（环境科学专业论文）海水铜铅及环境因子对菲律宾蛤仔生物标志物的影响研究.pdf

( 2 ) 低浓度( 5 8 0 i t g l ) c u 2 + 暴露7 d 期间，蛤仔鳃和内脏的7 种生物标志 物变化趋势显示，暴露3 d 后，两种组织中除m t s 对c u 2 + 敏感性不高外，其它标 志物均显示出较大的变化率。鳃的g s t 活性与c u 2 + 浓度之间存在显著负相关性， 而其他标志物与c u 2 + 浓度的相关性较差，因此，鳃的g s t 是海水低浓度c u 2 + 的 理想生物标志物。蛤仔的抗氧化防御系统对c u 入侵具有重要抵抗作用，其中， g s t 、g s h 、g s s g 及g p x 之间存在一定的功能协同性。 ( 3 ) 海洋环境因子对重金属污染胁迫下蛤仔生物标志物的响应具有一定影 响，其中，温度和缺氧的影响较大，因此，在实际应用上述筛选的生物标志物进 行海水重金属生物监测时应充分予以注意。在温度8 2 3 范围内，蛤仔内脏 s o d 、g s h 、g s t 活性( 或含量) 均随着温度升高而升高，2 3 时达到最高值。海 水缺氧( d o1 5 r a g l ) 导致内脏s o d 活性升高和g s h 含量降低，并增强了p b 2 + 对g s s g 的诱导程度。海水盐度1 2 2 8 时，内脏的s o d 、g s t 活性无显著变化， g s h 、g s s g 含量分别在盐度2 0 3 2 和盐度2 8 3 2 时内保持稳定。内脏s o d 活 性在海水p h 值为7 0 9 0 时无显著变化；p h 值在7 5 9 0 范围内波动，基本不 会引起内脏g s h 、g s s g 含量以及g s t 活性的明显变化。 关键词t生物标志物；铜：铅；菲律宾蛤仔；环境因子 s t u d y o nt h ee f f e c t so fc o p p e r ，l e a da n de n v i r o n m e n t a lf a c t o r s i ns e a w a t e ro nb i o m a r k e r so fr u d i t a p e sp h i l i p p i n a r u m a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o a s t a li n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a le c o n o m y , t h e e s t u a r i e s ，b a y sa n dc o a s t a lw a t e r sa r eo f t e nc o n t a m i n a t e db yh e a v y m e t a l st r a n s p o r t e d f r o mr i v e r si n t ot h es e a b e c a u s eo ft h e i re n v i r o n m e n t a lp e r s i s t e n c e ，h e a v ym e t a l s c o u l db eh a r m f u lt oe c o p h y s i o l o g yo fm a r i n el i f ea n de v e nc a u s ed e a t hw h e n a c c u m u l a t i n gt oac e r t a i nc o n c e n t r a t i o n t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt om o n i t o rh e a v y m e t a lp o l l u t i o ni ns e a w a t e ra n dc a r r yo u te c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n t m e t a l l o t h i o n e i n s ( m r s ) a n d o x i d a t i v es t r e s si n d i c a t o r sa r et w ok i n d so f b i o m a r k e r sw h i c ha r ec o m m o n l yu s e di nm o n i t o r i n gh e a v ym e t a lt o x i c i t y h o w e v e r , b i o m a r k e r so ft h es a m ek i n di nd i f f e r e n ts p e c i e sr e s p o n dd i f f e r e n t l yt ot h es a m e p o l l u t i o na r eq u i t ed i f f e r e n t t h e r e f o r e ，s e l e c t i n ga p p r o p r i