2019,
Vol. 28
2. 上海海洋大学 水产动物遗传育种中心上海市协同创新中心, 上海 201306;
3. 上海海洋大学 上海水产养殖工程技术研究中心, 上海 201306;
4. 江苏省盱眙县水产技术指导站, 江苏 淮安 211700
三角帆蚌(Hyriopsis cumingii)是我国特有物种, 也是我国最重要的淡水珍珠蚌[1]，其形成的珍珠具有珠质光滑细腻、色泽鲜艳等优点，是淡水蚌中育珠质量最佳者[2-3]。在决定珍珠品质的众多因素中，颜色是最重要的因素之一[4-6]。珍珠的颜色由体色、伴色以及晕彩3部分组成。体色指的是珍珠本身的颜色，有关研究发现其与珍珠中所含有机色素以及金属元素的种类和含量相关[4, 7-9]。
离子致色原理在其他领域应用广泛，如国内外对致色金属元素在彩色珠光颜料的制备上均有涉及，且取得了不同程度的研究进展。国外制造珠光云母颜料一般采用稀土金属为沉积剂，而国内基本采用Fe、Co等金属离子。红色的珠光云母颜料主要成分为Fe(Fe2+和Fe3+)氧化物或氢氧化物；绿色系列是以铬制得；蓝色则以钴包覆云母为主制得的珠光云母颜料。黄色系列珠光云母颜料主要是由二氧化铈和铁及其氧化物制得[10-11]。LAMBERT等[12]认为珍珠的颜色和金属元素含量密切相关。何雪梅等[13]研究发现淡水白色珍珠和漂白珍珠的颜色与Mg和Zn有关，淡水粉色珍珠的颜色与Mg、Fe有关，淡水黄色珍珠的颜色与Cu、Zn有关，淡水紫色珍珠的颜色与Fe、Zn有关。严峻等[14]通过对白、紫、粉红3种颜色的淡水养殖珍珠的呈色机理进行较为系统的研究，发现有部分金属元素在白色与粉色珍珠中含量相差较大，但是相同的金属元素在白色和紫色珍珠中对比没有太大差异，并推断金属元素不是珍珠致色的主要因素。
从已有研究可以发现，珍珠颜色与金属元素之间的关系仍旧存在很大的争议，有必要进一步深入研究。根据前期研究结果最终选择了Mn、Mg、Fe、Cu、Zn、Co这6种金属元素，采用原子吸收光谱仪中的火焰法来检测这6种离子在不同颜色珍珠中的含量差异。另外，外套膜是分泌珍珠的组织，大部分珍珠形成前的物质以间液形式存在于外套膜和贝壳珍珠层间。因此，本研究同时分析不同颜色珍珠的育珠蚌外套膜和间液的金属元素含量，旨在分析金属元素对珍珠颜色的影响。
1 材料与方法 1.1 试验材料选用内壳色为紫色和白色品系的三角帆蚌互为受体蚌和育珠蚌进行插核育珠，为了控制养殖环境对珍珠颜色的影响，试验用蚌均吊养在浙江武义伟民水产养殖有限公司同一个养殖池塘中。插核2年后，随机选取33只用于实验检测。
1.2 试验药品试验药品包括HNO3(优级纯)、H2O2、超纯水和1 000 mg/L的Fe、Cu、Mn、Mg、Zn、Co这6种标准溶液。
1.3 样品收集及贝壳珍珠质颜色参数测定如图 1所示，贝壳内壳色由1号至3号位呈递减状态，每只蚌提取3个位点的外套膜、间液(即三角帆蚌内壳与外套膜之间的液体，存在大量珍珠形成前的物质)以及珍珠至离心管内，并标上序号备用。贝壳颜色采用Lovibond-RT200表面色度计测量[15]，测量参数主要为L、a、b和dE。L为明度，L＞0时颜色偏白，L＜0时颜色偏暗；a＞0时颜色偏红，a＜0时颜色偏绿；b＞0时颜色偏黄，b＜0时颜色偏蓝；dE代表色差，dE越大颜色越深。
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图 1 三角帆蚌外套膜选取位点 Fig. 1 Selection site of mantle of cultured pearl mussel |
根据肉眼观察再结合这3个参数值，将三角帆蚌按不同内壳色平均分为深紫色、浅紫色以及白色3个组。根据分组结果将提取的外套膜、间液按顺序混样，并依次精密称重，每个混样后的样品重量不得超过2 g, 间液混样后重量在1 g左右。同时每个组选取适量紫色、浅紫色和白色的珍珠，每个珍珠样品重量在0.5 g左右，并用色度仪检测珍珠的L、a、b和dE 4个参数。
