（环境科学专业论文）基于系列生物标志物的北部湾潮间带底栖环境质量评价.pdf

站位污染最轻、s 7 ( 防城港东湾) 站位污染最重，各站位污染程度由重到轻依次为： s 7 ( 防城港东湾) 、s i ( j 匕港码头) 、s 6 ( 钦州湾老人沙浅滩) 、s 8 ( 防城港西湾) 、s 5 ( = j t 海西场) 、s 2 ( 江洪港) 、s 4 ( = j l 潭港) 、s 9 ( 防城港月亮湾) 、s 3 ( 乐民码头) ，综合评 价结果与污染源种类、污染物含量测定结果基本一致，证明i b r 指数法用于北 部湾潮间带底栖环境质量综合评价的可行性。 关键词：北部湾；环境质量评价；波纹巴非蛤( p a p h i au n d u l a t a ) ；生物标志物； 综合标志物响应( 1 b r ) 指数 e n vir o n m e n t aia s s e s s m e n to fb eib ub a yin t er tid alz o n e b a s e do nm uitipiebio m ark ers a b s t r a c t b e i b ub a yi sa b i gs e m i - c l o s e db a yl o c a t e da tt h en o r t h w e s to ft h es o u t hc h i n a s e a a tp r e s e n t ，e n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya s s e s s m e n to fb e i b ub a yi sl i m i t e do nt h e d e t e r m i n a t i o no fc o n t a m i n a n t si nt h es e d i m e n to rt h eb i o l o g y d u et ot h ev a r i e t yo f c o n t a m i n a n t s ，t h e r ea r ea n t a g o n i s to rc o o r d i n a t i o ne f f e c t sa m o n gt h e m a c c o r d i n gt o t h ee x i s t i n ge n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya s s e s s m e n tm e t h o d s ，i ti sd i f f i c u l tt oa s s e s st h e c o m p r e h e n s i v ee n v i r o n m e n t a le f f e c t s m o l e c u l a rb i o m a r k e r s ，w h i c ha r ec h a r a c t e r i s t i c o fh i g h s p e c i f i c i t y a n ds e n s i t i v i t y , c a nr e f l e c tt h e i n t e r a c t i o nb e t w e e ne x t e r n a l p o l l u t a n t sa n dc e l l u l a rt a r g e t sd i r e c t l y t h e ya r es u i t a b l ef o rt h ee a r l yw a r n i n go f e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n i n t e g r a t e db i o m a r k e rr e s p o n s e ( i b r ) i n d e xc a nr e f l e c tt h e i n t e g r a lc o n t a m i n a t i o nc o n d i t i o n s ，a n dv i s u a l i z a t i o ni sp o s s i b l eb e t w e e ns i t e sf o r c o m p a r i s o nw i t hp o l l u t i o ng r a d i e n t m a r i n eb i v a l v ep a p h i au n d u l a t aa n ds e d i m e n ts a m p l e sa r ec o l l e c t e df r o m9 s a m p l i n gs i t e sd i s t r i b u t e di nt h ei n t e r t i d a lz o n ea l o n gt h eb e i b ub a yi nt h es p r i n go f 2 011 c o n t e n t so fs e v e r a lc o n t a m i n a n t sa r ed e t e r m i n