雄性中國(guó)鱟不同組織重金屬含量分析和比較

陳志，周洪磊，何家博，蔣奕雄，高蘇蕊，秦志清

（1.福建省淡水水產(chǎn)研究所，福建 福州 350002；2.福建省洋澤海洋生物科技有限公司，福建 福州 350600；3.福建農(nóng)林大學(xué)海洋學(xué)院，福建 福州 350002）

鱟又稱馬蹄蟹（Horseshoe crabs），隸屬于節(jié)肢動(dòng)物門（Arthropoda），肢口綱（Merostomata），劍尾目（Xiphosura），鱟科（Tachypleidae）[1]。中國(guó)鱟又稱東方鱟、三刺鱟、夫妻魚，在我國(guó)主要分布于浙江寧波以南的沿海和臺(tái)灣島西岸以及澎湖列島周圍，福建沿海的平潭島、興化灣、東山島等地?cái)?shù)量較豐富[2]。鱟的祖先出現(xiàn)地質(zhì)歷史時(shí)期古生代的奧陶紀(jì)末期，是動(dòng)物界少數(shù)現(xiàn)存的“活化石”，但是，由于人類的過(guò)度捕殺和棲息地環(huán)境破壞導(dǎo)致中國(guó)鱟數(shù)量急劇減少，目前已成為瀕危物種[3,4]，2019 年中國(guó)鱟在《IUCN 紅色名錄》中的等級(jí)從原本的數(shù)據(jù)缺乏更新為瀕危[5]，2021 年被列為國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物。

目前中國(guó)鱟的科學(xué)研究多集中在人工繁育[6]、增殖放流、資源保護(hù)[7，8]、鱟試劑開發(fā)、血細(xì)胞[9,10]及其酶活性等[11,12]，中國(guó)鱟體內(nèi)重金屬殘留的研究較少。梁君榮等[13]分析了不同離子濃度的Zn、Pb、Cu和Cd 對(duì)中國(guó)鱟胚胎發(fā)育的影響；鮑虞園等[14]探究了Hg2+對(duì)中國(guó)鱟幼體的毒性效應(yīng)，但對(duì)成體鱟體內(nèi)不同組織重金屬殘留報(bào)道較少。重金屬污染物具有強(qiáng)毒性、耐還原性和耐降解性等特點(diǎn)[15]，進(jìn)入生物體后與蛋白質(zhì)、酶等物質(zhì)結(jié)合或發(fā)生反應(yīng)，毒性更強(qiáng)，更難以降解，通過(guò)食物鏈的傳遞，最終在高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物和人類體內(nèi)富集[16,17]，影響生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，也極易引發(fā)公害事件[18,19]。本研究通過(guò)分析成年中國(guó)鱟的結(jié)締組織、血液、書腮和肌肉中Pb、Cd、Cu 和Zn 的富集含量，以了解海洋重金屬污染導(dǎo)致中國(guó)鱟體內(nèi)組織重金屬富集，探索特異性蓄積規(guī)律，并為瀕危物種中國(guó)鱟種群數(shù)量恢復(fù)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)用中國(guó)鱟捕于福建平潭和福清興化灣海域，活體運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，清理表面附著物，暫養(yǎng)在約300 L 方形塑料桶中2 d，取活力良好的雄性3 只，平均體長(zhǎng)（49.66±2.23）cm，平均體質(zhì)量（1.23±0.12）kg。

1.2 方法

將中國(guó)鱟固定住，在頭胸間采血；解剖取下附肢，取其背部和附肢中的肌肉；剖開腹面頭部，取黃色結(jié)締組織（屬類間充質(zhì)組織，可分化為血細(xì)胞）作為結(jié)締組織樣本；剪取整個(gè)書鰓。將所取樣本分別裝于密封袋中，-20 ℃冷凍保存，測(cè)定Cd、Cu、Zn 和Pb 的含量。采用原子吸收分光光度計(jì)法，按照GB 509.268-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中多元素的測(cè)定》中的方法檢測(cè)各組織樣品中Cd、Cu、Zn 和Pb的含量，各重金屬均為離子型狀態(tài)。采用單因子污染指數(shù)法[20]和均值型污染指數(shù)法[21]評(píng)價(jià)中國(guó)鱟結(jié)締組織、血液、書腮和肌肉中的重金屬污染狀況[22,23]，公式如下：

單因子污染指數(shù)Pi=Ci/Si。

式中：Pi為單因子污染指數(shù)；Ci為生物體內(nèi)污染物的實(shí)測(cè)平均含量（mg·kg-1）；Si為某種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值（mg·kg-1），中國(guó)鱟各組織樣本中Pb、Cd、Cu 和Zn 的限量標(biāo)準(zhǔn)參照魚類對(duì)應(yīng)元素的限量標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)《水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量》（NY 5073-2006）[24]、《食品中污染物限量》（GB 2762-2017）[25]和《食品中鋅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB13106-1991）[26]，魚類Pb、Cd、Cu 和Zn 的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為0.5 mg·kg-1、0.1 mg·kg-1、50 mg·kg-1和150 mg·kg-1[27]。

