丁蘭平 徐佩杭 楊宇峰 黃冰心①

(1.汕頭大學 汕頭 515063;2.暨南大學 廣州 510632)

海水養(yǎng)殖可進一步滿足人們對蛋白質的大量需求,同時也能帶來巨大的經濟效益。但隨著養(yǎng)殖規(guī)模的擴大及人類對海洋環(huán)境的影響,海產品中重金屬的富集及超標已成為一大問題,并引起廣泛的關注。據報道,伊朗波斯灣地區(qū)的金槍魚罐頭和巴西日本海鮮餐廳中的生魚片均測出含有Hg、Cd、Pb等重金屬(Emami Khansariet al,2005;Morganoet al,2014);馬來西亞的西海岸中貽貝富集有 Cd、Cu等重金屬(Yapet al,2004);廣東沿海海域有些養(yǎng)殖牡蠣中Zn、Cu含量超標,櫛孔扇貝及牡蠣中Cd含量也超過無公害標準,而珠江三角洲的大量食用海魚體內均富集有Cu、Zn、Pb、Cd等重金屬(姜杰等,2009;Leunget al,2014);寧波市售海產品中如海蜇、蚶子、貽貝、毛蚶、牡蠣、香螺和泥螺等Cd、Cu超標嚴重(王立等,2013);大連市售部分海產品存在不同程度的Pb、Cd污染(宋曉昀等,2013);廣西茅尾海 2種養(yǎng)殖牡蠣重金屬污染嚴重,食用價值受到嚴重威脅(宋忠魁,2011)。

重金屬可通過食物鏈傳遞進入人體,對人體造成多方面、多層次的危害(王豫,2011;Zhaoet al,2014)。因此,海產品的重金屬超標問題需要引起重視,并對其采取一定的措施。但海水養(yǎng)殖區(qū)的環(huán)境、構造比較特殊,如果使用已廣泛應用于工業(yè)生產中的物理方法[如活性炭吸附法(Hamzaet al,2013)]和化學方法[如絮凝沉淀法(韓曉婷等,2013)、膜分離技術法(鄧永光等,2013)]治理,不僅耗時費力,還會帶來一定的經濟損失,然而通過生物修復途徑則能較好地規(guī)避這些缺陷。據報道,利用海洋微藻如小球藻對Zn、Pb等重金屬進行生物吸附,效果顯著(Kumaret al,2013;申鷹等,2014);而利用微生物如海洋細菌對重金屬污染水域進行生物修復也是可行的(Dashet al,2013;Janet al,2014)。

另外,許多研究表明大型海藻對重金屬污染有一定的生物修復能力。據報道,大型海藻孔石莼和裙帶菜對 Cu均有較強的吸附能力(魏海峰等,2008;Chenet al,2008);而龍須菜和馬尾藻對水體Cd有較好的去除效率,適宜對海水 Cd污染進行生物修復(Hashimet al,2004;吳小松等,2009);另外,皮江蘺和石生蜈蚣藻(新擬名)Grateloupia lithophila對環(huán)境中的 Cd、Hg、Pb、Cd均有較好的生物吸收能力(Tamilselvanet al,2013)。利用大型海藻去除重金屬有諸多優(yōu)點,如能耗低、效率高、吸附量大、環(huán)境友好,以及可處理高濃度或低濃度重金屬污染水體等,潛能巨大( Shenget al,2007;Egeet al,2013)。但并不是所有的大型海藻都可以對重金屬污染生物修復,所選的大型海藻既要有較強的重金屬富集能力,又要對重金屬有較高的耐受性和較大的生物量,如江蘺、海帶等(陸開形等,2006)。

