2020,
Vol. 29
2. 中国水产科学研究院淡水渔业研究中心 农业农村部长江下游渔业资源环境科学观测实验站, 江苏 无锡 214081
长江江豚(Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis)是一种无背鳍的小型齿鲸，隶属于鲸目(Cetacea)齿鲸亚目(Odontoceti)鼠海豚科(Phocoenidae)江豚属(Neophocaena)，是鼠海豚科中唯一的淡水亚种[1]。其主要分布于长江中下游干流及洞庭湖和鄱阳湖[2]，主要以鱼类为食，处于食物链顶端，是长江水生生态系统是否健康的重要指示物种。自2007年白鱀豚(Lipotes vexillifer)被宣告功能性灭绝以后，长江江豚已成为长江中栖息的唯一鲸类动物[3]。自20世纪80年代至今，长江江豚自然种群数量总体呈快速、持续下降的趋势，且斑块化分布特征日趋显著[4-6]，世界自然保护联盟物种生存委员会(IUCN/SSC)于2013年将长江江豚列为“极度濒危(CR)”级，农业农村部于2014年将长江江豚按照国家一级保护动物要求实施最严保护。尽管如此，天然水域江豚死亡事件仍频频出现。因2016年在长江口和鄱阳湖松门山水域先后发现十余头死亡江豚，农业农村部办公厅发布《关于加强长江江豚保护工作的紧急通知》，提出了加强执法监管力度、开展江豚生存现状普查等一系列长江江豚保护措施。2018年，农业农村部长江流域渔政监督管理办公室发布《关于规范长江江豚死亡个体处理流程的通知》，明确了长江江豚野外死亡个体处理单位，进一步规范了处理流程。2018年7月24日，农业农村部正式发布了2017年长江江豚生态科学考察结果：长江江豚种群数量约为1 012头，其中长江干流445头，洞庭湖110头，鄱阳湖457头。长江江豚种群数量迅速下降的趋势得到遏制，但种群数量极度濒危的现状没有改变，保护形势依然严峻。2018年杨光等从种群遗传结构、历史动态和适应性进化等方面系统地揭示了窄脊江豚(Neophocaena asiaeorientalis)两个亚种——长江江豚与东亚江豚(Neophocaena asiaeorientalis sunameri)之间的显著差异与适应性分化，提出长江江豚具有独立的物种地位[7]，这一研究成果更加凸显了实施长江江豚抢救性保护工作的重要性和紧迫性。
钾(K)、钙(Ca)、钠(Na)、镁(Mg)是生物体的常量元素，具有维持体液酸碱平衡，调节渗透压，参与酶系统组成，维持组织器官正常生理活动等功能[8-11]。钴(Co)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)是生物体内的微量元素，参与生物体内大多数酶的组成和激活，同时参与维护神经系统正常功能与生物体的免疫调节[10, 12-13]。常量元素和微量元素在生物体内参与维持渗透压和酸碱平衡，同时作为酶的辅基成分或酶的激活剂调节生命活动，对于维持神经和肌肉的正常敏感性有重要作用。生物体内微量元素含量过高会引起机体中毒，过低会引起缺乏症[14]。铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)属于毒性元素，它们通过多种渠道侵入生物体，危害生物体健康，在生物体内累积会对生物体生长和发育带来严重危害[15]。如Pb能够降低机体免疫力并缩短寿命，当Pb在体内累积达到一定的量将对生物体有强致毒作用[16]；As可与生物体中的酶结合抑制酶活性，导致代谢紊乱、神经衰弱、不良贫血等症状[17]，已成为全球最受关注的影响生物体健康的首要污染物之一[18]。
鲸类动物通常位于水生态系统“金字塔”顶端，其体内组织器官中元素的分布和累积受到自身代谢特征的影响[20]，同时也与栖息地环境特征密切相关。作为鲸类动物及其栖息地研究保护的工作内容之一，已有学者对相关物种的元素累积特征进行了研究报道。其中包括了对长江江豚重金属元素的摄入与累积研究[19]，也包括对东亚江豚[20]、白鱀豚[21]和长江江豚[22]等死亡个体组织器官累积特征的研究。由于我国鲸类动物均为国家重点保护野生动物[23]，自然种群数量均较为稀少，野外死亡个体也不易获得，因此相关的研究报道较少。长江江豚的相关研究主要针对重金属污染元素，关于长江江豚主要组织器官中元素含量的系统研究较少。因此，本研究针对在长江安庆段采集的长江江豚野外死亡个体进行系统解剖采样，以期掌握其主要组织器官各类元素的累积特征，为长江江豚这一极度濒危物种的保护及长江水域生态环境修复提供基础数据。
