雄性中国鲎不同组织重金属含量分析和比较

陈志，周洪磊，何家博，蒋奕雄，高苏蕊，秦志清

（1.福建省淡水水产研究所，福建 福州 350002；2.福建省洋泽海洋生物科技有限公司，福建 福州 350600；3.福建农林大学海洋学院，福建 福州 350002）

鲎又称马蹄蟹（Horseshoe crabs），隶属于节肢动物门（Arthropoda），肢口纲（Merostomata），剑尾目（Xiphosura），鲎科（Tachypleidae）[1]。中国鲎又称东方鲎、三刺鲎、夫妻鱼，在我国主要分布于浙江宁波以南的沿海和台湾岛西岸以及澎湖列岛周围，福建沿海的平潭岛、兴化湾、东山岛等地数量较丰富[2]。鲎的祖先出现地质历史时期古生代的奥陶纪末期，是动物界少数现存的“活化石”，但是，由于人类的过度捕杀和栖息地环境破坏导致中国鲎数量急剧减少，目前已成为濒危物种[3,4]，2019 年中国鲎在《IUCN 红色名录》中的等级从原本的数据缺乏更新为濒危[5]，2021 年被列为国家二级保护动物。

目前中国鲎的科学研究多集中在人工繁育[6]、增殖放流、资源保护[7，8]、鲎试剂开发、血细胞[9,10]及其酶活性等[11,12]，中国鲎体内重金属残留的研究较少。梁君荣等[13]分析了不同离子浓度的Zn、Pb、Cu和Cd 对中国鲎胚胎发育的影响；鲍虞园等[14]探究了Hg2+对中国鲎幼体的毒性效应，但对成体鲎体内不同组织重金属残留报道较少。重金属污染物具有强毒性、耐还原性和耐降解性等特点[15]，进入生物体后与蛋白质、酶等物质结合或发生反应，毒性更强，更难以降解，通过食物链的传递，最终在高营养级生物和人类体内富集[16,17]，影响生态环境的同时，也极易引发公害事件[18,19]。本研究通过分析成年中国鲎的结缔组织、血液、书腮和肌肉中Pb、Cd、Cu 和Zn 的富集含量，以了解海洋重金属污染导致中国鲎体内组织重金属富集，探索特异性蓄积规律，并为濒危物种中国鲎种群数量恢复提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料

实验用中国鲎捕于福建平潭和福清兴化湾海域，活体运回实验室后，清理表面附着物，暂养在约300 L 方形塑料桶中2 d，取活力良好的雄性3 只，平均体长（49.66±2.23）cm，平均体质量（1.23±0.12）kg。

1.2 方法

将中国鲎固定住，在头胸间采血；解剖取下附肢，取其背部和附肢中的肌肉；剖开腹面头部，取黄色结缔组织（属类间充质组织，可分化为血细胞）作为结缔组织样本；剪取整个书鳃。将所取样本分别装于密封袋中，-20 ℃冷冻保存，测定Cd、Cu、Zn 和Pb 的含量。采用原子吸收分光光度计法，按照GB 509.268-2016《食品安全国家标准食品中多元素的测定》中的方法检测各组织样品中Cd、Cu、Zn 和Pb的含量，各重金属均为离子型状态。采用单因子污染指数法[20]和均值型污染指数法[21]评价中国鲎结缔组织、血液、书腮和肌肉中的重金属污染状况[22,23]，公式如下：

单因子污染指数Pi=Ci/Si。

式中：Pi为单因子污染指数；Ci为生物体内污染物的实测平均含量（mg·kg-1）；Si为某种污染物的评价标准值（mg·kg-1），中国鲎各组织样本中Pb、Cd、Cu 和Zn 的限量标准参照鱼类对应元素的限量标准，依据《水产品中有毒有害物质限量》（NY 5073-2006）[24]、《食品中污染物限量》（GB 2762-2017）[25]和《食品中锌限量卫生标准》（GB13106-1991）[26]，鱼类Pb、Cd、Cu 和Zn 的限量标准分别为0.5 mg·kg-1、0.1 mg·kg-1、50 mg·kg-1和150 mg·kg-1[27]。

均值型污染指数PI=∑Pi/n。

式中：PI 为均值型污染指数；Pi为单因子污染指数；n 为所测重金属种类数。根据均值型污染指数法的计算结果，将重金属污染程度分为6 个等级，即未污染（PI＜0.1）、微污染级0.1≤PI≤0.2）、轻污染（0.2＜PI≤0.5）、中污染（0.5＜PI≤0.7）、重污染（0.7＜PI≤1.0）和严重污染（PI＞1.0）。

1.3 数据分析和处理

实验数据用软件Excel 2010 和SPSS19.0 进行平均值、标准差及Duncan 多范围检验。P＜0.05 为显著差异，P＜0.01 为差异极显著。用Prism 软件绘制图表。

