章譽興，唐啟航，李希磊，楊俊麗，于 瀟，崔龍波

(煙臺大學生命科學學院，山東 煙臺 264000)

近年來，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，由于采礦、廢氣排放、污水灌溉和使用重金屬超標制品等人為因素導致重金屬對環(huán)境的污染日益嚴重，尤其是水體環(huán)境[1]。重金屬在水體中不能被微生物降解，只能發(fā)生各個形態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化、分散和富集而進行重金屬遷移。重金屬元素在貝類體內(nèi)富集，經(jīng)過食物鏈的濃縮或放大作用，人類再食用重金屬超標的貝類便對人體產(chǎn)生毒害作用[2-3]。例如汞污染導致的“水俁病”，鎘污染導致的“痛痛病”。同時，貝類因其種群分布廣、生存適應性強、對多種污染物具有較強的富集作用，因此作為重金屬污染物指示種較為理想。

1 重金屬在水生動物體內(nèi)的吸收

重金屬進入水生動物體內(nèi)的途徑一般有三條：一是通過呼吸作用金屬離子由鰓進入體內(nèi)；二是通過攝取食物由消化道進入體內(nèi)；三是通過體表與水體的滲透作用進入體內(nèi)。金屬離子進入體內(nèi)后通過血液循環(huán)作用流經(jīng)全身，在體內(nèi)各個組織內(nèi)富集[4]。

2 重金屬在貝類體內(nèi)的富集

2.1 重金屬的富集機理

重金屬在生物體內(nèi)的富集方式有兩種：體表吸附和透過體表吸收，部分生物則兩者兼有。重金屬被體表吸附一般是指重金屬被體表黏液、腸胃黏液或呼吸時被鰓所滯留。而透過體表吸收可分為三種形式：一是重金屬在生物體內(nèi)與生物大分子相結合，這種生物大分子一般被認為是蛋白質(zhì)，由于重金屬與大分子結合后重金屬不易通過細胞膜向外輸出，所以重金屬可在體內(nèi)被大量積累下來；二是重金屬在生物體內(nèi)可以誘導金屬硫蛋白的合成，這種蛋白質(zhì)具有大量的-SH基，能夠與汞、鎘、銅、鋅等重金屬結合，甚至金屬硫蛋白與重金屬的結合能力大于高分子組分與重金屬的結合能力，當生物體內(nèi)受到重金屬污染時，便會誘導合成這類蛋白質(zhì)，讓重金屬結合到新合成的金屬硫蛋白上，于是重金屬在生物體內(nèi)以金屬硫蛋白或類金屬硫蛋白的形式蓄積；三是重金屬還可能以離子或低分子絡合離子的形式在生物體內(nèi)富集[5]。

2.2 影響重金屬在貝類體內(nèi)富集的因素

2.2.1 貝類的不同組織對重金屬富集效應的影響 貝類的不同組織對重金屬的富集效應不同。馬元慶等[6]人報道了各組織Cd含量關系為：內(nèi)臟>扇貝邊>扇貝柱>性腺>體液，Cu含量關系為內(nèi)臟>扇貝柱/性腺>扇貝邊>體液，Zn含量關系為：扇貝柱>扇貝邊>性腺>內(nèi)臟>體液，Pb含量關系為：內(nèi)臟/性腺/扇貝邊>扇貝柱>體液。由此可見，Cd和Cu主要富集于內(nèi)臟，Zn大多數(shù)富集于扇貝柱，而Pb在各組織中的富集程度基本相同。Cd和Cu主要通過消化道來進入體內(nèi)[7]。貝類的不同組織對某種重金屬具有高度選擇性，腎臟和肝臟因可快速大量合成金屬硫蛋白使重金屬得以大量蓄積，因此成為重金屬積蓄的主要靶器官。