e d ，s u c ha ss e v e nt y p e so fh e a v y m e t a l ( h g ，c d ，p b ，c r ，c u ，z n ，a s ) ，s u l f i d e ( m e a s u r e di nt h es e d i m e n to n l y ) ，t o t a l p e t r o l e u mh y d r o c a r b o n ( t p h ) ，p o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l s ( p c b s ) ，n o n y l p h e n o l ( n p ) a n db e n z o ( a ) p y r e n e ( b a l p ) i nt h es o f tt i s s u eo fb i v a l v ea n ds e d i m e n t m e a n w h i l e ，9 b i o m a r k e r sa r ea s s a y e di nt h e g i l l s a n dv i s c u so fp a p h i au n d u l a t a t h e ya r e g l u t a t h i o n e ( g s h ) 、o x i d i z e dg l u t a t h i o n e ( g s s g ) ，s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) ， c a t a l a s e ( c a t ) ，g l u t a t h i o n ep e r o x i d a s e ( g p x ) ，g l u t a t h i o n e - s t r a n s f e r a s e s ( g s t ) ， t h i b a b i t u r i ca c i dr e a c t i v e s u b s t a n c e ( t b a r s ) ，a c e t y l c h o l i n e s t e r a s e ( a c h e ) a n d m e t a l l o t h i o n e i n ( m t s ) t h ea b o v ed e t e r m i n a t i o nr e s u l t s a r ei n t e g r a t e di no r d e rt o s c r e e nas e to fb i o m a r k e r ss e n s i t i v et ot h ep o l l u t a n t s t o x i ce f f e c t sb yc o r r e l a t i o n a n a l y s i sa n dd i s c r i m i n a t o r ya n a l y s i s b a s e d o nt h em u l t i p l eb i o m a r k e r ss c r e e n e d a b o v e ，a ni n d i c a t o rs y s t e ma n da ni n t e g r a t e de n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya s s e s s m e n tm o d e l f o rt h eb e i b ub a yb e n t h i ce n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya s s e s s m e n ta r ee s t a b l i s h e d t h er e s u l t ss h o wt 1 1 a t ，d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o n t a m i n a n t sd e t e r m i n e d i nt h es e d i m e n ta n db i o l o g yc o l l e c t e di nt h ei n t e r t i d a lz o n eo fb e i b u b a yd i f f e rg r e a t l y t h i sd i s t r i b u t i o ns t a t u s d e p e n d s o ns e v e r a l f a c t o r s ，s u c h a st h es e d i m e n t c h a r a c t e r i s t i c so ft h es a m p l i n ga r e a sa n dp o l l u t i o ne m i s s i o ns o u r c e s t h er e s p o n s e so f 9b i o m a r k e r si nt h eg i l l sa n dv i