目前,大多數重金屬生物修復研究多集中在近海岸,對于我國傳統(tǒng)海水池塘養(yǎng)殖的相關研究卻很少。而海水池塘養(yǎng)殖是沿海養(yǎng)殖的主要方式之一,屬于投餌養(yǎng)殖,環(huán)境更為復雜,污染物難以稀釋減少,因此海水池塘養(yǎng)殖生物修復研究形勢更為嚴峻。徐永健等(2007)曾研究菊花江蘺對養(yǎng)殖池塘水質修復實驗,主要針對養(yǎng)殖水體中無機氮、無機磷的凈化。游翠紅等(2012)曾在半封閉式青蟹養(yǎng)殖池塘中放養(yǎng)細基江蘺,通過水體理化因子、青蟹產量、存活率等指標探討細基江蘺對該水體水質的改善作用。但除了江蘺外甚少有見報道其它大型海藻用于池塘養(yǎng)殖生物修復,這與養(yǎng)殖池塘生長環(huán)境的特殊性、江蘺的強適應性密切相關。而作為大型經濟海藻,我國的江蘺栽培產量在2011年超15萬t,較上年增加31.94%(農業(yè)部漁業(yè)局,2012)。此外,江蘺可常年進行栽培,生長力旺盛,產量較高,是一類在生物修復方面非常有潛力的大型海藻。而且,細基江蘺作為我國南部海水池塘栽培的主要大型經濟海藻,已產生較大的經濟效益(陳錘,2001;潘紅球等,2010),但目前未見其在海水池塘養(yǎng)殖區(qū)重金屬生物修復方面的研究報道。

因此,本文著重探究細基江蘺對海水養(yǎng)殖池塘水體中重金屬 Cu2+的生物修復能力,以期為綜合治理海水養(yǎng)殖池塘的重金屬污染提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及預培養(yǎng)

實驗材料細基江蘺取自廣州市南沙區(qū)海水養(yǎng)殖池塘。選擇健康藻體,去除表面雜藻,用大量海水沖洗材料,放在室內水族箱內暫養(yǎng)兩周。適應期水溫(24±1)°C,光照強度 100—200 lx,鹽度 15,光周期12L :12D。挑選粗壯、分枝茂密整齊、顏色較濃,且藻體完整、無損傷腐爛現象的江蘺樣品進行實驗研究。

1.2 實驗設計

實驗所用Cu2+用CuSO4·5H2O粉末配制。設置了5 個 Cu2+濃度,分別為 0、0.05、0.2、0.8、2.0mg/L,每組除 0mg/L以外均分別設兩個平行(由于藻體生物量不足,對照組只有一個樣)。

歸化與異化，是根據譯者不同的文化立場而呈現出的兩種翻譯策略。歸化采取目的語所習慣的表達方式來傳達原文的內容，當源語中出現目的語中的文化盲點或是有文化差異時，要用跨文化的詞語來轉換成讀者熟悉的文化形象，便于目的語讀者理解，避免引起誤解。而異化，則盡可能地在翻譯時遷就外來文化的語言特點，保留譯出語的語言和文化差異，其目的是開拓譯出語的文化形象色彩，在風格和其他方面突出原文本之“異”[3]，多采用源語的表達方式。

實驗各組均精確稱取鮮活藻體(0.800±0.005)g,在 200mL人工海水和相應濃度梯度的三角瓶內,同一光照培養(yǎng)箱中恒溫培養(yǎng),培養(yǎng)條件為溫度 25°C,光照強度 300—400 lx,鹽度 29,光周期 12L :12D,pH=6。

1.3 實驗分析方法

1.3.1 細基江蘺的形態(tài)學觀察 從實驗當天開始,每天觀察藻體在不同濃度的重金屬離子處理下外表形態(tài)的變化。經過一段時間,對健康藻體與受脅迫藻體進行切片并用顯微鏡觀察。

1.3.2 細基江蘺生長率的測定 處理 14天后,用吸水紙吸干江蘺體表水分,稱重,計算藻體的生長率SGR(specific growth rate)(劉靜雯等,2001)。