1.4 金属元素含量测定 1.4.1 标准溶液的制备取6种标准溶液，制备0.5、1、2、4、8、10 mg/L的Zn、Mg、Fe、Cu、Mn、Co混合标准系列工作溶液各50 mL。
1.4.2 上机液的制备将称重后的样品置于离心管中，加入5 mL HNO3，静置过夜后每个离心管内加入2 mL H2O2，换置于耐高温压力微波消解罐中，将其密封后置于高温压力微波消解仪内进行样品消解。
待消解液冷却至70 ℃左右时，将微波消解罐转置于数显型电热板上进行赶酸，赶酸温度为180 ℃。赶酸直至罐内消解液如黄豆粒般大小，将消解液转移至25 mL的容量瓶内，用超纯水洗涤罐壁数次，洗涤液合并入容量瓶内，用超纯水定容至刻度线，最后用滴管混匀得上机液。同时制备空白试剂。
1.4.3 金属元素含量测定采用德国耶拿contrAA700原子吸收光谱仪对待测样品进行测定，具体采用的方法为火焰法。
1.4.4 浓度计算金属元素浓度C(mg/kg)的计算公式为
(1)
式中：c为样品原子吸收光谱测定值(mg/L)；v为定容体积，25 mL；m为样品的质量，g。
1.5 数据分析采用SPSS 20.0软件分析和处理数据，P＞0.05代表无显著差异，P＜0.05代表差异显著。对数据拟合线性回归方程及相关系数R2。
2 结果 2.1 不同内壳色三角帆蚌所育不同颜色珍珠的金属元素含量比较分析育珠蚌内壳色颜色相同时，对每种三角帆蚌所育不同紫色珍珠和白色珍珠的金属元素含量进行对比(表 1)，发现Mn、Mg、Fe、Co这4种金属元素在深紫色珍珠中均呈现最高含量。在所有颜色珍珠中，Mn含量是这几种元素中含量最高的，Mg含量次之。Cu在这几组珍珠中的含量均较低，除了育珠蚌内壳色为浅紫色稍有体现之外，其余均检测不出含量。Zn在所有颜色珍珠中均未检测出含量。
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表 1 不同内壳色三角帆蚌所育不同颜色珍珠金属元素含量 Tab.1 Metallic element content in pearls from different inner shell colors of H. cumingii |
将同一内壳色所育的不同颜色的珍珠的金属元素含量进行对比，发现Fe、Mg在紫色珍珠中含量最高，且育珠蚌内壳色越深的组含量越高，而在白色珍珠中Fe未检测出，表明颜色越深，Fe、Mg含量越高。Cu含量均较低，体现不出其含量与珍珠颜色的相关性。Mn在所有珍珠中含量均是最高的，其中内壳色为深紫色和浅紫色的蚌中均是在颜色最深的珍珠中Mn含量最高，而内壳色为白色的蚌中则是微紫色珍珠Mn含量最高。Co在三角帆蚌内壳色为深紫色和白色的组中均是再所育的颜色最深的珍珠中含量最高，而内壳色为浅紫色的蚌中则是浅紫色珍珠Co含量最高。这说明育珠蚌对所育珍珠金属元素沉积具有一定影响。
2.2 珍珠颜色参数与金属元素含量的相关性将珍珠金属元素含量与颜色参数进行相关性分析，发现在各颜色育珠蚌组中，所育珍珠的Fe含量均与dE值呈正相关(图 2，R2＞0.83)，Mg含量与L值均呈负相关(图 3，R2＞0.80)，Mn含量则是均与a值呈正相关(图 4，R2＞0.64)。仅在深色蚌组中发现，所育珍珠的Co含量与L值的负相关性最高(R2＞0.94)。
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图 2 不同颜色珍珠中Fe含量与dE值的相关性 Fig. 2 Correlation between Fe content and dE value in pearls of different colors |