2.2.2 貝類種間差異對重金屬富集效應的影響 不同貝類對同種重金屬的富集效應不同。陳海剛[2]等人報道了重金屬Hg在不同貝類體內(nèi)的富集情況，其中近江牡蠣對Hg的富集作用最為明顯，富集系數(shù)BCF最大能達到3 493.8，遠高于翡翠貽貝和菲律賓蛤仔。重金屬Hg在近江牡蠣體內(nèi)的含量甚至是菲律賓蛤仔和翡翠貽貝體內(nèi)含量的20倍左右；重金屬Pb在貝類的富集效應則是菲律賓蛤仔>近江牡蠣>翡翠貽貝；重金屬Cd在貝類的富集效應則是翡翠貽貝>近江牡蠣>菲律賓蛤仔。黃強等[8]人報道了銅在不同貝類中含量大小次序為海螺>菲律賓蛤仔>毛蚶>紫貽貝>方形馬珂蛤；鉛的含量大小依次為海螺>毛蚶>紫貽貝>方形馬珂蛤>縊蟶>菲律賓蛤仔；鋅的含量大小依次為毛蚶>海螺>方形馬珂蛤>縊蟶>紫貽貝>菲律賓蛤仔；鎘含量大小為海螺>毛蚶>紫貽貝>菲律賓蛤仔>方形馬珂蛤>縊蟶；鉻含量大小為方形馬珂蛤>紫貽貝>海螺>毛蚶>菲律賓蛤仔>縊蟶。鎘在海螺和縊蟶中的含量差異是最大的，高達188倍左右。由此可以看出貝類的種間差異對重金屬的富集能力存在影響。貝類的年齡、性別、繁殖狀態(tài)、生活習性、生理代謝等因素可能會影響貝類對重金屬的富集。

2.2.3 水體和沉積物對貝類重金屬富集效應的影響 貝類生物體內(nèi)重金屬含量與水體中的重金屬含量呈正相關關系，而貝類生物體內(nèi)重金屬含量與沉積物中的重金屬含量的相關關系不明顯[9]。孫珊等[10]人報道了山東省近岸養(yǎng)殖區(qū)海水中重金屬含量為As>Cu>Cr>Pb>Cd>Hg；沉積物中重金屬含量為Cr>Pb>Cu>As>Cd>Hg；貝類體內(nèi)重金屬含量為Cu>As>Cd>Cr>Pb>Hg?？梢钥闯?，在海水中重金屬As和Cu的含量比較高，在貝類體內(nèi)重金屬As和Cu的含量也比較高；在沉積物中重金屬Cr和Pb的含量比較高，而在貝類體內(nèi)重金屬Cr和Pb的含量相對較低。因此，海水中重金屬的含量對貝類的影響較為顯著。

2.2.4 金屬種類對貝類重金屬富集效應的影響 不同的重金屬在貝類體內(nèi)的富集作用不同。實驗證明，紫貽貝對Hg的生物富集因子明顯高于對Cd、Pb、As的富集，而對As的生物富集因子則明顯要低于其它的三種金屬[11]。牡蠣對Hg的生物富集因子明顯高于對Cd、Pb、As的富集，而對As的生物富集因子遠低于其它三種金屬[12]。大連近岸海域蝦夷扇貝中Pb、Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Mn、Ni的平均含量分別為0.488×10-6、2.924×10-6、0.047×10-6、1.394×10-6、2.152×10-6、36.08×10-6、22.87×10-6和1.592×10-6[13]。不同重金屬在蝦夷扇貝體內(nèi)的富集作用從高到低依次為Zn>Mn>Cd>Cu>Ni>Cr>Pb>Hg。

與此同時，不同海域環(huán)境的污染狀況、季節(jié)、海水溫度、溶解氧和鹽度對貝類體內(nèi)重金屬的含量均存在影響[14]。

3 重金屬的富集模型

在重金屬的生理毒性和生物富集研究中常用的模型主要有三種：穩(wěn)態(tài)模型、兩箱模型和生物動力學模型。穩(wěn)態(tài)模型以生物和水體之間的平衡理論為基礎，通過用生物富集系數(shù)BCF和生物濃縮系數(shù)BAF的概念來量化重金屬在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，檢測、評價和預測污染物進入環(huán)境后可能產(chǎn)生的危害作用。兩箱模型是從自由基動力學模型衍生而出，考慮到了生物體從環(huán)境中吸收、富集并排出污染物。可以預測以水中的重金屬為主要來源的生物體內(nèi)的動態(tài)含量和平衡含量。生物動力學模型考慮到了環(huán)境化學的影響特性、水生動物代謝和生長的因素。通過檢測不同物種體內(nèi)的重金屬濃度及其對某種非重金屬元素的吸收能力或者富集能力?？梢杂迷撃Ｐ蛠眍A測不同金屬或非重金屬元素的生物富集和毒性作用[15]。

