【摘要】：目的:通過研究分析湘江中游沉積物中Pb、Cd的總量和賦存形態(tài)的含量,湘江底棲銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)Pb、Cd的含量與分布情況,并對(duì)銅銹環(huán)棱螺中Pb、Cd含量與沉積物中Pb、Cd含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)性研究,人工對(duì)銅銹環(huán)棱螺進(jìn)行Pb、Cd脅迫試驗(yàn),研究重金屬脅迫下銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)過氧化氫酶和超氧化物歧化酶的變化情況,同時(shí),分離純化銅銹環(huán)棱螺腸道內(nèi)耐Pb、Cd微生物,探討銅銹環(huán)棱螺對(duì)重金屬的耐受和解毒機(jī)制,揭示銅銹環(huán)棱螺對(duì)Pb、Cd的適應(yīng)機(jī)制,以期為湘江重金屬污染的生物修復(fù)與治理提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。方法:本實(shí)驗(yàn)野外部分,于采樣點(diǎn)采集常年位于水面以下的位置進(jìn)行沉積物和銅銹環(huán)棱螺;沉積物經(jīng)過烘干、粉粹、過篩后,使用濕法消解提取重金屬總量,使用改進(jìn)的BCR三步連續(xù)提取法,提取沉積物中重金屬不同賦存形態(tài)含量;銅銹環(huán)棱螺經(jīng)過3d的純水馴養(yǎng),吐盡泥沙,外殼清理干凈后,分解為殼、外套膜、內(nèi)臟團(tuán)、足四部分,低溫烘干、碾碎,使用濕法消解提取重金屬;待測(cè)液使用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定溶液重金屬的濃度,進(jìn)而得到沉積物和銅銹環(huán)棱螺中重金屬的濃度;脅迫實(shí)驗(yàn)分為Pb脅迫、Cd脅迫和Pb-Cd復(fù)合脅迫三組,每組又分為4個(gè)濃度,同時(shí)設(shè)立純水飼養(yǎng)銅銹環(huán)棱螺為空白對(duì)照組,在第0d、2d、4d、6d、8d,從三個(gè)組的每個(gè)濃度中取銅銹環(huán)棱螺,測(cè)定CAT、SOD的活性;在第0d、2d、4d、6d、8d,在Pb、Cd單因子脅迫組最大濃度(Pb濃度0.4 mg/L,Cd濃度0.04 mg·L~(-1))中取5-8枚(約20g)銅銹環(huán)棱螺,對(duì)其軟體部分進(jìn)行重金屬的提取測(cè)定,在第8d,將Pb、Cd單因子脅迫組最大濃度(Pb濃度0.4 mg·L~(-1),Cd濃度0.04 mg·L~(-1))中的剩余銅銹環(huán)棱螺全部轉(zhuǎn)移至純水中飼養(yǎng),并于第10d、12d、14d、16d、18d,取5-8枚(約20g)銅銹環(huán)棱螺提取測(cè)定其軟體部分重金屬含量,計(jì)算得到銅銹環(huán)棱螺對(duì)Pb、Cd的生物半衰期。結(jié)果:1.湘江中游沉積物中Pb、Cd都有一定的積累,7個(gè)采樣點(diǎn)沉積物中Pb濃度為29.105-94.675 mg·kg~(-1),Cd濃度為2.988-13.245 mg·kg~(-1),7個(gè)采樣點(diǎn)Pb和Cd的分布具有顯著相關(guān)性(p0.01),說明個(gè)采樣點(diǎn)的Pb、Cd的污染是一致的;對(duì)比《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618-2018),Pb濃度已低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值,一般可忽略其產(chǎn)生的影響,7個(gè)采樣點(diǎn)Cd濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值,且除車江鎮(zhèn)外的6個(gè)采樣點(diǎn)的Cd濃度超過了農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管制值,為風(fēng)險(xiǎn)管制值的1.16-3.31倍,土壤污染風(fēng)險(xiǎn)極其嚴(yán)重。2.沉積物中Pb、Cd的主要賦存形態(tài)有所不同,Pb主要是以Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)存在于沉積物中,在七個(gè)采樣點(diǎn)此形態(tài)占比為53.29%-79.80%,Cd主要以可交換態(tài)與碳酸鹽結(jié)合態(tài)存在于沉積物中,占比為51.28%-66.25%;一般認(rèn)為交換態(tài)與碳酸鹽結(jié)合態(tài)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生更直接的危害,因此Cd污染要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Pb污染;雖然Pb、Cd在沉積物中主要賦存形態(tài)不同,但是通過對(duì)四種形態(tài)對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)性分析發(fā)現(xiàn),Pb、Cd的B1、B2、B3三種形態(tài)具有相關(guān)性(p0.05)。