a t eb i o m a r k e r sa c c o r d i n gt o s p e c i e sa len e c e s s a r yf o rh e a v ym e t a l sm o n i t o r i n g r u d i t a p e sp h i l i p p i n a r u m ，a l l i n d i c a t o ro r g a n i s mo fh e a v ym e t a l si ns e a w a t e r , a r ew i d e l yd i s t r i b u t e d i nm a r i n e b e n t h i ce n v i r o n m e n t h o w e v e r , t h et e m p e r a t u r e ，s a l i n i t y , p h ，a n dd ol e v e l sv a r y c o n s i d e r a b l yi nd i f f e r e n ts e a w a t e re n v i r o n m e n t s i tw i l l b ed i f f i c u l tt oi n t e r p r e ta n d a n a l y z et h er e s u l t so fb i o m a r k e ri ft h e s ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r s f l u c t u a t i o n sc o u l d c a u s ed i r e c to ri n d i r e c ti n t e r f e r e n c e so nt h eb i o m a r k e rl e v e l u s i n gr u d i t a p e sp h i l i p p i n a r u ma n dl e a d ( i i ) 、c o p p e r ( i i ) a sar e p r e s e n t a t i v eo f b i v a l v e sa n dh e a v ym e t a l sr e s p e c t i v e l yi ns e a w a t e r , t h ea i mo ft h i sw o r kw a st os t u d y t h er e s p o n s eo fm e t a l l o t h i o n e i n s ( m r s ) a n do x i d a t i v es t r e s si n d i c a t o r si nr u d i t a p e s p h i l i p p i n a r u mi n c l u d i n gs 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 e p e r o x i d a s e ( g p x ) ，r e d u c e dg 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 ) a n d g l u t a t h i o n e s t r a n s f e r a s e ( g s t ) ，w h e ne x p o s e dt ot r a c el e a d ( i i ) a n dc o p p e r ( i i ) f o r7 d a y su n d e rc o n t r o l l e dl a b o r a t o r yc o n d i t i o n s ，a n dt h e ns e l e c ta p p r o p r i a t eb i o m a r k e r s a c c o r d i n gt os e n s i t i v i t ya n dc o r r e l a t i o na n a l y s i st oi n d i c a t et h eh e a v ym e t a ll e v e l si n m a r i n e o nt h i sb a s i s , t h ei n f l u e n c e so fs e a w a t e rt e m p e r a t u r e ，s a l i n i t y , p ha n d h y p o x i ac o n d i t i o n so ns e n s i t i v eb i o m a r k e r sw e r ef u r t h e rs t u d i e d ，i no r d e rt oi d e n t i f y t h em a i ni n t e r f e r e n c ef a c t o r si nm a r i n eb i o l o g i c a lm o n i t o r i n go fh e a v ym e t a l sa