全 文 ：第 26卷第 11期
2006年 11月
环 境 科 学 学 报
ActaScientiaeCircumstantiae
Vol.26, No.11
Nov., 2006
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.30271029);辽宁省教育厅科学研究计划资助项目(No.05L088)
SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.30271029)andtheScienceStudiesthePlanofEducationalDepartmentofLiaoning
Province(No.05L088)
作者简介:赵元风(1954—),女 ,教授 , E-mail:zhaoyuanfeng@dlfu.edu.cn;＊通讯作者(责任作者)
Biography:ZHAOYuanfeng(1954—), female, professor, E-mail:zhaoyuanfeng@dlfu.edu.cn;＊Correspondingauthor
赵元凤 ,徐海生 ,吕景才 ,等.2006.牙鲆 、孔石莼分泌物对混合重金属在牙鲆组织蓄积的影响 [ J] .环境科学学报 , 26(11):1875-1879
ZhaoYF, XuHS, Lǜ JC, etal.2006.EfectsofexcretionofUlvapertusaandParalichthysolivaceusontheaccumulationofmixtureheavymetals
copper, leadandcadmiuminthetissuesofParalichthysolivaceus[ J] .ActaScientiaeCircumstantiae, 26(11):1875-1879
牙鲆 、孔石莼分泌物对混合重金属在牙鲆组织蓄积的
影响
赵元凤 1, 2, ＊ ,徐海生 1 ,吕景才1, 3 ,吴益春 3 ,周 永 3 ,刘长发 1 ,袁 健 3 ,鲁博望 3
1.大连水产学院海洋环境工程学院 , 大连 116023
2.辽宁省省级高校水生生物学重点实验室 , 大连 116023
3.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
收稿日期:2005-12-29 修回日期:2006-08-15 录用日期:2006-08-22
摘要:研究了海水中总有机碳(TOC)浓度 、总有机碳种类对混合重金属(Cu+Pb、Cu+Cd、Cu+Pb+Cd)在牙鲆(Paralichthysolivaceus)内脏 、肌
肉 、鳃组织蓄积的影响.结果表明 ,孔石莼分泌物 、牙鲆分泌物均能降低 Cu、Pb、Cd的生物有效性;当海水 TOC种类相同时 , 随 TOC浓度的升
高 ,牙鲆的内脏 、肌肉 、鳃组织中 Cu、Pb、Cd蓄积量均明显下降;当海水 TOC浓度相近时 ,孔石莼分泌物比牙鲆分泌物更能降低牙鲆各组织 Cu、
Pb、Cd蓄积量.TOC浓度、种类的变化对牙鲆各组织中 Cu、Pb、Cd蓄积分配均无影响 ,各组织重金属蓄积量顺序均为:内脏 >鳃 >肌肉.
关键词:总有机碳(TOC);混合重金属;牙鲆(Paralichthysolivaceus);蓄积
文章编号:0253-2468(2006)11-1875-05 中图分类号:X171.5 文献标识码:A
EfectsofexcretionofUlvapertusaandParalichthysolivaceusontheaccumulationof
mixtureheavymetalscopper, leadandcadmium inthetissuesofParalichthys
olivaceus
ZHAOYuanfeng1, 2, ＊ , XUHaisheng1 , L Jingcai1, 3 , WUYichun3 , ZHOUYong3 , LIUChangfa1 , YUANJian3 ,
LUBowang3
1.ColegeofMarineEnvironmentalEngineering, DalianFisheriesUniversity, Dalian116023
2.KeyLaboratoryofHydrobiologyinLiaoningProvincesUniversities, Dalian116023
3.KeyLaboratoryofMaricultureandBiotechnology, MinistryofAgriculture, Dalian116023
Received29December2005; receivedinrevisedform 15August2006; accepted22August2006
Abstract:TheinfluenceofTOCsconcentrationandcategoryintheseawatertotheaccumulationofmixtureheavymetalsinthetissuesofviscus, muscle,
gilswasstudied.TheresultindicatedthattheexcretionofUlvapertusaandParalichthysolivaceuscoulddecreasethebioavailabilityofheavymetals
obviously.WiththeincreaseofTOCsconcentration, theaccumulationofCu, Pb, Cdinviscus, muscle, gilofParalichthysolivaceusdecreased
obviously.WhentheconcentrationofTOCweresimilar, UlvapertusaexcretioncouldreducethemetalaccumulationmorethanParalichthysolivaceus.The
concentrationandcategoryofTOChadnoinfluencetothedistributionofheavymetalsaccumulationinthetissuesoffish.Theaccumulationofheavy
metalsinthetissuesfromhightolowisviscus, gilsandmuscle.