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图 3 不同颜色珍珠中Mg含量与L值的相关性 Fig. 3 Correlation between Mg content and L value in pearls of different colors |
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图 4 不同颜色珍珠中Mn含量与a值的相关性 Fig. 4 Correlation between Mn content and a value in pearls of different colors |
内壳色为深紫色、浅紫色和白色的三角帆蚌不同部位外套膜的金属元素含量见表 2。3组蚌中Fe含量由1号位到3号位呈递减趋势：1号位均最高，分别为(260.20±59.60)mg/kg、(266.31±223.32) mg/kg和(132.41±53.93)mg/kg；3号位均最低，分别为(72.72±1.54)mg/kg、(69.92±16.83)mg/kg和(56.92±24.64)mg/kg，其中深紫色蚌不同位点外套膜中Fe含量差异达到显著水平(P＜0.05)。Zn则在浅紫色蚌组内的不同位点的外套膜含量中差异显著(P＜0.05)，含量最高的是1号位点，高达(69.87±17.48)mg/kg。三组蚌中Mg均是2号位含量最高，分别为(211.69±291.78)mg/kg、565.65 mg/kg和(135.08±120.98)mg/kg，Mn则是在3号位含量最高，分别为(492.71±556.96)mg/kg、(147.05±150.23)mg/kg和(708.59±703.08)mg/kg, 但均未发现显著差异(P＞0.05)。Cu、Co含量普遍较低，且在不同位置间差异不显著。
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表 2 不同位点的外套膜中金属元素含量比较 Tab.2 Comparison of metallic element content at different sites of mantle |
育珠蚌内壳色为深紫色和浅紫色的蚌组内均为1号位Fe含量最高，2号位Mg含量最高，3号位Mn含量最高；三角帆蚌内壳色为白色的蚌组1、2、3号位均为Mn含量最高。不同内壳色蚌组2号位点外套膜Mn、Co含量存在显著性差异(P＜0.05)，其中白色蚌组Mn含量显著高于其他两组，达到(255.85±211.26) mg/kg; Co含量随着蚌壳颜色的加深而增高，即深紫色蚌组Co含量显著高于其他两组。三角帆蚌内壳色越深，Fe、Co元素的含量越高，即Fe、Co与珍珠层颜色深浅具有相关性。
2.4 不同颜色三角帆蚌间液中金属元素含量差异分析内壳色为深紫色、浅紫色和白色的三角帆蚌间液中金属元素含量见表 3。育珠蚌內壳色为深紫色的间液中Fe含量最高，其余两组均为Mg含量最高，Mg在间液中差异显著(P＜0.05)，且白色蚌间液Mg含量最高，达到(26.34±5.43) mg/kg，表现为颜色越浅的蚌，Mg含量越高，而珍珠中则是颜色越深，Mg含量越高。Mn在外套膜以及珍珠中含量均较高，但在间液中含量较低且差异不显著(P＞0.05)。Fe在珍珠、外套膜以及间液中均呈现为颜色越深，含量越高。Cu、Co以及Zn在间液中含量均不高，且Cu在珍珠以及外套膜中含量也很低；而Zn在珍珠中未检测出，在外套膜中，Zn在浅紫色和白色蚌组中颜色越深的位点，含量越高；Co虽然含量均不高，但是在外套膜和间液中均是颜色越深，含量越高，在珍珠中也是在深紫色中含量是最高的。
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表 3 不同内壳色三角帆蚌间液中金属元素含量比较 Tab.3 Metallic element content in intermediate solution of H. cumingii with different inner shell colors |
