重金属在双壳贝类体内的生物富集动力学及净化技术的初步研究

论文摘要

随着工农业生产的发展,海洋环境污染日益严重,一些养殖海域受到Cu、Pb、Cd等重金属的污染。贝类具有生物富集作用,能从水体中将低浓度的重金属离子富集于体内,除对自身产生危害作用外,富集于其体内的重金属可通过食物链进行传递,对人类的身体健康构成严重威胁。基于上述原因,本文以浙江沿海两种代表性养殖贝类——泥蚶和褶牡蛎为研究对象,采用半静态双箱动力学模型室内模拟研究了它们对海区代表性重金属Cu、Pb、Cd的生物富集动力学特性,并在动力学的基础上对褶牡蛎体内重金属的净化技术进行了探索性研究,同时研究了Cu、Pb、Cd三种重金属在褶牡蛎体内的分布情况。旨在系统认识其富集动力学特性,估计重金属污染程度,用以指示环境质量以及对人类的潜在威胁进行预测,及进一步探讨贝类重金属净化技术的可行性,以期为贝类健康化养殖规范的制订、贝类重金属净化研究、贝类产品的饮食安全及贝类产品开发提供科学依据和基础资料。通过对富集与排出过程泥蚶、褶牡蛎体内重金属污染物的动态监测及对监测结果的非线性拟合,得到了泥蚶、褶牡蛎富集重金属的吸收速率常数K1、排出速率常数K2、生物富集系数BCF、生物学半衰期B1/2等动力学参数。同时,通过对模型的拟合优度检验,验证了双箱模型用于泥蚶、褶牡蛎对Cu、Pb、Cd三种重金属的生物富集的可行性。两种贝类对三种重金属的生物富集研究结果表明,吸收速率常数K1及生物富集因子BCF均随着外部水体金属暴露浓度的增大而减小;泥蚶对三种重金属的富集能力依次为Pb＞Cd＞Cu,排出能力依次为Cu＞Cd＞Pb;褶牡蛎对三种重金属的富集能力Cd＞Cu＞Pb,排出能力依次是Cu＞Pb＞Cd;理论平衡时生物体内的重金属含量(CAmax)随着外部水体浓度的增加而增加,可以认为泥蚶、褶牡蛎均是是Cu、Pb、Cd的强净积累者,因此其体内的金属含量能如实地反映水环境的污染状况和水域近期的污染过程,从而可以考虑把泥蚶、褶牡蛎作为我国沿海海域重金属Cu、Pb、Cd污染的指示生物。通过Cu、Pb、Cd的生物富集参数换算出泥蚶健康化养殖水体中它们的安全限量分别为0.065mg/L、0.0007mg/L和0.001mg/L,褶牡蛎健康化养殖水体中的安全限量分别为0.028mg/L、0.0019mg/L和0.0005mg/L。前者与无公害食品——海水养殖用水水质标准有一定的差异,后者与标准中限量要求大致相符。为制订我国泥蚶、褶牡蛎健康化养殖规范中Cu、Pb、Cd的安全限量提供了思路和参考。以褶牡蛎为研究对象,探讨了盐度、饵料、CaNa2EDTA、维生素C、壳聚糖等物质对于贝类重金属排出净化的影响,以及对贝类营养指标的影响。结果表明,升高盐度有利于褶牡蛎体内Pb的排出,但有碍于Cd的排出,升高盐度和降低盐度均有利于Cu的排出,但降低盐度对牡蛎的营养价值有影响;投喂适宜的饵料有利于其体内重金属的排出;CaNa2EDTA对褶牡蛎体内Cu、Pb、Cd的排出没有显著影响,VC对Cu、Pb、Cd的排出都具有明显的促进作用,壳聚糖对Cu、Cd的排出有一定的促进作用,但对Pb的排出促进作用不明显,且VC、壳聚糖对牡蛎的营养价值均无影响。VC、壳聚糖对于促进牡蛎体内重金属的净化,理论上具有一定的可行性,但其应用及其影响重金属排出的详细机理还有待于进一步研究。Cu、Pb、Cd三种重金属在褶牡蛎体内的含量分布随着不同组织而大不相同。鳃和内脏团是重金属富集及分布的主要部位,从饮食安全和产品开发的角度上讲,食用肌肉部分比使用整个贝肉更安全,可选择性地剔除污染严重且营养价值较低的鳃组织。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 重金属污染概况
• 1.1.1 重金属污染的来源及其危害
• 1.1.2 近岸海域重金属的污染状况及重金属污染监测概况
• 1.1.3 贝类产品中重金属的污染现状
• 1.2 贝类对重金属的生物富集研究概况
• 1.2.1 贝类对重金属吸收与转运机理的研究概况
• 1.2.2 生物富集
• 1.2.3 重金属富集机理的研究概况
• 1.2.4 生物富集的影响因子
• 1.2.5 生物富集因子BCF及其测定方法
• 1.2.6 生物富集模型
• 1.3 双壳贝类重金属净化研究进展
• 1.3.1 贝类净化
• 1.3.2 双壳贝类对体内重金属的解毒作用
• 1.3.3 双壳贝类重金属排出净化研究进展
• 1.4 本课题的研究目的与意义
