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大型海藻龙须菜对重金属的生物修复效应

罗洪添  
【摘要】:大型海藻是海洋生态系统中的重要生物类群,能吸收N、P等营养物质,同时释放氧气,可有效改善海区环境质量,且具有生长快、可规模栽培、栽培成本低、适应能力强等特性,还可直接食用并作为鲍及篮子鱼等水生经济动物饵料,是近海水体中重要生态环境材料。为研究大型海藻龙须菜栽培对海水和沉积物重金属生物修复作用及富硒龙须菜对重金属Cd拮抗作用,于2014年12月至2015年7月,2016年1月至6月及2018年1月和4月采集南澳深澳湾海域龙须菜栽培区(G)、鱼类养殖区(F)、对照区(C)、贝类养殖区(S)、贝藻混养区(GS)、鲍养殖区(A)、鲍藻混养区(GA)和过渡区(T)样品;同时运用重金属含量、生长速率、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物岐化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、金属硫蛋白(MT)等指标评价富硒龙须菜对鲍和篮子鱼Cd毒性拮抗作用。主要结果如下:(1)南澳深澳湾海水重金属含量部分区域超海水水质二类标准,Cr和Zn超标较严重,深澳湾大部分表层水域属重金属轻度或中度污染海域;深澳湾表层沉积物中重金属Cd、Pb、Cu、Zn在深澳湾出现了一定的富集。上述几种重金属主要来源于人类活动的陆源输入。(2)龙须菜具有极强的重金属富集能力,从而对水体重金属污染具有一定的生物修复作用。不同生长期龙须菜对重金属富集能力不同,并随龙须菜生长而富集量增加,生物富集因子(BCF)分别为Cu(4.31×10~3),Zn(1.95×10~3),Pb(1.90×10~3)和Cd(1.44×10~4);龙须菜体内重金属Cd(0.82-2.63μg g~(-1))和Pb(2.99-3.21μg g~(-1))含量超过海藻食品标准,其食用安全应该引起关注。建议管理部门尽早制定大型海藻食品污染物限量标准。(3)篮子鱼不同组织和鲍肌肉组织对Cu、Zn、Pb和Cd富集能力不同,篮子鱼和鲍对海水重金属的富集能力强于对龙须菜重金属的富集能力;Cu和Zn在篮子鱼皮肤、鳃和肝脏富集能力强,Cd和Pb在篮子鱼肝脏和鳃富集能力强,Pb在鲍肌肉组织富集能力强,表明篮子鱼非消化器官和鲍肌肉组织对重金属富集作用主要来源于海水吸附,而非通过食物链富集;南澳深澳湾小型篮子鱼和鲍肌肉中Cu、Pb、Cd和Zn含量较低,食用小型篮子鱼和鲍产品相对更安全;龙须菜栽培系统中,重金属可通过表面吸附和食物链传递,包括吸附、吸收、摄食、积累、排泄等复杂过程实现其在生态系统内的迁移转化。(4)不同类型海水养殖区沉积物中重金属含量存在显著差异;研究区域沉积物Cd、Cu、Pb、Zn含量范围分别为0.04-1.02、1.19-37.70、8.45-74.45、36.80-201.24μg g~(-1);龙须菜栽培可以减少海水养殖区重金属Cd、Pb、Cu和Zn污染及净化水质,并降低表层沉积物中Cd、Pb、Cu和Zn含量;龙须菜栽培区沉积物质量标准(SQG)和地累积指数(I_(geo))均较低,鱼类养殖区较高。层次聚类分析和主成分分析(PCA)表明,大多数元素对因子1(PC1)负载荷较高。龙须菜栽培区在x轴左侧,距离重金属较远,说明龙须菜栽培区重金属浓度较低,而过渡区、对照区、鱼类养殖区和贝类养殖区则分散分布,其中鱼类养殖区和贝类养殖区受重金属影响较大,表明龙须菜栽培能降低近海海水养殖区沉积物重金属含量,对海水和沉积物重金属具有生物修复作用。(5)龙须菜富硒三天后显著增加其体内Se含量,总Se含量为49μg g~(-1),其中有机硒占80.5%,无机硒占19.5%;28天实验周期中,对照组鲍Se含量没有明显升高。鲍摄食富硒龙须菜1天后其体内Se含量显著增加;鲍体内Se含量与GPx活性和MT呈显著正相关,Cd含量与GPx活性和MT呈显著负相关,表明摄食富硒龙须菜能显著增加鲍体内Se含量,促进MT生成,提高GPx抗氧化酶活性,减轻Cd诱导毒性。富硒龙须菜能通过酶促和非酶促两条途径对Cd诱导毒性产生拮抗作用,促进鲍体内Cd排泄,从而降低Cd毒性。(6)龙须菜富硒三天后,250 mg L~(-1)亚硒酸钠处理组龙须菜体内总硒、有机硒和无机硒含量均显著高于50 mg L~(-1)和10 mg L~(-1)处理组。250 mg L~(-1)富硒处理组龙须菜体内总硒含量平均值为42.5μg g~(-1),50 mg L~(-1)富硒处理组龙须菜体内总硒含量平均值为13.5μg g~(-1),10 mg L~(-1)富硒处理组龙须菜体内总硒含量平均值为2.5μg g~(-1)。各富硒处理组龙须菜有机硒含量占总硒的80%-82%;摄食富硒龙须菜能显著增加篮子鱼体内Se含量,促进Cu和Zn吸收,促进体内MT生成,提高GPx、CAT、SOD抗氧化酶活性,显著降低篮子鱼体内MDA含量,降低脂质过氧化水平,拮抗Cd、Pb和Cr毒性。富硒龙须菜能通过酶促和非酶促两条途径对Cd、Pb和Cr诱导毒性产生拮抗作用,同时与Zn和Cu具有协同作用,促进篮子鱼体内Cd、Pb和Cr排泄,从而降低毒性。50 mg L~(-1)组对于营养元素Se、Cu和Zn以及有毒重金属Cd、Pb、Cr吸收和拮抗效果稍高于250 mg L~(-1)和10 mg L~(-1)组,而且50 mg L~(-1)组抗氧化酶CAT、SOD和GPx活性和MT含量高于250 mg L~(-1)和10 mg L~(-1)组,表明50 mg L~(-1)富硒龙须菜为促进篮子鱼生长发育较适浓度。


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