環(huán)境污染生物指示器：蜜源植物-蜜蜂-蜂產(chǎn)品體系

吳黎明薛曉鋒劉海民王 英陳 芳周金慧張金振

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所，北京100093；2.河北遵化市畜牧水產(chǎn)局，064200）

一、開(kāi)展環(huán)境污染生物指示器研究的意義

當(dāng)前我國(guó)環(huán)境污染問(wèn)題依然嚴(yán)峻，生態(tài)破壞、資源約束的矛盾突出。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，進(jìn)入環(huán)境中的污染物數(shù)量和種類都在不斷增加，其中不少污染物具有致病、致突變甚至致癌的特性，且在環(huán)境中的持久性很長(zhǎng)[1,2]。污染物一方面在水體、大氣、土壤中積聚和漂移，另一方面通過(guò)植物富集等途徑轉(zhuǎn)移到生物體中，并通過(guò)食物鏈危害人體健康[3]。因此，環(huán)境污染問(wèn)題的治理和預(yù)防工作刻不容緩。

要從根本上防治環(huán)境污染，首先要對(duì)總體污染狀況有一個(gè)較為準(zhǔn)確的掌握。我國(guó)雖然在環(huán)境監(jiān)測(cè)、面源污染防治、溫室氣體減排等方面做了大量的工作，也取得了很大的成績(jī)，但至今仍然不能從根本上確立監(jiān)測(cè)環(huán)境污染的關(guān)鍵點(diǎn)和切入點(diǎn)，尚不能摸清環(huán)境污染的全貌和動(dòng)向，不能有針對(duì)性地對(duì)環(huán)境污染進(jìn)行掌控和防治[4]。利用對(duì)環(huán)境極為敏感的生物指示器開(kāi)展環(huán)境污染水平指示研究，對(duì)于更好地監(jiān)控環(huán)境污染水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析及存在問(wèn)題

目前，國(guó)內(nèi)外已有研究者開(kāi)始將植物和動(dòng)物作為生物指示器，開(kāi)展環(huán)境污染程度指示研究。如植物能富集環(huán)境中特別是大氣中的持續(xù)性有機(jī)污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs），是目前大氣環(huán)境中POPs污染指示研究的主要生物[5,6]。動(dòng)物可以通過(guò)攝食和與環(huán)境的直接接觸富集環(huán)境污染物，通過(guò)分析動(dòng)物體內(nèi)環(huán)境污染物的含量和種類可以起到直接指示污染程度的作用。目前相關(guān)研究的動(dòng)物種類主要集中在水生生態(tài)系統(tǒng)的軟體動(dòng)物[7]、魚(yú)類[8]，土壤環(huán)境中的蚯蚓[9]等。

另外，動(dòng)物接觸和攝入了環(huán)境污染物質(zhì)后，會(huì)在行為、生理和生化等方面發(fā)生變化，也必然會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物體內(nèi)包括抗氧化酶等在內(nèi)的生物標(biāo)記物含量和種類產(chǎn)生變化[10]。生物標(biāo)記物是生物體受到嚴(yán)重?fù)p害之前，在不同水平（分子、細(xì)胞、個(gè)體等）上因受環(huán)境污染物影響而異?；男盘?hào)指標(biāo)。生物標(biāo)記物作為指示污染物危害效應(yīng)的早期生物信號(hào)，能在早期預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)個(gè)體水平以上的效應(yīng)，反映生物體從健康到疾病這一連續(xù)譜上的確切位置，掌握污染物危害發(fā)生前生物標(biāo)記物的情況就可以制定預(yù)防性的管理措施，及時(shí)避免或減輕環(huán)境污染的危害，因而成為一種有效、前景廣闊的環(huán)境危險(xiǎn)評(píng)價(jià)工具。因此，在確立生物標(biāo)記物和環(huán)境污染程度相關(guān)性的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析動(dòng)物體內(nèi)生物標(biāo)記物變化情況，就可以準(zhǔn)確評(píng)判環(huán)境污染程度。在這其中，生化酶是生物體內(nèi)最靈敏的生物檢測(cè)劑，是生物體內(nèi)最早可測(cè)得的污染物誘導(dǎo)反應(yīng)。作為生化標(biāo)記物的各種酶是監(jiān)測(cè)環(huán)境污染最有效的工具，可以為更高水平可能發(fā)生的損害提供信息。