s c e r ao fp a p h i au n d u l a t at ot h ec o n t a m i n a n t sa r e d i v e r s e w i t hs i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nt i s s u e sa n dr e g i o n s a c c o r d i n gt ot h e p e a r s o nc o r r e l a t i o na n a l y s i s ，e x c e p tf o ra c h et h ei ng i l l s ，t h er e s tb i o m a r k e r sa l lh a v e s i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n s 谢t ha tl e a s to n ec o n t a m i n a n ti nt h es e d i m e n to rj p a p h i a u n d u l a t a b i o m a r k e r sc o r r e l a t e dt o2o r3c o n t a m i n a n t sa r es e l e c t e di np r i o r i t y ；t h e y a r eg s s g ，g s ha n dg s ti nt h eg i l l s ，t b a r s ，g p xi nt h ev i s c e r a i na d d i t i o nt ot h i s ， d i s c r i m i n a t o r ya n a l y s i si su s e dt os c r e e no n ek i n do fb i o m a r k e rw i t h i nt h er e s t12 b i o m a r k e r sc o r r e l a t e dw i t ho n ep o l l u t a n t g p xi nt h eg i l l si ss e l e c t e df o ri t ss t r o n g e s t d i s t i n g u i s ha b i l i t yb e t w e e ns t a t i o n s ，t h ea b o v e6b i o m a r k e r sa r em o r es e n s i t i v et ot h e t o x i ce f f e c t so ft h ep o l l u t a n t s ，a n dc o n s t i t u t et h ei n d i c a t o rs y s t e mf o rb e i b ub a y i n t e r t i d a lz o n ee n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n tt o g e t h e r i b ri n d e xf o re a c hs t a t i o ni sc a l c u l a t e dt oa s s e s st h ep o l l u t i o ng r a d i e n t t h ei b r i n d e xo f9 s a m p l i n gs t a t i o n sr a n g e sf r o m0 12t o2 8 9 s 3r l e m i ns h i p s i d ei n z h a n ji a n g ，g u a n g d o n g ) a n ds7 ( e a s t e mo ff a n g c h e n g g a n g ，g u a n g x i ) s t a t i o na r et h e l e a s ta n dm o s tc o n t a m i n a t e dr e s p e c t i v e l y t h e p o l l u t i o ng r a d i e n ts e q u e n c ei s ： s 7 ( e a s t e m o f f a n g c h e n g g a n g ，g u a n g x i ) ，s1 ( b e i g a n gs h i p s i d e ，g u a n g d o n g ) ， s 6 ( l a o r e n s h as h o a lo fq i n z h o ub a y ，g u a n g x i ) ，s 8 ( w e s t e r no ff a n g c h e n g g a n gc i t y ， g u a n g x i ) 、s 5 ( x i c h a n gi nb e i h a i ，g u a n g x i ) 、s 2 ( j i a n g h o n gs h i p s i d e ，g u a n g d o n g ) 、 s 4 ( b e