 重金属的亚细胞分布

1．2．4 海洋双壳类对重金属的耐受性及解毒机制

1．2．5 重金属在海洋双壳类体内累积的其他影响因素

1．3 研究内容和意义

1．3．1 研究意义

1．3．2 研究内容

1．3．3 采样站位

参考文献

第二章 熊本牡蛎Cd、Zn生物动力学受其污染历史的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 实验对象的采集和处理

2．1．2 牡蛎体内重金属的测定

2．1．3 重金属的亚细胞分布和金属硫蛋白含量的测定

2．1．4 清滤率的测定

2．1．5 Cd和Zn生物动力学的测定

2．1．6 重金属生物累积的动力学模型的建立

2．1．7 MTLP的合成和降解

2．1．8 放射活度的计算和统计分析

2．2 结果

2．2．1 牡蛎体内的重金属浓度和亚细胞分布

2．2．2 金属硫蛋白浓度，清滤率，和Cd、Zn的生物动力学结果

2．2．3 放射性示踪物109Cd和65Zn在排出过程中的亚细胞分布的变化

2．2．4 类金属硫蛋白的转化

2．3 讨论

参考文献

第三章 受污染熊本牡蛎的重金属排出动力学

3．1 材料与方法

3．1．1 实验动物的采集和处理

3．1．2 牡蛎重金属浓度的测定

3．1．3 重金属的亚细胞分布

3．1．4 数据分析处理

3．2 结果

3．2．1 牡蛎的状态

3．2．2 牡蛎体内的重金属浓度和排出

3．2．3 重金属的亚细胞分布

3．3 讨论

3．3．1 牡蛎的状态

3．3．2 解毒

3．3．3 “绿牡蛎”的现实意义

参考文献

第四章 受污染香港巨牡蛎各组织重金属排出动力学及亚细胞分布规律

4．1 材料和方法

4．1．1 实验动物

4．1．2 牡蛎体内重金属浓度的测定

4．1．3 重金属的亚细胞组分分布

4．1．4 数据统计分析

4．2 结果

4．2．1 牡蛎的状态

4．2．2 重金属的浓度和排出速率

4．2．3 亚细胞组分的分布

4．3 讨论

4．3．1 牡蛎的状态和重金属的排出

4．3．2 亚细胞区隔和解毒

4．3．3 食品安全

参考文献

5．1 总结

5．2 本文创新点

5．3 展望

缩略语表

博士期间参与课题与发表论文

致谢