式中,Wt為t時間的鮮重,Wo為開始時的鮮重,t為實驗天數。

1.3.3 細基江蘺對水體中 Cu2+去除率的測定 于5天后取各組水樣20mL,過濾加酸然后密封保存,用極普儀測定水體中重金屬離子的含量。細基江蘺對水體中重金屬去除率按以下公式計算:去除率(%)=[(重金屬離子的起始濃度－培養(yǎng)后重金屬離子的濃度+對照組培養(yǎng)后重金屬離子濃度)/重金屬離子起始濃度]×100%。

1.3.4 細基江蘺對水體中 Cu2+吸附量的測定 按1.3.3方法取樣并測定后,計算細基江蘺對水體中重金屬Cu2+吸附量。計算公式為:江蘺對重金屬離子的吸附量(mg/g)=(重金屬離子的起始濃度–培養(yǎng)后重金屬離子的濃度+對照組培養(yǎng)后重金屬離子濃度)×200mL/江蘺鮮重(g)。

1.3.5 細基江蘺實際光合效率的測定 利用water-pam分別在第4、9、14天時分別對所有樣品中的藻體進行實際光合效率Yield測定。

1.3.6 數據處理與分析 數據用軟件Excel 2003、Origin 8.0處理。

2 結果

2.1 Cu2+對細基江蘺外觀形態(tài)的影響

藻體外觀形態(tài)的變化是反映藻體對重金屬脅迫反應最直觀的指標。經過 14天的連續(xù)觀察,細基江蘺在0—0.8mg/L的Cu2+處理下的外觀形態(tài)基本沒有變化,而在2.0mg/L Cu2+處理下,從第2天開始細基江蘺藻體開始綠化,到第 4天藻體已有一半綠化,到第14天僅有少量藻體未被綠化。

由圖1的a與b比較可以發(fā)現,受脅迫細基江蘺藻體樣品大量被綠化。說明在 2.0mg/L Cu2+濃度下,細基江蘺藻體已不能正常生長。

圖2中c、d、e、f均為受脅迫藻體片段,g、h均為健康藻體片段,兩者比較,可以發(fā)現受脅迫藻體表面有大量黑色素沉積,且部分藻體顏色明顯變淺,說明Cu2+在藻體內部富集會造成藻體色素變化;從d、e、f的藻體片段可以看出,大部分藻體綠化是從主軸開始,然后逐步向分枝綠化。

圖3中i、j為健康藻體橫切面,k、l為受脅迫藻體橫切面,兩者比較可以看出,受脅迫藻體細胞壁稀散,無構型,細胞雜亂無章,顏色變淺,受損嚴重。

圖1 細基江蘺受脅迫樣品(a)與健康樣品(b)外觀對比Fig.1 Comparison in the appearance between stressed samples(a)and healthy samples(b)of G.tenuistipitata

圖2 細基江蘺受脅迫的藻體片段(c,d,e,f)與健康片段(g,h)的形態(tài)特征比較Fig.2 Comparison in morphology between a part of stressed samples(c,d,e,and f)and a part of healthy samples(g and h)of G.tenuistipitata

2.2 Cu2+對細基江蘺生長的影響

圖4顯示,細基江蘺的生長率 SGR隨著 Cu2+濃度的升高呈先上升后下降的趨勢,在較高濃度2.0mg/L Cu2+脅迫下,細基江蘺鮮重出現負增長;在0.2mg/L Cu2+濃度下,SGR達最大值,說明在該濃度下細基江蘺生長最為迅速。

圖3 細基江蘺受脅迫藻體橫切面(k,l)與健康藻體橫切面(i,j)特征比較Fig.3 Comparison of the cross section between stressed samples(k and l)and healthy samples(i and j)of G.tenuistipitata

圖4 不同Cu2+濃度對細基江蘺生長率SGR的影響Fig.4 Effects of various Cu2+ concentrations on SGR of G.tenuistipitata

