莱州湾海洋PAHs污染调查与生物监测技术的研究_曹云浩.pdf

第4 5卷 第1期2 0 2 3年 2月海 洋 湖 沼 通 报T r a n s a c t i o n so fO c e a n o l o g ya n dL i m n o l o g yV o l.4 5 1F e b.,2 0 2 3莱州湾海洋P AH s污染调查与生物监测技术的研究曹云浩,潘鲁青*,孙家伟,李泽远(中国海洋大学 海水养殖教育部重点实验室,山东 青岛2 6 6 0 0 3)摘 要:本文在2 0 1 8年3、5、8、1 0月份开展了莱州湾P AH s污染调查和生物监测技术研究。结果表明:莱州湾表层沉积物 P AH s范围为1 9 7.5 35 7 5.7 3n g/gd.w.,最低为S 4站3月份,最高为S 2站1 0月份;四角蛤蜊软体部为7 3.4 31 5 6.3 9n g/gd.w.,最低为S 4站3月份,最高为S 2站8月份。表层沉积物、四角蛤蜊软体部中P AH s含量均值均呈现S 2S 3S 1S 4的变化趋势。通过皮尔逊相关性分析得出鳃丝E R O D、S O D、G P x、D NA损伤、L P O和消化盲囊C Y P 4 5 0、E R O D、UG T、T-AO C、G P x、D NA损伤、P C、L P O可作为指示莱州湾P AH s污染的现场生物标志物。鳃丝与消化盲囊的I B R分析结果存在差异,鳃丝I B R得分均值呈现S 2S 3S 4S 1的趋势,而消化盲囊则为S 2S 3S 1S 4。MP I表明S 2处于严重污染等级,S 3处于轻度污染等级,S 1与S 4相近处于轻度与良好等级之间,鳃丝、消化盲囊的I B R和MP I结果表现出良好的一致性。其中消化盲囊I B R站点得分均值排序与化学监测结果排序相同,且消化盲囊的指数评价结果与莱州湾沉积物的P AH s含量显著相关。由此可见,综合生物指数分析方法是评估海洋环境污染状况的有效工具。关键词:莱州湾;多环芳烃;四角蛤蜊;生物标志物;综合生物指数中图分类号:S 9 1 7.4 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 3-6 4 8 2(2 0 2 3)0 1-1 0 7-1 0D O I:1 0.1 3 9 8 4/j.c n k i.c n 3 7-1 1 4 1.2 0 2 3.0 1.0 1 5引 言多环芳烃(P o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s,P AH s)是一类典型的持久性有毒污染物,主要来源于有机物的热解和不完全燃烧,具有残留期长、高毒性和生物富集率高等特点,已被联合国列为2 7种重要的持久性有毒物质之一。随着我国海上石油和轮船运输业的快速发展以及工农业废水、生活污水的大量排放,我国海洋P AH s污染日益加重1-2,严重威胁着海洋环境的生态安全,已成为海洋环境必须优先控制和监测的污染物。目前海洋环境污染主要以化学监测为主,不能反映污染物的生物效应,随着生物标志物技术的兴起,海洋生物监测技术得以快速发展3-4。虽然生物标志物可以客观真实的综合反映环境状况和污染物对指示生物的影响,由于自然海区污染复杂,出现了生物标志物分析与污染不相符的问题。针对生物标志物在现场污染监测中存在的问题,近十年来,欧洲学者提出利用多种生物标志物同步响应法联合指示海洋污染水平,发展了一整套综合生物指数分析方法用于近海污染特征的综合诊断,从而系统评估海洋生物生存压力、海洋环境污染水平和海洋生态系统健康状况等,逐渐成为评价海洋环境质量的实用工具,如B e l i a e f f和B u r g e o t5利用综合生物标志物响应指数法(I B R)成功地将波罗的海德国沿海不同站位污染程度的时空差异区分开来。此外,多生物标志物污染指数(MP I)也已成功应用于欧洲波罗的海6的海洋环境质量评价。然而,目前国内关于综合生物指数的报道并不多见。