2 结果与分析

2.1 重金属在中国鲎不同组织中的蓄积含量及比较分析

四种重金属在中国鲎不同组织中的蓄积含量差异明显。Cd 在中国鲎各组织蓄积含量为（图1）：书鳃（42.43 mg·kg-1）＞肌肉（15.20 mg·kg-1）＞血液（0.01 mg·kg-1）＞结缔组织（0 mg·kg-1），结缔组织中未检出Cd，血液中Cd 含量也极低，两者差异不显著（P＞0.05），其他组间Cd 含量差异显著（P＜0.05）；Cu 在中国鲎各组织蓄积含量为：肌肉（20.90 mg·kg-1）＞书鳃（16.80 mg·kg-1）＞结缔组织（0.37 mg·kg-1）＞血液（0.02 mg·kg-1），不同组织间Cu 含量差异显著（P＜0.05）；Zn 在中国鲎各组织蓄积含量为：肌肉（93.20 mg·kg-1）＞书鳃（9.15 mg·kg-1）＞血液（0.02 mg·kg-1）＞结缔组织（0 mg·kg-1），肌肉中的Zn 含量极高，而结缔组织中未检出Zn，结缔组织和血液中的Zn 含量差异不显著（P＞0.05）；其他组织间Zn 含量差异显著（P＜0.05）；Pb 在中国鲎各组织蓄积含量由高到低依次为：肌肉（61.33 mg·kg-1）＞书鳃（11.13 mg·kg-1）＞血液（0.53 mg·kg-1）＞结缔组织（0.28 mg·kg-1），结缔组织和血液中的Pb 含量差异不显著（P＞0.05），其他组织间Pb 含量差异显著（P＜0.05）。

图1 重金属在中国鲎不同组织中的蓄积含量的比较Fig.1 Comparison of accumulation contents of the heavy metals in various tissues of horseshoe crab Tachypleus tridentatus

2.2 组织中的金属蓄积含量比较分析

中国鲎各组织中的重金属蓄积含量如图2 所示。结缔组织中Cd 和Zn 蓄积量差异不显著（P＞0.05），血液中Cd、Cu 和Zn 蓄积量差异不显著（P＞0.05），四种重金属在书鳃、肌肉中差异均显著（P＜0.05）。

图2 中国鲎各组织中的重金属蓄积含量的比较Fig.2 Comparison of heavy metal accumulation in various tissues of horseshoe crab T.tridentatus

2.3 中国鲎不同组织中的重金属污染程度评价

Cd 在中国鲎书鳃和肌肉中的污染指数远超过限量标准（0.1 mg·kg-1），其中书鳃中单因子污染指数Pi高达424.33，结缔组织和血液中均未超过限量标准；Cu 在中国鲎组织中均未超过限量标准（50 mg·kg-1）；Zn 在中国鲎肌肉中蓄积含量（93.2 mg·kg-1）超过限量标准（50 mg·kg-1），其余组织均未超过限量标准（表1）。Pb 仅在中国鲎结缔组织中未超过限量标准（0.5 mg·kg-1），其余组织均超过限量标准，其中在肌肉中蓄积量最高，单因子污染指数Pi高达122.67。PI 结果表明，中国鲎四种组织中，结缔组织属于微污染（0.1＜PI≤0.2），血液属于中污染级（0.2＜PI≤0.5），书鳃和肌肉属于严重污染（PI＞1.0）。

表1 中国鲎不同组织中的重金属污染指数Tab.1 Heavy metal contamination index in different tissues of horseshoe crab T.tridentatus

3 讨论

重金属污染物Cd、Cu、Zn 和Pb 的研究较多，其中Cd 和Pb 一般在海洋生物体内有毒害作用。而Cu 和Zn 一般是组成生物体必需元素之一，但蓄积量达到一定浓度后也会毒害海洋生物。由于缺乏正确引导，沿海居民认为鲎是顶级海鲜食材，吃中国鲎肉和卵的行为时常发生。Pb 和Cd 的毒性较大，长期摄入可能导致人体健康受损，虽然Cu 和Zn 作为人体微量元素，但摄入浓度超过一定阈值也会危害健康。

3.1 环境对重金属蓄积含量的影响

生物体内重金属蓄积量和其生长环境关系密切，生态环境污染严重影响生物体的生长发育和繁殖，甚至可导致生物形态特征、生存数量等发生巨变。中国鲎资源的衰竭主要的原因就是栖息地环境的破坏，包括产卵场的减少和水质的变化等。平潭海域历史上是鲎较多的海域，但目前数量也极少了。对平潭海域的环境监测和实验[28]表明，平潭海域的Pb、Cd 均值质量浓度均小于1 μg·L-1；Cu 的质量浓度介于2.9～7.9 μg·L-1；Zn 的质量浓度介于13.6～47.1 μg·L-1。认为沉积物中重金属Cd 总体为污染，其余重金属为清洁水平。本研究中，Cd 在书鳃中的蓄积量高达42.43 mg·kg-1，书鳃的均值污染指数PI 也最高，达到111.84，其次是Pb。书鳃是呼吸器官，中国鲎书鳃与水质环境交换量大，重金属在书鳃中蓄积明显，说明环境影响中国鲎体内重金属的分布。调查发现，海域的重金属潜在来源主要为船舶排放、生活污水等，所以必须高度重视海洋环境变化对海洋生物的影响。