2.3 細基江蘺對水體中Cu2+的去除效果

在培養(yǎng)5天后,細基江蘺對水體中的Cu2+的去除效果見圖5。實驗結果表明,細基江蘺在一定程度上能吸收水體中的Cu2+,并且隨著時間的變化,水體中Cu2+濃度呈下降趨勢。細基江蘺對水體中Cu2+的去除率呈先下降再上升的趨勢,在較高濃度 Cu2+(0.8mg/L)處理下,其去除率達到了 55.8%,而最高濃度Cu2+(2.0mg/L)處理下的去除率為69.9%。

2.4 細基江蘺對水體中Cu2+的吸附能力

本次試驗研究了細基江蘺對Cu2+處理5d后的吸附量,結果如圖6。由圖中的變化趨勢可知,在實驗范圍內,細基江蘺對 Cu2+的吸附量隨著 Cu2+濃度的增高而增大。

圖5 不同Cu2+濃度下細基江蘺去除水體中Cu2+的效果Fig.5 Removal ratio of Cu2+ in various Cu2+ concentrations in seawater by G.tenuistipitata

圖6 不同Cu2+濃度下細基江蘺吸附Cu2+的效果Fig.6 Effect of Cu2+ absorption in various Cu2+ concentrations by G.tenuistipitata

2.5 水體中 Cu2+濃度對細基江蘺實際光合效率Yield值的影響

經測定,在第4、9、14天中,0—0.8mg/L Cu2+濃度培養(yǎng)下的細基江蘺,測定其實際光合效率Y值都處于區(qū)間[0.625,0.720],且沒有明顯線性變化,而2.0mg/L Cu2+濃度培養(yǎng)下的細基江蘺,Y值均處于區(qū)間[0.413,0.540]。比較兩者區(qū)間可知,2.0mg/L Cu2+濃度對細基江蘺產生脅迫,使其光合效率明顯下降。

3 討論

海水池塘養(yǎng)殖大多是半封閉式凈水養(yǎng)殖,對動物養(yǎng)殖來說,池塘只有蓄水養(yǎng)殖功能,缺乏有效的水質凈化功能,養(yǎng)殖水環(huán)境容易惡化,重金屬難以稀釋降解,導致養(yǎng)殖產品質量及產量下降(宋偉等,2009)。藻體細胞壁是多孔結構,有較大的表面積,且其組成成分提供了大量可以與金屬離子結合的官能團,使得藻類大多可以富集眾多金屬離子(陸開形等,2006;江用彬等,2007)。本次實驗采用的大型海藻細基江蘺具有藻類所具有的一般特性,均具有適應能力強、生長快、產量高、容易栽培等優(yōu)點,細基江蘺也是少數適宜于海水池塘栽培的大型藻類。故研究細基江蘺對海水池塘養(yǎng)殖區(qū)重金屬Cu的生物修復具有較明顯的生態(tài)意義。

綜合分析實驗 14d過程中各組細基江蘺的外觀形態(tài),以及14d的生長率的變化,可以初步反映出重金屬 Cu對細基江蘺生長的影響。結果顯示在小于0.8mg/L Cu2+濃度下江蘺形態(tài)上未有明顯變化,而在2.0mg/L Cu2+濃度下江蘺明顯受到脅迫,不能正常生長;細基江蘺的生長率隨 Cu2+濃度的升高呈現先升高后下降的趨勢,在 0.2mg/L Cu2+濃度下達最高值,說明在該濃度下細基江蘺生長速度最快。通過比較5d后與最初水體中 Cu2+含量的變化,在本實驗范圍內可以發(fā)現細基江蘺對 Cu2+的去除率隨著 Cu2+濃度的升高呈現先下降后上升的趨勢,在0.2mg/L Cu2+濃度下的去除效果差。通過分析、比較實驗數據,發(fā)現這主要是由于5d后的0.05mg/L Cu2+濃度下某個測量值出現異常,導致該濃度下Cu2+去除率異常高,是否屬正?，F象還有待進一步研究驗證。而細基江蘺對Cu2+的吸附量隨著 Cu2+濃度的升高呈逐步升高的狀態(tài),這說明在高濃度(≥0.8mg/L)時,細基江蘺對Cu2+有較好的去除效果,且能吸附大量的Cu2+。在實驗的第4、9、14天測定各組江蘺的光合效率,得出2.0mg/L Cu2+濃度下的細基江蘺組光合活力明顯小于其余實驗組,而其余實驗組之間并無明顯差異,再一次說明2.0mg/L Cu2+濃度對江蘺產生嚴重脅迫,影響了其光合效率。