3.銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)Pb、Cd的分布具有很大的差異,Pb只在殼中檢出,在其他組織器官中未檢出,Cd主要分布在內(nèi)臟團(tuán),七個(gè)采樣點(diǎn)銅銹環(huán)棱螺內(nèi)臟中Cd的濃度達(dá)到了12.825-34.375 mg·kg~(-1),占比40%以上,說明Pb在銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)易通過代謝進(jìn)入殼中和體外,使其軟體部位免受Pb累積的毒害,Cd也可通過代謝進(jìn)入殼中和排出體外,但由于攝入量較高,使其無法通過代謝完全排出,從而在軟體部分產(chǎn)生了高濃度的積累。分析銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)重金屬含量,與沉積物中重金屬總量和賦存形態(tài)的關(guān)聯(lián)性發(fā)現(xiàn),銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)的Pb、Cd與沉積物中的Pb、Cd總量和形態(tài)均無相關(guān)性(p0.05),說明銅銹環(huán)棱螺與沉積物中重金屬含量存在差異性。4.銅銹環(huán)棱螺在Pb、Cd和Pb-Cd復(fù)合脅迫下,體內(nèi)CAT、SOD活性都出現(xiàn)了顯著的上升,隨著時(shí)間的增加,酶活性也隨之增加,且在三組各對(duì)應(yīng)的低、中、中高、高4個(gè)濃度中,CAT和SOD的變化情況基本據(jù)具有一致性(p0.05),隨著溶液中Pb、Cd濃度的升高,酶活性也隨之升高,整體上看,酶活性上升速度Pb-Cd復(fù)合脅迫Cd脅迫Pb脅迫,說明Cd毒性要高于Pb,但在各脅迫組高濃度重金屬脅迫下酶活性出現(xiàn)下降。表明,在一定范圍內(nèi),可以通過CAT與SOD保護(hù)性酶活性的提高,以緩解Pb、Cd對(duì)螺造成的生物毒性;過高濃度的Pb、Cd脅迫下,酶活性下降,表明保護(hù)性酶活性的重金屬毒性的緩解作用是有限的。5.在本實(shí)驗(yàn)條件下,Pb從銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)排出的表達(dá)式為C_(Pb)=e~(-0.0006t+1.0303),Cd從銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)排出的表達(dá)式為C_(Cd)=e~(-0.0005t-1.0985),從銅銹環(huán)棱螺排出Pb的生物半衰期(B1/2)為1155.245h,約為48.14d,排出Cd的生物半衰期(B1/2)為1386.294h,約為57.76d;銅銹環(huán)棱螺對(duì)Pb的生物半衰期比Cd的少9d,說明銅銹環(huán)棱螺對(duì)于Pb的代謝速率要比Cd的快,Cd比Pb更容易在銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)積累。6.銅銹環(huán)棱螺可以在高濃度Cd2+和Pb2+環(huán)境下正常存活,除了自身的代謝和耐受機(jī)制外,腸道菌群也參與其中,耐腸道中的微生物可以將一部分?jǐn)z入消化道的Pb、Cd吸收,從而減少生物體對(duì)Pb、Cd的吸收,另外,微生物也會(huì)通過自身的代謝作用,改變重金屬的價(jià)態(tài),使Pb、Cd的毒性大大降低,降低了生物學(xué)吸收重金屬后產(chǎn)生的毒性,從而保護(hù)了生物體的健康。結(jié)論:1.湘江中游沉積物中Pb、Cd重金屬污染仍存在一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),Cd重金屬污染程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Pb重金屬污染;2.銅銹環(huán)棱螺對(duì)Pb、Cd均具有富集和耐受能力,對(duì)Cd的富集能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Pb的富集能力;3.銅銹環(huán)棱螺在受到一定范圍濃度Pb、Cd脅迫時(shí)體內(nèi)的CAT、SOD的酶活性升高以降低Pb、Cd在體內(nèi)產(chǎn)生的毒害作用。4.銅銹環(huán)棱螺對(duì)于Pb、Cd的代謝中,Cd的生物半衰期比Pb長(zhǎng),Cd更容易在銅銹環(huán)棱螺體內(nèi)產(chǎn)生積累。5.銅銹環(huán)棱螺腸道菌群中存在多種耐受Pb、Cd的菌群,在Pb、Cd脅迫下可減少銅銹環(huán)棱螺受到的毒害。
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X503.225
【圖文】：

