文摘

为了评估金属的生物体内积累与性别有关,组织,和他们潜在的生态风险,收集四种鱼Yongshu岛南部的南海。金属和稳定Pb同位素在他们的组织(肌肉、鳃、肝、肠和卵巢)测定。金属的浓度(毫克/公斤,干重)在这些物种nd - 21.60 (Cd), 1.21 - -4.87 (Cr), 0.42 - -22.4(铜),1.01 - -51.8 (Mn) 0.30 - -3.28(倪),6.04 - -1.29×103(锌),14.89 - -1.40×103(铁),0.22 - -3.36 (Pb)。一般来说,肝脏和小肠吸收的金属比其他组织。金属积累可以受到性别和摄食行为事实上,雌鱼和膳食暴露更容易积累金属。此外,Pb同位素比率表明,所有物种有重要生物分离,这可能不会让他们良好的示踪剂来源鉴定。大多数样本的金属浓度低于国家标准的价值观联合国粮农组织(美国),这表明这些物种的人类消费可能不会造成健康风险。然而,由于周边地区迅速发展,金属的潜在环境风险将加大,应该得到更多的关注。

1。介绍

金属类污染物的水生生态系统,对海洋生物造成伤害,而且会耗费大量的人类生物污染(1- - - - - -4]。金属在海洋环境的自然和人为来源。后者,如冶炼、污水处理的燃料燃烧,和娱乐活动,有助于增加水生环境风险由于城市的快速发展和工业活动(5]。通过河道流量或大气沉积,边缘海的最重要途径,金属进入水生环境和食物链不断集中在通过生物富集和生物放大(1,6- - - - - -8]。

重金属在过度集中呈现一些毒性生态系统由于其持久性和非生物降解的特性。接触重金属污染物引起慢性DNA损伤、组织和神经系统的变性,干扰离子稳态(7,9]。例如,铅暴露导致贫血,影响血红蛋白的合成8,10]。Cd暴露与肾病,肺癌,骨质疏松症,异常造血作用,以及各种其他11- - - - - -13]。基本金属过量也有毒有机物(14,15];例如,一个高水平的铜影响红细胞功能(16]。

海洋生物,特别是鱼在食物链的顶端,可以吸收大量的污染物并将它们存储在他们的组织1,5]。因此,鱼适合作为被广泛用作一种水生环境的指示环境污染(1,3,17,18]。金属的过程积累在鱼类组织取决于物种,性别、大小、鱼类的代谢活动,和金属接触的方法(例如,饮食和水接触)1,8,19,20.]。组织中的积累金属显示巨大的变化由于特定的组织功能,特别是金属硫蛋白(MTs) [21]。MTs,视为生物标志物和半胱氨酸结合金属对金属的稳态和解毒(很重要22,23]。此外,鱼类含有高质量的蛋白质都大受欢迎,由于大量食用对人体健康的影响(24]。然而,鱼被金属污染对人类有潜在毒性(25]。特别是,鱼可以积累金属整个食物链和生成有毒对人体健康的影响。因此,研究金属的积累在鱼组织中是一个必要的和良好的工具监控污染环境和评估人类食用的安全阈值。

铅同位素比值是一种有效的工具来跟踪Pb的来源和途径。Pb的稳定同位素组成204年铅、206年铅、207年Pb,208年Pb,后者三是放射性元素的产物。Pb同位素的组成取决于父同位素的衰变率和及其分馏并不存在于物理和化学过程(26]。铅污染的不同来源和矿床具有独特的铅同位素比率,因此,许多先前的研究使用同位素指纹识别铅污染气溶胶的来源(27,28],沉积物[29日- - - - - -31日),和生物32- - - - - -34]。然而,这项研究对Pb同位素比率在不同的鱼组织稀缺到目前为止,因为生物分馏(32]。因此,我们的研究开始确定多少信任可以放在Pb同位素指纹源解析的鱼。

南沙群岛是一个主要的南海群岛之一(SCS),由一些岛屿,岛屿、沙洲,和大量的珊瑚礁。这个群岛拥有丰富的自然资源,例如,渔业、鸟粪,天然气和石油储备,这有可能造成周边国家重大经济价值(35]。Yongshu岛位于南沙群岛的西部边缘,是第三个最大的人工岛(3.06公里2在这个地区)。考虑的情况下大幅增加的钓鱼和培养活动SCS和快速周围地区的社会经济发展中,这种密集的人类活动对Yongshu岛将排放污染物到当地环境和威胁海洋生物36,37]。此外,捕获的鱼/培养会有被人生活在邻国,这引发了对潜在的健康风险的担忧(38,39]。据我们所知,研究有关金属的浓度和来源Yongshu岛附近水域的鱼类和其他生物是稀缺的。