本次研究足夠說明細基江蘺對重金屬銅有較好的耐受性和生物富集能力,但是實驗過程仍然有不足之處,如實驗組不夠完善,濃度梯度(0.2—0.8mg/L之間)有待增加等,這也為以后的實驗研究提供了參考。

通過本次研究,可以得出在今后的海水池塘養(yǎng)殖中可以選擇細基江蘺與魚蝦等進行混養(yǎng),通過細基江蘺對池塘進行生物修復,以達到單位海產品重金屬含量達標的目的。同時細基江蘺是提取瓊膠的重要原料,也可作為養(yǎng)殖動物的餌料,具有極高的經濟價值,在修復池塘的同時能夠獲得較高的經濟利益,是值得進行大面積推廣應用的優(yōu)良海藻栽培物種。

致謝在本文的工作過程中,汕頭市環(huán)境保護監(jiān)測站的李樂研究員為測重金屬含量提供技術支持,本實驗室譚華強、王展、顏澤偉等研究生在實驗過程及文章修改過程中給予了熱心幫助與大力支持,謹致謝忱。

王 立,姚潯平,范建中,2013.寧波市售海產品鉛鎘銅含量調查及評價.中國衛(wèi)生檢驗雜志,23(8):1981—1984

王 豫,2011.淺談食品中重金屬對人體的危害及預防.青海農技推廣,(4):8—9

鄧永光,葉恒朋,黎貴亮等,2013.電滲析法處理含鉻廢水的研究.工業(yè)安全與環(huán)保,39(1):35—37

申 鷹,龔會琴,楊鴻波等,2014.利用小球藻監(jiān)測污染水體中重金屬污染和小球藻對重金屬的吸附效應研究.貴州科學,32(1):78—81

劉靜雯,董雙林,2001.溫度和鹽度對幾種大型海藻生長率和NH4-N吸收的影響.海洋學報,23(2):109—116

江用彬,季宏兵,2007.藻類對重金屬污染水體的生物修復.地理科學進展,26(1):56—67

農業(yè)部漁業(yè)局,2012.中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒.北京:中國農業(yè)出版社,23—24

