底栖蜥形副平牙虾虎鱼重金属富集规律及其生物动力学机制研究

Heavy metal pollution has been highly addressed as an important environment and food safety issue in China. The goby, a benthic or cave-living species, often accumulate high level of heavy metals, which usually leads to the decrease of fish fitness and population decline. However, the characteristics of heavy metal bioaccumulation in those fish are still unclear. The present study will examine the relationship between heavy metal bioaccumulation of the goby (Parapocryptes serperaste) and heavy metal contents in habitats (water, diet and sediment), and investigate the uptake and bioaccumulation, and elimination of heavy metal (Cd and Cu) in the goby using integrated tools of biokinetic modeling, multiple stable isotope tracing technique and subcellular partitioning modeling. The present study will characterize heavy metal bioaccumulation in the benthic goby, and demonstrate the biokinetic mechanism of heavy metal bioaccumulation in the benthic goby. The findings would reveal mechanism of high levels of heavy metal bioaccumulation in the benthic goby， and provide the theory for the transfer and biological fate of heavy metals in marine ecosystems, and also will provide the theory and technology for the conservation and restoration of the gobies.

重金属污染已成为我国非常重视的生态环境和食品安全问题。虾虎鱼等底栖或穴居鱼类普遍具有较高的重金属富集，这往往会导致其种群适合度下降，甚至是资源退化，但目前尚不清楚其重金属富集规律及高富集的原因。项目拟以经济价值高但野生资源量锐减的蜥形副平牙虾虎鱼为研究对象，通过野外调查，解析鱼体重金属富集与环境中重金属水平的关系；通过室内试验，运用多重稳定同位素示踪、亚细胞分布模型研究虾虎鱼从环境中（水、食物和沉积物）吸收重金属（以Cd和Cu为代表）的生物动力学特征，研究试验鱼排出体内重金属的生物动力学特征；结合野外和室内研究，建立底栖虾虎鱼的重金属生物富集动力学预测模型。项目将阐明虾虎鱼重金属富集规律及其相关的生物动力学机制，结果有助于揭示虾虎鱼等底栖或穴居鱼类高的重金属富集的原因，丰富重金属污染物在海洋生态系统迁移转化和生物归趋等研究领域的基础理论，也为我国虾虎鱼资源保护提供理论基础和技术支撑

水生动物经常通过自然环境中的多种途径同时接触金属。本研究探索了一种三重稳定同位素示踪方法，以量化当鱼暴露于Cd24 h时，虾虎鱼从水中（110Cd追踪）、沉积物（111Cd追踪）和日粮（113Cd追踪）的同时吸收镉（Cd）生物动力学（图1-1）。然后通过改进的生物动力学模型预测了4周内从多个途径同时摄取Cd的情况。结果表明：水相110Cd、沉积物相111Cd和日粮113Cd在鱼类中的吸收速率常数分别为3.1 L kg-1 d-1、2.2×10-4 g g-1 d-1和3.3×10-3 g g-1 d-1。沉积物Cd的生物利用度低于水相和食物相Cd，当沉积物与海水之间的Cd分配系数（Kd）大于6×104 L kg-1时，沉积物可能成为总Cd生物累积的主要Cd来源。改进模型可以成功预测3条路线同时吸收Cd的情况。该模型表明，3种路线的Cd生物蓄积量均随环境Cd浓度的增加而增加。综上所述，多稳定同位素示踪方法和改进的生物动力学模型在预测多种金属暴露途径下的Cd生物蓄积性方面具有广泛的通用性和适用性，并可能适用于其他金属。这项研究使用镉（Cd）和底层海洋虾虎鱼作为模型系统，以确定在同时暴露于水，沉积物和食物中的Cd的条件下组织特异性吸收。本研究使用三重稳定同位素示踪方法，其中每个暴露路线都加标不同的稳定同位素（110Cd，111Cd和113Cd）。结果表明：鱼类通过鳃和胃肠道（GT）吸收水生和沉积Cd，食物中Cd通过GT吸收。鳃主要从水中吸收Cd（77.2-89.4%），而GT主要从食物中吸收Cd（81.3-98.7%）。在肌肉和胴体中，Cd的摄取主要来自食物（47.1-80.4%）和水（22.8-51.6%）。我们的研究表明，当水生动物通过多种摄取途径同时暴露时，每种途径对金属积累的摄取和相对重要性具有高度的组织特异性，并且比单一的金属暴露途径更复杂。