基于测量金属浓度在不同的组织(包括肌肉、鳃、肝、肠和卵巢)的4个品种的鱼生活在那里,本研究的目标包括以下几点:( ),讨论了金属浓度在鱼组织中;( )确定性别和吸收的影响在鱼金属的积累;( )澄清Pb同位素分馏的影响在不同的组织;和( )来评估人类消费的风险与国际准则对金属通过比较我们的结果。

2。材料和方法

2.1。样品收集

Yongshu岛(图1),位于SCS (9°32′9°42′N, 112°52′-113°04′E),是一个典型的半封闭式环礁面积约110公里2和一个200米的深度。礁形状的主轴,其长度延伸NEE-SWW方向约25公里,北西-南东和宽度延伸方向约6公里。


图1
位置地图Yongshu岛(9°32′9°42′N, 112°52′-113°04′E),南中国海。采样地点的鱼类分布外岛。

本研究进行的R / V“十堰三世”从2013年8月南海海洋学研究所。从四个物种(包括24鱼个体Gnathodentex aureolineatus (g .本身),Oxycheilinus diagrammus (o . dia),Melichthys vidua (m . vid),Lutjanus kasmira (l .内))收集的钓鱼线附近的岛屿。

2.2。实验室治疗和仪器分析

收集到的样本与去离子水清洗,和身体重量和长度都被记录下来。然后样本存储在聚乙烯袋和保存在一个冰箱(−20°C)之前的分析。每个鱼切割使用清洁不锈钢刀获得吉尔,肝脏,肌肉,心脏,卵巢组织。的g .本身被承认他们的生殖器区分性别。每个样本冷冻干燥粉,然后在玛瑙研钵。

每个鱼的金属浓度样品的基础上,分析了构成(1990)方法与一些修改(46,47]。简而言之,粉样品(0.200±0.001克,干重)使用2.0毫升的HNO消化3聚四氟乙烯,解决方案是加热60°C,直到泡沫消失了。随后又先后消化残留物,0.5毫升H2O21.0毫升H2O2和1.0毫升HNO31.5毫升H2O2在170°C。消化后,解决方案是用脱盐水稀释至25毫升。一夜之间解决后,解决方案是转移到聚乙烯管和储存在4°C。同时,估计干扰,准确性,教学分析和精度,空白和标准参考材料(鳕鱼,DORM-4)来自加拿大国家研究委员会的处理以及样品。

锌和铁的浓度测定采用火焰原子吸收光谱法(FAAS,热电子M6),而浓度的铜、铅、铬、Cd, Mn,倪测定使用电感耦合等离子体质谱法(icp,安捷伦7500 cx)。鱼的样本组织也使用icp分析铅同位素组成的。所有分析铅同位素分析的解决方案被稀释至约25μg / L Pb HNO为1%3并使用icp测定。

2.3。QA / QC

大部分金属的平均回收率92 - 114%左右,而Pb的恢复和Cr是108和109%(见表1)。每10个样本使用的质量控制标准,确保没有污染和漂移法斯和icp分析。

表1
检测极限的icp和分析结果的标准参考材料(鳕鱼,DORM-4)。

Pb同位素分析,国家标准参考材料(GBW04425,中国)分析了标定和分析控制。每个样品测定5次,每个样本的相对标准偏差< 0.5%。的平均比率测量204/206铅、207/206Pb,208/206铅是 , , 和标准的值分别为0.1156,0.4694,和1.0065。

2.4。统计分析

使用SPSS 22.0统计分析(国际商业机器公司)。单向方差分析是用于确定金属在不同鱼类和组织的变化。金属之间的关系用皮尔逊相关分析进行了研究。此外,主成分分析被用来降低数据的维数,进一步确定金属在不同鱼类的关系。