基金项目:山东省重点研发计划项目(2 0 1 8 GHY 1 1 5 0 0 7)第一作者简介:曹云浩(1 9 9 4),男,硕士研究生,从事渔业环境监测技术研究。E-m a i l:1 1 7 3 7 1 4 1 4 3q q.c o m*通信作者:潘鲁青(1 9 6 6),男,博士,教授,主要从事水产动物环境生理学。E-m a i l:p a n l q o u c.e d u.c n 收稿日期:2 0 2 0-0 7-1 81 0 8 海 洋 湖 沼 通 报2023年双壳贝类营滤食性生活、代谢率低,对有机污染物具有较强的生物蓄积作用,常被用作海洋环境污染的指示生物。本研究选取山东典型海湾-莱州湾为研究海域,以四角蛤蜊(M a c t r av e n e r i f o r m i s)为指示生物,调查了莱州湾表层沉积物的P AH s污染状况,分析了四角蛤蜊毒理学指标,全面筛选适用于P AH s污染监测的现场生物标志物,并运用综合生物指数方法系统评估了莱州湾P AH s的污染效应,为山东近海P AH s污染监测和风险评估提供了科学依据。1 材料与方法1.1 调查站点选择山东省莱州湾的取样站点为:S 1黄河入海口(3 7 5 1 1 5 N,1 1 9 1 4 2 2 E)、S 2东营市广利港(3 7 4 2 3 0 N,1 1 8 9 5 2 2 E)、潍坊市昌邑下营镇潍河入海口S 3(3 7 0 8 0 1 N,1 1 9 2 9 3 2 E)和莱州市三山岛S 4(3 7 3 0 0 9 N,1 1 9 8 6 3 6 E)(如图1所示),分别于2 0 1 8年3月、5月、8月、1 0月在S 1、S 2、S 3、S 4站点采用抓斗式挖泥器采集沉积物,收集表层05c m样品,铝箔包好后置于棕色磨口玻璃瓶中,真空度小于1 0p a、零下4 0条件下冷冻干燥1 8h,并研磨成粉状。四角蛤蜊解剖后去鳃丝、消化盲囊和软体部,液氮研磨,所有样品保存于-8 0超低温冰箱中。图1 山东省莱州湾取样站点分布图F i g.1 T h es a m p l i n gs i t e so fL a i z h o uB a y,S h a n d o n gP r o v i n c e1.2 实验指标的测定方法1.2.1 P AH s含量测定参照中华人民共和国国家环境保护标准 土壤、沉积物多环芳烃的测定(H J7 8 62 0 1 6)中的液相色谱方法测定表层沉积物中P AH s含量,梯度洗脱程序为:6 0%乙腈+4 0%纯水,保持2 7m i n,以4%乙腈/m i n的增量至1 0 0%乙腈,保持至出峰完毕。表示单 位 为n g/gd.w.(每 克 沉 积 物 P AH s含量,干重)。参照中华人民共和国国家环境保护标准 食品中多环芳烃的测定(G B5 0 0 9.2 6 52 0 1 6)中的液相色谱方法测定贝类软体部P AH s含量,梯度洗脱程序为:5 0%乙腈+5 0%纯水,保持5m i n,2 0m i n时乙腈占比为1 0 0%,保持5m i n后,5 5m i n时乙腈占比降低到5 0%,保持至出峰完毕。表示单位为n g/gd.w.(每克贝类软体部 P AH s含量,干重)。本研究采用外标回收实验来控制实验数据的准确性,选用的外标为十氟联苯,样品加标回收率在7 1.1 59 0.5 5%的范围之内,符合美国国家环境保护局(U SE P A)标准的要求。1.2.2 毒理学指标的测定(1)解毒代谢酶指标细胞色素P 4 5 0含量参照Om u r a(1 9 6 4)的方法7;E R O D酶活力测定参考P o h l和F o u t s(1 9 8 0)的方法8;G S T酶活力的测定参考了H a b i g等(1 9 7 4)的方法9;S U L T活力测试参照B e c k m a n n(1 9 9 1)的方法1 0;UG T活力测试参照S r g e l等(1 9 8 0)的方法1 1。