Distribution characteristic of Pb in sediments from the cage culture area of Dapeng' ao Cove in Daya Bay
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摘要:
通过4个航次的调查，研究了大鹏澳海水网箱养殖海域沉积物中铅(Pb)的时空分布特征。网箱养殖区沉积物中的Pb含量明显高于贝类养殖区和对照区；网箱养殖区0~15 cm层沉积物的Pb含量明显受到环境扰动的影响，呈垂直梯度减少趋势，而对照区沉积物的Pb含量垂直变化不明显；网箱养殖区，贝类养殖区和对照区沉积物的Pb含量均以春、夏季较高，秋季最低；网箱养殖区沉积物的Pb含量高于其它区域。大鹏澳网箱养殖区沉积物中的Pb含量主要受到网箱养殖活动的影响。
Abstract:The spatial and temporal distribution characteristics of Pb in sediments from the cage culture area of Dapeng′ao Cove was studied through four times of investigation. The spatial distribution characteristics showed that the contents of Pb in sediments from cage culture area were significantly higher than that from shellfish culture area and control area. The vertical distribution characteristics showed that the disturbance in the layer from 0~15 cm of hole sediments was more evident and there was a decreasing trend of pb contents in cage culture area, but the vertical variations was not obvious in control area. The seasonal variations showed the similar characteristics in cage culture area, shellfish culture area and control area, and the contents of Pb in sediments were higher in spring and summer and lower in autumn, but the contents in cage culture area were higher than other areas. According to the results above, it was concluded that the content of Pb in the sediment of cage culture area was affected mainly by the activities of cage culture.
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Keywords:
- cage culture /
- heavy metal /
- Pb /
- Dapeng'ao Cove
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糙齿海豚(Sousa chinensis)在分类学上隶属于海豚科、糙齿海豚属。该属仅有糙齿海豚1种，喙狭长，齿冠部有纵行的细皱状隆起，是其与其他海豚类区别的主要特征。分布于大西洋、印度洋、东南太平洋的热带至暖温带海域，偶尔也进入较冷的水域。在我国见于江苏的黄海沿海、上海川沙附近的东海水域、南海和台湾基隆、苏澳、高雄附近海域。由于它富含脂肪，过去曾被大量捕杀用以炼油，以致数量下降。目前，国内外学者对各类海豚种属的分布、分类、形态解剖、生活习性及病害特征等进行了大量的研究[1-3]，但对糙齿海豚营养学特征方面的研究尚未见有关报道。本研究主要对糙齿海豚不同部位肌肉营养组成状况进行分析，以期为全面了解糙齿海豚提供参考依据。
1. 材料与方法
1.1 材料
糙齿海豚来自我国南海水域，雄性。海豚肌肉组织完整，分3个部位取样，分别为背肌、腹肌和尾肌。
1.2 实验方法
1.2.1 水分测定
取样品1~2 g置于托盘中，用全自动卤素水分测定仪测定水分含量。1.2.2粗蛋白测定凯氏定氮法[4]。
1.2.3 脂肪测定
索氏抽提法[4]。
1.2.4 灰分测定
按常规分析[4]。
1.2.5 氨基酸测定
仿王琨等[5]和范润珍等[6]方法，将肌肉样品于在110℃下盐酸(1+1)水解24 h，用氨基酸自动分析测定其中17种氨基酸含量。因色氨酸被盐酸水解所破坏，故水解时采用5 mol·L-1的NaOH溶液，用荧光光度计测定色氨酸的含量。
1.2.6 脂肪测定
仿黄伟坤等[4]的方法，提取肌肉中脂肪并对之进行甲酯化处理后，通过气相色谱分析法测定脂肪酸相对含量。
1.2.7 矿物质元素测定
将肌肉样品用硝酸和高氯酸消解后，采用感耦等离子体原子发射光谱方法测定钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)含量，用高频等离子体质谱法测定(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)、硒(Se)含量。