蜜蜂是一種廣泛分布于世界各地、易于飼養(yǎng)和繁育的群居性昆蟲(chóng)，全球飼養(yǎng)的蜂群數(shù)量很大，僅在我國(guó)就飼養(yǎng)820萬(wàn)群左右。蜜蜂的生物學(xué)特性、養(yǎng)殖的廣泛性以及養(yǎng)殖和蜂產(chǎn)品生產(chǎn)的特殊性決定了蜜蜂能成為一種可靠、靈敏、經(jīng)濟(jì)的環(huán)境污染生物指示器[11,12]。原因如下：

1.在蜂群中，蜂王的繁殖能力很強(qiáng)，蜂群中通常能保持萬(wàn)只以上的工蜂，由于工蜂的壽命短，更新速度很快，使蜂群中一直保持者大量適合采集的青壯年工蜂；

2.蜜蜂具有貯存食物的特性，這使得蜜蜂在植物開(kāi)花季節(jié)飛翔和采集非常積極，并在蜂巢中貯存大量的食物（花蜜、花粉、甘露、蜂膠）和水。農(nóng)業(yè)污染物，如重金屬、農(nóng)藥殘留等會(huì)通過(guò)植物的生物富集作用或直接接觸蜜粉源植物的蜜腺和花朵，而在植物花蜜和花粉中累積。當(dāng)蜜蜂采集了這些花蜜和花粉后，可能導(dǎo)致死亡或造成一些行為的異常；如果不死亡，各種污染物的殘留情況（包括殺蟲(chóng)劑、重金屬在內(nèi)的污染物和放射性核素等）也會(huì)在蜜蜂身體或最終產(chǎn)品中得以體現(xiàn)；

3.蜜蜂全身覆蓋絨毛，采集過(guò)程中與其接觸過(guò)的物質(zhì)，包括環(huán)境污染物、花粉等均可以在其身上附著，同時(shí)，蜜蜂在飛行過(guò)程中接觸到的空氣中的環(huán)境污染物也可富集在蜜蜂體表；

4.蜜蜂具有采集的單一性，在采集花粉和花蜜過(guò)程中，蜜蜂每次出巢多采同一種植物的花粉和花蜜，一直到花謝蜜少的時(shí)候才轉(zhuǎn)移到其他植物上。這個(gè)特性可讓我們通過(guò)分析蜂產(chǎn)品和蜜蜂，推斷出污染源所在；

5.蜜蜂對(duì)多數(shù)的植物保護(hù)用藥，如殺蟲(chóng)劑等很敏感。蜜蜂接觸農(nóng)藥后的死亡率和行為特征可在一定程度上反應(yīng)環(huán)境污染狀況；

6.蜜蜂具有可移動(dòng)性，這種被人類大量飼養(yǎng)的經(jīng)濟(jì)昆蟲(chóng)生活在用活框飼養(yǎng)的蜂箱內(nèi)，每天晚上全部歸巢。因此可以按照人的意愿任意搬到需要進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)的地方。另外，由于蜂群的飛行半徑可以達(dá)到3 km以上，使一個(gè)蜂群的環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍可以達(dá)到約28.3 km2。同時(shí)，由于蜜蜂采集活動(dòng)的密集性與廣面性（采集1 kg蜂蜜，工蜂要訪問(wèn)數(shù)百萬(wàn)朵花，飛行距離達(dá)20萬(wàn)km），使得監(jiān)測(cè)采樣的精確度能達(dá)到較高水平；

