全 文 ：孔石莼分泌物对混合重金属在牙鲆
组织中蓄积的影响
吕景才 , 徐海生 , 赵元凤 , 吴益春 , 周 永 , 刘长发
(大连水产学院海洋环境工程学院 , 辽宁省省级高校水生生物学重点实验室 , 农业部海洋水
产增养殖学与生物技术重点开放实验室 , 大连 116023)
摘 要:研究了海水中孔石莼分泌物(总有机碳 TOC)浓度对混合重金属(Cu+Pb;Cu+Cd;Cu+Pb+Cd)在牙
鲆(Paralichthys olivaceus)内脏 、肌肉 、鳃组织蓄积的影响。结果表明:孔石莼分泌物能显著降低 Cu 、Pb、Cd 的生
物有效性;随富含孔石莼分泌物的海水 TOC 浓度升高 ,牙鲆内脏 、肌肉 、鳃组织 Cu 、Pb、Cd 蓄积量均明显下降;
TOC 浓度变化对牙鲆各组织 Cu 、Pb 、Cd 蓄积分配均无影响 , 各组织重金属蓄积量顺序为内脏>鳃>肌肉。
关键词:总有机碳(TOC);混合重金属;牙鲆;蓄积
中图分类号:X55;X52 文献标识码:A 文章编号:1000-5684(2007)02-0186-05
Effects of Excretion of Ulva pertusa in Seawater on
Accumulation of Mixed Heavy Metals in
Tissues of Paralichthys olivaceus
L Jing-cai , XU Hai-sheng , ZHAO Yuan-feng , WU Yi-chun , ZHOU Yong , et al.
(College of Marine Environmental Engineering , Dalian Fisheries University , Key Laboratory of Hydrobi-
ology of Liaoning Provincial Universities , Key Laboratory of Mariculture and Biotechnology , Ministry of
Agriculture , Dalian 116023 , China)
Abstract:The effects of the excretion of Ulva pertusa (TOC total organic carbon)′s concentration in the
seawater on accumulation of mixed heavy metals in the tissues of viscus , muscle , gills were studied.The
result indicated:the excretion of Ulva pertusa could decrease the bioavailability of heavy metals obvious-
ly.With the increase of TOC′s concentration , the accumulation of Cu , Pb and Cd in the tissues of vis-
cus , muscle and gills decreased obviously.The concentration of TOC had no effect on the distribution of
heavy metals′accumulation in the tissues of fish.The order of heavy metal accumulation in the tissues
was:viscus>gills>muscle.
Key words:TOC(total organic carbon);mixted heavy metals;Paralichthys olivaceus;accumulation
随着沿海经济迅速发展和工业污水排放量的
增加 ,海洋受到不同程度的重金属污染 。重金属
Cu 、Pb 、Cd 污染是引起海洋生物死亡的一大原
因[ 1-2] ,给沿海养殖业带来威胁。在自然界中 ,重
金属污染往往是多种金属的复合污染 ,在 2种重
金属离子之间存在着加和 、协同 、拮抗等相互作
用 ,这种相互作用会影响重金属离子在鱼体内的
吸收和毒性作用[ 3-8] 。海水养殖产生的废物(粪
便 、残饵 、分泌物)中存在可与重金属相互作用的
活性介质 ,会影响重金属的生物有效性(生物体吸
收 、蓄积重金属的能力)[ 9] 。
目前关于2种以上重金属对底栖生物的联合
通讯作者
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30271029);辽宁省教育厅科学研究计划资助(05L088)
作者简介:吕景才(1955-),男 ,教授 ,研究方向:海洋化学。
收稿日期:2006-04-24 修回日期:2006-07-26
