中国东部沿海江豚种群重金属暴露的健康风险及MTs多态性与重金属富集的关联性探究

发布时间：2020-07-17 00:07

【摘要】：由长江向我国东部沿海水域排放的重金属含量远远高于其他河流的排放量。而近岸分布的国家二级保护动物,江豚(Neophocaena asiaeorintalis),长期暴露在重金属环境中,其健康可能会受到影响。对于这一问题,本论文开展了以下几方面研究:①首先以江苏吕四沿海生态系统为切入点,采集了 10份海水样、29种江豚的食物(包括鱼类、虾蟹类、头足类、腹足类)及16份江豚肌肉样,分析了重金属在海水、江豚及其食物体内的富集现状、重金属从海水到生物体的富集强度和重金属从食物到江豚累积的生物放大效应。然后基于风险评价模型对江豚体内重金属富集风险给予了评价;②考虑到我国东部沿海重金属排放量大,发达地区海域重金属污染相对严重的特点,长江口及附近海域的江豚种群在长期的暴露过程中,可能已富集了较高含量的重金属。较高含量的重金属富集也会成为影响江豚健康的风险因素。因此,本研究增加了两个海域的江豚种群(长江口附近的宁波种群、远离长江口海域的平潭种群),以这3个种群(吕四,宁波,平潭)的3种器官(56份肝脏,57份肾脏,53份肌肉)为工具分析了江豚体内9种重金属富集量的地域性差异;③虽然目前没有明显的证据表明江豚已受到重金属暴露导致的伤害,但是,当携带不利变异的个体被暴露在多种重金属污染的环境中,而由于不利变异可能导致与重金属毒性解毒功能的MTs (Metalthionein,金属硫蛋白)的表达受到抑制,使生物体遭受毒害。目前,有关鲸豚类MTs基因多态性的研究几乎空白,因此,缺少有关MTs蛋白表达受抑制的相关信息,阻碍了研究者对鲸豚类物种死亡原因的探究。MTs基因多态性及其与重金属富集的关联性研究是揭示一定累积含量的重金属是否会对生物体产生毒害作用的第一步。研究初步分析了金属硫蛋白基因家族成员(MT2, MT4)的多态性与组织重金属富集含量的关系。主要结果如下:(1)海水中重金属的含量符合我国海水Ⅰ类水质标准,例如,本研究检测As的含量为0.0021μg/ml、Cd的含量为0.0004 μg/ml、Cu的含量为0.0013μg/ml等。所有被测物种(江豚及其29种食物)9种重金属的平均含量及种间的变异系数为,Mn (5.36±5.58μg/gww,C.V=1.04),Cu (6.85±7.73 μg/gww,C.V=1.13),Cd (0.49±0.85 μg/gww,C.V=1.73),Zn (17.48±15.43 μg/gww,C.V=0.88),Hg (0.10±0.11 μg/g ww C.V=1.08),Cr (1.66±0.98 μg/g ww C.V=0.59),As (3.65±3.46 μg/gww,C.V=0.95),Ni (0.25±0.19 μg/gww,C.V=0.73),Pb (0.13±0.11 μg/gww,C.V=0.85)。其中,Zn 的平均累积量最大,其次是Cu,Mn。此外,Cd的变异度相对最高,Cr的变异度相对最低。(2)这9种重金属从海水向江豚及其食物的富集强度(Bioconcentration factor, BCF),表现为必须重金属(Mn,Zn,Cu)的BCF值均比较大,暗示这3种重金属比较容易在各物种体内富集。而非必须金属Hg, Pb仅在江豚和个别食物体内程现出易被富集的特性。比如Hg,脊尾白虾Palaemon carincauda,中华管鞭虾Solenocera crassicornis的BCF值仅为47和41,江豚的BCF值则为1245,比其他物种都要高。再如Pb,除了海鳗Muraenesox cinereus,其具有最高的BCF值以外,江豚的BCF值次之,也高达1348。