Keywords:TOC(totalorganiccarbon);metal-mixture;Paralichthysolivaceus;Accumulation
1 引言(Introduction)
随着沿海经济迅速发展 ,工业污水的不断排放
使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 (Alen,
1995;Christineetal., 1999),给沿海养殖业带来威
DOI :10.13671/j.hjkxxb.2006.11.022
环 境 科 学 学 报 26卷
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(陈素华等 , 2002;蔺玉
华等 , 2000).已有研究表明 ,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)(赵元凤等 , 2004).
目前对 2种以上重金属对底栖生物的联合效应
及海水中总有机碳 TOC浓度对混合重金属蓄积的
影响 ,国内鲜有报道.本文拟研究海水中有机物种
类对混合重金属 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 ,并研究 TOC浓度与
牙鲆体内 Cu、Pb、Cd蓄积量的关系 ,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.
2 材料与方法(Materialsandmethods)
2.1 试剂与仪器
试剂:浓硝酸 、 30%过氧化氢 、氢氧化钠 、
CuSO4·5H2O均为优级纯.
仪器:Metrohm746 型极谱仪 、 SHIMADZU的
TOC-VcpH总有机碳测定仪 、MiLLi-Q高纯水设备.
2.2 试验材料
孔石莼(Ulvapertusa)采自大连黑石礁海边 ,用
新鲜海水清洗其表面的附着物 ,在实验室用天然海
水培养驯化 10d后进行实验.牙鲆 (Paralichthys
olivaceus)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 5d,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.
2.3 暴露实验
暴露 实 验 分 为:A(Cu 0.2mg· L-1 +Pb
0.1mg·L-1)、B(Cu0.2 mg·L-1 +Cd0.05mg·L-1)、
C(Cu0.2 mg·L-1 +Pb0.1 mg·L-1 +Cd0.05
mg·L-1)3个系列 ,将牙鲆分别放入这 3个系列中饲
养.每个系列设置 1个海水对照组 、3个 TOC浓度不
同的藻水组和 3个 TOC浓度不同的鱼水组.对照组
为天然海水 , 藻水组是用天然海水稀释藻水所得的
具有不同 TOC浓度的海水 ,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).鱼水组是用
天然海水稀释鱼水所得的具有不同 TOC浓度的海
水 ,鱼水是指用天然海水养殖牙鲆一段时间后所得
TOC浓度较高的海水(富含牙鲆分泌物),养殖期间
不投饵.对照组 、藻水组和鱼水组所用的海水均经
过 0.45μm滤膜过滤 ,总有机碳(TOC)采用 TOC-
VCPH, SHIMADZU总有机碳测定仪测定.
实验均在 40L塑料缸中进行 (实际水体积
30L),每缸均放牙鲆 4尾.实验期间连续充气 、不换
水 ,实验共进行 7d.实验期间水温(14.5±0.5)℃,
碱度(2.85±0.05)mg·L-1 , pH值 8.20±0.05,总硬
度(33.25±0.05)mg·L-1.