均值型污染指數(shù)PI=∑Pi/n。

式中：PI 為均值型污染指數(shù)；Pi為單因子污染指數(shù)；n 為所測(cè)重金屬種類數(shù)。根據(jù)均值型污染指數(shù)法的計(jì)算結(jié)果，將重金屬污染程度分為6 個(gè)等級(jí)，即未污染（PI＜0.1）、微污染級(jí)0.1≤PI≤0.2）、輕污染（0.2＜PI≤0.5）、中污染（0.5＜PI≤0.7）、重污染（0.7＜PI≤1.0）和嚴(yán)重污染（PI＞1.0）。

1.3 數(shù)據(jù)分析和處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用軟件Excel 2010 和SPSS19.0 進(jìn)行平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及Duncan 多范圍檢驗(yàn)。P＜0.05 為顯著差異，P＜0.01 為差異極顯著。用Prism 軟件繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬在中國(guó)鱟不同組織中的蓄積含量及比較分析

四種重金屬在中國(guó)鱟不同組織中的蓄積含量差異明顯。Cd 在中國(guó)鱟各組織蓄積含量為（圖1）：書鰓（42.43 mg·kg-1）＞肌肉（15.20 mg·kg-1）＞血液（0.01 mg·kg-1）＞結(jié)締組織（0 mg·kg-1），結(jié)締組織中未檢出Cd，血液中Cd 含量也極低，兩者差異不顯著（P＞0.05），其他組間Cd 含量差異顯著（P＜0.05）；Cu 在中國(guó)鱟各組織蓄積含量為：肌肉（20.90 mg·kg-1）＞書鰓（16.80 mg·kg-1）＞結(jié)締組織（0.37 mg·kg-1）＞血液（0.02 mg·kg-1），不同組織間Cu 含量差異顯著（P＜0.05）；Zn 在中國(guó)鱟各組織蓄積含量為：肌肉（93.20 mg·kg-1）＞書鰓（9.15 mg·kg-1）＞血液（0.02 mg·kg-1）＞結(jié)締組織（0 mg·kg-1），肌肉中的Zn 含量極高，而結(jié)締組織中未檢出Zn，結(jié)締組織和血液中的Zn 含量差異不顯著（P＞0.05）；其他組織間Zn 含量差異顯著（P＜0.05）；Pb 在中國(guó)鱟各組織蓄積含量由高到低依次為：肌肉（61.33 mg·kg-1）＞書鰓（11.13 mg·kg-1）＞血液（0.53 mg·kg-1）＞結(jié)締組織（0.28 mg·kg-1），結(jié)締組織和血液中的Pb 含量差異不顯著（P＞0.05），其他組織間Pb 含量差異顯著（P＜0.05）。

圖1 重金屬在中國(guó)鱟不同組織中的蓄積含量的比較Fig.1 Comparison of accumulation contents of the heavy metals in various tissues of horseshoe crab Tachypleus tridentatus

2.2 組織中的金屬蓄積含量比較分析

中國(guó)鱟各組織中的重金屬蓄積含量如圖2 所示。結(jié)締組織中Cd 和Zn 蓄積量差異不顯著（P＞0.05），血液中Cd、Cu 和Zn 蓄積量差異不顯著（P＞0.05），四種重金屬在書鰓、肌肉中差異均顯著（P＜0.05）。

圖2 中國(guó)鱟各組織中的重金屬蓄積含量的比較Fig.2 Comparison of heavy metal accumulation in various tissues of horseshoe crab T.tridentatus

2.3 中國(guó)鱟不同組織中的重金屬污染程度評(píng)價(jià)

Cd 在中國(guó)鱟書鰓和肌肉中的污染指數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)（0.1 mg·kg-1），其中書鰓中單因子污染指數(shù)Pi高達(dá)424.33，結(jié)締組織和血液中均未超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)；Cu 在中國(guó)鱟組織中均未超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)（50 mg·kg-1）；Zn 在中國(guó)鱟肌肉中蓄積含量（93.2 mg·kg-1）超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)（50 mg·kg-1），其余組織均未超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)（表1）。Pb 僅在中國(guó)鱟結(jié)締組織中未超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)（0.5 mg·kg-1），其余組織均超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)，其中在肌肉中蓄積量最高，單因子污染指數(shù)Pi高達(dá)122.67。PI 結(jié)果表明，中國(guó)鱟四種組織中，結(jié)締組織屬于微污染（0.1＜PI≤0.2），血液屬于中污染級(jí)（0.2＜PI≤0.5），書鰓和肌肉屬于嚴(yán)重污染（PI＞1.0）。