吉林农业大学学报 2007 ,29(2):186 ～ 190 http:// xuebao.jlau.edu.cn
Journal of Jilin Agricultural University E-mail:jlndxb@vip.sina.com
DOI :10.13327/j .j jlau.2007.02.015
效应及海水中孔石莼(Ulva pertusa)分泌物(TOC)
浓度对生物体内混合重金属蓄积的影响鲜有报
道。本试验研究了海水中孔石莼分泌物(TOC)浓
度与牙鲆(Paralichthys olivaceus)体内 Cu 、Pb 、Cd蓄
积量的关系及其对混合重金属 Cu 、Pb 、Cd在牙鲆
内脏 、肌肉 、鳃组织蓄积及其生物有效性的影响 ,
旨在为建立新的水质标准提供科学的依据 ,也为
海洋污染的综合治理及生态风险评价提供科学依
据。
1 材料与方法
1.1 试验用鱼
试验用牙鲆取自大连太平洋海珍品养殖场 ,
平均体长(6.15 ±0.85)cm , 平均体重(4.02 ±
0.52)g ,试验前在天然海水中暂养 5 d ,使其尽量
排尽体内粪便。为避免残饵和粪便对金属形态影
响 ,暂养及试验期间不投喂。
1.2 暴露试验
暴露试验设A(Cu 0.2 mg/L+Pb 0.1 mg/L)、
B(Cu 0.2 mg/L + Cd 0.05 mg/L)、 C (Cu
0.2 mg/L+Pb 0.1 mg/L +Cd 0.05 mg/L)3个系
列(表 1 ,其中重金属浓度是指添加质量浓度)。
每个系列设1个对照组和 3个处理组 。对照组为
天然海水 ,处理组是用天然海水稀释藻水所得的
具有不同 TOC质量浓度梯度的海水 ,所谓藻水是
指用天然海水(不添加营养盐)养殖孔石莼一段时
间后所得 TOC 浓度较高的海水(富含孔石莼分泌
物)。试验均在 40 L 塑料缸中进行 ,每缸放牙鲆 4
尾。试验期间连续充气 、不换水 ,共进行 7 d。期
间水温(14.5±0.5)℃, 碱度(2.85±0.05)mg/L ,
pH值 8.20±0.05 ,总硬度(33.25±0.05)mg/L。
表 1 暴露试验海水 TOC 浓度
Table 1.Concentration of TOC for copper , lead and cadmium exposure experiment in seawater mg/ L
A(Cu 0.2mg/L+Pb 0.1 mg/ L)
组别 Group TOC
B(Cu 0.2 mg/ L+Cd 0.05 mg/ L)
组别 Group TOC
C(Cu 0.2 mg/ L+ Pb 0.1 mg/ L+
Cd 0.05 mg/ L)
组别 Group TOC
A1 11.74 B1 11.36 C1 11.72
A2 12.88 B2 13.58 C2 12.85
A3 15.29 B3 14.87 C3 14.12
A4 16.48 B4 15.88 C4 16.17
1.3 样品的处理与测定
暴露试验结束将鱼全部取出 ,用高纯水将鱼
体冲洗干净后解剖取鳃 、内脏 、肌肉组织 。分别置
于50 mL烧杯中 ,称取湿重 。在 105℃下烘干 4 ～
5 h至样品恒重 ,在分析天平上精确称取干重 。按
照《海洋监测规范》中样品消解的方法进行消解 ,
再用 200 g/L 氢氧化钠溶液中和 ,然后全量转移
至50 mL容量瓶中 ,最后用高纯水定容 。
Cu 、Pb 、Cd 的测定采用阳极溶出伏安法在
Metrohm746型极谱仪上进行[ 9] 。在极谱仪电解池
中加入 3 mol/L KCl溶液 1 mL 和 20 mL 消化液 ,
分别测定不同消化样品的金属质量浓度 。试验所
用玻璃器皿在使用前均用体积分数为 10%的硝
酸浸泡 24 h以上。曝气时间 300 s ,富集时间 120
s ,扫描电压范围为 1 150 ～ 50 mV , 扫描速度
60 mV/ s。
用TOC -VCPH 总有机碳测定仪测量海水
TOC ,取 3次测量平均值。
1.4 数据处理与分析
重金属离子在鱼体组织中的质量浓度按下列
公式计算:
鱼组织内金属离子质量浓度=C·50/W 。
式中 C—极谱仪测得的质量浓度(mg/L);
W—样品的干重 。数据采用 SPSS13.0版中的数
据分析工具库软件进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 TOC 质量浓度对 Cu、Pb 在牙鲆组织蓄积
的影响
Cu 、Pb混合海水中 TOC 质量浓度对牙鲆组织
Cu蓄积的影响见图 1。由图 1可见 ,A1 ～ A4组随
着TOC浓度增加 ,牙鲆各组织中 Cu 蓄积量均明
显下降 。A1 对照组为天然海水 ,其 TOC 浓度最
低 ,牙鲆内脏团 、鳃 、肌肉组织 Cu 蓄积量最高。
A4组 TOC 浓度最高 ,其各组织 Cu 蓄积量却最
低。
