无机砷在海洋底栖食物链的传递和生物转化研究

Arsenic (As) pollution is one of the most serious problems in some coastal waters in China. As could be transferred and transformed along food chains, and present potential risks to humans and organisms in ecosystems. In earlier studies, we found that arsenic contamination in benthic fishes was extremely serious in some Chinese coastal areas, with the highest content about 30-fold higher than the Chinese safety standards. This project will focus on typical marine benthic food chains (Sediment–Phyllodoce laminosa–Trypauchen vagina). How inorganic arsenic is transferred and biotransformed in marine benthic food chains will be investigated using radiotracer technique and arsenic speciation analysis techniques. This project will take interdisciplinary approach combining knowledge of environmental chemistry, ecology and toxicology to explore the pattern of transformation of arsenic in marine food chains, as well as the reason for high accumulation ability of arsenic in marine benthic fish. Information obtained in the study will be useful for pollution monitoring and ecological risk assessment of inorganic arsenic in marine environments, and will provide a theoretical basis to reduce arsenic contamination to human health and ecosystems.

砷污染是我国近海最严重的环境污染问题之一，砷可以通过食物链传递对人体健康、生态与环境产生严重危害。申请人前期研究发现我国沿海部分处于食物链顶端的底栖鱼类体内砷含量严重超标。然而，砷如何沿着海洋底栖食物链传递及其生物转化过程尚不清楚。因此，本项目拟以一典型海洋底栖食物链【沉积物—叶须虫（食泥多毛类）—孔虾虎鱼（底栖鱼类）】为研究对象，结合放射性同位素示踪技术和砷形态分析技术研究无机砷在海洋底栖食物链的传递和生物转化过程，并阐明砷的传递方式和形态转化之间的相互关系。本项目的特色在于运用环境化学、生态学和毒理学方法和理论，研究无机砷在海洋底栖食物链的生物累积效率、传递效率、生物放大潜力、形态转化、转化效率和速率，阐明无机砷在海洋底栖食物链的迁移转化规律，解析砷在海洋底栖鱼类强富集能力的原因。研究成果将为近海砷污染监测与生态风险评价提供一定的技术支持，为降低砷污染、保护人体健康提供理论依据。

中国沿海的沉积物含有相对高的砷浓度，主要为五价砷As(V)，这一砷形态可能沿着海洋底栖食物链传递。然而，海洋底栖鱼类摄食特定的食物其体内砷的生物累积和生物转化研究尚少。本研究，聚焦一条典型的海洋底栖食物链，主要包括沉积物、无脊椎动物（多毛类和蛤）以及诸氏鲻虾虎鱼。采用不同暴露时间和暴露浓度的逐级暴露实验，研究诸氏鲻虾虎鱼对砷的生物转化速率和效率。采用放射性同位素示踪技术，研究砷在诸氏鲻虾虎鱼的生物动力学，包括水相的吸收效率、食物相同化效率以及排出率。我们发现诸氏鲻虾虎鱼摄食两种食物（多毛类和蛤）后表现不同的生物转化。诸氏鲻虾虎鱼摄食蛤对砷的生物转化速率比摄食多毛类高，而且随着两种食物中无机砷比例增加，诸氏鲻虾虎鱼对砷的生物转化效率降低。诸氏鲻虾虎鱼对砷的总生物累积比较低，主要是因为低的水相吸收效率和食物相同化率以及高的排出率。结合生物转化和生物动力学研究，我们发现包含不同砷浓度和砷形态的不同食物导致诸氏鲻虾虎鱼体内砷累积基本一致。