表1 中國(guó)鱟不同組織中的重金屬污染指數(shù)Tab.1 Heavy metal contamination index in different tissues of horseshoe crab T.tridentatus

3 討論

重金屬污染物Cd、Cu、Zn 和Pb 的研究較多，其中Cd 和Pb 一般在海洋生物體內(nèi)有毒害作用。而Cu 和Zn 一般是組成生物體必需元素之一，但蓄積量達(dá)到一定濃度后也會(huì)毒害海洋生物。由于缺乏正確引導(dǎo)，沿海居民認(rèn)為鱟是頂級(jí)海鮮食材，吃中國(guó)鱟肉和卵的行為時(shí)常發(fā)生。Pb 和Cd 的毒性較大，長(zhǎng)期攝入可能導(dǎo)致人體健康受損，雖然Cu 和Zn 作為人體微量元素，但攝入濃度超過(guò)一定閾值也會(huì)危害健康。

3.1 環(huán)境對(duì)重金屬蓄積含量的影響

生物體內(nèi)重金屬蓄積量和其生長(zhǎng)環(huán)境關(guān)系密切，生態(tài)環(huán)境污染嚴(yán)重影響生物體的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖，甚至可導(dǎo)致生物形態(tài)特征、生存數(shù)量等發(fā)生巨變。中國(guó)鱟資源的衰竭主要的原因就是棲息地環(huán)境的破壞，包括產(chǎn)卵場(chǎng)的減少和水質(zhì)的變化等。平潭海域歷史上是鱟較多的海域，但目前數(shù)量也極少了。對(duì)平潭海域的環(huán)境監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)[28]表明，平潭海域的Pb、Cd 均值質(zhì)量濃度均小于1 μg·L-1；Cu 的質(zhì)量濃度介于2.9～7.9 μg·L-1；Zn 的質(zhì)量濃度介于13.6～47.1 μg·L-1。認(rèn)為沉積物中重金屬Cd 總體為污染，其余重金屬為清潔水平。本研究中，Cd 在書鰓中的蓄積量高達(dá)42.43 mg·kg-1，書鰓的均值污染指數(shù)PI 也最高，達(dá)到111.84，其次是Pb。書鰓是呼吸器官，中國(guó)鱟書鰓與水質(zhì)環(huán)境交換量大，重金屬在書鰓中蓄積明顯，說(shuō)明環(huán)境影響中國(guó)鱟體內(nèi)重金屬的分布。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，海域的重金屬潛在來(lái)源主要為船舶排放、生活污水等，所以必須高度重視海洋環(huán)境變化對(duì)海洋生物的影響。

3.2 重金屬蓄積量分析和污染程度評(píng)價(jià)

中國(guó)鱟體內(nèi)重金屬蓄積量分布差異性較大。鱟血可以制成鱟試劑用來(lái)檢測(cè)內(nèi)毒素[29，30]，這一項(xiàng)特性被廣泛應(yīng)用于臨床檢驗(yàn)，例如新冠疫苗的研發(fā)就離不開鱟試劑。鱟的血液呈藍(lán)色，主要是因其血漿中含有一種可溶性呼吸蛋白—血藍(lán)蛋白，血藍(lán)蛋白的中心原子是Cu。它與氧氣結(jié)合會(huì)變成藍(lán)色。Cu 作為一種微量重金屬元素，廣泛存在于海洋生物體內(nèi)。本研究中Cu 在各組織蓄積含量為：肌肉（20.90 mg·kg-1）＞書鰓（16.80 mg·kg-1）＞結(jié)締組織（0.37 mg·kg-1）＞血液（0.02 mg·kg-1），而血液中蓄積量最低，肌肉中Cu 蓄積量最高，說(shuō)明Cu 在中國(guó)鱟體內(nèi)廣泛存在，參與機(jī)體組織的生理代謝功能，但蓄積量均未超過(guò)無(wú)公害食品水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量標(biāo)準(zhǔn)（50 mg·kg-1）。目前已研究了海洋生物中Cu的分布及濃度變化。Kim 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，太平洋褶柔魚（Todarodes pacificus）肌肉中Cu 濃度顯著低于消化腺。本研究未檢測(cè)中國(guó)鱟消化腺內(nèi)Cu 濃度，今后應(yīng)進(jìn)一步研究?jī)?nèi)臟團(tuán)相關(guān)金屬元素的濃度變化。Zn 作為微量元素參與機(jī)體重要的生理代謝活動(dòng)，影響多種酶的形成，對(duì)機(jī)體免疫調(diào)節(jié)和保持細(xì)胞膜的完整性有重要的作用[32]，在海洋生物中不可或缺。關(guān)于Zn 作用研究也較多，例如崔勇華等[33]研究認(rèn)為，克氏原螯蝦（Procambarus clarkii）內(nèi)臟器官對(duì)重金屬吸收和富集的能力強(qiáng)于肌肉組織，而向外釋放的量則低于肌肉組織。Yang 等[34]的研究指出，三疣梭子蟹（Portunus trituberculatus）肌肉中Zn 元素的富集量最高，這與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相同。Zaleha K[35]等研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)鱟各部位金屬蓄積最多的就是Zn，而本研究中肌肉中的Zn 含量極高，在幾種檢測(cè)重金屬中最高，高達(dá)93.20 mg·kg-1，遠(yuǎn)高于書鰓、血液。而結(jié)締組織中未檢出Zn。筆者在對(duì)雌性中國(guó)鱟營(yíng)養(yǎng)成分的比較分析[36]中發(fā)現(xiàn)：結(jié)締組織中的DHA和EPA 含量高于肌肉，元素和脂肪酸含量差異較大。