(3)虽然本研究在营养级(TLs)与各物种的重金属富集含量间未检测到显著的正相关关系(p0.05),暗示这9种重金属在这30个物种构成的食物链上的生物放大效应目前还不明显,然而已有个别重金属含量出现了随着营养级上升而增加的趋势(As,P值接近0.05)。此外,研究还发现非必须重金属Hg和Pb在多个物种到江豚的被取食途径上更易发生生物放大效应,即生物放大因子,BMF1。就Hg而言,在这29条取食途径中就有16个物种(55.17%)直接被江豚取食会发生明显的生物放大。另外有12个物种(41.3%)直接被江豚取食会发生明显的Pb的生物放大。有9个物种(31.03%)直接被江豚取食会发生明显的Zn的生物放大,本研究认为,给江豚带来风险的重金属可能是Hg、Pb,Zn的累积;(4)基于RfD和TRV这两个数据集的风险评价结果存在一定的差异,其中,基于数据集RfD (对人类进行风险评价的参考值)提示江豚对于多种重金属的暴露风险普遍比较高,暗示以吕四为代表的我国东部沿海江豚可能已经受到了重金属暴露的风险。基于TRV (基于模式动物的风险评价参考值)评价的结果反映出目前江豚种群对As的暴露存在一定的风险。总体看来,目前我国东部沿海江豚已经受到了重金属暴露的风险,但风险较小。(5)总体上3个种群肝脏中Zn、Cu、Mn, Hg,的含量比较高,肾脏中Cd 的含量比较高(Kruskal-Wallis test,Dunn's Multiple Comparisons Test,p0.05)。肾中富集的As、Cu、Hg,Zn在3个海域种群间存在显著性差异。肝脏中富集的Cr、Hg,Mn在3个种群间存在显著性差异。另外,肌肉中富集的As、Cr,Hg在3个种群间也存在显著性差异。通过多重比较(LSD)分析我们发现结果和预期的一样,即,宁波和吕四种群有着较高的富集含量。值得注意的是宁波种群,其3种组织中的Hg含量都显著的高于其他两个种群,且在重金属富集特征上已明显的区别与其他两个种群。从重金属慢性暴露的长期性来考虑,应当关注宁波海域Hg,As的污染。(6)金属硫蛋白基因MT2, MT4的基因多态性很低。且只在MT4基因上发现了两个明显的SNP (单核苷酸多态性)位点。即MT4 (344 G/A,476 A/G)。携带344 GG/476AA基因型的个体在肝脏中累积了显著高含量的Zn, Mn。因此,研究发现的MT4这两个SNP位点可能与Zn和Mn的累积有关。为了今后更好的评价江豚种群对重金属暴露的毒害效应,这两个SNP位点的功能仍需进一步了解。本研究最终认为,我国东部沿海江豚种群可能已经受到了一定的风险。该研究基于稀有实验材料开展了海洋兽类重金属暴露的健康风险研究,为我国沿海重金属污染现状提供了有关高营养级物种的暴露资料。丰富了基于生物监测环境污染的评价方法。开展了金属硫蛋白基因多态性与海洋兽类重金属累积关系的首次探究,虽然需要更多努力,但也可为相关研究提供参考。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X820.4;X171.5;S917.4
【图文】：

通过对这一指标的判断，Ｖｅｎｋａｔｒａｍａｎａｎ邋ｅｔ邋ａｌ邋（２０１５）认为Ｔｉｒｕｍａｌａｉｒａｊａｎ逡逑河河口的沉积物未受到重金属的污染＾＾通过５步的抽提检测，发现重金属主逡逑要富集在最终残留相中，不易被生物体所利用。该方法的策略框架如图２。另外，逡逑亦有简化的抽提步骤，仅利用ＨＣ１或ＥＤＴＡ对样本溶液进行抽提，然后过滤，并逡逑对上清液进行检测［２５］。逡逑ｉｆ本粉辨逡逑￣ｉＭ邋Ｍｇｏｉ，邋ｍｎ逡逑ｉ心逦｜逡逑ｙｆ逦＼逦＿残余d熘刑扇隋义

本文编号：2758696