187吕景才等:孔石莼分泌物对混合重金属在牙鲆组织中蓄积的影响
吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University
Cu 、Pb混合海水中 TOC 对牙鲆组织 Pb蓄积
的影响见图2。由图 2可见 , A1 ～ A4组随着 TOC
浓度增加 ,牙鲆各组织中 Pb 蓄积量均明显下降。
A1为对照组 ,其内脏团 、鳃 、肌肉组织 Pb蓄积量
最高 。A4组 TOC浓度最高 ,其各组织 Pb蓄积量
却最低。
图 1 Cu、Pb混合海水中 TOC 对牙鲆组织 Cu蓄积
的影响
Fig.1.Effect of accumulation of copper in tissues of
Paralichthys olivaceus of the copper and lead
exposure experiment TOC in seawater
图 2 Cu、Pb混合海水中 TOC 对牙鲆组织 Pb蓄积
的影响
Fig.2.Effect of accumulation of lead in tissues of Par-
alichthys olivaceus of the copper and lead ex-
posure experiment TOC in seawater
分析图1 、图 2可知:TOC浓度变化对 Cu 、Pb
在牙鲆3种组织中蓄积量分配次序无影响 。
以上结果表明:(1)当混合重金属 Cu 、Pb浓度
一定时 ,孔石莼分泌物能明显降低重金属的生物
有效性;(2)当配体的种类相同时 ,随 TOC 浓度的
升高 ,重金属的生物有效性下降。(3)TOC 浓度变
化对 Cu 、Pb在牙鲆3种组织中蓄积量分配次序无
影响。以上结果提示我们 ,对海洋重金属污染进
行生态风险评价时 ,不能只看海水中重金属的浓
度 ,TOC 浓度也是评价海洋重金属污染不可缺少
的一个重要指标。
2.2 TOC对 Cu、Cd在牙鲆组织中蓄积的影响
Cu 、Cd混合海水中 TOC 质量浓度对牙鲆组
织Cu 、Cd蓄积的影响见图 3 、图 4。由图 3可见 ,
随着 TOC 浓度增加 ,牙鲆各组织中 Cu 、Cd蓄积量
均明显下降。B1对照组为天然海水 ,其 TOC浓度
最低 ,牙鲆内脏团 、鳃 、肌肉组织 Cu 、Cd 蓄积量最
高。B4处理 TOC 浓度最高 ,其各组织 Cu 、Cd 蓄
积量却最低 。这表明孔石莼分泌物能降低 Cu 、Cd
的生物有效性;当配体的种类相同时 ,随 TOC 浓
度的升高 ,Cu 、Cd的生物有效性下降 。
图 3 Cu、Cd混合海水中 TOC 对牙鲆组织 Cu蓄积
的影响
Fig.3.Effect of accumulation of copper in tissues of
Paralichthys olivaceus of the copper and cad-
mium exposure experiment TOC in seawater
图 4 Cu、Cd混合海水中 TOC 对牙鲆组织 Cd蓄积
的影响
Fig.4.Effect of accumulation of cadmium in the tis-
sues of Paralichthys olivaceus of the copper
and cadmium exposure experiment TOC in
seawater
2.3 TOC对 Cu、Pb、Cd在牙鲆组织中蓄积的影
响
从图 5 ～图 7可见 ,在 C 系列中 ,对照组牙鲆
各组织中 Cu 、 Pb 、Cd蓄积量均最大。C1 ～ C4牙
188 吉林农业大学学报 2007年 4月
Journal of Jilin Agricultural University 2007 , April
鲆内脏 、鳃 、肌肉组织各金属无素的蓄积量均随
TOC浓度的增加而逐渐减小。其中 ,牙鲆各组织
金属元素蓄积量随着 TOC 浓度的变化速率为
Cu
物更稳定 ,所以使其生物有效性随 TOC 的浓度的
变化最为显著。
图5 Cu、Pb、Cd混合海水中 TOC对牙鲆组织 Cu蓄
积的影响
Fig.5.Effect of accumulation of copper in tissues of
Paralichthys olivaceus of the copper , lead and
cadmium exposure experiment TOC in seawa-
ter
图 6 Cu、Pb、Cd混合海水中 TOC对牙鲆组织 Pb蓄
积的影响
Fig.6.Effect of accumulation of lead in tissues of Par-
alichthys olivaceus of the copper, lead and cad-
mium exposure experiment TOC in seawater