n d p r o v i d et h et e c h n i c a lb a s i sf o ra p p l i n gt h e s eb i o m a r k e r st om o n i t o r i n gh e a v y m e t a l si n s e a w a t e r t h em a i nc o n c l u s i o n sa l el i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) mt r e n d s o f7b i o m a r k e r si n g i l l s a n dv i s c e r ao f r u d i t a p e s p h i l i p p i n a r u ms h o w e dt h a ta l lt h eo t h e rb i o m a r k e r sh a dt h eg r e a t e s td e g r e eo f i n d u c t i o na f t e r5d a y se x p o s u r et ol o wc o n c e n t r a t i o nl e a d ( i i ) ( o 1 - 10 0 p g l ) i n s e a w a t e re x c e p tm t s ，c a t d u et ot h es i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n sb e t w e e nt h e i n d u c t i o nl e v e l so fs o d ，g s h ，g s ta n dg s s gi nv i s c e r aa n dt h el e a d c o n c e n t r a t i o n s i n s e a w a t e r , t h e s e i n d i c a t o r sc o u l db eu s e d 嬲t h eb e s t r e p r e s e n t a t i v eb i o m a r k e r si ni n d i c a t i n gt r a c el e a dp o l l u t i o n t h ea n t i o x i d a n t d e f e n s e s y s t e m i nc a l m sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei na g a i n s tt h el e a d ( i i ) i n v a s i o n t h e r ew e r es i g n i f i c a n tf u n c t i o n a ls y n e r g i e sb e t w e e ns o da n dg s t ， g s s gi ng i l l s ，a sw e l la ss o da n dg p xi nv i s c e r a ( 2 ) t h et r e n d s o f7b i o m a r k e r si n g i l l s a n dv i s c e r ao f r u d i t a p e s p h i l i p p i n a r u ms h o w e dt h a ta l lt h eo t h e rb i o m a r k e r sh a d t h eg r e a t e s tc h a n g i n gr a t e s a f t e r3d a y se x p o s u r et ol o we o n c e n t r a t i o n c o p p e r ( i i ) ( 5 - 8 0 - t e d l ) i ns e a w a t e r e x c e p tm t s as i g n i f i c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o nw a sf o u n db e t w e e nt h ei n d u c t i o n l e v e lo fg s ti ng i l l sa n dt h ec o n c e n t r a t i o no fc o p p e r ( i i ) a sar e s u l t ，g s ti n g i l l sc o u l db eu s e da st h eb e s tr e p r e s e n t a t i v eb i o m a r k e ri ni n d i c a t i n gt r a c ec o p p e r p o l l u t i o n 1 1 1 ea n t i o x i d a n td e f e n s es y s t e mi nc a l m sp l a y e da l li m p o r t a n tr o l ei n a g a i n s tt h ec o p p e r ( i i ) i n v a s i o na n dt h e r ew e r es i g n i f i c a n tf u n c t i o n a ls y n e r g i e s b e t w e e ng s t ，g s ha n dg s s gw e r ea l s oo b s e r v e d 。 ( 3 ) t h em a r i n ee n v i r o n m e n tf a c t o r sh a ds o m ei n f l u e n c e so nb i o m a r k e r so f c l a m si ni n d i c a t i n gh e a v ym e t a lp o l l u t i o n s a m o n gt h ef o u re n v i r o n m e n t a lf a c t o r s ， t e m p e r a t u r ea n dh y p o x i ac o u l d c a u s em o r es i g n i f i c a n te f f e c t st o s e n s i t i v e b i o m a r k e r s ( p 0 0 5 ) ，s oi tn e e dt op a yg r e a ta t t e n t i o nw h e na p p l i n gt h e s e b i o m a r k e r st om o n i t o r i n gh e a v ym e t a l si ns e a w a t e r i nt h et e m p e r a t u r er a n g eo f8 2 3 c ，t h el e v e lo fs o d ，g s ha n dg s tw e r ea l li n d u c e dg r a d u a l l ya l o n g 晰t h t h et e m p e r a t u r ei n c r e a s i n ga n dr e a c h e dt h eh i g h e s tv a l u ew h e nt e m p e r a t u r ew a s u pt 02 3 h y p o x i af d o1 5 m g l ) i n c r e a s e dt h ea c t i v i t yo fs o da n dd e c r e a s e d t h ec o n t e n to fg s hi nv i s c e r a , a n da l s oe n h a n c e dt h ei n d u c t i o no fg s s gw h e n e x p o s e dt ol e a d ( i i ) t h e r ew e r en o ts i g n i f i c a n t l yc h a n g eo fs o da n dg s ti n v i s c e r aw h e nt h ev a r i a t i o nr a n g eo fs a l i n i t yw a sb e t w e e n12a n d2 8 t h ec o n t e n t o fg s h ，g s s gm a i n t a i n e ds t a b i l i t yi nt h es a l i n i t yr a n g eo f2 0 - - 3 2a n d2 8 - 3 2 r e s p e c t i v e l y i th a dn os i g n i f i c a n tc h a n g eo fs o da c t i v i t yi nt h ep hr a n g eo f 7 m 母0 g h e np hf l u c t u a t e df r o m7 5t o9 0 ，a l lt h el e v e l so fg s h , g s s ga n d g s td i dn o ts i g n i f i c a n t l yc h a n g e k e y w o r d s ：b i o m a r k e r s ；l e a d ；c o p p e r ； r u d i t a p e sp h i l i p p i n a r u m ； e n v i r o n m e n t a lf a c t o r s 海水铜铅及环境因子对菲律宾蛤仔生物标志物的影响研究 1 引言 随着沿海地区工业化和城市化的发展，重金属等污染物通过多种途径释放进 入河口、海湾以及近岸海域，造成海水和沉积物的污染。在我国，胶州湾、渤海 湾、锦州湾、杭州湾、深圳湾等海湾和河口海域中均有重金属超过海洋沉积物 质量标准的报道i i - 5 l 。重金属在海洋环境中能够持久存在，当积累到一定浓度 时，可对海洋生物产生有害的生态生理学影响甚至引起死亡，因此，海水的重金 属污染的生态风险性评价受到特别关注。 