表 1 暴露实验海水 TOC浓度
Table1 ConcentrationofTOCforthecopper、lead、cadmiumexposureexperimentinseawater
A(Cu0.2mg·L-1 +Pb0.1mg·L-1)
组别 TOC/(mg·L-1)
B(Cu0.2mg·L-1 +Cd0.05mg·L-1)
组别 TOC/(mg·L-1)
C(Cu0.2mg·L-1 +Pb0.1mg·L-1 +Cd0.05mg·L-1)
组别 TOC/(mg·L-1)
A1(对照) 11.74 B1(对照) 11.36 C1(对照) 11.72
A2(藻水) 12.88 B2(藻水) 13.58 C2(藻水) 12.85
A3(藻水) 15.29 B3(藻水) 14.87 C3(藻水) 14.12
A4(藻水) 16.48 B4(藻水) 15.88 C4(藻水) 16.17
A5(鱼水) 13.53 B5(鱼水) 13.64 C5(鱼水) 13.19
A6(鱼水) 16.86 B6(鱼水) 16.25 C6(鱼水) 16.19
A7(鱼水) 18.26 B7(鱼水) 18.75 C7(鱼水) 18.88
2.4 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
50mL烧杯中 ,称取湿重 ,在 105℃下烘干 4 ～ 5h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 20%
1876
11期 赵元凤等:牙鲆 、孔石莼分泌物对混合重金属在牙鲆组织蓄积的影响
氢氧化钠溶液中和 ,然后全量转移至 50mL容量瓶
中 ,最后用高纯水定容.
Cu、Pb、Cd含量测定采用阳极溶出伏安法在
Metrohm746型极谱仪上进行 ,在极谱仪电解池中加
入 1mLKCl溶液(3mol·L-1)和 20mL消化液 ,分别
测定不同消化样品的金属浓度.试验所用玻璃器皿
在使用前均用 10%硝酸浸泡 24h以上.测定过程中
曝气时间 300s,富集时间 120s,扫描电压范围为
1150 ～ 50mV,扫描速度 60mV·s-1.
2.5 数据处理与分析
重金属离子在鱼体组织中的浓度 ρ按下列公式
计算:
ρ=C·50 /W (1)
式中 , C为极谱仪测得的重金属浓度 (mg·L-1);W
为样品的干重(原单位为 g,计算时换算为 10-3kg).
3 实验结果(Results)
3.1 TOC对混合重金属 Cu、Pb在牙鲆组织蓄积的
影响
Cu、Pb混合海水中 TOC对牙鲆组织 Cu、Pb蓄
积的影响见表 2.A系列各组 Cu、Pb的浓度完全相
同 ,藻水组 A2 ～ A4配体种类相同 ,只是 TOC的浓
度不同;鱼水 A5 ～ A7组配体种类相同 , TOC的浓度
不同.A1 ～ A4组随着 TOC浓度增加 ,牙鲆各组织中
Cu、Pb蓄积量均明显下降.A1对照组 TOC浓度最
低 ,其内脏团 、鳃 、肌肉组织 Cu、Pb蓄积量最高.A4
组 TOC浓度为 16.48mg·L-1最高 ,其各组织 Cu、Pb
蓄积量却最低.
对于鱼水组 A5 ～A7,随着 TOC浓度的增加 ,牙
鲆各组织中 Cu、Pb蓄积量也呈现出明显下降趋势.
其中 , A7组 TOC浓度为 18.26mg·L-1最高 ,其各组
织 Cu、Pb蓄积量也是鱼水组内最低的.
藻水组 A2 ～ A4组与鱼水组 A5 ～ A7之间比较
可见 , 鱼水 A6、 A7组 TOC浓度分别为 16.86、
18.26mg·L-1 ,都高于藻水 A4组 TOC浓度 16.48
mg·L-1的数值(见表 1);但藻水 A4组牙鲆各组织
Cu、Pb蓄积量却明显低于鱼水 A6、 A7组 ,说明孔石
莼分泌物更有利于降低牙鲆对重金属的吸收.
以上结果表明:1)当混合重金属 Cu、Pb浓度一
定 ,孔石莼分泌物和牙鲆分泌物均能降低重金属的
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)孔石莼分泌
物较牙鲆分泌物更能降低重金属的生物有效性.
(4)TOC浓度 、种类的变化对 Cu、Pb在牙鲆 3种组
织中蓄积量分配次序无影响.