7.蜜蜂壽命短，體內(nèi)缺乏免疫系統(tǒng)，環(huán)境變化會(huì)通過(guò)行為以及抗氧化酶等生化標(biāo)記物得以明顯體現(xiàn)；

8.蜜蜂在飛翔與采集過(guò)程中接觸幾乎所有的環(huán)境因子，如土壤、植物、水、大氣。因此，除了在北方冬季越冬期，其他時(shí)候均能作為各種環(huán)境因子污染情況的生物指示器[13]。

目前國(guó)內(nèi)外利用蜜蜂和蜂產(chǎn)品作為環(huán)境指示物的研究有少量報(bào)道。但這些報(bào)道多數(shù)是在檢測(cè)分析蜂產(chǎn)品中污染物含量的同時(shí)，以討論的形式在文中提及可能可以作為環(huán)境污染指示物。專門(mén)進(jìn)行此類研究的論文及報(bào)道還很少見(jiàn)。

目前此類研究多數(shù)集中在建立蜂產(chǎn)品污染物檢測(cè)方法和分析污染物含量方面[14]，有多篇文章在討論中提到可以用蜂蜜中污染物含量、蜜蜂行為和死亡率等來(lái)指示環(huán)境中農(nóng)藥（殺蟲(chóng)劑）含量[15,16]，重金屬[17]、放射性污染[18]和轉(zhuǎn)基因植物[19,20]等的可能。國(guó)內(nèi)也有蜂產(chǎn)品中有機(jī)氯農(nóng)藥含量的研究報(bào)告，但均未提及是否能指示環(huán)境污染程度。

因此，為了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)能否利用蜜蜂和蜂產(chǎn)品指示環(huán)境污染程度，有必要對(duì)蜜蜂、蜂產(chǎn)品和環(huán)境、土壤等介質(zhì)的多種類污染物進(jìn)行分析，了解污染物在蜜源植物、蜜蜂和蜂產(chǎn)品中的富集特點(diǎn)，明確不同種類污染物在環(huán)境介質(zhì)-蜜源植物-蜜蜂-蜂產(chǎn)品中的傳遞途徑及含量相關(guān)性，提高利用蜜蜂及蜂產(chǎn)品指示環(huán)境污染的準(zhǔn)確性。

三、研究方法探討

在此提出兩種研究方法，供參考。

1.通過(guò)研究蜜源植物、蜜蜂和蜂產(chǎn)品中目標(biāo)污染物的來(lái)源和富集特征，揭示目標(biāo)污染物在環(huán)境介質(zhì)-蜜源植物-蜜蜂-蜂產(chǎn)品中的遷移規(guī)律，明確環(huán)境中與蜜源植物、蜜蜂、蜂產(chǎn)品中污染物含量的相關(guān)性，建立利用蜜源植物、蜜蜂和蜂產(chǎn)品指示環(huán)境污染程度的方法，確定該評(píng)價(jià)體系對(duì)目標(biāo)污染物的指示區(qū)間，評(píng)價(jià)其污染指示作用的敏感性。

2.研究細(xì)胞色素 P450（P450）、谷胱甘肽 S-轉(zhuǎn)移酶（GST）等解毒酶對(duì)目標(biāo)污染物的反應(yīng)，提出適宜的生化標(biāo)記物，明確環(huán)境中污染物含量與蜜蜂體內(nèi)解毒酶的時(shí)間－劑量效應(yīng)，建立利用蜜蜂體內(nèi)生化標(biāo)記物指示環(huán)境污染的方法，并確定其指示區(qū)間和評(píng)價(jià)指示作用的敏感性。

