重金属污染水域底栖生物螺的生物标志物响应机理研究

This project will take the Xinjiang River of Poyang Lake basin as the research scope with heavy metal polluted channel reservoirs as the study area, and choose representative dominant benthic biota - Cipangopaludina cahayensis as the research object carrying out the following studies: (1) analyze the distribution characteristics of heavy metals in research area and heavy metals absorption and accumulation in the Cipangopaludina cahayensis’s body by using internal and external experimental method, clarify the form of typical heavy metals in Cipangopaludina cahayensis which live in the reservoir effected by the mining waste-water, then reveal the main source of pollutants; (2) analyze the morphological characteristics and biological reaction of Cipangopaludina cahayensis under compound stress of heavy metals, construct the relationship between heavy metal pollution level and morphological and the biological response of Cipangopaludina cahayensis, reveal the heavy metals detoxification molecular mechanism of Cipangopaludina cahayensis body; (3) screen the early warning indicators biomarkers combined with the study of regional ecological risk assessment through the passive biological monitoring (PBM) and pollution area active biological monitoring (ABM). Results will have the certain innovation significance to the development of water environment and water ecology field.

本项目将以鄱阳湖流域信江干流为研究范围，以重金属污染河道型水库为主要研究区域，选择研究水域代表性优势底栖生物-中华圆田螺为研究对象：（1）采用室内外实验手段分析研究区域重金属分布特征以及重金属元素在螺体内吸收、积累等过程，阐明矿区污染水库典型重金属元素在螺体中赋存形态，并揭示污染物的主要来源；（2）分析复合重金属污染胁迫下螺的形态特征与生物反应，建立重金属污染水平与螺形态及生物反应关系，探讨螺体内重金属元素解毒的分子机制；（3）通过现场被动生物监测(PBM)以及污染区主动生物监测(ABM)，结合研究区域基于生物多样性统计分析的生态风险评价，筛选具有预警指示作用的分子生物标志物。研究成果对于水环境与水生态领域科学研究发展具有一定的创新意义。

沉积物重金属污染暴露下，水生动物由于能在分子水平快速作出响应而成为研究热点。本文选取“土著”底栖生物——中华圆田螺为受试生物，在室内模拟实验筛选敏感生物标志物的基础上，分析矿区尾水影响下乐安河水域重金属复合污染特征并构建现场主动生物监测技术，揭示中华圆田螺暴露于天然水域沉积物重金属复合污染下的生物标志物响应规律与生态风险。.（1）室内试验以中华圆田螺为受试生物，研究在重金属离子亚致死毒性暴露下，田螺体内超氧化物岐化酶（SOD）、乙酰胆碱酯酶（AChE）活性及金属硫蛋白（MT）、谷胱甘肽（GSH）、丙二醛（MDA）含量变化。结果表明，SOD活性、GSH含量变化随暴露浓度升高呈“钟形”曲线；AChE活性受重金属污染胁迫出现抑制，浓度升高，抑制率增大，但不同重金属抑制率有差异；而MT、MDA含量则随重金属暴露浓度的升高而增加。本次实验中，单一暴露下SOD、GSH、MT、MDA是敏感生物标志物；而SOD和GSH是重金属联合毒性效应研究中最敏感的生物标志物。.（2）Cu、Cd、Pb、Zn、Cr、As重金属总量最大的监测断面主要位于乐安河中游。饶河生物多样性指数指示底栖生物的分布与沉积物重金属污染分布相关。乐安河被动生物监测结果显示，底栖生物的生物标志物与沉积物重金属在空间分布上有相关性，其中田螺体内的AChE与Zn、MT与As有显著相关性（p<0.05），GSH与Zn、MDA与Pb有极显著相关性（p<0.01），可以采用底栖生物标志物来进行重金属污染生物毒性现状评价。.（3）四个季节的主动生物监测发现，SOD活性具有显著的季节特征； MT能很好地指示重金属污染物空间分布的差异；GSH也是一种敏感的重金属生物标志物，污染较重的乐安河中游田螺体内的GSH活性诱导率显著高于其它河段；在污染较重的乐安河中游，田螺体内的MDA含量、脂质过氧化水平最高。几种生物标志物都具有季节差异，秋、冬季大于夏季。.（4）IBR指数平均值夏季>秋季>冬季>春季，空间分布上来看中游>下游>上游；空间差异最大的季节是冬季，IBR值最大河段与最小的之比为3.89，空间差异最小的是秋季，比值仅为1.23。从IBR与沉积物重金属及生物标志物的相关性分析结果看，Cu、Cr、Zn三种重金属对乐安河重金属污染的贡献较大，对重金属污染敏感程度最高的生物标志物是SOD。