过去几十年来，水体污染物的化学分析一直是海洋生态系统健康状态评价的 唯一方法，原子吸收分光光度计、原子荧光仪等是海水重金属监测的主要仪器。 化学分析技术虽然能够准确测定某污染物含量，但是，这种对特定污染物的分析 方法总是受到一定限制。例如，测定步骤繁琐、所需仪器昂贵，而且某一种或几 种重金属的浓度监测结果，并不能清晰地提供污染物的生物可利用性、吸收程度 以及对水生生物毒性效应的信息【昏7 1 。显然，单独测定环境中化学物质含量与生 物群落组成变化等生态因子之间缺乏直接的联系。近年来人们逐渐认识到，单靠 化学分析的结果并不能满足海洋生态风险评价的需要。2 0 0 0 年，欧共体在欧洲 水框架指南( 盯d ) 中第一次主张，将化学分析和生态特征共同应用于欧洲 水体环境监测和综合状态评价。 与传统的化学分析方法相比，生物监测法的优越性主要表现【7 l ：( 1 ) 能表明 污染物活性部分产生的生物学效应；( 2 ) 能综合反映污染物之间的交互作用；( 3 ) 灵敏度高，一些低浓度甚至是痕量的重金属进入水体后，生物即可迅速做出反应， 显示出可观测症状，因此，可以在早期发现污染，及时预报；( 4 ) 能监测那些剂 量小、长期作用产生的慢性毒性效应；( 5 ) 克服了理化监测的局限性和连续取样 的繁琐性，且价格相对低廉；( 6 ) 不需要烦琐的保养及维修仪器等工作，可以大 面积布点，甚至边远地区也能实行。 1 1 生物监测与生物标志物的概念 生物监测( b i o l o g i c a lm o n i t o r i n g 或b i o m o n i t o r i n g ) 是“利用生物个体、种 l 海水铜铅及环境因子对菲律宾蛤仔生物标志物的影响研究 群或群落对环境质量及其变化所产生的反应和影响来阐明环境污染的性质、程度 和范围，从生物学角度评价环境质量状况的过程。生物监测包括生态学监测和毒 理学监测f 8 l 。简言之，生物监测是以生物个体、种群或群落为研究对象、材料或 手段而进行的反映环境质量状况的监测。 在生物监测中，采用活的生物体指示环境污染的不利影响，这些生物个体对 环境的变化反应敏感，是环境污染的指示生物。利用指示生物评价海水重金属污 染的生态风险，可从生态水平、个体水平和分子水平上进行：一是观察水生生物 群落结构( 群落生态和个体生态) 的变化o 】：二是生物累积法【1 l - 1 3 l ；三是重金属 对水生生物的毒性试验和生化指标分析【1 4 - 1 8 1 。其中，环境中微量或痕量水平的污 染物能引起生物细胞出现可被检测的生理性改变，这些细胞被称为细胞生物标志 物( c e l lb i o m a r k e r s ) ，而介入该生理性变化的分子则被称为分子生物标志物 ( m o l e c u l a rb i o m a r k e r s ，m b m s ) i 旧1 。过去3 0 多年来，众多生态毒理学的研究表明， 基于分子水平响应的生物标志物对污染物具有较高灵敏性，能够提供环境干扰的 早期信号，适于环境污染和生态系统健康的早期预警1 2 0 - 2 2 1 。 1 2 生物标志物在大型环境监测项目中的应用概况 近二十年来，生物标志物方法已应用于欧洲、美国的若干污染监测项目，如： 北海专责小组监测计划( t h en o r t hs e at a s kf o r c em o n i t o r i n gm a s t e rp l a n ) 和 n o a a 国家状态与趋势项目( t h en o a a sn a t i o n a ls t a t u sa n dt r e n d sp r o g r a m ) 等。 同时，由国际海洋开发理事会( i c e s ) 和政府间海洋调查委员会( i o c ) 组织的 几个研究工作室也对污染物生物效应测定方法进行了评价。1 9 9 1 年，由美国渔 类与野生动物局主持的b e s t 项目( 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 sa n d t r e n d s ) 以美国密西西比、哥伦比亚和格兰德盆地为研究区域，采用生物标志物 乙氧基异酚嗯唑酮酶( e r o d ) 、溶菌酶活性评价p c b s 、p a l - i s 、毒素、呋喃等污 染物对流域鱼类健康的影响。1 9 9 7 年，联合国环境计划资助的地中海生物监测 项目中也包含一系列生物标志物。2 0 0 1 年启动的欧盟b e e p ( 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 s ) 项目采用多相生物标志物， 较为全面地分析不同海洋生物暴露在重金属、杀虫剂、p a l - i s 等污染物下的生物 2 海水铜铅及环境因子对菲律宾蛤仔生物标志物的影响研究 影响。此外，巴西科技部“千年研究计划 的r e c o s 项目( “u s oea p r o p f i a 9 2 t o d er e c u r s o sc o s t e i r o s ) 进行了大尺度环境研究1 2 3 1 ，目标之一是对采样方法标准 化、定量定性评价采自污染区和非污染区不同动物的生化、生理学和组织学生物 标志物。