研究?jī)煞N方法對(duì)環(huán)境污染指示作用的相關(guān)性，建立利用兩種方法共同指示環(huán)境污染程度的模型和方法，提高指示作用準(zhǔn)確性和敏感性。進(jìn)行此項(xiàng)研究不但可通過(guò)對(duì)蜂產(chǎn)品中污染物含量水平和影響因素分析，促進(jìn)蜂產(chǎn)品中污染物的安全評(píng)價(jià)和消費(fèi)，還可為環(huán)境污染程度評(píng)價(jià)提供一種全新的技術(shù)模式，為開(kāi)展生物環(huán)境監(jiān)測(cè)提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)拓展蜂業(yè)研究和應(yīng)用領(lǐng)域，為促進(jìn)我國(guó)蜂業(yè)健康發(fā)展發(fā)揮積極作用。

[1]章力建，蔡典雄等.立體污染綜合防治-農(nóng)業(yè)卷[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

[2]周啟星，黃國(guó)宏.復(fù)合污染生態(tài)學(xué)[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2001.

[3]孔繁翔.環(huán)境生物學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2002.

[4]Marquita K H.Understanding environmental pollution[M].Cambridge University Press,2010.

[5]Mclachlan M S.Framework for the interpretation of measurements of SOCs in plants.Envrironmental Science&Technology,1999,33：1799-1804.

[6]王雅琴，左謙，焦杏春等.北京大學(xué)及周邊地區(qū)非取暖期植物葉片中的多環(huán)芳烴.環(huán)境科學(xué),2004,25：23-27.

[7]Wang Y,Wang T,Li A,et al.Selection of bioindicators of polybrominates diphenylethers,polychlorinated biphenyls and organochlorine pesticides in mollusks in the Chinese Bohai Sea.Environmental Science&Technology,2008,42：7159-7165.

[8]Kelly B C,Ikonomou M G,Blair J D,et al.Food web-specific biomagnifications of persistent organic pollutants.Sciences,2007,317：236-239.

[9]Armitage J M,Gobas F A P C.A terrestrial food-chain bioaccumulation model for POPs.Environmental Science&Technology,2007,41：4019-4025.

[10]刁青云，章力建，蔡典雄等.蜜蜂生化標(biāo)記物技術(shù)在農(nóng)業(yè)立體污染防治中的應(yīng)用.中國(guó)蜂業(yè),2006,57(4)：6-8.

[11]Barisic D,Bromenshenk J J,Kezie N,et al..The role of honey bees in environmental monitoring in Croatia.in：Devillers J.,Pham-Delègue M.H.(Eds.),Honey bees：Estimating the environmental impact of chemicals.Taylor&Francis,London and New York,2002,160-185.

[12]Anju R,Beena K,Gahlawat S,et al..Multiresidue analysis of market honey samples for pesticidal contaminaton.Pestic.Res.J.,1997,9：226-230.

[13]張復(fù)興.現(xiàn)代養(yǎng)蜂生產(chǎn) [M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1998.

[14]Stefan B.Contaminants of bee products.Apidologie,2006,37：1-18.

[15]Rogers R E L,Kemp J R.Imidacloprid,potatoes,and honey bees in Atlantic Canada：Is there a connection.Bull.Insectology,2003,56：83-88.

[16]Faucon J P,Aurieres C,Drajnudel P,et al..Experimental study on the toxicity of imidacloprid given in syrup to honey bee(Apis mellifera)colonies.Pest Manage.Sci.,2004,61,111-125.

[17]Porrini C,Celli G,Radeghieri P,et al..Studies on the use of honeybees(Apis mellifera L)as bioindicators of metals in the environment.Ins.Soc.Life,2000,3：153-159.

[18]Borawska M H,Kapala J,Hukalowicz K,et al..Radioactivity of honeybee honey.Bull.Environ.Contam.Toxicol.,2000,64：617-621.

[19]Williams I H.Cultivation of GM crops in the EU,farmland biodiversity and bees.Bee World,2002,83：119-133.

[20]Williams I H.The EU regulatory framework for GM foods in relation to bee products.Bee World,2002,83：78-87.