4 重金屬在貝類體內(nèi)的消除

消除的途徑有：排泄、排遺、分泌、解毒及其它生理過程。貝類生活在重金屬污染的水域時，重金屬在體內(nèi)的富集作用占據(jù)主導地位，當其離開污染環(huán)境時，消除作用占據(jù)主導地位。對貝類中重金屬的排出可以通過清潔海水暫養(yǎng)的方法，但該方法消耗時間長，且效果不顯著。陳海剛[2]的實驗表明將貝類轉(zhuǎn)移到清潔海水中使重金屬在貝類體內(nèi)釋放，不同貝類釋放的速度并不相同，但是貝類都釋放到一定的程度之后便維持在一定的濃度范圍之內(nèi)而不再變化，這說明在海水中貝類并不能將自身體內(nèi)的重金屬完全消除。

目前需要尋找更為快速的、有效的方法，在不破壞貝類的營養(yǎng)價值的基礎上，幫助貝類排出重金屬。李學鵬[3]的實驗得出Vc對褶牡蠣體內(nèi)重金屬Cu、Pb和Cd的排出凈化有明顯的促進作用，殼聚糖也可促進牡蠣體內(nèi)重金屬Cu和Cd的排出，但是對Pb的排出促進作用不明顯。孫繼鵬[16]研究了殼寡糖金屬配合物對鮮活扇貝體內(nèi)重金屬Cd的影響，發(fā)現(xiàn)其對貝類的Cd有很好的脫除效果。朱常龍[17]的實驗說明殼寡糖鎂配合物對太平洋牡蠣體內(nèi)鎘殘留有較好的脫除效果，該重金屬鎘脫除制劑對牡蠣體內(nèi)其它金屬含量無影響，并且殼寡糖鎂配合物的使用不影響牡蠣體內(nèi)的營養(yǎng)成分，具有安全性。

5 重金屬對貝類的毒性

李玉環(huán)[18]的實驗證明鎘對海灣扇貝具有毒性，海灣扇貝發(fā)育越往后期，它對鎘的忍受限就越大。鎘產(chǎn)生的毒性大小與鎘的存在形態(tài)、海水的鹽度、溫度、pH值、溶解氧等理化性質(zhì)相關。李君豐等[19]人的實驗表明在Cu2+濃度為0.002 7 mg/L，Pb2+濃度為0.091 4 mg/L，Cr6+濃度為0.201 6 mg/L，EDTA-Na2濃度為8.2 mg/L時對蝦夷扇貝面盤幼蟲沒有不良影響，當超過這些濃度時，隨著毒物濃度的增大，死亡幼蟲的數(shù)量就越多。重金屬在貝類體內(nèi)富集到一定程度之后，便會影響其器官的生理功能，對其攝食、消化、吸收及代謝方式造成嚴重影響。吳堅[20]的實驗表明當銅濃度為0.1 mg/L和鎘濃度為1.0 mg/L時對紫貽貝的攝食率和濾水率有著顯著影響。重金屬還能夠?qū)ω愵惖纳尺z傳方面產(chǎn)生影響，尤其是在胚胎期和幼仔期時的生長發(fā)育。高象賢[21]實驗中砷在濃度為0.1～1.0 mg/L時，三個組面盤幼蟲出現(xiàn)半數(shù)以上的畸形體。

6 建議與展望

我國貝類資源豐富多樣，產(chǎn)量位居世界首位。隨著我國經(jīng)濟逐步發(fā)展，海產(chǎn)養(yǎng)殖技術的提升以及國民消費水平的提高，海鮮已走入千家萬戶。而重金屬污染的問題依舊嚴峻，貝類的污染問題尤為突出，已成為食品安全的重大隱患之一。

目前對貝類的凈化處理還沒有有效消除貝類重金屬殘留的方法，這將嚴重影響我國貝類養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此對貝類中重金屬的脫除機理需要更進一步深入的研究。在突破技術瓶頸的同時，還需要在根源上限制污染物的排放。多管齊下，貝類的重金屬污染問題才能夠得到更為有效的控制。