• 第2章 泥蚶对重金属Cu、Pb、Cd的生物富集动力学研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验材料与设备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 主要实验仪器和试剂
• 2.3 实验装置与实验方法
• 2.3.1 生物饵料培养
• 2.3.2 生物富集实验
• 2.3.3 样品测定
• 2.3.4 生物富集模型——双箱模型的具体描述
• 2.3.5 数据处理与模型拟合优度检验
• 2.4 实验结果与讨论
• 2.4.1 泥蚶对三种重金属的生物富集曲线及拟合结果
• 2.4.2 泥蚶对三种重金属的生物富集动力学参数
• 2.4.3 泥蚶对三种重金属的生物富集动力学特性
• 2.4.4 对模型的拟合优度检验结果
• 2.4.5 泥蚶的动力学参数与相关文献数据比较
• 2.4.6 泥蚶养殖水体中Cu、Pb、Cd安全限量探讨
• 2.5 本章小结
• 第3章 褶牡蛎对Cu、Pb、Cd的生物富集动力学研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验材料与设备
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 主要实验仪器和试剂
• 3.3 实验装置与实验方法
• 3.3.1 饵料培养
• 3.3.2 生物富集实验装置与方法
• 3.3.3 样品前处理及测定方法
• 3.3.4 生物富集模型的描述
• 3.3.5 数据处理
• 3.4 实验结果与讨论
• 3.4.1 褶牡蛎对三种重金属的生物富集曲线及拟合结果
• 3.4.2 褶牡蛎对Cu、Pb、Cd的生物富集曲线动力学参数
• 3.4.3 对模型的拟合优度检验结果
• 3.4.4 讨论
• 3.4.5 褶牡蛎养殖水体中Cu、Pb、Cd安全限量探讨
• 3.5 本章小结
• 第4章 贝类重金属净化技术的研究初探
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与设备
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 主要实验仪器和试剂
• 4.3 实验装置与实验方法
• 4.3.1 饵料培养
• 4.3.2 褶牡蛎对重金属的富集试验
• 4.3.3 褶牡蛎对重金属的排出净化试验
• 4.3.4 样品的测定方法
• 4.3.5 重金属净化效果的表征（净化动力学参数的确定）
• 4.3.6 数据处理
• 4.4 实验结果
• 4.4.1 盐度对褶牡蛎体内重金属排出的影响
• 4.4.2 饵料对褶牡蛎体内重金属排出的影响
• 2EDTA、V_C、壳聚糖对褶牡蛎体内重金属排出的影响'>4.4.3 CaNa₂EDTA、V_C、壳聚糖对褶牡蛎体内重金属排出的影响
• 4.4.4 净化各组褶牡蛎营养指标的变化
• 4.5 讨论
• 4.5.1 盐度对褶牡蛎体内重金属排出的影响
• 4.5.2 饵料对褶牡蛎体内重金属排出的影响
• 2EDTA、V_C、壳聚糖对褶牡蛎体内重金属排出的影响'>4.5.3 CaNa₂EDTA、V_C、壳聚糖对褶牡蛎体内重金属排出的影响
• 4.5.4 净化各组条件对褶牡蛎营养指标的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 重金属在贝类体内的含量分布研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验材料与设备
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 主要实验仪器和试剂
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 原始样品中重金属含量分布
• 5.3.2 富集样品中重金属含量分布
• 5.3.3 净化样品中重金属含量分布
• 5.3.4 重金属测定方法
• 5.3.5 数据处理
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 重金属Cu在不同组织中的分布
• 5.4.2 重金属Pb在不同组织中的分布
• 5.4.3 重金属Cd在不同组织中的分布
• 5.4.4 讨论
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录
• 硕士期间完成的论文与专利
• 致谢