3.2 重金属蓄积量分析和污染程度评价

中国鲎体内重金属蓄积量分布差异性较大。鲎血可以制成鲎试剂用来检测内毒素[29，30]，这一项特性被广泛应用于临床检验，例如新冠疫苗的研发就离不开鲎试剂。鲎的血液呈蓝色，主要是因其血浆中含有一种可溶性呼吸蛋白—血蓝蛋白，血蓝蛋白的中心原子是Cu。它与氧气结合会变成蓝色。Cu 作为一种微量重金属元素，广泛存在于海洋生物体内。本研究中Cu 在各组织蓄积含量为：肌肉（20.90 mg·kg-1）＞书鳃（16.80 mg·kg-1）＞结缔组织（0.37 mg·kg-1）＞血液（0.02 mg·kg-1），而血液中蓄积量最低，肌肉中Cu 蓄积量最高，说明Cu 在中国鲎体内广泛存在，参与机体组织的生理代谢功能，但蓄积量均未超过无公害食品水产品中有毒有害物质限量标准（50 mg·kg-1）。目前已研究了海洋生物中Cu的分布及浓度变化。Kim 等[31]研究发现，太平洋褶柔鱼（Todarodes pacificus）肌肉中Cu 浓度显著低于消化腺。本研究未检测中国鲎消化腺内Cu 浓度，今后应进一步研究内脏团相关金属元素的浓度变化。Zn 作为微量元素参与机体重要的生理代谢活动，影响多种酶的形成，对机体免疫调节和保持细胞膜的完整性有重要的作用[32]，在海洋生物中不可或缺。关于Zn 作用研究也较多，例如崔勇华等[33]研究认为，克氏原螯虾（Procambarus clarkii）内脏器官对重金属吸收和富集的能力强于肌肉组织，而向外释放的量则低于肌肉组织。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，这与本实验研究结果相同。Zaleha K[35]等研究发现，中国鲎各部位金属蓄积最多的就是Zn，而本研究中肌肉中的Zn 含量极高，在几种检测重金属中最高，高达93.20 mg·kg-1，远高于书鳃、血液。而结缔组织中未检出Zn。笔者在对雌性中国鲎营养成分的比较分析[36]中发现：结缔组织中的DHA和EPA 含量高于肌肉，元素和脂肪酸含量差异较大。

Cd 一直以来都被认为是毒害生物机体产生的元素之一，越积累、毒性越大，Cd 污染还会导致人体慢性中毒[37]。笔者研究了Cd2+对菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）的毒性[38]，发现安全质量浓度分别为0.03 mg·L-1，说明Cd 的毒性要强于其他金属。本研究中，Cd 在中国鲎书鳃中的含量最高，书鳃和肌肉中的指标超过限量标准（0.1 mg·kg-1），而在结缔组织中未检测到，说明中国鲎书鳃对某些金属蓄积能力较强，对有毒性元素在体内重要组织蓄积较少，也说明中国鲎自我保护能力较强。Mei G 等[39]的研究中认为，口虾蛄（Oratosquilla oratoria）的内脏组织对镉的蓄积量远大于肌肉组织。本研究中，书鳃Cd 单因子污染指数是肌肉的近三倍。

Pb 为常见重金属，在生物体内残留时间较长，可沿食物链迁移、大量蓄积，具有隐藏性和不可逆性等特点，对人和海洋生物具有毒害作用[40]。本研究中，Pb 在中国鲎各组织中均有蓄积，书鳃和肌肉的Pb 蓄积量较高，超过了标准限量（0.5 mg·kg-1），而结缔组织和血液中的蓄积较少，差异不显著（P＞0.05），说明Pb 和Cd 在中国鲎体内蓄积较类似，作为有毒重金属，中国鲎血也和结缔组织存在却极低，这对中国鲎后续研究提供了一些思路，有没有可能中国鲎血液中存在某种因子可以降低重金属含量？许道全等[41]研究了北部湾潮间带中国鲎和圆尾鲎（Carcinoscorpius rotundicauda）重金属蓄积情况，发现Pb 在书鳃的蓄积最高。对于其他海洋生物Pb 的蓄积研究也有涉及。虾夷扇贝（Mizuhopecten yessoensis）[42]的不同组织中4 种重金属含量差异显著，内脏团是Cd、Pb 等有毒元素的主要富集器官，这与本研究结果均较一致。

3.3 结论

在中国鲎不同组织中，几种重金属蓄积含量差异较大，肌肉中Pb、Cu 和Zn 的蓄积最高，其次是书鳃；Cd 在书鳃中蓄积最高，其次是肌肉、血液和结缔组织。Cd 在中国鲎书腮和肌肉中远超过限量标准（0.1mg·kg-1），Pb 在书鳃、肌肉和血液也均超过限量标准（0.5 mg·kg-1），中国鲎不同组织的均值污染指数（PI）由大到小排序为：书鳃＞肌肉＞血液＞结缔组织，其中结缔组织属于微污染，血液属于中污染，书鳃和肌肉达到严重污染。食用中国鲎存在一定健康风险。