個(gè)取樣點(diǎn)（圖 1）。沉積物樣品的采集通過無擾動(dòng)重力底泥采樣器~20cm 的沉積物，共采集到 21 個(gè)沉積物樣品，用聚乙烯封口袋封實(shí)驗(yàn)室；采集到的底泥樣品轉(zhuǎn)移到潔凈的搪瓷盤中自然風(fēng)干，將沉、木屑、動(dòng)植物殘?bào)w等異物剔除，沉積物進(jìn)行研磨處理后，樣品全龍篩，用廣口瓶密封保存?zhèn)溆肹21]。在采樣地同步進(jìn)行銅銹環(huán)棱螺適中的成體銅銹環(huán)棱螺 50-80 枚，使用儲(chǔ)物箱儲(chǔ)存帶回實(shí)驗(yàn)室，帶在純水中馴養(yǎng) 2~3 天，吐盡泥沙，清理干凈外殼上的異物后，置于保存。

圖 2 湘江中游沉積物 Pb、Cd 含量Fig. 2 Contents of Pb and Cd in sediments of the middle reaches of XiangjianRiver4.2 湘江沉積物 Pb、Cd 形態(tài)分析湘江中游沉積物典型重金屬形態(tài)分布如圖 3 所示。各采樣點(diǎn)中 Pb 主要以錳氧化物結(jié)合態(tài)存在于沉積物中（56.23%~79.80%），Cd 主要是以可交換態(tài)與酸鹽結(jié)合態(tài)為主存在于沉積物（51.28%~66.37%），經(jīng)過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，Pb、Cd B1、B2 和 B3 三種形態(tài)分布具有相關(guān)性（p<0.05），且此三種形態(tài)與沉積物重屬總量也存在相關(guān)性（p<0.05）。通常認(rèn)為，可交換態(tài)與碳酸鹽結(jié)合態(tài)容易被物所利用，對(duì)于環(huán)境的直接危害較大；鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物和硫化物結(jié)態(tài)在 pH、氧化還原電位、有機(jī)質(zhì)含量等發(fā)生變化時(shí)可能被釋放，存在潛在危害殘?jiān)鼞B(tài)一般較穩(wěn)定，不容易被利用。結(jié)合 4.1 中數(shù)據(jù)可知，湘江沉積物中 Cd 被動(dòng)植物所利用，且由于 Cd 含量較高，對(duì)湘江水體和沿岸環(huán)境具有嚴(yán)重的生

圖 4 湘江銅銹環(huán)棱螺殼中 Pb 濃度Fig.4 Pb concentration in the rusted shell of Xiangjiang copper rust表 6 湘江中游銅銹環(huán)棱螺 Cd 含量（mg·kg-1）Table 6 Cd content of rusted snails in the middle reaches of Xiangjiang River(mg·kg-1)地點(diǎn) 殼 內(nèi)臟團(tuán) 外套膜 足松柏鎮(zhèn) 1.325±0.318 20.675±1.237 18.95±0.636 1.25±0.212車江鎮(zhèn) 2.975±0.247 28.225±1.308 36.55±1.909 6.675±0.318東洲島 2.9±0.212 34.375±1.450 - 5.05±0.495霞流鎮(zhèn) 1.35±0.283 20.75±0.636 - 1.9±0.071

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1 程由

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