Cd 一直以來(lái)都被認(rèn)為是毒害生物機(jī)體產(chǎn)生的元素之一，越積累、毒性越大，Cd 污染還會(huì)導(dǎo)致人體慢性中毒[37]。筆者研究了Cd2+對(duì)菲律賓蛤仔（Ruditapes philippinarum）的毒性[38]，發(fā)現(xiàn)安全質(zhì)量濃度分別為0.03 mg·L-1，說(shuō)明Cd 的毒性要強(qiáng)于其他金屬。本研究中，Cd 在中國(guó)鱟書鰓中的含量最高，書鰓和肌肉中的指標(biāo)超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)（0.1 mg·kg-1），而在結(jié)締組織中未檢測(cè)到，說(shuō)明中國(guó)鱟書鰓對(duì)某些金屬蓄積能力較強(qiáng)，對(duì)有毒性元素在體內(nèi)重要組織蓄積較少，也說(shuō)明中國(guó)鱟自我保護(hù)能力較強(qiáng)。Mei G 等[39]的研究中認(rèn)為，口蝦蛄（Oratosquilla oratoria）的內(nèi)臟組織對(duì)鎘的蓄積量遠(yuǎn)大于肌肉組織。本研究中，書鰓Cd 單因子污染指數(shù)是肌肉的近三倍。

Pb 為常見重金屬，在生物體內(nèi)殘留時(shí)間較長(zhǎng)，可沿食物鏈遷移、大量蓄積，具有隱藏性和不可逆性等特點(diǎn)，對(duì)人和海洋生物具有毒害作用[40]。本研究中，Pb 在中國(guó)鱟各組織中均有蓄積，書鰓和肌肉的Pb 蓄積量較高，超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)限量（0.5 mg·kg-1），而結(jié)締組織和血液中的蓄積較少，差異不顯著（P＞0.05），說(shuō)明Pb 和Cd 在中國(guó)鱟體內(nèi)蓄積較類似，作為有毒重金屬，中國(guó)鱟血也和結(jié)締組織存在卻極低，這對(duì)中國(guó)鱟后續(xù)研究提供了一些思路，有沒有可能中國(guó)鱟血液中存在某種因子可以降低重金屬含量？許道全等[41]研究了北部灣潮間帶中國(guó)鱟和圓尾鱟（Carcinoscorpius rotundicauda）重金屬蓄積情況，發(fā)現(xiàn)Pb 在書鰓的蓄積最高。對(duì)于其他海洋生物Pb 的蓄積研究也有涉及。蝦夷扇貝（Mizuhopecten yessoensis）[42]的不同組織中4 種重金屬含量差異顯著，內(nèi)臟團(tuán)是Cd、Pb 等有毒元素的主要富集器官，這與本研究結(jié)果均較一致。

3.3 結(jié)論

在中國(guó)鱟不同組織中，幾種重金屬蓄積含量差異較大，肌肉中Pb、Cu 和Zn 的蓄積最高，其次是書鰓；Cd 在書鰓中蓄積最高，其次是肌肉、血液和結(jié)締組織。Cd 在中國(guó)鱟書腮和肌肉中遠(yuǎn)超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)（0.1mg·kg-1），Pb 在書鰓、肌肉和血液也均超過(guò)限量標(biāo)準(zhǔn)（0.5 mg·kg-1），中國(guó)鱟不同組織的均值污染指數(shù)（PI）由大到小排序?yàn)椋簳w＞肌肉＞血液＞結(jié)締組織，其中結(jié)締組織屬于微污染，血液屬于中污染，書鰓和肌肉達(dá)到嚴(yán)重污染。食用中國(guó)鱟存在一定健康風(fēng)險(xiǎn)。