基于海灣沉積物重金屬有效態(tài)的文蛤生物標(biāo)志物篩選與生態(tài)毒性評價.pdf

1、海洋沉積物中不同形態(tài)重金屬的化學(xué)穩(wěn)定性、遷移轉(zhuǎn)化速度和生物可利用性和潛在毒性存在很大差異,所以僅從重金屬總量進行分析難以有效評價重金屬的對底棲生物的生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)。目前,針對沉積物重金屬賦存形態(tài)的生物毒性研究多集中在生物富集與致死效應(yīng)方面。分子生物標(biāo)志物能夠快速有效地反映污染物與細胞靶分子的相互作用及其后果,且具有靈敏度高、成本低等優(yōu)點。然而,以往利用生物標(biāo)志物評價沉積物重金屬生態(tài)毒性評價研究,均以沉積物重金屬總量為基礎(chǔ)。未見有對亞致死

2、條件下沉積物重金屬賦存形態(tài)與生物標(biāo)志物關(guān)系的研究報道。
　　本研究在北部灣沿岸的港口區(qū)、養(yǎng)殖區(qū)、排污區(qū)等功能區(qū)設(shè)置11個站位,采集表層沉積物并測定其中7種重金屬(Hg、As、Cu、Pb、Zn、Cd、Cr)各賦存形態(tài)(弱酸溶解態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)、殘渣態(tài))的含量、總有機碳、粒徑等因子,以及同步測定的底棲雙殼類動物文蛤(Meretrix meretrix)鰓和內(nèi)臟中各12種生化指標(biāo):超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷

3、胱甘肽過氧化物酶(GPx)、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)、硫代巴比妥酸反應(yīng)物(TBARS)、還原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)、金屬硫蛋白(MTs)、乙酰膽堿酯酶(AChE)、氧化型與還原型谷胱甘肽比值(GSH/GSSG)、總谷胱甘肽(tGSH)、氧化逆境指數(shù)(OSI)。在分析沉積物中各種重金屬總量及其賦存形態(tài)含量分布特征基礎(chǔ)上,通過文蛤生化指標(biāo)與沉積物中重金屬總量和有效態(tài)的相關(guān)性分析,分別確定對重金屬總量、有效態(tài)具有敏

4、感響應(yīng)的生化指標(biāo),由此篩選出2套用于指示研究區(qū)域重金屬生態(tài)毒性的生物標(biāo)志物組合,然后,分別計算可反映環(huán)境損害生物學(xué)響應(yīng)機制的綜合生物標(biāo)志物響應(yīng)(IBRv2)指數(shù),并對比其靈敏性和可靠性,確定有效的指標(biāo)體系,建立基于生物效應(yīng)的北部灣潮間帶沉積物重金屬綜合生態(tài)毒性評價模式。進而對有效態(tài)重金屬用于生物標(biāo)志物篩選及生態(tài)毒性評價的效果進行評估。所得到的主要結(jié)論如下:
　　(1)北部灣潮間帶沉積物中重金屬的有效態(tài)含量空間分布與總量分布基本一致

5、(Cr除外),但個別站位有明顯差異。各站位沉積物7種重金屬中,Cr、Hg和As以殘渣態(tài)為主要存在形態(tài),Cd以有效態(tài)為主。有6個站位Pb、Zn和3個站位Cu以有效態(tài)為主,其余站位這3種重金屬均以殘渣態(tài)為主。有效態(tài)Hg、Cd和Cr的分布受沉積物中細顆粒和有機質(zhì)含量的影響,而各重金屬總量分布與沉積物物理化性質(zhì)無明顯關(guān)系。依據(jù)沉積物重金屬形態(tài)的傳統(tǒng)化學(xué)評價結(jié)果不盡一致,且均未充分考慮重金屬的生物學(xué)效應(yīng)以及污染物的綜合作用。
　　(2)文蛤

6、鰓和內(nèi)臟中的生化指標(biāo)對沉積物重金屬的響應(yīng)規(guī)律及敏感性因其種類、形態(tài)而異,存在明顯的組織差異性和空間差異性。生化指標(biāo)對重金屬有效態(tài)的響應(yīng)敏感性高于總量。與重金屬總量相比,其有效態(tài)含量能更好地反映沉積物的生物毒性效應(yīng)。文蛤谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)對多種重金屬的有效態(tài)有敏感響應(yīng),適于作為沉積物重金屬污染的生物標(biāo)志物。
　　(3)依據(jù)生化指標(biāo)對沉積物中重金屬總量的響應(yīng)關(guān)系,篩選得到的生物標(biāo)志物組合為:GSHg/GSSGg、OSIg、TBARSg

7、、GSTv、GSHv、GSHv/GSSGv(g、v分別代表鰓、內(nèi)臟),依據(jù)生化指標(biāo)對沉積物有效態(tài)響應(yīng)篩選出的生物標(biāo)志物組合為:GSHg/GSSGg、OSIg、GSTg、GSSGg、CATg、GSTv。與依據(jù)重金屬總量篩選出的生物標(biāo)志物組合相比,基于有效態(tài)篩選得到的生物標(biāo)志物組合具有更高的靈敏度和可信度,以其計算的綜合生物標(biāo)志物響應(yīng)指數(shù)( IBRv2A)對海灣沉積物重金屬綜合毒性的指示效果優(yōu)于前者(IBRv2T)。IBRv2A評價結(jié)果顯示

8、,北部灣潮間帶各站位沉積物重金屬的綜合生態(tài)毒性大小順序為:S5(營盤漁港)>S1(流沙灣)>S6(西場鎮(zhèn)海岸)>S8(鹿耳環(huán)江)>S10(防城港西灣)>S9(防城港東灣)>S7(犀牛角海岸)>S3(樂民鎮(zhèn)海岸)>S4(鐵山港)>S11(月亮灣)>S2(江洪鎮(zhèn)海岸)。
　　(4)在對沉積物重金屬生態(tài)毒性評價時,運用基于有效態(tài)重金屬篩選建立的綜合生物標(biāo)志物指數(shù)法,較傳統(tǒng)風(fēng)險評價方法更能反映沉積物重金屬的生態(tài)毒性效應(yīng),且具有靈敏可靠、方