(2)抗氧化防御指标T-AO C指标选用南京建成的T-AO C试剂盒测定。S O D活力测试参照M a r k l u n d和M a r k l u n d(1 9 7 4)的方法1 2;C AT活力测定参照G r e a n w a l d(1 9 8 5)的方法并进行适当修正1 3;G P x酶活力测定参1期莱州湾海洋P AH s污染调查与生物监测技术的研究1 0 9 照H a l l i w e l l和G u t t e r i g e(1 9 9 9)的方法1 4;G S H活力测试参照H i s s i n和H i l f(1 9 7 6)的方法1 5。(3)组织损伤效应指标脂质过氧化(L P O)的测定参考W i l l s(1 9 8 7)的方法并有所改进,主要以次级代谢产物丙二醛(MD A)的含量代表脂质过氧化程度1 6;蛋白羰基化(P C)的测定参照了M e c o c c i等(1 9 9 9)的方法并进行了适当修改,单位定义为n m o l2,4-二硝基苯肼/m go fp r o1 7;D NA损伤效应(F值)的测定参考了C h i n g等(2 0 0 1)的方法并稍加改进1 8。(4)蛋白含量的测定蛋白含量的测定参照B r a d f o r d(1 9 7 6)考马斯亮蓝G-2 5 0法并进行了适当改进1 9。1.3 基于生物标志物的指数评价法1.3.1 莱州湾P AH s现场生物标志物的筛选采用皮尔逊相关性分析方法,分析莱州湾各站点四角蛤蜊鳃丝、消化盲囊毒理学指标与软体部P AH s含量的相关性,筛选基于四角蛤蜊的莱州湾P AH s现场生物标志物。1.3.2 综合生物标志物响应指数计算方法综合生物标志物响应指数(i n t e g r a t e db i o m a r k e rr e s p o n s ei n d e x,I B R)由法国海洋开发研究院的B e l i a e f f和B u r g e o t建立5,该方法利用星状图表示每个站位上各生物标志物测定结果的赋值,通过计算星状图面积得到某站位的I B R值,以区分不同站位之间污染程度。具体过程如下:计算每种生物标志物的平均值Xi以及所有取样站点上的总平均值(Xm e a n)与标准差(S);对每一种生物标志物进行Z-S c o r e标准化,令Zi=(Xi-Xm e a n)/S,若该生物标志物因污染被诱导,则令A=Zi,反之则A=-Zi,该种生物标志物的总得分记为Bi=A+|Xm i n|。最后,由每一监测位点Bi为星状图对应生物标志物在坐标轴上的长度,由所有标志物围起的面积即为I B R得分。1.3.3 多生物标志物污染指数计算方法多生物标志物污染指数(m u l t i-b i o m a r k e rp o l l u t i o n i n d e x,MP I)方法由法国波尔多第一大学的N a r-b o n n e等于1 9 9 9年创立6,将生物标志物所有站点的平均值按照特定的分类规则赋值为不同的污染指数(b i o m a r k e rp o l l u t i o n i n d e x,B P I),MP I得分即为所有站点B P I的和,并根据MP I的数值大小,将污染程度划分为5个等级来直观反映污染程度的时空差异。计算过程如下:计算每一取样站点的响应范围即极值(R R)和显著水平为0.0 5时该种生物标志物算术平均值的平均置信区间(C I);计算判别因子(D F)值,D F=(R R+C I)/C I,根据D F值得大小,确定每一取样站位的差异区间数目值(即水平数),本研究中采用向上取整的规则;将每一取样站点该种生物标志物按照不同的水平数赋予相应的B P I。最后计算出每一取样站点的环境污染响应值MP I=nj=1B P Ij。1.4 数据处理所有实验结果均以3个平行处理的平均值标准差(M e a n s S.D.)表示,利用数据统计软件I BMS P S SS t a t i s t i