表 2 TOC影响下混合重金属 Cu和 Pb在牙鲆组织中的积累
Table2 InfluenceofTOContheaccumulationofcopperandleadinthefish(Paralichthysolivaceus) mg·kg-1
处理 Cu内脏 鳃 肌肉
Pb
内脏 鳃 肌肉
A1 50.71 34.06 18.63 20.30 18.67 8.48
A2 32.92 25.12 10.27 14.28 13.18 6.64
A3 13.88 10.41 4.40 11.07 6.76 2.21
A4 3.79 3.11 1.41 1.36 1.08 0.82
A5 17.89 15.24 11.95 8.77 7.42 5.09
A6 15.00 10.68 9.57 6.69 6.07 2.15
A7 9.32 7.47 4.57 3.11 1.62 1.49
总负荷 143.51 106.09 60.80 65.58 54.80 26.88
3.2 TOC对混合重金属 Cu、Cd在牙鲆组织中蓄积
的影响
Cu、Cd混合海水中 TOC对牙鲆组织 Cu、Cd蓄
积的影响见表 3.B系列各组 Cu、Cd浓度相同.B1 ～
B4组随着 TOC浓度的增加 ,牙鲆各组织中 Cu、Cd
的蓄积量均明显下降.B1对照组 TOC浓度最低 ,其
内脏团 、鳃 、肌肉组织中 Cu、Cd蓄积量最高.B4组
的 TOC浓度为 15.88mg·L-1 ,在藻水组中最高 ,其
各组织 Cu、Cd蓄积量却为藻水组最低.B7组 TOC
浓度为 18.75 mg·L-1 ,在鱼水组中最高 ,其各组织
Cu、Cd蓄积量却为鱼水组最低.以上结果表明 ,孔石
莼分泌物和牙鲆分泌物均能降低 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.
1877
环 境 科 学 学 报 26卷
表 3 TOC影响下混合重金属 Cu和Cd在牙鲆组织中的积累
Table3 InfluenceofTOContheaccumulationofcopperandcadmiuminthefish(Paralichthysolivaceus) mg·kg-1
处理 Cu内脏 鳃 肌肉
Cd
内脏 鳃 肌肉
B1 34.89 28.60 23.56 11.7 6.35 4.60
B2 24.13 20.70 17.86 8.58 5.25 3.66
B3 12.92 11.25 9.66 7.14 4.79 2.74
B4 8.60 8.09 4.43 5.84 3.09 1.23
B5 27.88 23.33 17.54 10.32 5.25 4.47
B6 18.16 16.28 10.94 7.01 3.46 2.91
B7 5.49 4.43 3.68 3.83 2.01 0.95
总负荷 132.07 112.68 87.67 54.42 30.2 20.56
藻水组 B2 ～B4与鱼水组从 B5 ～ B7之间比较可见 ,
藻水 B2组 TOC浓度 13.58mg·L-1与鱼水 B5组
TOC浓度 13.64mg·L-1相接近 ,但其各组织中 Cu、
Cd蓄积量却是藻水明显低于鱼水组.藻水 B4组
TOC浓度为 15.88mg·L-1 ,低于鱼水 B6组 TOC浓
度 16.25mg·L-1的数值 ,但藻水 B4组牙鲆各组织
Cu、Cd蓄积量却明显低于鱼水 B6组.这表明藻水
(孔石莼分泌物)较鱼水(牙鲆分泌物)更能降低牙
鲆组织对 Cu、Cd的生物有效性.
藻水组 B2 ～ B4与鱼水组 B5 ～ B7牙鲆各组织
Cu、Cd蓄积量顺序相同.这表明 , TOC浓度 、种类的
变化对 Cu、Cd在牙鲆 3种组织中蓄积量分配次序
无影响.由表 3可见 , Cd在牙鲆内脏的蓄积分配比
大于对 Cu在牙鲆内脏的蓄积分配比.这可能与牙
鲆内脏金属硫蛋白对 Cd的亲合能力大于对 Cu的
亲合能力有关.
3.3 TOC对混合重金属 Cu、Pb、Cd在牙鲆组织中
蓄积的影响
从表 4可见 ,在 C系列中 ,对照组牙鲆组织 Cu、
Pb、 Cd蓄积量均最大.鱼水组和藻水组中 ,牙鲆内
脏 、鳃 、肌肉组织中 Cu、 Pb、 Cd的蓄积量均随 TOC
浓度的增加而逐渐减小.其中 ,牙鲆各组织对 Cu、
Pb、 Cd蓄积量随着 TOC浓度的变化速率依次为 Cu
合能力.由于 Cd与鱼水或藻水中 TOC所生成的络
合物更稳定 ,所以使其生物有效性随 TOC浓度的变
化最为显著.