i t a ns h i p s i d e ，g u a n g d o n g ) 、s 9 ( y u e l i a n gb a yi nf a c h e n g g a n g ，g u a n g x i ) 、 s 3 ( l e m i ns h i p s i d e ，g u a n g d o n g ) t h ea s s e s s m e n tr e s u l t sa r ei na c c o r d a n c ew i t h c h e m i c a ld e t e r m i n a t i o nr e s u l t s t h ei b ri n d e xc o u l db eu s e dt oa s s e s st h eb e n t h i c e n v i r o n m e n tq u a l i t yo fb e i b ub a y k e y w o r d s ：b e i b u b a y , e n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n t ，c l a mp a p h i au n d u l a t a ， b i o m a r k e r s ，i n t e g r a t e db i o m a r k e rr e s p o n s e ( i b r ) i n d e x 基于系列生物标志物的北部湾潮间带底栖环境质量评价 1 引言 海湾是海或洋延伸进陆地且深度逐渐减小的水域，一般以入口处海角之间的 连线或等深线作为海或洋的分界【1 】。海湾是陆地和海洋交汇的过渡地带，开发环 境优越，因此，海湾一直是人类通往海洋的桥头堡，在社会的发展进程中有着非 常突出作用。在我国辽阔的近海疆域中，存在诸多的大、中、小型海湾。其中， 最主要的有位于黄海的大连湾；位居渤海的渤海湾、辽东湾、莱州湾；位居东海 的杭州湾以及位居南海的北部湾等。海湾作为各种海洋资源( 包括生物、化学资 源和空间资源) 的复合区，适于进行多种形式的综合开发，如今，各海湾依据不 同的地理特征，已发展成为航运交通港口、海水养殖、海水浴场等城市化地带。 我国2 4 个海港城市中，湛江、青岛、大连等1 7 个城市是依托海湾发展起来的， 而1 4 个沿海开放城市中有1 3 个位于海湾、河1 ：3 地区【2 j 。这些受人类活动影响频 繁的沿岸海域，同时遭受多种污染物的胁迫，我国渤海湾、杭州湾等海湾和河口 海域均有重金属或多氯联苯( p c b s ) 等污染物超过海洋沉积物质量 ( g b l 8 6 6 8 2 0 0 2 ) 标准的情况【3 卅。这些污染物具有持久性、高毒性和生物蓄积性 等特点，当其在海洋环境中达到较高浓度时，会使海洋生物在生态生理学上产生 不利影响，以致死亡。 1 1 北部湾海洋环境污染现状 北部湾( b e i b ub a y ) ，位于我国南海西北部，是典型的半封闭海湾。北靠广东、 广西，南接海南宝岛，西邻印度支那半岛的越南，东临雷州半岛和琼州海峡，东 西延伸约5 5 0k m ，南北跨度约4 0 0k m ，面积约为2 2 x 1 0 4k m 2 ；该湾北起中越界 河北仑河的入海口，南至海南省的莺歌嘴和越南的昏果岛【2 】。北部湾地区有我国 的北海、钦州、防城港和洋浦以及越南的边水、海防六大港口，还有红河、南流 江等6 条入海河流。随着北部湾经济区的快速发展，沿海一带成为重点开发区域， 中国石油公司千万吨级炼油项目、防城港千万吨级钢铁基地、钦州电厂等重大项 目纷纷落户北部湾，这些项目的投产将排放大量的重金属、石油类( t p h ) 、多环 芳烃( p a h s ) 、p c b s 、壬基酚呷) 等污染物，使北部湾在面临经济发展机遇的同 时承受着巨大的环境压力。由于北部湾属半封闭海域，水交换速度滞缓，污染物 不易扩散，若不有效控制沿岸污染物，这片蔚蓝的海湾将可能成为一片“死海”。 基于系列生物标志物的北部湾潮间带底栖环境质量评价 目前，针对北部湾沉积物中重金属污染的研究主要集中在广西沿岸，广东沿 岸的研究资料相对较少。有研究表明，北部湾沿海的北海、钦州湾、防城港三市 沿岸沉积物中重金属含量普遍较低，除个别站位重金属含量超出海洋沉积物质 量( g b 18 6 6 8 2 0 0 2 ) 一类或二类标准外，沉积物重金属含量整体上较低，处于低 潜在风险水平【5 刮。目前对北部湾沉积物中有机污染的研究较少，2 0 0 3 2 0 0 4 年， 蓝锦毅等【7 】对北部湾广西沿岸沉积物中t p h 含量进行调查，其含量范围为： 4 4 1 4 5 7 1 嵋g ；除港k i 区外，其余各点均满足海洋沉积物质量 ( g b 18 6 6 8 - 2 0 0 2 ) 一类标准( s 15 0 0p g g 。1 ) 。有关北部湾沉积物p a h s 、n p 、p c b s 的含量调查还未见报道。 虽然已有研究表明北部湾沉积物中各类污染物含量较低，但生物体对环境中 的污染物具有累积效应，并随食物链不断放大，最终危害人体健康。因此，单独 调查沉积物中污染物含量往往不能说明其潜在生态危害。