海洋環(huán)境中雙齒圍沙蠶的汞累積及放射性研究

在環(huán)境研究中，底棲生物發(fā)揮著重要作用。對重金屬（尤其是汞的積累和釋放）的研究尤其是對魚類和其他環(huán)節(jié)動物的研究。多毛類沙蠶分布廣,數(shù)量大,活動范圍較貝類廣,易采集、易養(yǎng)殖,對環(huán)境因子適應(yīng)性強(qiáng),是理想的實(shí)驗(yàn)動物。它作為底棲生物應(yīng)該與貝類同樣受到重視.近年來,人們在重金屬污染及其代謝機(jī)制研究方面,發(fā)現(xiàn)累積在生物體內(nèi)的某些重金屬,能與硫蛋白(thionein)結(jié)合為金屬硫蛋白(Metallothionein),并有誘導(dǎo)合成該蛋白的作用。但是,國內(nèi)尚未見這方面的研究報(bào)道。另外,也有人提出,可以生物體內(nèi)結(jié)合的金屬硫蛋白做環(huán)境污染的指標(biāo).在本實(shí)驗(yàn)中,用203HgCl2示蹤,以SephadexG-75凝膠層析,從雙齒圍沙蠶(PerinereisaibuhitensisGrube)中分析出汞類金屬硫蛋白(Metallothionein-like),并測定了雙齒圍沙蠶對203Hg的累積及生態(tài)環(huán)境對汞累積的影響.實(shí)驗(yàn)條件與方法海水取自青島匯泉灣沿岸,實(shí)驗(yàn)所用海水均經(jīng)煮沸.海泥采于膠州灣青島市自來水公司附近海灘,取表面層20cm深左右,過濾、煮沸.雙齒圍沙蠶采自青島市李村河口北岸海灘,在室內(nèi)預(yù)養(yǎng)一周,用清潔海水洗凈,加入Ⅰ、Ⅱ組的養(yǎng)殖容器內(nèi),每組50條.各組的實(shí)驗(yàn)條件列入表1.2—7天換一次海水,同樣消毒滅菌,加203HgCl2,保持原來的放射性濃度.在實(shí)驗(yàn)期間,雙齒圍沙蠶不喂餌.按計(jì)劃的時(shí)間間隔,取生物、海泥和海水樣.(1)生物取樣與處理:每次取沙蠶5條,清水沖洗,吸干表面水。分三段(前、中、后段)分別稱重、測量放射性。然后,做203Hg在不同組分中的分布分析,具體方法見參考文獻(xiàn)2、4。(2)海泥取樣與測量:每次取樣三個(gè),由表層至底部采3—5毫升,測其放射性,以干重計(jì)算海泥的放射性濃度.(3)海水取樣:每組每次取三個(gè)樣品,每個(gè)5毫升,測其放射性.系中國科學(xué)院原子能研究所產(chǎn)品?；瘜W(xué)狀態(tài)為203HgCl2,出廠的比放射性為200—400毫居里/克·汞.金屬硫蛋白與雙齒圍沙蠶的相互作用各次取樣測得雙齒圍沙蠶的放射性計(jì)數(shù)、濃縮系數(shù)與累積時(shí)間關(guān)系見圖1和圖2.從圖1中可以看出,雙齒圍沙蠶對汞的積累能力較強(qiáng),在35天的實(shí)驗(yàn)期間,雙齒圍沙蠶濃縮系數(shù)達(dá)182,而且還在增長,尚未達(dá)到累積平衡。但是,同紫貽貝和毛蚶比較,雙齒圍沙蠶的累積能力較弱。圖2為沙蠶前、中、后段測得的濃縮系數(shù)曲線,其累積能力:后段>前段>中段,但差異不大.203Hg在雙齒圍沙蠶組織勻漿中可溶部分與沉淀部分的分配列于表2.從表2可見,可溶部分約占60%左右,隨時(shí)間變化有增加的趨勢.可溶部分的SephadexG-75凝膠層析實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3.