1 材料与方法 1.1 实验材料实验样本于2017年9月12日被发现搁浅死亡于长江安庆段(雄性，体质量46.93 kg，体长142.2 cm，轻度腐烂)。解剖后采集脑、心脏(左心室)、肝脏(中部)、肺(左肺)、肾(左肾)、胃、肠、睾丸、肌肉、皮肤共10种组织器官样本，其中脑、心脏、肝、肺、肾各取2份平行样本，胃按照前胃、主胃、幽门胃分别取样，肠按照前部、中部、后部分别取样，皮肤和肌肉按照头部、背部、腹部和尾部分别取样，样本置于-80 ℃冰箱中保存。
1.2 测定方法(1) 样品预处理：准确称取冻存样品0.3 g置于微波消解罐中，分别加入王水、氢氟酸各3 mL，盖紧罐盖。按照仪器操作方法将消解罐装入消解仪中，启动消解仪，150 ℃微波消解24 h，直至溶液澄清，待溶液冷却至室温后转移至25 mL容量瓶，用蒸馏水定容。
(2) 样本过膜(0.2 μm)后使用电感耦合等离子体发射光谱仪(赛默飞-ICPA 7400)测定，根据标准曲线算出各组织器官中元素的含量。
1.3 数据分析数据结果均以平均数±标准差(Mean±SD)表示，实验数据采用SPSS 17.0统计软件处理，采用独立样本T检验比较两组数据，符合正态的数据单因素方差分析(One-Way ANOVA)，显著性差异设定为0.05，采用Excel软件进行常规计算分析。
2 结果与分析 2.1 常量元素AQJT20170912组织器官钾(K)、钙(Ca)、钠(Na)、镁(Mg)4种常量元素总体变幅为94.5~4 525.5 mg/kg。各组织器官中钾(K)的平均含量变幅为216.5~3 985.5 mg/kg，肾最高，皮肤最低，除皮肤外，其余组织器官含量均超过1 700 mg/kg，浓度梯度见图 1a。钙(Ca)的平均含量变幅为194.5~1 157.75 mg/kg，皮肤最高，脑最低，除皮肤外，其余组织器官含量均在200 mg/kg左右，浓度梯度见图 1b。钠(Na)的平均含量变幅为1 746.25~4 525.5 mg/kg，心脏最高，皮肤最低，含量与K处同一等级，均为3×103 mg/kg左右，在各组织器官中的浓度梯度见图 1c。镁(Mg)的平均含量变幅为94.5~160.5 mg/kg，心脏最高，睾丸最低，其在各组织器官中累积较为均衡，与Na较为相似，浓度梯度见图 1d。
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图 1 各组织器官常量元素含量均值 Fig. 1 The mean contents of constant elements in tissues and organs |
AQJT20170912各组织器官中铁(Fe)的平均含量变幅为77.5~269.5 mg/kg，肺和皮肤最高，分别为269.5和264.75 mg/kg，睾丸最低为77.5 mg/kg，其浓度梯度见图 2a。锌(Zn)的平均含量变幅为15.65~216.18 mg/kg，皮肤中含量明显高于其他组织器官，为216.18 mg/kg，其余组织器官含量均不超过55 mg/kg，其浓度梯度见图 2b。而铜(Cu)和钴(Co)两种微量元素的总体变幅仅为0.01~8.74 mg/kg，铜(Cu)在肝脏中含量最高，浓度为8.74 mg/kg，其余各组织器官总体处于相对均衡状态，均不超过4 mg/kg，其浓度梯度见图 2c。AQJT20170912组织器官仅脑、肾、胃、肠中检测到钴(Co)，平均含量为0.047 mg/kg，其浓度梯度见图 2d。
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图 2 各组织器官微量元素含量均值 Fig. 2 The mean contents of trace elements in tissues and organs |
AQJT20170912组织器官铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)4种毒性元素的总体变幅为0.07~7.15 mg/kg。各组织器官中铅(Pb)的平均含量变幅为1.37~4.05 mg/kg，肌肉和皮肤最高分别为3.3 mg/kg和4.05 mg/kg，肝脏最低为1.37 mg/kg，其浓度梯度见图 3a。镉(Cd)的平均含量变幅为0.11~2.16 mg/kg，肾最高，脑最低，除肾外，其余组织器官均不超过0.6 mg/kg，其浓度梯度见图 3b。汞(Hg)的平均含量变幅为0.07~0.64 mg/kg，肝脏和肾最高，分别为0.64 mg/kg和0.56 mg/kg，皮肤最低为0.07 mg/kg，其浓度梯度见图 3c。砷(As)的平均含量变幅为5.13~7.15 mg/kg，肾最高，皮肤最低，砷(As)在各组织器官中含量较为均衡，其浓度梯度见图 3d。
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图 3 各组织器官毒性元素含量均值 Fig. 3 The mean contents of toxic elements in tissues and organs |