育珠蚌内壳色为深紫色即深色三角帆蚌所育珍珠的Fe含量高于其他颜色的蚌，紫色珍珠的Fe含量也最高，且白色珍珠中未检测到Fe含量，将金属元素含量与珍珠颜色参数进行相关分析，发现Fe与dE值之间的关系比较密切，在各颜色蚌组中，所育珍珠的Fe含量均与dE值呈正相关，且Fe元素与各个参数之间的R2均大于0.50，表明珍珠紫色度越深，Fe含量越高。这与马红艳等[16]对于紫色珍珠与Fe有关的研究结果一致。Mn、Mg相对来说在紫色珍珠中含量最高，且颜色越深的蚌中紫色珍珠中其含量越高。Mn与a值之间相关性最高，在各颜色蚌组中，所育珍珠的Mn含量与a值均呈正相关，可以看出Mn含量对a值有一定影响。Mn在所有珍珠中含量均较高，表明淡水珍珠中普遍存在Mn元素。江琰等[17]发现白色珍珠中含有较多的Mn元素，这与本实验结果相一致。Mg与各参数比较分析后发现其与L值相关性最高，在各颜色蚌组中，所育珍珠的Mg含量与L值均呈负相关，可以确定L值与珍珠中的Mg含量有关，即Mg含量的高低影响珍珠的明度。Co在紫色珍珠中含量相对最高，这一结果佐证了杨明月等[18]的研究，他认为Co元素使珍珠呈现紫色，但他也认为珍珠颜色与Zn有关，而本实验发现，Cu、Zn在珍珠中含量均不高，珍珠中的Zn均未检出。这也与何雪梅等[13]的Zn与珍珠颜色有关相悖，而外套膜中均能检出Zn，说明不是养殖环境或测量误差产生的。这些差异也许是由于外部环境对珍珠颜色亦有很大影响，而部分研究忽略该影响造成的。
3.2 外套膜和间液中金属元素种类和含量与所产珍珠颜色的相关性外套膜是分泌珍珠质的关键组织，间液是外套膜的分泌物，是外套膜与贝壳珍珠层之间的液体。本实验发现，不同金属元素在三角帆蚌不同部位含量存在差异。在所测的外套膜与间液的金属元素中，Fe、Zn在同一壳色育珠蚌不同部位的外套膜间差异显著(P＜0.05)，Co、Mn在不同壳色育珠蚌相同部位的外套膜中差异显著(P＜0.05)，Mg在不同壳色育珠蚌的间液中差异也显著(P＜0.05)。其中，深紫色蚌组不同位点外套膜Fe含量存在显著差异(P＜0.05)，1号位点含量最高。Zn则在浅紫色蚌组内的不同位点的外套膜含量中差异显著(P＜0.05)，也是1号位点含量最高，说明外套膜生长越快速的前端，Fe、Zn含量越高。不同壳色蚌组的2号位点外套膜Mn、Co含量存在显著差异(P＜0.05)，其中白色蚌Mn含量显著高于其他两组，紫色蚌Co含量显著高于其他两组。珍珠颜色越深，含量越高的Mg元素在间液中则是颜色越浅的蚌组中，含量越高，说明白色蚌中Mg元素并没有被吸收。Mn在外套膜以及珍珠中含量均很高，但在间液中含量较低且差异不显著(P＞0.05)，说明含Mn的间液物质矿化为珍珠层是受到选择的。
然而，不能单从含量的高低来衡量金属元素对珍珠颜色的影响。而且，影响颜色的金属元素可能是单一的，也可能是多种作用的结果。张蕴韬等[19]发现金属元素以金属卟啉的形式存在于珍珠中，影响着珍珠的光泽色彩，且金属元素与卟啉类都显著影响三角帆蚌的壳色以及珍珠的颜色。李清清等[15]通过对紫色三角帆蚌选育系F5育珠性状的研究，发现供片蚌内壳色与无核珍珠颜色相关性极显著。日本学者WADA等[20]于1996年报道了以马氏珠母贝白色品系作为外套膜小片供体时，可培育出高质量的白色珍珠。这说明珍珠的颜色与提供外套膜小片的个体(供体)的壳色具有显著相关性。已有的海水有核珍珠的试验证明，提供组织小片制片贝的贝壳珍珠层颜色决定了珍珠的颜色[21-22]。通过本实验发现，外套膜组织中金属元素Fe和Co含量越高，珍珠层颜色则更深，可以将检测外套膜组织中金属元素含量作为选育彩色珍珠贝的生理性指标。
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