2.5。计算

临时提出的最大每日耐受摄入量(PMTDI)是世卫组织/食品添加剂联合专家委员会(联合),代表被人类摄入食品的最大价值。根据该报告由世卫组织/联合,PMTDI的铜、铁、锰、锌、Cd,镍和铅是50μg /(公斤)/天,4800人μg /(公斤)/天,8μg /(公斤)/天,100人μg /(公斤)/天,0.5μg /(公斤)/天,5.0μg /(公斤)/天,和3.57μg /(公斤)/天(48- - - - - -50]。人类消费的最大价值是计算如下(17]: 在哪里 元素的浓度吗 (μg / g), 鱼是人类的最高安全消费(g /天),和BW体重(60公斤)。

3所示。结果与讨论

3.1。鱼类中金属含量的变化

浓度的8个金属g .本身,o . dia,m . vid,l .内(其总长度从17.38厘米到22.00厘米)进行了分析。如表所示2和3、Cd的浓度、铬、铜、锰、镍、锌、铁、Pb范围从nd - 21.60, 1.21 - -4.87, 0.42 - -22.4, 1.01 - -51.8, 0.30 - -3.28, 6.04 - -1296.26, 14.89 - -1405.31, 0.22 - -3.36毫克/公斤。根据单向方差分析的结果,在铅积累有显著的种间差异( )(图2)。铁和锌浓度在不同鱼类最高,这可能是因为他们是生物体的基本要素。例如,锌对基因的蛋白质很重要(例如,锌指蛋白),铁是血红素酶的不可或缺的元素和核苷酸还原酶(19,51,52]。锰、铜、铬、镍也是必不可少的生物但是显示低水平可能由于不可用高分子量复合物的形成少liposolubility有机复杂53]。Pb和Cd是不必要的元素生物,但Pb的价值l .内是一般高于其他物种,反映了他们的饮食,增长阶段,和周围的环境47]。

表2
浓度(毫克/公斤,干重)的8个金属和207/206Pb和208/206Pb在女性和男性Gnathodentex aureolineatus (g .本身)。
表3
浓度(毫克/公斤,干重)的金属和207/206Pb和208/206Pb在肌肉、鳃、肝、肠和卵巢三种鱼类(o . dia,m .请看和l .内)。

图2
金属的分布在肌肉、鳃、肝、肠、和卵巢从四个鱼类物种。

一般来说,金属在水生生物的浓度明显因地区不同而不同(表和鱼类物种4)。例如,金属的浓度在本研究领域普遍高于西方SCS [39]。与金属浓度在珠江河口相比,浓度的锰、铬、铜、镍、铅在Yongshu高岛(40]。的浓度锰、铬、铜和镍在巴西南部的鱼类都高于其他地区(41),铁和锌的浓度在Yongshu岛是最高的。浓度的铜、镍、铅鱼在SCS低于气溶胶和沉积物,在鱼类高锌的浓度(5,44]。Cd和Cr在鱼的浓度低于沉积物(44]。这些结果与其他研究表明,不同的环境,鱼类和水质量会影响金属的浓度在鱼54]。

表4
金属浓度在SCS的鱼类和其他区域和背景值(SCS气溶胶和沉积物)(毫克/公斤)。
3.2。不同生物体内积累在一个特定的性别

有显著差异的金属浓度在不同性别之间g .本身(表2),尽管男性的性器官太小解剖。一般来说,大多数金属的平均浓度高于女性g .本身,这也被发现Lethrinus lentjan从阿拉伯海湾Fundulus heteroclitus来自美国新泽西州和长岛(1,55]。

至于具体的组织,有男性和女性之间没有显著差异。一方面,大多数金属提出更高的浓度在女性肌肉和吉尔;只在肌肉和镍铁和铬在吉尔高于男性。这与金属分布在肠道,男性积累更多金属除铁、锌和铅。浓度的铁、锌和铜在肝脏高于女性,而锰、铅,铬是高于男性。另一方面,某些金属在一些组织没有关于性别差异,如倪吉尔和肝脏,肝脏中Cd, Mn的肌肉。金属的积累影响主要由荷尔蒙活动,除此之外,增长率,饮食,环境也需要考虑1,56]。女性和男性的鱼有不同浓度的类固醇激素,和最高浓度是肝脏中发现的。金属可以结合甾类激素,然后存储在卵巢或精子导致不同性别的不同金属浓度(18]。