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表 1 AQJT20170912各组织器官元素测定结果 Tab.1 The concentration of 12 metallic elements in tissues and organs of AQJT20170912mg/kg |
已有研究表明，水生哺乳动物元素累积的“靶组织或器官”可能反映出不同元素在不同组织器官中特有的生理功能，如Fe和Cu在肝脏中含量最高，因为肝脏是储存Fe的主要器官[24]，同时肝脏作为解毒器官拥有许多含有Cu的酶[18]；Zn在皮肤中含量最高，可能由于鲸类动物皮肤中需要大量的Zn以防止紫外线的伤害[25]；有毒元素Pb、Cd和As集中分布在肾中，这可能与肾脏是主要毒物代谢、转运和清除器官有关[26]。AQJT20170912体内相关元素在各组织器官中的累积特征与此相近：Fe和Cu主要富集于肝脏，Zn在皮肤中含量最高，Cd和As在肾中含量最高，Pb则主要富集于皮肤、肌肉和肾脏。与杨健等[19]、张淮城等[20]报道的As主要富集于肝脏和皮肤中有所不同，AQJT20170912体内As主要富集于肾、肠、胃。
有关鲸类动物组织器官元素累积特征的系统研究总体较少，为了更直观地表达各元素的累积特征，本研究检索了白鱀豚[21]、东亚江豚[20, 27-28]、中华白海豚[29]和长江江豚[19]的同类报道进行对比分析，其中中华白海豚和长江江豚因实验方法有所差异，仅用于定性比较(见附表)。结果显示：AQJT20170912与白鱀豚和东亚江豚相比，K、Cu、Zn等常量元素和微量元素的含量基本相近；但毒性元素差异较大，AQJT20170912组织器官Pb的含量极显著高于白鱀豚(P < 0.01)，Cd的含量明显高于白鱀豚，其均值分别为白鱀豚的17.3倍和3.8倍；Pb和As的含量极显著高于东亚江豚(P < 0.01)，其均值分别为东亚江豚的17.2倍和14.4倍。此外，就常量元素和微量元素平均含量的递变规律而言，AQJT20170912表现为Na>K>Ca>Fe>Mg>Zn>Cu>Co，这与上述引用的各研究报道总体相近。上述结果表明：鲸类动物常量元素和微量元素累积特征更多地取决于自身的生理功能，环境变化对其影响并不显著。但需要注意的是，AQJT20170912组织器官毒性元素Pb、Cd、As含量远远高于白鱀豚和东亚江豚，这种差异应与其栖息环境中相关元素具有较高的背景值相关。尽管有资料表明，安庆市区湖泊群受到轻度到中度的Pb污染以及中度的Cd污染[30]，但由于缺乏长江中下游干流系统的水体重金属污染特征资料，加之该样本已轻度腐烂，死亡时间超过1周，不能排除其死亡后从上游顺水漂流至发现地点的可能，难以准确判断其实际生活水域，因此上述结果尚无法从环境元素背景数据中得到验证。
由于相关研究十分匮乏，缺少长江江豚各主要组织器官元素累积特征的系统资料，因此本研究结果仅能用于相关研究素材的积累。今后在探究元素在长江江豚组织器官中的生理功能方向取得进展的基础上，进一步深入开展长江江豚营养化学和生态毒理学研究，重点关注长江江豚主要栖息地水环境质量及污染物特征，以期为野外死亡长江江豚死因诊断提供参考依据，同时为长江江豚及其栖息地保护乃至长江大保护提供支撑。
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附录 1 AQJT20170912 与其他鲸类动物元素含量比较 Appendix 1 The comparison of element content between AQJT20170912 and other cetaceans |
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FANG Xin2,
SONG Zhuo1,
XIAO Jincheng1,
LIN Danqing2,
ZHANG Jialu2,
YIN Denghua2,
XU Pao2,
LIU Kai1,2
2. Scientific Observing and Experimental Station of Fishery Resources and Environment in the Lower Reaches of the Changjiang River, Ministry of Agriculture and Rural Affaris, Freshwater Fisheries Research Center, CAFS, Wuxi 214081, Jiangsu, China