家鸽对城市区域大气重金属污染物的暴露响应研究

Atmospheric heavy metal pollution has become a major concern in the global world. Biomonitoring is also significant important in the field of ecological science. The project plans to use pigeon as the biological indicator species of atmospheric environment. Harbin and Beijing, which are frequent haze in northern China, are selected as the research area. We will focus on using of homing pigeons as a biomonitor of affects of atmospheric metal exposure and screening sensitive tissue for atmospheric heavy metal exposure. Based on the periodic determination of metal concentrations in atmospheric particulate matter and pigeon's diet of pigeon, we quantitatively analyze the differences in accumulation due to oral and respiratory routes of exposure through the control experiment for the pigeons. Then we will analyze the use of homing pigeons as a biomonitor of atmospheric contaminants by comparing accumulated tissue concentrations with atmospheric metal concentrations. We also will evaluate adverse effects observed during necropsy and compare results obtained between two major urban areas with histories of atmospheric pollution problems. The resulting data will provide sufficient data for the development of a protocol for using homing pigeons as a biomonitor in urban environments and provide specific information on diseases resulting from contaminant exposure that may assist in public health decisions and environmental regulations.

大气重金属污染已成全球关注的热点问题，污染物的生物指示在生态环境科学研究领域具有重要意义。本项目拟以家鸽作为大气环境的生物指示物种，选择中国北方雾霾频发的哈尔滨市和北京市作为研究区域，重点研究家鸽组织对大气颗粒物重金属的污染暴露响应过程，筛选大气重金属暴露的敏感组织。通过室内外控制实验，家鸽饮食的控制监测，阐明呼吸吸入与食物摄入不同暴露途径下家鸽肝、肾、肺组织重金属的累积特征；基于大气颗粒物和不同年龄组家鸽组织重金属浓度的定期检测，定量剖析大气颗粒物重金属暴露对家鸽组织的影响；通过组织病理切片观察，评估重金属污染暴露的毒性效应，确定各城市存有潜在危害的金属元素，以期为今后实施大气环境重金属的生物监测评价提供方法依据，为人类健康的潜在风险评估及有针对性的大气环境治理提供数据支持。

以家鸽作为大气环境的生物指示物种，选取中国北方雾霾频发的哈尔滨市和北京市作为研究区域，通过野外调查、室内外控制实验、室内样品测试分析、组织病理切片观察，剖析不同暴露途径下家鸽肝、肾、肺组织重金属的累积特征，筛选大气暴露响应的敏感组织，探讨家鸽敏感组织对大气颗粒物中重金属的暴露响应过程，评估家鸽重金属污染暴露的毒性效应。主要进展与成果如下：. （1）基于室内外控制实验，分析了家鸽体内各组织的重金属累积差异。家鸽各组织中重金属镉（Cd），铅（Pb）和汞（Hg）的含量并无性别差异；组织间重金属累积差异显著；各组织Cd的含量存在显著的区域差异，户外家鸽肺组织和羽毛Pb的含量区域差异显著。结合食物摄入和呼吸吸入两种暴露途径，阐明了家鸽肝和肾组织一定程度反映食物摄入的重金属累积过程，肺组织可以作为敏感组织器官来监测城市区域大气中重金属的污染情况。 . （2）基于实验2，分析了大气重金属暴露对不同年龄组家鸽组织累积的影响。结果显示，三个实验阶段，大气颗粒物PM2.1中Cd、Hg和Pb的含量整体呈I>III>II的趋势；哈尔滨市1岁家鸽肺组织中Cd和Pb的浓度随时间累积显著；10岁家鸽肺组织中Cd和Pb浓度显著高于1岁和5岁家鸽；Cd元素更易在家鸽肺组织中累积。北京和哈尔滨两地家鸽肺组织与大气颗粒物PM2.1中重金属含量趋势一致。. （3）探讨了大气重金属暴露对家鸽组织损伤程度。实验1中哈尔滨家鸽肺组织中尘细胞显著高于北京家鸽肺组织中尘细胞的数量，与两地肺组织中重金属浓度分布特征一致；实验1和2北京和哈尔滨两地区的部分家鸽肺组织已出现病理表现。利用Pearson相关分析，发现较高浓度的Cd、Hg和Pb更易导致肺组织中尘细胞的出现，初步建立了大气颗粒物重金属浓度——家鸽肺组织重金属浓度——组织损伤程度的相关关系。