由于污染物能够在生物 体脂肪及周围环境( 水或沉积物) 之间达到平衡，因此测定生物体内污染物含量能 够直接指示环境污染状况【8 j 和表征生态风险。 秦春艳【9 j 等对北部湾热带点斑原海豚( 跳，? e 肠a t t e n u a t a ) 肝脏、肌肉等组织中 8 种重金属含量的测定结果显示：c u 、p b 、c d 、z n 、c r 在肝脏和肾脏内的含量 分别高达( 2 4 2 4 、2 2 4 7 ) 、( 1 4 2 、1 0 8 ) 、( 6 8 3 、6 7 3 5 ) 、( 9 0 1 1 、9 9 2 5 ) 、( o 7 3 、 o 5 5 ) 烬g ，不仅超出海洋生物质量( g b l 8 4 0 6 4 2 0 0 1 ) 一类标准限值，而且 明显高于渤海湾海域的江豚( n e o p h o c a e n a p h o c a r n o i d e s ) 组织中重金属含量。王艳 等【1o 】的测定结果表明，北部湾海域江豚( p h o c a r n o i d e s ) 不同组织中1 0 种重金属 含量也高于渤海海域的江豚p h o c a r n o i d e s ) 重金属含量，说明北部湾海域生物 已受到重金属的污染。近1 0 年来，有关北部湾海洋生物体重金属含量的调查对 象多为游泳动物，仅有少数关于广西沿岸近江牡蛎( c r a s s o s t r e ar i v u l a r i s ) 矛d 文蛤 ( m e r e t r i xm e r e t r i x ) 等双壳类底栖生物的调查分析【1 1 。12 1 ，且所选生物缺乏地域一致 性，无法反映北部湾底栖生物重金属总体污染程度。相对而言，北部湾生物体有 机污染程度调查的文献报道不多，且均以p c b s 为分析对象，t p h 、n p 及p a h s 的污染调查研究未见报道。王艳等【1 3 】对北部湾海域江豚p h o e a m d i d e s ) 的肌 肉、肝脏、胰脏、心脏等器官组织样品进行测定，各组织中均未检出p c b s 。吴 祥庆等 1 4 1 2 0 0 8 年6 月和9 月的调查分析表明，钦州湾2 0 个站位的近江牡蛎f c r i v u l a r i s ) 的p c b s 含量范围在n d ( 未检出) - 2 3t a g g j ( 鲜重) ，平均为1 2p g g 。1 ( 鲜 基于系列生物标志物的北部湾潮间带底栖环境质量评价 重) ，符合农产品安全质量无公害水产品安全要求( g b l 8 4 0 6 4 2 0 0 1 ) f 拘标准值 ( 0 2m g g d = ) _ 。甘居利等【1 5 】对北部湾湾顶的安埔港、北海港、防城港海域近江牡蛎 ( c r i v u l a r i s ) 删l j 定发现，2 0 0 6 年，p c b s 含量分别为2 1 2 、4 5 6 、3 3 9n g g ； 2 0 0 7 年分别为1 0 4 、5 7 5 、4 4 3n g g ，两年的p c b s 平均含量为2 6 8n g g 一，略 高于珠江口沿岸、粤西沿岸、海南岛沿岸海域。 虽然北部湾生物体现有污染水平较低或符合相关标准规定，但是，这样的污 染水平是否能够对海洋生物产生毒性效应尚未可知。因此，需要研究一种灵敏性 高的方法指示复合污染物对海洋生物的综合毒性效应，实现北部湾潮间带环境质 量的综合评价。 1 2 海洋环境质量评价的研究现状及发展动态 1 2 1 传统海洋环境质量评价方法 由于污染物具有不同形态及生物可利用性，人们已不单纯依据海水或沉积物 中污染物含量来评价海洋环境质量。19 7 5 年，美国斯克里浦斯海洋研究所( s c r i p p s i n s t i t u t i o no f o c e a n o g r a p h y l 提出了“贻贝监测计划”，利用海洋动物( 主要是贻贝 和牡蛎) 体内的污染物残留量，监测和评价海洋环境污染状况及污染物空间和时 间分布趋势1 6 。1 刀，该方法在国际上得到迅速发展并日益受到重视，是利用生物监 测海洋污染的一个起点。美国国家海洋和大气管理局( n o a a ) 与美国环保局( e p a ) 于19 8 4 年启动n s & t ( t h en a t i o n a ls t a t u sa n dt r e n d s ) 项目，该项目通过定期监测 设在美国沿岸2 6 0 个测站的贻贝体内7 0 种重金属和有机污染物，以此研究海洋 环境质量现状和发展趋势【1 8 】。进入2 0 世纪9 0 年代后，美国e p a ( 19 9 0 2 0 0 6 ) 又 在全国范围内开展了以生物监测为主的e m a p ( e n v i r o n m e n t a lm o n f f o f i n ga n d a s s e s s m e n tp r o g r a m ) 计划，该计划在海岸、河口海域的监测指标中包括了备受 关注的持久性有机污染物( p o p s ) ，如p a h s ，p c b s 等，形成了比较系统、完整的 评价海岸环境质量的指标体系【1 9 1 。为配合国际生物监测计划，我国于1 9 9 0 1 9 9 1 年执行了中国沿海经济生物污染监测计划，在全国沿海4 0 多个的海港河口、养 殖区和重点污染区布设站位，利用多种经济贝类( 主要是贻贝、牡蛎) 监测有机 磷农药( o c p s ) 、t p h 和痕量金属的污染。