2. 结果与讨论
2.1 肌肉中粗营养成分
分别按上述方法就糙齿海豚肌肉蛋白质、脂肪、灰分、水分和碳水化合物进行测定，结果见表 1。
表 1 糙齿海豚不同肌肉的营养组成Table 1. The nutrient composition of different muscle for rough-toothed dolphin% 样品
samples背肌
back muscle腹肌
belly muscle尾肌
tail muscle水分 moisture 69.94±0.60 70.44±0.24 71.15±0.23 粗蛋白 protein 27.20±0.35 25.84±1.16 26.70±0.28 粗脂肪 fat 1.94±0.01 2.05±0.11 1.83±0.16 灰分 ash 1.09±0.02 1.06±0.01 1.16±0.11 从表 1可见，糙齿海豚肌肉组织中水分含量约占70%左右，蛋白质含量较高约为湿重的25.84%~27.20%，占干基含量近90%，粗蛋白质含量以背肌最高，腹肌最低。脂肪含量则以腹肌最高2.05%，尾肌最低1.83%。各部位肌肉组织中灰分含量基本相当，约占湿重的1%左右。
2.2 肌肉中氨基酸组成及含量
糙齿海豚肌肉组织中氨基酸组成及含量的检测结果见表 2。总体来讲，糙齿海豚肌肉氨基酸组成基本一致，均由18种氨基酸组成，其中谷氨酸含量最高(9.89~10.56)，胱氨酸含量最低(0.49~0.55)。这一结果与广东省境内发现的瓶鼻海豚Sousa chinensis的氨基酸组成一致，与虹鳟Salmo gairdneri等海水鱼及鲟鱼Acipenser肌肉氨基酸组成基本类似[7-8]。总氨基酸的含量规律与粗蛋白含量类似，氨基酸总量背肌最高，腹肌最低；但背肌与腹肌中必需氨基酸含量与总氨基酸含量的比值基本相当。
表 2 糙齿海豚氨基酸组成(%/干重)Table 2. Content of amino acid of rough-toothed dolphin%/dry weight 氨基酸
amino acid背肌
back muscle腹肌
belly muscle尾肌
tail muscle异亮氨酸 Ile 4.12 3.40 4.33 亮氨酸 Leu 7.91 7.51 7.97 苏氨酸 Thr 3.01 2.71 3.04 缬氨酸 Val 3.97 3.94 4.07 蛋氨酸 Met 2.09 2.03 2.18 组氨酸 His 2.23 2.09 2.25 精氨酸 Arg 5.52 5.20 5.12 苯丙氨酸 Phe 3.08 2.88 3.03 赖氨酸 Lys 7.96 7.67 8.26 色氨酸 Trp 1.42 1.53 1.50 必需氨基酸
essential amino acid41.32 39.58 41.73 天门冬氨酸 Asp 7.19 6.93 7.35 丝氨酸 Ser 2.30 1.85 2.06 谷氨酸 Glu 10.23 9.89 10.56 脯氨酸 Pro 3.89 3.89 3.17 甘氨酸 Gly 5.93 5.50 4.07 丙氨酸 Ala 5.45 5.22 5.05 胱氨酸 Cys 0.55 0.49 0.53 酪氨酸 Tyr 2.02 1.94 2.10 非必需氨基酸
no-essential amino acid37.56 35.70 34.89 氨基酸总量
total amino acid78.88 75.28 76.62 E/T 52.38 52.57 54.46 2.3 肌肉组织中脂肪酸种类及含量分析
糙齿海豚肌肉组织中脂肪酸组成状况存在一定差别，有部分脂肪酸未检出(表 3)。其中背肌和尾肌饱和脂肪酸(SFA)总量均高于不饱和脂肪酸总量，尤其是尾肌部分，饱和脂肪酸含量高达79.97%，但腹肌中饱和脂肪酸含量(35.83%)则低于单不饱和脂肪酸含量(47.80%)。多不饱和脂肪酸含量明显低于饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸含量，其中以尾肌多不饱和脂肪酸含量最低(3.018%)。饱和脂肪酸中含量较高的为18 : 0和16 : 0，单不饱和脂肪酸中以16：1和18：1的含量较高，该结果与RAIMON等[9]对斑纹海豚Stenella coeruleoalba脂肪酸组成的研究结果一致，其它单不饱和脂肪酸因含量较低而未检出。海豚肌肉组织均存在动物及鱼油中典型的脂肪酸如棕榈酸(16：0)、棕榈油酸(16：1)、硬脂酸(18：0)、油酸(18：1)及DHA(22：6，ω-3)。有研究人员认为海豚脂肪酸组成与陆地哺乳动物类似，需要以ω-6脂肪酸做前体物质合成机体所需的脂肪酸组分，由于本研究实验条件有限，无法明确区分多不饱和脂肪酸的具体类型，但根据亚油酸的含量分析可知，海豚各部位不饱和脂肪酸中ω-3/ω-6的比值较小，即便除亚油酸外其余多不饱和脂肪酸均为ω-3型，ω- 3/ω-6的比值为0.12~1.36，与其它海洋有机生物相比(通常高于4，有的高达50)，该值明显偏低[10-11]。据报道，食物链对海洋哺乳动物的脂肪酸组成具有极为重要的影响[12]，而海豚主要以头足类、鱼类及甲壳类等富含ω-3脂肪酸的原料为食，因此，有研究认为海豚拥有特殊的机制来富集ω-6脂肪酸[13-14]。
表 3 糙齿海豚肌肉脂肪酸组成Table 3. Fatty acids composition of the total lipids in muscle of rough-toothed dolphin脂肪酸