由以色列、英国、丹麦等国海洋研究机构承担的“污染海滩生物监测” 项引2 4 j 中，选择欧洲鲽鱼( p l e u r o n e c t e s p l a t e s s a ) 和条形海狸( c a s t o r f i b e r ) 中 的染色体和蛋白质基因表达作为污染海滩生物监测的工具。相比而言，国内在生 物标志物研究方面起步较晚，目前，尚无基于生物标志物的大型海域环境监测项 目。 1 3 水环境中重金属的m b m s 结构与功能 目前，国内外研究重金属生物监测所涉及的m b m s 包括金属硫蛋白( m t s ) 、 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 ) 、乙酰胆碱酯酶( a c h e ) 、d n a 损伤 与微核率( m 、腺苷三磷酸酶( a t p a s e ) 、热激蛋白7 0 ( h s p 7 0 ) 等，其中，在水环 境重金属监测方面，以m t s 、抗氧化防御系统和h s p 7 0 的研究和应用最型2 5 。2 6 1 。 1 3 1m t s 的结构与功能 m t s 是生物体内普遍存在的一类低分子量( 6 0 0 0 7 0 0 0 d ) 、富含半胱氨酸 ( c y s ) ，约占m t s 总氨基酸数量的3 0 、热稳定性高、可被金属诱导的非酶蛋白。 m t s 通过c y s 上的巯基( s h ) 与金属离子结合，使其具有双重功能口7 】：与必需 的金属( c u 2 + 、z n 2 + 等) 结合，在生物体内合成金属酶，可以调节这些金属离子在 细胞内浓度，维持生物细胞内反应进程的动态平衡；与非必需的有毒重金属 ( p b 2 + 、c d 2 + 等) 结合，减少细胞与这些重金属离子的非特异性结合，从而避免有 害重金属对生物体的毒害。双壳类动物体内通常含有多种类型的m t s 异构体， 包括m t - i o 、m t - 2 0 等，其结构、性质和生理功能有所不同。有学者提 出1 2 8 - 2 9 1 ， m t - 2 0 是一种诱导蛋白，主要由c d 2 + 诱导表达，对非必需金属元素具有解毒功能； 而m t - i o 则是生物体内普遍存在的一种基础蛋白，包括c d ”在内的多种金属离 子均可诱导其产生，主要参与生物体内必需金属元素的调节。 海水铜铅及环境因子对菲律宾蛤仔生物标志物的影响研究 1 3 2h s p 7 0 的结构与功能 热激蛋白( h s p s ) 是生物体内一组由热逆境激活h s p s 基因而高效表达的常见 蛋白质【3 川。这些蛋白质在进化上高度保守，按其分子量可分为h s p 2 7 、h s p 6 0 、 h s p 7 0 、h s p 9 0 和h s p l 0 0 等种类。h s p 7 0 是热激蛋白家族中最保守的一员，分 子量约7 0 k d ，分子结构主要由一个n 端高度保守的4 4 k da t p 酶功能域( a t p b i n d i n gd o m a i n ) 和一个2 8 k d 的c 端区域组成【3 ，其中，n 末端的a t p 酶功能域 可用于结合a t p 。在正常细胞内h s p 7 0 的水平较低，而在应激状态下升高较为 明显。高温处理可以在短时间内诱导h s p 7 0 合成，有利于修复、阻止细胞蛋白 的逆境伤害和减少蛋白凝结。例如，在a t p 存在条件下，h s p 7 0 可以使变性的 r n a 聚合酶重新获得活性，使热失活的荧光素酶活性恢复8 0 。 1 3 3 抗氧化防御系统的结构与功能 抗氧化防御系统是生物体内重要的活性氧清除系统。当暴露于可产生氧化还 原循环的污染物( 重金属等) 时，机体内将产生超氧阴离子( o 2 ) 、羟基( o h ) 、 单线态氧( 1 0 2 ) 和过氧化氢( h 2 0 2 ) 等活性氧( r o s ) 。在重金属暴露初期或浓度较 低时，生物体内的抗氧化防御系统受到激活，能有效清除活性氧，防止其造成的 氧化损伤，但是，当体内污染物含量随暴露时间延长而积累到一定程度时，活性 氧产生速度超出抗氧化防御系统的清除能力，就会对机体造成氧化胁迫，引起脂 质过氧化、d n a 链断裂、碱基核糖基氧化、酶蛋白胶联以至细胞死亡或癌变l j 引。 在有关海水重金属对双壳类动物抗氧化防御系统影响的研究中，涉及较多的抗氧 化剂包括：超氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 、谷胱甘肽( g s h ) 、谷胱甘 肽过氧化酶( g p x ) 、谷胱甘肽转硫酶( g s t ) 、谷胱甘肽还原酶( g r ) 等，其功能分别 j g1 3 3 - 3 4 1 ： s o d ：主要存在于细胞质内以及线粒体内外膜之间，是机体内o 2 的天然消 除剂，能催化0 2 发生歧化反应生成h 2 0 2 和0 2 。 c a t ：是一类末端氧化酶，主要功能是将体内的h 2 0 2 分解成0 2 和h 2 0 ，减 轻h 2 0 2 对细胞的氧化损伤。 