目前我国的海洋污染生物监测主要侧 重于重金属、o c p s 等监测指标上，还未全面开展对p c b s 、p a h s 等p o p s 的含 量检测及污染程度评价。 基于系列生物标志物的北部湾潮间带底栖环境质量评价 目前，我国主要通过对海水、沉积物、生物体中污染物含量进行调查以评价 某一区域海洋环境质量。如国家海洋局发布的中国海洋环境质量公报，还停 留在评价各海区不同介质污染程度并加以分级上，这种评价体系并不能直观体现 污染物对环境的影响后果，远不能满足海洋生态系统管理和海洋环境保护的需 求，因此开发新型海洋环境质量评价技术十分必要。 1 2 2 海洋环境质量评价新思路生物标志物的应用 污染物对生物体的影响是从生物体内分子水平上开始的，并逐步在细胞、组 织、器官、个体、种群、群落等各个水平上反映出来。因此，能反映这种污染物 作用的生物标志物在海洋环境监测和质量评价中有很大的实用价值。生物标志物 是生物体暴露于亚致死剂量的有毒化合物时，在分子、细胞等水平上发生异常变 化的信号指标【2 。近2 0 年来，欧洲、美洲的多个环境监测项目中已应用了生物 标志物方法。同时，由政府间海洋调查委员会( i o c ) , i 国际海洋开发理事会( i c e s ) 组织的几个研究组也对污染物生物效应的测定方法进行了评价。1 9 9 1 年，在美 国鱼类与野生动物局发起的b e s t 项目中( b i o m o n i t o r i n go fe n v i r o n m e n t a ls t a t u s a n dt r e n d s ) ，通过测定7 一乙氧基一3 一异酚嗯唑酮脱乙基酶( e r o d ) 、溶菌酶( 1 y s o z y m e 、 等生物标志物的活性，评价美国密西西比、哥伦比亚、格兰德盆地流域内鱼类健 康受p c b s 、p a h s 等污染物的影响程度【2 1 】。2 0 0 0 年，欧共体在欧洲水框架指 南( w f d ) 中首次提出，将化学分析与生态特征共同应用于欧洲水体综合环境监 测和状态评价【2 引。2 0 0 1 年，英国普利茅斯大学等发起的e c o m a nf e c o s y s t e m m a n a g e m e n tb i o i n d i c a t o r s ) 项目，通过测定沿岸的尾索动物、棘皮类动物、软体 动物、环节动物、节足动物体内的多种标志物，监测杀虫剂、p a h s 、重金属等 污染物，建立了一套环境友好、经济高效且简便易行的生物标志物技术进行环境 质量评估，室内研究及野外调查证实，生物个体健康状况可以用于指示所在环境 的质量状况 2 3 1 。2 0 0 1 2 0 0 4 年，欧盟实施了b e e pf b i o l o g i c a le f f e c t so f e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni nm a r i n ec o a s t a le c o s y s t e m sp r o g r a m m ) 计划，主要集中在 北大西洋、波罗的海以及地中海沿岸，以鱼类、双壳类生物的细胞和分子水平生 物标志物作为工具，评估环境中复杂的混合污染程度，确认并校准生物标志物用 于评价海洋生态风险的准确性；研究结果表明，生物标志物可用于指示化学污染， 并能体现不同的污染程度【2 4 】。但是，目前国内利用系列生物标志物综合评价海 基于系列生物标志物的北部湾潮间带底栖环境质量评价 湾环境质量的研究尚未见报道。 1 3 海洋双壳类分子生物标志物对污染物的响应研究现状 海洋双壳类动物具有分布地域广、种群密度大、活动范围小的特点，主要营 固着、附着和埋栖生活，通过滤食海水满足营养和呼吸需要，对污染物有很强富 集能力，体内污染物含量可超出其所在环境多个数量级2 5 1 ，因此可准确指示当 地污染状况。自2 0 世纪8 0 年代以来，双壳类动物被应用到许多环境监测项目中， 如全球、中国、美国的贻贝监测计划瞰6 1 、美 虱b e s t 项目【1 9 】等，成为常用的海 洋环境污染监测指示生物。各国学者选择不同海域的优势双壳类动物作为研究对 象，地中海贻( m y t i l u sg a l l o p r o v i n c i a l i s ) 、棕色贻贝( p e r n ap e r n a ) 司具有分布广 泛、对污染物富集能力强的特点，且能通过不同组织水平的响应反映海洋环境污 染状况，成为欧美国家研究生物标志物的主要物种2 7 也8 1 。我国开展研究则以近江 牡蛎( c r i v u l a r i s ) 2 9 - 30 1 、文蛤c 坛m e r e t r i x ) 3 、毛蚶( s c a p h a r c au b c r e n a t a ) l 3 2 3 3 1 、 僧帽牡蛎( 伽加口c u c u l l a t a ) 【3 4 - 3 5 1 、菲律宾蛤1 ：t - ( r u d i t a p e sp h i l i p p i n a r u m ) 3 6 1 、栉孔 扇( c h l a m y s f a r r e r i ) 3 7 瑚1 等双壳类为研究对象。