对比 A(Cu +Pb)系列 、B(Cu +Cd)系列 、C
(Cu+Pb+Cd)系列可见 ,随着重金属离子种类和
总量的增加 , 3种重金属在牙鲆组织蓄积量均有
不同程度下降 ,表明 Cu 、 Pb 、Cd 在牙鲆组织内存
在相互竞争的吸收机制。
由图 5 、图 6可见 ,Cu 、Pb 、Cd混合 ,虽不能改
变Cu 、Pb在牙鲆组织的分配次序 ,但能明显缩小
Cu 、Pb在牙鲆各组织间的分配差异 。也就是说 ,
能增大Cu 、Pb在牙鲆鳃和肌肉组织的分配比 ,从
而降低其在内脏组织的分配比 。
图7 表明 , Cu 、 Pb 、Cd混合 ,在不改变 Cd在
牙鲆组织分配次序的前提下 ,使 Cd 在牙鲆内脏 、
鳃 、肌肉组织间的分配比差异拉大。特别是内脏
Cd蓄积量 鳃>肌肉 ,这与图 4的规律基本一致
表明内脏是Cd的主要靶器官。
图7 Cu、Pb、Cd混合海水中 TOC对牙鲆组织 Cd蓄
积的影响
Fig.7.Effect of accumulation of cadmium in tissues of
Paralichthys olivaceus of the copper , lead and
cadmium exposure experiment TOC in seawa-
ter
3 讨 论
本试验中混合重金属 A 、B 、C 各系列的结果
均得到了 Cu 、Pb 、Cd在牙鲆组织蓄积分配次序为
内脏>鳃>肌肉的规律。这与赵元凤等报道的海
水中单一重金属 Cu[ 10] 、Pb[ 11] 、Cd[ 12] 在牙鲆组织
的蓄积规律一致。这一结果也与周新文等报道的
重金属离子相互作用对 Cu在鲫鱼组织中的积累
影响结果相一致[ 5] 。这说明 ,不论水环境中只有
一种重金属污染 、还是几种重金属的混合污染 ,重
金属在牙鲆组织中的蓄积分配次序不变 ,均为内
脏>鳃>肌肉 ,也表明 ,鱼类内脏是重金属蓄积的
主要靶器官 。3个系列重金属的牙鲆组织蓄积量
均随着重金属离子种类和总量的增加而降低 ,表
明Cu 、Pb 、Cd存在相互竞争的吸收机制 。
重金属在鱼内脏中的蓄积 , 主要与重金属
Cu 、Pb 、Cd 对金属硫蛋白(MT)诱导作用有
关[ 10 ,13] , MT 主要生物学功能是调节鱼体内自由
金属离子的浓度 ,以减少 Cu 、Pb 、Cd 这类非生物
必需元素的毒害作用 。Cu 、Pb 、Cd 离子能激活肝
脏中MT 基因的转录 ,MT 基因得到大量的表达 ,
使鱼的肝脏和肾脏等组织的 MT 含量较高 ,进入
189吕景才等:孔石莼分泌物对混合重金属在牙鲆组织中蓄积的影响
吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University
鱼体内多余的重金属离子将与 MT 结合 ,在体内
被储存起来。由于重金属离子的诱导作用 ,使其
在牙鲆内脏中的积累增加 。
重金属在鳃中蓄积量大于肌肉 ,这可能是鳃
的特殊结构利于水中的离子穿过 ,鳃是鱼体直接
从水中吸收重金属的主要部位[ 14] 有关。相比之
下 , 肌肉对重金属的亲和性远比上述器官 、组织
弱 ,所以重金属在肌肉内的蓄积量最低 。
由于孔石莼分泌物能显著降低重金属的生物
有效性 ,为此 ,建议在重金属污染海域 ,适当加大
孔石莼等海藻的培育 ,可在一定程度上降低重金
属污染对鱼类的威胁 。
在对海洋重金属污染进行生态风险评价时 ,
在测出海水中重金属浓度的同时 ,还要测出海水
中TOC浓度 ,然后依据重金属在鱼内脏中蓄积量
与海水中重金属浓度和 TOC 浓度相关方程[ 11] ,计
算并评价海洋重金属污染状况 ,并据此对生态风
险做出评价。
参考文献:
[ 1] ALLEN P. Soft-t issue accumulation of lead in the blue tilapia ,
Oreochrom is aureus(Steindachner), and the modifying effects of
cadmium and mercury [ J] .Biological Trace Element Research ,
1995 , 50(3):193-208.
[ 2] CHRISTINE de C C , MICHELLE Petit-Ramel , FANIEL G , et al.
Kinetics of cadmium accumulation and eliminat ion in carpCyprinus
carpio tissues[ J] .Comparative Biochemistry and Physiology Part
C , 1999 , 122(3):345-352.
[ 3] 陈素华 , 孙铁珩 , 周启星 ,等.微生物与重金属间的相互作
用及其应用研究[ J] .应用生态学报 , 2002 , 13(2):239-242.