谷胱甘肽：是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸构成的三肽，分为氧化型( g s s g ) 和还原型( g s h ) 两种。g s h 是通过捕获氧自由基防止细胞膜发生类脂过氧化的最 4 海水铜铝及环境因子对菲律宾蛤仔生物标志物的影响研究 重要抗氧化剂之一。其功能是作为g p x 和g s t 的底物，以清除机体内的活性氧 自由基( o h 、h 2 0 2 和1 0 2 等) 和脂质过氧化物。 o p x ：通过催化g s h 与h 2 0 2 或有机过氧化物( r o o h + 2 g s h r o h + h 2 0 + g s s g ) 反应，有效阻止自由基引起的氧化损伤。 g s t ：位于细胞浆中防御外源性化合物的解毒酶，能催化g s h 分子通过s h 、 - n h 2 、c o o h 以及肽键与重金属离子结合，自身被氧化为g s s g ，表现为生物 体内g s h 含量以及g s h g s s g 比值降低。 g r ：为了维持细胞正常代谢功能所需的适宜g s h g s s g 比例，细胞中的 g r 利用n a d p h 作为电子供体，催化g s s g 的二硫键还原，重新生成g s h ，以 保持细胞的氧化还原特征。 1 4 双壳类动物的m b m s 对海水重金属响应的研究进展 海洋双壳类动物( 贝类、牡蛎、蛤类) 是一类分布广泛、主要营固着、附着、 埋栖和匍匐生活的滤食性生物。菲律宾蛤仔( r u d i t a p e sp h i l i p p i n a r u m ) 是一种双 壳类动物，属于软体动物门、双壳纲、帘形目、帘蛤科、蛤仔属，是我国主要的 海产经济贝类之一，广泛分布于山东、辽宁、福建等沿海区域【3 5 1 。在青岛市胶州 湾，菲律宾蛤仔较贝类、牡蛎分布更为普遍，是胶州湾最大的水产资源1 3 6 1 ，每年 5 9 月是胶州湾菲律宾蛤仔的主要生长和收获季节。 双壳类动物对重金属有很强的富集作用，在某些作为重金属指示生物的双壳 类动物中，重金属的积累水平比海水中高出多个数量级i ”1 。崔毅等删研究胶州 湾海水、海洋生物体中重金属含量发现，海洋底栖生物中重金属含量大于鱼类， 双壳类动物贝类对海水c u 的浓缩系数接近1 0 0 0 倍，比其它重金属具有较强的富 集能力。另一项针对胶州湾菲律宾蛤仔对p b 、z n 的生物富集能力调查1 3 卅中，z n 、 p b 在菲律宾蛤仔中的含量仅低于沉积物，但比底层海水高数倍，最高可达3 个数 量级。蛤仔对2 种痕量金属的富集作用显著：对z n 的生物浓缩系数( b c f ) 均值 为9 3 5 ，对p b 的b c f 均值为3 6 。 自上世纪八十年代以来，在许多环境监测项目( 如全球贻贝监测计划1 4 0 l 、美 国贻贝监测计划i4 1 1 、中国贻贝监测计划、欧盟b e e p 项目1 4 2 1 、美m b e s t 项目| 4 3 j 海水铜铅及环境因子对菲律宾蛤仔生物标志物的影响研究 等) 中，双壳类特别是贻贝被广泛作为指示生物而应用于海水重金属污染监测。 以1 9 8 4 年实施的全球贻贝监测计划为例，地中海国家利用紫贻贝( m y t i l u s g a l l o p r o v i n c i a l i s ) 等贝类评价受到污染的沿海环境】；而在希腊，主要利用紫贻 贝作为港口、河口生态系统重金属污染的指示生物1 4 川。 同时，各国学者在海水重金属对双壳类动物m b m s 的影响方面进行了大量研 究，目的是筛选敏感、特异、容易测定的m b m s 以满足海水重金属灵敏监测的需 要。在欧美国家，紫贻贝、棕色贻贝( p e r n a p e r p l a ) 因分布广泛、对重金属污染 物积累能力强、通过细胞学和生理学响应反映环境污染程度等特点而成为m b m s 研究中的主要物种雌4 6 4 8 1 。国内研究则以毛蚶( s c a p h a r c au b c r e n a t a ) l a 9 5 0 、近江牡 蛎( c r a s s o s t r e ar i v u l a r i s ) f 5 m 2 1 、栉孔扇贝( 鳓肠，鲈f a r r e r i ) 5 3 - 5 5 1 等双壳类为研究对 象。鳃、消化腺( 或内脏) 是双壳类动物积累重金属的重要器官，常被选为研究 m b m s 对重金属响应特征的生物组织材料。在重金属暴露培养期间，为保证双壳 类动物生长所需的适宜环境条件，供试海水温度一般在1 7 2 5 之间；p h 值一般 在7 8 8 6 ；盐度多在3 0 3 5 。 1 4 1 双壳类m t s 对海水重金属的响应特征 m t s 是评价重金属对生物体健康影响最常用的生物标志物之一，因为金属 污染物暴露后能够诱导m t s 合成。m t s 有两个球状亚基，每个亚基包含约1 0 个 不会形成二硫键的半胱氨酸残基，通过它们的s h 捕获金属离子。m t s 存在于所 有组织中，但是鳃和消化腺因其在金属和积累解毒中的特殊作用，而成为研究 双壳类动物m t s 诱导常用的组织【5 6 1 。上世纪七十年代末，就有学者提出水生生 物m t s 可作为重金属暴露和毒性效应早期预警的生物标志物1 5 7 】。