鳃、内脏( 或消化腺) 是双壳类动 物积累、代谢污染物的重要器官，常被用作研究对象。 分子生物标志物能够直接反映外来污染物与细胞靶分子尤其是生物大分子 的相互作用及其后果，具有较高的特异性和灵敏性，能够用于环境污染的早期预 警【39 | 。国内外学者持续而深入地研究了污染物对双壳类分子生物标志物的影响， 目的是筛选敏感、特异、测定简便的分子生物标志物用于指示海洋中各类污染物 的毒性效应。目前，国内外研究海洋污染监测应用较多的分子生物标志物包括抗 氧化防御系统、乙酰胆碱酯酶( a c h e ) 、金属硫蛋白( m t s ) 等。 1 3 1 抗氧化防御系统( a n t i o x i d a n td e f e n s es y s t e m ) 1 3 1 1 抗氧化防御系统的组成与功能 抗氧化防御系统是生物体内重要的活性氧( r o s ) 清除系统。污染物能够直接 产生或通过代谢产生羟基( o h ) 、超氧阴离子( 0 。2 ) 和过氧化氢( h 2 0 2 ) 等r o s ：r o s 会使机体产生氧化应激反应，若超过一定程度则会造成氧化应激损伤，引起脂质 过氧化( l p o ) 、d n a 链断裂等不良影响【4 。这些非特异性的反应与生物体承受的 污染强度及持续时间相关，因此，可以作为海洋复合污染的敏感生物标志物【4 1 i 。 抗氧化防御系统由抗氧化酶( 如超氧化物歧化酶( s o d ) ) 、水溶性还原物质( 如 基于系列生物标志物的北部湾潮间带底栖环境质量评价 还原型谷胱甘肽( g s h ) ) 以及脂溶性的维生素等组成。 s o d 是一种含有金属基团的蛋白质，存在于所有真核生物细胞内，能通过 歧化反应去除超氧化物，最终产生h 2 0 和0 2 ；过氧化氢酶( c a t ) 是一种含有亚 铁血红素的酶，能够将h 2 0 2 分解为h 2 0 和0 2 ，通常位于亚细胞器过氧化物体 内，线粒体和内质网中也含有少量c a t 4 0 1 。谷胱甘肽过氧化物酶( g p x ) 的功能与 c a t 类似，通过氧化g s h 从而清除h 2 0 2 等过氧化物，g p x 既能清除有机的过 氧化物也能清除无机的过氧化物，大多数的动物组织中都同时含有c a t 和g p x 。 谷胱甘肽硫转移酶( g s t ) 存在于所有生物体内，以可溶态存在于细胞质中，它一 方面是机体代谢有机污染的重要i i 相转化酶，同时参与机体的抗氧化防御，能催 化g s h 的巯基f s h ) 结合到疏水化合物上，使有毒物质及亲脂性化合物转变为亲 水物质，并通过胆汁或尿液排出体外【2 7 】。谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘 氨酸构成的三肽，是生物体内抗氧化防御系统中最重要的小分子活性寡肽，分为 氧化型( g s s g ) 和i 还原型( g s h ) 两种；g s h 的功能是作为g p x 和g s t 的底物，以 清除机体内的r o s 和脂质过氧化物 4 2 j 。 1 3 1 2 海洋双壳类动物抗氧化防御系统对部分污染物的响应特征 ( 1 ) s o d 与c a t s o d 与c a t 是被广泛作为评估海洋中有机或无机污染物暴露下生物氧化应 激反应的指标。表1 1 列出了部分重金属和有机物对海洋双壳类s o d 活性影响 的研究结果。双壳类动物s o d 对于低浓度或短时间的污染物暴露，表现为活性 的诱导升高，但诱导程度会随暴露浓度的增加或暴露时间的延长而逐渐减弱【4 3 3 2 】，有时甚至出现酶活性的抑制，呈现“钟形”的剂量一效应关系。将栉孔扇贝( c f a r r e r i ) 暴露于含n p 的系列浓度海水溶液中2d ，低浓度处理组的鳃、消化盲囊 中s o d 活性均随时间延长呈现先诱导后抑制的变化趋势，而高浓度组一直处于 抑制状态，下降率在4 4 7 4 之间【3 。将近江牡蛎( cr i b u l a r i s ) 分别暴露于含高、 中、低浓度的c u 2 + ( 0 1 、0 5 、1 5m g l 1 ) 、c d 2 + ( 0 1 、0 5 、1 5m g l 。1 ) 、z n 2 + ( o 2 、 1 0 、3 0m g l 。1 ) 、p b 2 + ( o 2 、1 0 、3 0m g l 1 ) 的海水中6d ，鳃和消化腺中的s o d 活性均表现为低浓度诱导而高浓度抑制的变化趋势【2 9 1 。主要因为：高浓度短时 间的暴露会使生物体产生“毒物兴奋效应”，而长时间暴露则对生物体产生一定损 伤【32 l 。此外，研究表明：过低浓度的重金属或长期的有机污染暴露，由于生物 基于系列生物标志物的北部湾潮间带底栖环境质量评价 体的适应机制，往往不能引起海洋双壳类动物s o d 活性明显变化。例如，将鸡 帘蛤( c h a m a e l e ag a l l i n a ) 暴露于1o g l 、的a r o c l o r l2 5 4 中5 6d ，肌肉组织中的 s o d 活性与对照组相比亦无显著差异【4 4 1 。