圖中有兩個(gè)203Hg的峰,前者是203Hg和生物大分子結(jié)合,其分子量大于70,000;后者與203Hg結(jié)合的物質(zhì),分子量小于細(xì)胞色素C(11,700)而大于3,000。該物質(zhì)可能是結(jié)合203Hg的類金屬硫蛋白(Metallothionein-like),約占可溶部分203Hg的40%左右,占雙齒圍沙蠶累積總203Hg的23—28%。以紫外吸收分析,測得203Hg與蛋白吸收曲線有相關(guān)性。自Margoshes等人1957年發(fā)現(xiàn)金屬硫蛋白以來,人們對金屬硫蛋白有不少研究和評述。金屬硫蛋白是一種半胱氨酸含量高(30—35%)、可與重金屬結(jié)合、對熱穩(wěn)定的可溶性低分子量蛋白質(zhì),分子量為6,000—10,000.在某些生物體內(nèi),鎘、鋅、銅、汞等重金屬能誘導(dǎo)合成該蛋白質(zhì).它能貯存重金屬,使重金屬毒性得以解除,其他生物功能尚不清楚。在本實(shí)驗(yàn)中雙齒圍沙蠶組織中類金屬硫蛋白結(jié)合的203Hg約占其總203Hg的,23—28%,可見金屬硫蛋白在雙齒圍沙蠶體內(nèi)與金屬貯存有關(guān)。圖4為對照實(shí)驗(yàn)?zāi)z層析圖.對照實(shí)驗(yàn)是將未經(jīng)示蹤的雙齒圍沙蠶,在組織勻漿中加203Hg,其余步驟與實(shí)驗(yàn)樣品同樣操作.從圖4看出,也有結(jié)合203Hg的金屬硫蛋白這個(gè)峰,只是量比實(shí)驗(yàn)組少。這說明雙齒圍沙蠶在示蹤實(shí)驗(yàn)前體內(nèi)就有金屬硫蛋白.A.Viarengo等人提出以生物體內(nèi)結(jié)合的金屬硫蛋白作為海洋銅污染的指標(biāo).本實(shí)驗(yàn)所用雙齒圍沙蠶采集的海域,據(jù)周家義等人報(bào)告,已被汞污染。對照組雙齒圍沙蠶分析出類金屬硫蛋白。這說明雙齒圍沙蠶可能已被污染.因此,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果支持了A.Viarengo等人的上述論點(diǎn).然而我們在其他研究工作中則與此不同.汞在紫貽貝體內(nèi)幾乎全部與沉淀部分及可溶部分的生物大分子物質(zhì)(M.W.>70,000)結(jié)合,在實(shí)驗(yàn)的35天期間沒有檢出金屬硫蛋白.又如鈷在紫貽貝體內(nèi)可溶部分中,大部分以小分子及離子(M.W.<3,000)存在,同樣沒有檢出金屬硫蛋白。因此,我們認(rèn)為,若僅以金屬硫蛋白作為污染指標(biāo),對某些重金屬元素和生物可能是適用的,但是它對更多的重金屬元素與生物是否適用,還有待深入研究。表3所列數(shù)據(jù)是生活在不同的生態(tài)環(huán)境(I組:海泥;Ⅱ組:海水)中,雙齒圍沙蠶對汞的累積結(jié)果.從表3可以看出,海泥中的放射性濃度平均高出海水的1/3左右.但是,海水中的沙蠶累積203Hg(及Hg)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出海泥中的沙蠶,平均高出103倍.本實(shí)驗(yàn)I組,汞加入海泥(沉積物)中,經(jīng)攪拌混合均勻后,絕大部分存在于固相中,水相(表面水、間隙水)中含量極少。沉積物中含有腐植質(zhì),具有大量的活性官能團(tuán),對陽離子具有強(qiáng)親和力,尤其是對汞,有90%以上是以腐植酸汞的絡(luò)合態(tài)存在.可能汞在水中、泥沙中的化學(xué)狀態(tài)不同,致使其被生物吸收的難易程度相差很大,從而影響了雙齒圍沙蠶的吸收和累積.本文