[ 4] 崔毅 , 陈碧鹃, 宋云利 ,等.胶州湾海水、海洋生物体中重
金属含量的研究[ J] .应用生态学报 , 1997 , 8(6):650-654.
[ 5] 周新文 ,朱国念 ,孙锦荷.重金属离子相互作用对 Cu在鲫鱼
组织中积累的影响[ J] .浙江大学学报:农业与生命科学
版 , 2002, 28(4):427-430.
[ 6] 陆星家 ,席贻龙 ,刘桂云.铅在日本沼虾体内的分布和积累
[ J] .应用生态学报 , 2004 , 15(1):131-135.
[ 7] 刘长发 , 陶澍 , 龙爱民 ,金鱼对铅和镉的吸收蓄积[ J] .水生
生物学报 , 2001 , 25(4):344-349.
[ 8] 蔺玉华 ,卢建民 ,梁智龙 ,等.铬对鲤 、草鱼胚胎发育及鱼苗
的毒性影响[ J] .水产学杂志, 2000, 13(2):32-35.
[ 9] 赵元凤 ,吕景才 ,吴益春 ,等.海水中总有机碳(TOC)对牙鲆
铜 、铅 、镉吸收的影响[ J] .农业工程学报 , 2004 , 20(3):234-
238.
[ 10] 赵元凤 , 吕景才 , 吴益春 , 等.铜在牙鲆(Paralichthys oli-
vaceus)组织蓄积 、分配及排放的研究[ J] .海洋与湖沼 ,
2005 , 36(2):139-145.
[ 11] 赵元凤 ,吕景才 , 吴益春 ,等.牙鲆对海水中铅积累排放规
律研究[ J].海洋学报 ,2004 , 26(3):109-114,
[ 12] 赵元凤 ,吕景才 , 吴益春 ,等.海水中镉对牙鲆的生物有效
性研究[ J].应用生态学报 ,2005 , 16(3):563-567.
[ 13] ALLEN P.Soft-tissue accumulation of lead in the blue tilapia ,
Oreochromis aureus(Steindachner), and the modifying effects of
cadmium and mercury[ J] .Biological Trace Element Research ,
1995 , 50(3):193-208.
[ 14] REID S D , MCDONALD D G.Mental binding activity of gi ll of
rainbow trout(Oncorhynchus mykiss)[ J] .Can J Fish Aquat Sci ,
1991 , 48:1061-1068.
(上接第 185页)
[ 2] 盛连喜 ,马逊风 ,王志平.松嫩平原盐碱化土地的修复与调
控研究[ J] .东北师大学报:自然科学版 , 2002 , 34(1):33-35.
[ 3] 张殿发 ,林年丰.吉林西部农业生态地质环境脆弱性综合
研究[ J] .干旱区资源与环境 , 1999, 13(4):15-20.
[ 4] 熊毅 ,李庆逵.中国土壤[M] .北京:科学出版社, 1987:18-
19.
[ 5] 吉林省土壤肥料总站.吉林土壤[ M] .北京:中国农业出版
社 , 1998:196-170.
[ 6] 黎立群.盐碱土的基础知识[ M] .北京:科学出版社 , 1986:
81-82.
[ 7] 中国科学院南京土壤研究所.土壤理化分析[M] .上海:上
海科学技术出版社 ,1980:196-235.
[ 8] 中国土壤学会.土壤农业化学分析方法[M] .北京:中国农
业科技出版社 , 1999:231-240.
[ 9] 梅安心 ,彭望 ,秦其明 ,等.遥感导论[ M] .北京:高等教育
出版社 , 2002:112-116.
[ 10] 邓伟 ,裘善文 ,梁正伟.中国大安碱地生态试验站区域生
态环境背景[ M] .北京:科学出版社 , 2006:111-120.
[ 11] 王晶 ,肖延华 ,朱平 ,等.松嫩平原盐渍土的发展演化与影
响因素[ J] .吉林农业科学 ,1995(2):66-71.
[ 12] 赵兰坡 ,王宇 ,郄瑞卿.苏打盐碱土草原退化防治技术研
究[ J] .吉林农业大学学报 ,1999 , 21(3):64-67.
[ 13] 赵兰坡 ,尚庆昌 , 李春林.松辽平原苏打盐碱土改良利用
现状及问题[ J] .吉林农业大学报 , 2000 , 22(1):79-85.
[ 14] 李秀军.松嫩平原西部土地盐碱化与农业可持续发展[ J] .
Scientia Geographica Sinica ,2000 ,(2):51-55.
190 吉林农业大学学报 2007年 4月
Journal of Jilin Agricultural University 2007 , April