将栉孔扇贝( c f a r r e r i ) t yc u 2 + 、h 9 2 + 浓度分别为3 肛g l 。和0 0 5 肛g l 。1 的海水中培养9 6h ，消化腺的s o d 活性与对照 组差异不显著【4 5 】。 与s o d 不同，同等暴露条件下，c a t 对污染物的响应呈现较为复杂的趋势， 见表1 1 。与s o d 相比，高浓度或长时间的有机污染物暴露更容易对双壳类c a t 活性产生诱导。将翡翠贻贝( p e r n av i r i d i ) 分别暴露于0 5 鹏l 1 和5 岭l 。的 a r o c l o r l 2 5 4 中1 8d ，鳃中的c a t 活性在低浓度组暴露末期才显著增加，而较高浓 度组则一直处于诱导状态【46 | 。采用饮食暴露法，将地中海贻贝( m g a l l o p r o v i n c i a l i s ) 喂食b a l p 含量为5 0 “g g j 的营养液，2 8d 后，消化腺内c a t 活性 与生物体内b a p 含量呈显著正相关( f 0 5 3 ，p 0 0 0 0 1 ) 。对重金属而言，较低浓 度时亦不足以诱导双壳类c a t 活性，随着重金属浓度的增加或暴露时间延长，海 洋双壳类动物c a t 活性均受到较大抑制，双壳类动物c a t 对重金属的敏感性不及 s o d 4 刀。 s o d 、c a t 已用于野外环境污染研究。陈荣等【3 4 】野外调查结果显示，采集 厦门岛附近海域不同污染点的僧帽牡蛎( c o s t r e a e ) ，其消化腺及鳃内s o d 、c a t 的活性与组织内t p h 含量呈明显的正相关，相关系数r 在o 8 8 0 9 9 之间，可用 于指示t p h 的污染程度。s u r e d a 4 8 】等在西班牙e i v i s s a 岛d o np e d r o 号商船溢油 事件发生1 、2 、6 个月后，采集2 个站位的地中海贻贝眦g a l l o p r o v i n c i a l i s ) ，测 定海上急性溢油污染引起的贻贝生化指标，溢油发生1 个月后，地中海贻贝( m g a h o p r o v i n c i a l i s ) 软组织中p a h s 含量明显增加，6 个月后恢复到正常水平；c a t 、 s o d 的活性在溢油1 个月后显著增加，并在2 个月后恢复到正常水平。 ( 2 ) g s h 及其相关酶 g s h 及其相关酶对有机污染物暴露的响应趋势见表1 2 。研究表明，暴露于 有机物污染环境中的双壳类动物，其鳃和肌肉组织中的g s h 能够对环境压力迅 速作出响应，表现为g s h 含量增加4 5 1 ，而内脏g s h 在经历短暂适应后含量才 会被诱导升高4 9 1 ；且在暴露末期，为维持生物体自身氧化还原状态，g s h 含量 有所降低一5 1 。暴露于l op g l 。的a c h l o r l 2 5 4 溶液3 0d 期间，鸡帘蛤( cg a h i n a ) 基于系列生物标志物的北部湾潮间带底栖环境质量评价 肌肉中的g s h 含量均不断升高，并在随后的恢复培养中，随时间呈波峰状起伏 并逐渐趋于对照水平【4 5 1 。海洋双壳类g s h 能够优先于c a t 、g s t 等抗氧化酶而 对重金属暴露产生快速响应，通常表现为g s h 含量降低和g s s g 含量增加 2 8 - 5 0 1 ( 见表1 - 3 ) 。当棕色贻贝p e r 力口) 分别暴露于含p b 2 + ( 1m g l 。1 ) 2 8 1 、c d 2 + ( o 2 m g l 。1 ) 和c u 2 + ( o 0 4m g l 。1 ) 【5 1 】的海水时，暴露较短时间后，g s h 含量已显著低于 对照，而同一时刻的c a t 活性则没有显著变化；但是，在重金属暴露末期，双 壳类动物为维持细胞自身的还原型谷胱甘肽水平，其体内g s h 含量会有所恢复 甚至增加【5 1 - 5 2 1 。 海洋双壳类g p x 对有机污染物暴露一般表现为活性上升趋势( 表1 2 ) 。例如， 高永刚【3 7 】等将栉孔扇贝( c f a m p r f ) 暴露于o 1 5 0l a g l 1 的b a p 溶液中3 0d ，当 血淋巴中s o d 活性受到抑制时，g p x 活性在各浓度组均随暴露时间延长而升高， 且呈明显剂量一效应关系。但是c h e u n g 4 9 j 等发现，随着暴露时间延长，在a r o c l o r 1 2 5 4 浓度为0 3 和3 岭l 。海水中的翡翠贻贝( pv i r i d i s ) 鳃、消化腺的g p x 活性由 诱导转为抑制，而c a t 活性上升，这种响应差异可能是g p x 与c a t 之间的功能 竞争作用所致【4 9 1 。对于重金属的暴露而言( 见表1 - 3 ) ，p b 2 + 【4 3 4 4 】、h 9 2 + 【4 4 1 、c u 2 + 【3 8 1 的暴露抑制了双壳类动物鳃、消化腺的g p x 活性；而暴露于生物体必需微量元 素z n 时，较低浓度z n 2 + 能刺激g p x 活性，随着z d + 浓度逐渐升高，超过双壳类 动物的承受阈值时，会在机体内产生较多r o s ，无法进行有效氧化防