3.3。积累的金属在特定组织

最大浓度的锌、锰和镍的肠所示m . vid(图2),而铁、Cd和Cr被发现,分别在肝脏o . dia,女g .本身,l .内。铁和Cd在肝脏浓度明显高于其他器官( ),除了在小肠o . dia( )。铜的浓度之间存在着显著的差异,不同器官( ),更高的浓度比肌肉,肝脏中可观察到吉尔,或卵巢。肝脏是积累的一个重要器官,新陈代谢,并与大量的MTs解毒,这被视为生物标志物和半胱氨酸结合金属(22]。观察到高浓度的金属在肝脏与MTs和络合酶的形成。因此,鱼类肝脏通常被认为是环境污染的一项指标,用于确定污染的影响。

除了肝脏、肠道可以从金属表明环境压力。图2表明,小肠是主要的器官积累金属,特别是在o . dia铁(645.35毫克/公斤)和Cd(10.19毫克/公斤);m . vidMn(51.83毫克/公斤)、镍(3.28毫克/公斤)和锌(1296.26毫克/公斤);和l .内Cr(4.60毫克/公斤)和Pb(2.83毫克/公斤)。肠道是一个站点对膳食暴露与丰富的MTs和膳食金属可以被MTs和积累在肠道上皮细胞(20.]。

类似于小肠,吉尔在水接触金属吸收的主要器官,是第一个直接接触海水的污染物(57]。与肝脏和肠相比,金属的积累在吉尔低。浓度越高在场o . dia对铜(2.45毫克/公斤);l .内对Fe(533.80毫克/公斤)和Pb(3.36毫克/公斤);g .本身锌(92.62毫克/公斤);和m . vidMn(10.21毫克/公斤)和Cd(0.25毫克/公斤)。Mn显示浓度由于其生物利用度特别高鱼(1]。此外,吉尔最薄的上皮所以促进离子交换与其他组织。的l .内积累更多的Pb吉尔比其他物种,可能是因为压力从污染物影响酶的活动和离子交换。此外,高浓度的铅会导致酶活性的降低鱼类,然后让吉尔更暴露于污染物(58]。

一些金属,特别是锌和铬,被发现在卵巢中积累并可能发挥重要作用在有机体的正常内分泌系统(59]。然而,高浓度的锌可能导致异常的性腺鱼(56]。

金属储存在肌肉的浓度是最低的。例如,浓度的Cdo . dia和l .内低于检出限,但锰和镍积累在肠道的肌肉比显著减少( )。其原因可能是肌肉不是一个活跃的组织的营养物质与肝脏和吉尔(60]。但是,与其他金属,铅浓度肌肉没有明显低于其他组织,这可能是由于环境、物种,代谢活动和饮食习惯。

3.4。比较饮食和水接触

一般来说,鱼有两个主要的金属接触:膳食暴露由吉尔(小肠和水接触20.,61年]。鱼的渗透调节的组织,吉尔和肠让第一次接触与环境(62年]。

大多数金属(Cd、铬、铜、锌)提出所有鱼类的肠道的最高浓度(表2和3),尤其是肠的m . vid。另一方面,Pb和Mn显示更高浓度的吉尔其他三个物种,高浓度的镍o . dia和菲l .内也出现在吉尔。结论,饮食是鱼类中金属污染的主要来源,如前所述Mullus野蛮和斑鳟属trutta(20.,63年]。小肠有大量的自然抗性相关巨噬细胞蛋白,其中一个是DMT1,与金属的运输和可能导致铜和锌在肠道的交互64年]。另一方面,金属可能相互竞争与DMT1债券;例如,镍和铅抑制肠道铁的吸收,和Cd与铁竞争2 +鱼类肠道吸收的(65年]。

3.5。金属在鱼类物种之间的关系

重大的积极的人际关系被发现在锌、锰和镍( )以及Cd和铜( 在不同的组织(表)5)。铬和锌的含量也表现出显著的正相关关系( )。

表5
金属之间的皮尔逊相关系数在不同的物种。

数据有关金属在不同鱼类提取三个主要组件(pc),和这些组件占总方差的72.785%(表6)。PC1占总方差的35.323%,这是由锰、锌、镍、代表生物利用度和海洋生物的基本要素。铜和Cd最高负荷PC2和解释的总方差的23.633%。这两种金属都可以形成稳定的螯合物(例如,四面体MT)与一些蛋白质分子,进一步影响机体的代谢过程(1,19,66年]。铁和铅(这两个可能与血红蛋白)从其他金属构成生物中分离了出来。高浓度的铅导致贫血,抑制某些酶,与铁螯合物(34,67年]。

