无机砷在海洋食物链传递中的化学行为及其生态毒理效应

Arsenic is a persistent pollutant widely distributed in the environment, it can be taken up in marine organisms and transferred in food chain. High content of arsenic in marine products has been greatly concerned in recent years. Arsenic species has an effect on its aquatic food chain transfer and toxicity, however, the biological uptake and toxic effect of arsenic in marine food chain are still unclear, the effect of physiological and biochemical processes on food chain transfer of arsenic should also be further studied. Our preliminary works studied the toxicity and effect of inorganic arsenic (Ш) on the growth of microalgae Isochrysis galbana, clam Ruditapes philippinarum and crab Portunus trituberculatus, the growth curve and relative inhibition rate of Isochrysis galbana, the content and tissue distribution of arsenic in marine animals were gained, which are the important bases on this project application. Using the representative primary producer Chaetoceros mulleri and the main economic marine animals Argopectens irradias and Portunus trituberculatus as experimental species, this project will focus on the inorganic arsenic(III、V) transformation of chemical forms in food chain transfer (Chaetoceros mulleri - Argopectens irradias - Portunus trituberculatus) by liquid chromatography - hydrodide generation - atomic flurescence spectrometry, and study the changes in individual growth,relative metabolites and some immune enzymes related to arsenic accumulation, furthermore, biological magnification process and ecotoxicological effect will be analyzed. The results would offer some scientific evidence to illuminate the biogeochemical process of arsenic species, and also provide the theoretical and technical support for arsenic contamination detection and ecological risk assessment.

砷是一种较常见且持久性的污染物，可以被海洋生物富集并通过食物链传递，海产品中的高含量砷已引起人们的普遍关注。砷在水生食物链中的传递及毒性作用可能受砷形态的影响，但对砷在海洋食物链中的生物富集及毒理效应还不清楚，生物的生理生化过程对砷传递的影响也需进一步证实。本课题组前期研究了三价砷（Ш）对金藻、菲律宾蛤仔及三疣梭子蟹生长影响与急性毒性，测定了砷的含量变化与组织分布等，为本项目的申请奠定了一定的基础。本项目以我国黄渤海典型初级生产者角毛藻（硅藻门）、主要经济生物栉孔扇贝和三疣梭子蟹为研究对象，采用液相色谱-氢化物发生-原子荧光联用法，测定无机砷（Ш、V）在海洋食物链传递中的化学形态转化，研究试验生物对砷胁迫的相关生长、代谢与关键酶活性变化，分析其生物富集规律与生态毒理效应。为阐明砷元素的海洋生物地球化学循环过程提供一定的科学依据，为近海无机砷污染监测与生态风险评价提供一定的技术支持。

砷在水生食物链中的传递及毒性效应可能受其形态的影响，但对砷在海洋食物链中的生物富集及毒理效应还不清楚，生物的生理生化过程对砷传递的影响也需进一步证实。本课题以牟氏角毛藻、栉孔扇贝和三疣梭子蟹为研究对象，分析了无机砷（Ш、V）在海洋底栖食物链传递中的富集规律、化学形态转化及其生态毒理效应。主要研究成果包括：（1）无机砷暴露会影响牟氏角毛藻对磷酸盐的吸收、细胞繁殖及叶绿素a合成。适当浓度的无机砷可以提高牟氏角毛藻细胞SOD、谷胱甘肽还原酶酶活性及GSH含量，而As（V）暴露则会抑制SOD酶活性和GSH产生；一定浓度的无机砷会促进藻细胞中丙二醛、过氧化氢的产生，而高浓度条件下会抑制丙二醛产生。牟氏角毛藻细胞中均检测到As（III）、As（V）两种形态，且以As（V）形态为主。（2）扇贝对砷具有一定的排出能力，且As（V）可能排出速度比As（III）快。栉孔扇贝肝胰腺中消化酶活性总体上随着投喂量增加呈先升高后降低趋势；抗氧化酶体系部分被激活。但长期摄食富砷饵料藻可能会对扇贝组织造成氧化损伤。（3）实验后期，三疣梭子蟹肝胰腺中检测到砷，梭子蟹可能具有将无机砷转化成有机胂的能力，且首先转化为结构较简单的甲基胂类。肝胰腺中胃蛋白酶活性呈波动性降低；SOD活性受诱导而升高，CAT活性受抑制而降低；并诱导MDA和H2O2含量增加，长期暴露可能会导致梭子蟹组织的氧化性损伤。（4）无机砷沿该食物链传递过程中具有生物放大效应，且随着时间的延长放大效应越明显。本研究证实了砷元素在海洋底栖食物链中的迁移规律，为近海无机砷污染的生物标志物监测与生态风险评价提供一定的技术支持，并为阐明砷的海洋生物地球化学循环过程及其致毒/解毒机理提供了部分科学依据。