目前较为认可 的金属离子诱导m t 的机理是金属效应因子( m e t a lr e s p o n s i v ee l e m e n t - b i n d i n g t r a n s c r i p t i o nf a c t o r s ，m r i t s ) 机制，即：生物体内的金属响应单元金属转录 因子( m t f 1 ) 受到金属离子激活，发生变构，进入细胞核，可对效应基因进行 调控，促发m t 基因表达1 5 引。 有关重金属诱导双壳类m t s 的大量研究结果( 表1 1 ) 显示：双壳类m t s 诱导水平与重金属浓度之间存在相关性，可以反映海水重金属污染水平：当重金 属浓度较低时，双壳类m t s 含量随着暴露时间延长而增加：重金属浓度较高时， 6 海水铜铅及环境因子对菲律宾蛤仔生物标志物的影响研究 m t s 含量仅在较短时间内上升，而后呈下降趋势【如1 。y o n g 等“1 将太平洋牡蛎 ( c r a s s o s t r e a g i g a s ) 在含c d 2 + ( o 0 1 o 1 i n g l ) 海水中暴露l l d 后发现，消化腺、鳃 的m tm r n a 表达量随剂量增加而上升，高浓度c d 2 + 暴露后，消化腺和鳃m t m r n a 表达量分别比对照组增加1 2 8 倍和1 3 9 倍。此外，a m i a r d i 州】等研究发现， 重金属v ( 钒) 能诱导贻贝( m y t i l u ss p ) m t s 产生，且m t s 的合成水平与总v 、 可溶态v 含量之间均存在显著正相关关系，可作为海洋v 污染的有效生物标志 物。 表1 - 1暴露于重金属的海洋双壳类m t s 响应特征 1 a b i e1 l r e s p o n s e0 fm t si ns e v e r a lb i v a l v e se x p o s e dt oh e a v ym e t a l si ns e a w a t e r 生物种类组织 重金属种耋与浓度( m p 暴露时阃墅望堕生一 变化宰( )文献 s p e c i 嚣t i s 娜鹤1 p o f “嘶，ym 。伽3e 。p o s u r 。 温度( )盐度p h t h er a t eo f c h a r t 鹊 r e f e r c n a n dc o n c e n t r a t i o n ( r a g l )t l m c t e m p e r a t u r es a l i n i t yp h 。 褶牡蛎 软组织c d 2 *1 1 2 、5 6 2 、8 d一一一+ 1 4 8 6 、+ 1 8 8 1 、 f 6 4 】 o s t r e 甜p f i e a n d a g e l i n m112、562+66l5 、+ 8 3 85 太平洋牡鳕蠢 c r a u o s t r e a g f g m 消化腺 菲律宾花蛤 r u d i t a p e s p h i l i p p i n a d a m s 既r e a v e 海湾扇贝 彳，：i i 啤m d 即i r r n d 娜 翳翠贻贝 p t m o 试r i d i s c d 砷o 0 l 、o 0 5 、l i d 0 。l 内脏团g d *o 0 4 、o 0 86 d 外套度 血淋巴c 矿 消化腺q ， 均具有显著性差异 ( + p 0 0 1 ) 2 q 七l3 5一 + 7 9 、+ 8 5 、 【c o + 1 3 瓢p 0 0 5 ) + 7 3 、+ 1 0 3 + 1 2 8 ( p o 0 5 ) 一一8 6显著增加( ”p o 0 1 ) 6 2 】 显著增加”p 0 0 1 ) l 1 5 一一 l o d2 5 3 i3 l8 ： h d 0 0 4 5 5 ，1 0 、1 5 d 2 3 - 2 53 08 0 + 4 4 ，+ l5 6 ( p 00 5 ) 、 + 5 9 1 ( p 0 0 l l + 2 6 9 、 + 4 争9 ( ”p 0 0 0 1 ) + 5 7 、+ 7 5 、+ 2 0 6 3 j s 【5 9 j f 6 5 】 注：+ 表示含量增加：表示含量降低：+ 尸 0 0 5 、尸 o 0 1 、| p o 0 0 1 表示与对照组相比，有显著性差 异。n o t e ：+ t h em t sc o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e s ；- ，t h em t sc o n c e n t r a t i o nd e c r e a s e s ；* p 0 0 5 ，户 w + z n 2 + ，表明 近江牡蛎s o d 对c d 2 + 最为敏感。 1 4 3 2g s h 及其相关酶类对海水重金属的响应特征 双壳类动物的g s h 及其相关酶类能够对海水重金属产生一定程度的响应 ( 表1 3 ) ，其中，g p x 是较为敏感的抗氧化指标，c u 2 + 【5 3 - 5 5 ，洲、p b 2 + 8 4 】、h 州