表6
主成分分析(PCA)的金属组织的四个鱼。
3.6。Pb同位素在生物分离中的应用

大多数鱼类的铅浓度低于2毫克/公斤(数字3 (c)和3 (d)),除了l .内。所有的组织l .内显示的均匀分布208/206Pb平均值为2.204,而其207/206Pb变化从0.984到0.998,最大值是在肝脏中发现。在g .本身,207/206Pb随铅浓度增加而降低。吉尔和肝铅浓度和比例较低,而在小肠和肌肉都高。卵巢的m . vid铅浓度很低,然而,有更高的吗207/206Pb比率比其他组织。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图3
208/206Pb和207/206Pb的四个鱼类和沉积物(靛蓝色三角形=沉积物在南中国海(从45]);彩色圆圈=鱼类)。

有一个大的变化Pb同位素比率在不同组织(图3 (b)),这是类似于其他哺乳动物或鸟类32]。Pb的最高浓度测量吉尔认为,鱼可以累积铅主要通过其鳃从水中[68年]。Pb同位素比率相比周围环境(图3(一个)),研究了鱼倾向于积累较高的铅原子重量,导致更高的比率在不同的组织。这些结果表明,在这些鱼类生物分馏在场。

3.7。人类消费的风险评估

金属可以进入人体的食用鱼的肌肉,所以金属浓度的肌肉可以用作一个工具来评估人体健康风险(3]。粮食及农业组织(粮农组织)和世界卫生组织(世卫组织)提出金属的容许极限风险评估人类从食物消费,和值如下:100毫克/公斤铁、锰0.5毫克/公斤,2.0毫克/公斤铅、Cr 0.15毫克/公斤,10.0毫克/公斤铜、锌50毫克/公斤,0.5毫克/公斤乳糜泻(48,49]。铬和锰浓度在所有鱼类在我们的研究中超过允许的限度值。锌的值o . dia和菲m . vid也在粮农组织/世卫组织的指导方针。

的结果 表中列出7。根据粮农组织的报告,中国人均鱼类消费104克/天(69年]。金属的MSC值女性g .本身高于男性吗g .本身,除了倪。的o . dia遭受了严重的锌污染,会对人体健康构成危险,因为 在o . dia低于100克/天的鱼。这意味着,为了避免负面影响锌、人均消费的鱼o . dia从Yongshu岛应低于60.33克/天。这两个 和 在所有鱼类超过1000,特别是铁o . diaMSC的最高价值。这意味着铁和铜对人体健康可能会造成较少的伤害了鱼的消费量。MSC的最低价值g .本身,m . vid,l .内Cd 300克/天,159.02克/天铅、铅和121.02克/天,所有高于人均鱼类消费量。

表7
金属的最大安全消费( )四个鱼类鱼(g /天)。

根据评估的结果, 和 低于其他金属MSC的值,这表明,锌和铅鱼的消费量可能造成更多伤害人类。的肌肉o . dia,m . vid,l .内倾向于积累更高浓度的锌和铅。这些结果表明,安全消费o . dia,m . vid,l .内应低于MSC,而金属的浓度g .本身对消费都是安全的。

4所示。结论

本研究提出了金属的变化四种不同组织的鱼。铁和锌显示所有物种的最高浓度,而Pb的价值l .内普遍高于其他物种( )。性别差异显著影响金属的分布;例如,金属的浓度在女性g .本身都高于男性。更多的金属堆积在肠道和肝脏,而其他组织。此外,膳食暴露比水更重要接触食物摄取和金属积累从Yongshu岛海域捕鱼。

根据统计分析的结果,锌、锰、镍作为基本金属表现出显著的正相关关系( )。铜和Cd也有正相关,由PC2,竞相形成稳定的螯合物。铁和铅构成生物,与血红蛋白。

Pb同位素比例变化在不同组织在研究鱼类,但所有显示Pb同位素比例高于那些在周围的环境中,这表明这些物种的生物分馏礼物。牢记安全鱼对人类消费水平 在o . dia低于100克鱼/天 在m . vid和l .内略高于鱼100克/天,暗示这可能对人类健康造成健康风险自消费将超过安全阈值。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢R / V的船员“十堰三世”对他们的帮助。这项工作得到了国家自然科学基金(41776088,41776088,41576180,41406213,和J1210050)、福建省自然科学基金,中国(2014 j06014),新世纪优秀人才计划的大学和XMU培训项目的创新和创业的大学生(2016年2016 x0619 2016 x0624, x0629)。作者也感激教授约翰·Hodgkiss援助与香港城市大学的英语。