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在牙鲆组织中的蓄积存在
相互竞争机制.
由表 4可见 , Cu、 Pb、Cd混合 ,虽不能改变 Cu、
Pb在牙鲆组织的分配次序 ,但明显能缩小 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 ,而降低其在内脏
组织的分配比.
但 Cu、 Pb、Cd混合时 ,在不改变 Cd在牙鲆组
织分配次序的前提下 ,却使 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
量远远大于鳃且大于在肌肉内的累积 ,这与表 3的
规律基本一致.这再次表明 ,内脏是 Cd的主要蓄积
器官.
表 4 TOC影响下混合重金属 Cu、Pb和 Cd在牙鲆组织中的积累
Table4 InfluenceofTOContheaccumulationofcopper, leadandcadmiuminthefish(Paralichthysolivaceus) mg·kg-1
处理 Cu内脏 鳃 肌肉
Pb
内脏 鳃 肌肉
Cd
内脏 鳃 肌肉
C1 24.55 15.44 13.96 13.10 11.88 10.90 7.16 5.72 3.17
C2 17.23 14.75 13.59 9.89 6.85 6.01 6.52 3.25 2.26
C3 14.77 13.61 9.35 7.57 6.10 5.42 3.79 2.93 1.19
C4 13.61 10.13 6.88 4.54 3.55 2.95 1.41 0.81 0.43
C5 16.01 15.57 13.06 8.09 4.29 2.89 4.18 2.87 1.48
C6 13.31 12.01 11.38 4.90 4.05 2.75 2.83 1.70 1.32
C7 11.40 7.96 6.34 3.97 3.46 1.92 1.83 1.53 1.20
总负荷 110.88 89.47 74.56 52.06 40.18 32.84 27.72 18.81 11.05
1878
11期 赵元凤等:牙鲆 、孔石莼分泌物对混合重金属在牙鲆组织蓄积的影响
4 讨论(Discussion)
从本实验 A、B、C各系列的实验结果看 , Cu、
Pb、Cd在牙鲆组织蓄积分配次序均为:内脏 >鳃 >
肌肉.这与赵元凤等报道的海水中单一重金属 Cu
(赵元凤等 , 2005a)、Pb(赵元凤 , 2004)、Cd(赵元凤
等 , 2005b)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 (周新文等 ,
2002).这说明 ,不论是海水鱼 、淡水鱼 ,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
主要蓄积器官.
本实验中 ,比较 A(Cu+Pb)系列 、B(Cu+Cd)
系列 、C(Cu+Pb+Cd)系列可见 ,牙鲆内脏团和鳃
中重金属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(Alen,
1995;赵元凤等 , 2005a), MT的主要生物学功能是
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
入鱼体内多余的重金属离子将和 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 ,可能与鳃的特
殊结构利于水中离子穿过 ,导致鳃成为鱼体直接从
水中吸收重金属的主要部位(Reid, 1991)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.
5 结论(Conclusions)
1)孔石莼 、牙鲆分泌物均能降低 Cu、Pb、Cd的
生物有效性.
2)当海水 TOC种类相同时 , 随 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.
3)当海水 TOC浓度近时 ,孔石莼分泌物比牙鲆
分泌物更能降低牙鲆各组织 Cu、Pb、Cd蓄积量.
4)TOC浓度 、种类变化对牙鲆各组织 Cu、Pb、
Cd蓄积分配均无影响 ,各组织重金属蓄积量顺序均
为:内脏 >鳃 >肌肉.
5)由于孔石莼分泌物较牙鲆分泌物更能降低
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.
责任作者简介:赵元凤 , 女 , 教授.1982年毕业于吉林大学化
学系 ,现任大连水产学院海洋环境工程学院教授.主要从事
渔业水环境研究.发表研究论文 70余篇.
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