楊正勇,黃書培,2010.水產養(yǎng)殖經濟研究文獻綜述.中國漁業(yè)經濟,28(4):166—176

吳小松,黃鶴忠,丁飛飛等,2009.龍須菜對水體 Cu2+,Cd2+的去除效率及其生理響應.水生態(tài)學雜志,2(5):41—45

宋 偉,韓士群,劉海琴等,2009.池塘養(yǎng)殖廢水處理技術研究進展.江蘇農業(yè)科學,(6):277—280

宋忠魁,2011.廣西茅尾海 2種養(yǎng)殖牡蠣重金屬含量評價.安徽農業(yè)科學,39(1):317—319

宋曉昀,李 瑞,張 磊等,2013.大連市售海產品鉛,鎘污染狀況分析與評價.實用預防醫(yī)學,20(12):1474—1475

陸開形,唐建軍,蔣德安,2006.藻類富集重金屬的特點及其應用展望.應用生態(tài)學報,17(1):118—122

陳 錘,2001.海水養(yǎng)殖江蘺栽培.北京:中國農業(yè)出版社,1—3

陳思行,1996.世界海水養(yǎng)殖概述.海洋漁業(yè),(1):44—46

姜 杰,丘紅梅,張慧敏等,2009.廣東沿海海域海產品中重金屬的含量及評價.環(huán)境與健康雜志,26(9):814—816

徐永健,陸開宏,韋 瑋,2007.大型海藻江蘺對養(yǎng)殖池塘水質污染修復的研究.中國生態(tài)農業(yè)學報,15(5):156—159

韓曉婷,常 青,王 剛等,2013.重金屬絮凝劑PEX對水中鉛的去除性能研究.環(huán)境科學與技術,36(1):44—47

游翠紅,韓耀龍,吳清洋等,2012.細基江蘺對半封閉式擬穴青蟹養(yǎng)殖池塘水質的改善作用.中國農學通報,28(14):138—143

潘紅球,李思東,2010.江蘺的資源開發(fā)利用新進展.熱帶農業(yè)科學,20(10):47—50+89

魏海峰,劉長發(fā),張俊新等,2008.孔石莼(Ulva pertusa)對鉛,銅,鎘的吸收.環(huán)境科學與管理,33(8):51—53

Chen Z,Ma W,Han M,2008.Biosorption of nickel and copper onto treated alga(Undaria pinnatifida):Application of isotherm and kinetic models.Journal of Hazardous Materials,155(1):327—333

Dash H R,Mangwani N,Chakraborty Jet al,2013.Marine bacteria:potential candidates for enhanced bioremediation.Applied Microbiology and Biotechnology,97(2):561—571

Ege A,Doner G,2013.A new biosorbent for the removal of Cu(II)from aqueous solution;red marine alga,Ceramium rubrum.E3S Web of Conferences.EDP Sciences,1:25009

Emami Khansari F,Ghazi-Khansari M,Abdollahi M,2005.Heavy metals content of canned tuna fish.Food Chemistry,93(2):293—296

Hamza N A E,Hammad A Y,Eltayeb M A,2013.Adsorption of metals(Fe(II),Cr(III)and Co(II))from aqueous solution by using Activated carbon prepared from Mesquite tree.Science,1(2):12—20

Hashim M,Chu K,2004.Biosorption of cadmium by brown,green,and red seaweeds.Chemical Engineering Journal,97(2):249—255

Jan A T,Azam M,Ali Aet al,2014.Prospects for exploiting bacteria for bioremediation of metal pollution.Critical Reviews in Environmental Science and Technology,5(44):519—560

Kumar S D,Nandakumar R,2013.Optimization of pH and retention time on the removal of nutrients and heavy metal(zinc)using immobilized marine microalgaChlorella marina.Journal of Biological Sciences,13(5):400—405

Leung H M,Leung A O W,Wang H Set al,2014.Assessment of heavy metals/metalloid(As,Pb,Cd,Ni,Zn,Cr,Cu,Mn)concentrations in edible fish species tissue in the Pearl River Delta(PRD),China.Marine Pollution Bulletin,78(1):235—245

Morgano M A,Rabonato L C,Milani R Fet al,2014.As,Cd,Cr,Pb and Hg in seafood species used for sashimi and evaluation of dietary exposure.Food Control,36(1):24—29

Sheng P X,Ting Y P,Chen J P,2007.Biosorption of heavy metal ions(Pb,Cu,and Cd)from aqueous solutions by the marine algaSargassumsp.in single- and multiple-metal systems.Industrial &Engineering Chemistry Research,46(8):2438—2444

Tamilselvan N,Hemachandran J,Thirumalai Tet al,2013.Biosorption of heavy metals from aqueous solution byGracilaria corticatavar.cartecalaandGrateloupia lithophila.Journal of Coastal Life Medicine,1(2):102—107

Yap C K,Ismail A,Tan S G,2004.Heavy metal(Cd,Cu,Pb and Zn)concentrations in the green-lipped musselPerna viridis(Linnaeus)collected from some wild and aquacultural sites in the west coast of Peninsular Malaysia.Food Chemistry,84(4):569—575

Zhao Q,Wang Y,Cao Yet al,2014.Potential health risks of heavy metals in cultivated topsoil and grain,including correlations with human primary liver,lung and gastric cancer,in Anhui Province,Eastern China.Science of The Total Environment,470:340—347