fatty acid背肌
back muscle腹肌
belly muscle尾肌
tail muscle13：0 2.31 未检出 4.67 14：0 2.81 0.63 11.93 15：0 未检出 0.32 1.73 16：0 24.27 23.51 40.04 18：0 17.24 11.37 16.65 20：0 未检出 未检出 4.95 饱和脂肪酸 SFA 46.63 35.83 79.97 16：1 4.29 3.29 1.80 18：1 30.20 44.51 15.21 单不饱和脂肪酸 MUFA 34.49 47.80 17.01 18：2(ω-6) 8.01 14.58 2.38 20：2 0.13 0.094 未检出 20：4 4.04 0.51 0.33 22:4 1.53 0.22 0.11 18：3 0.70 0.41 0.18 20：5 EPA 0.46 0.082 未检出 22：5 2.86 0.27 未检出 22：6 DHA 1.15 0.20 0.018 多不饱和脂肪酸 PUFA 18.88 16.37 3.018 2.4 金属元素分析
从表 4可以看出，糙齿海豚肌肉组织中除富含Ca、Mg等哺乳动物体必须的常量元素外，同时含有Fe、Zn、Cu、Mn、Se等微量元素，这些元素在海豚肌肉组织中的分布无明显的差别。在所测几种金属元素中，Ca、Mg含量最高，有报道认为机体内Ca、Mg含量保持一定的水平，可以更有效地促进机体对钙质的吸收，本次检测结果中，糙齿海豚肌肉组织中Mg的含量约为Ca的4.1~6.8倍。Fe在海豚肌肉组织中的含量较丰富，含量处于200~240 mg·kg-1之间，这与海豚的跳水习性有关[15]，Fe含量越高说明肌红蛋白含量越高，从而有更强的束氧能力。EFRAT等[16]的研究发现，海豚肌肉、肝脏及血液中Fe的含量明显高于其它部位。Zn、Cu、Mn、Se 4种微量元素含量偏低，但这些元素参与多酶活性中心的构成，对核酸、蛋白质的合成及免疫过程都有直接或间接作用。本研究对糙齿海豚Zn、Cu、Mn、Se的检测结果与CARDELLICCHIO等[17]对斑纹海豚的检测结果基本一致，但较其它区域海豚检测结果[18]低，这是因为金属元素的积累受海豚生活水域、年龄、体重及体长等多种因素影响。
表 4 糙齿海豚肌肉微量元素含量Table 4. Content of trace metals in muscle of rough-toothed dolphinmg·kg-1 微量元素 trace metals 钙 Ca 镁 Mg 铁 Fe 锌 Zn 铜 Cu 锰 Mn 硒 Se 背肌 back muscle 34 230 230 14 1.8 0.31 1.1 腹肌 belly muscle 48 200 200 20 1.4 0.14 0.92 尾肌 tail muscle 43 240 240 13 0.97 0.21 0.77 3. 结论
本文的研究对象样本数量少，国内外对其肌肉组织的营养组成状况研究也相对较少。该海豚样本取样时组织状态保存完好，实验结果均采用精密仪器进行测定，实验结果基本可以反映样品的营养组成状况。结果表明，糙齿海豚肌肉组织蛋白质含量高，必需氨基酸种类齐全，总氨基酸的含量规律与粗蛋白含量类似，背肌氨基酸含量最高，腹肌氨基酸含量最低；但背肌与腹肌中必需氨基酸含量与总氨基酸含量的比值基本相当。脂肪酸组成存在一定差别，富含棕榈酸(16：0)、棕榈油酸(16：1)、硬脂酸(18：0)、油酸(18：1)及DHA(22：6 ω-3)等。不饱和脂肪酸中ω-3/ω-6的比值较低(0.12~1.36)，与其它海洋有机生物相比(通常高于4，有的高达50)，该值明显偏低。
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图 2 大鹏澳网箱养殖海域表层沉积物中Pb的空间分布
Figure 2. Spatial distribution of Pb in surface sediments in Dapeng′ao Cove
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图 3 大鹏澳网箱养殖海域柱状沉积物中Pb的垂直分布
Figure 3. Distribution of Cu in hole contents from Dapeng′ao Cove
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图 4 大鹏澳各区域表层沉积物中Pb元素的季节分布特征
Figure 4. Seasonal variations of Pb in surface sediments from all areas in Dapeng′ao Cove
表 1 大鹏澳表层沉积物中Pb的含量
Table 1 The contents of Pb in surface sediments from Dapeng′ao Cove
mg · kg-1 季节
season站位 sample station 网箱养殖区 cage culture area 贝类区 shellfish area 对照区 control area 1 2 3 均值
average4 5 6 7 8 均值
average春 spring 41.42 46.47 43.25 43.71 32.20 32.05 32.47 37.22 40.17 35.48 夏 summer 44.50 45.00 35.30 41.60 28.43 28.70 32.03 35.67 34.53 32.73 秋 autumn 27.02 39.13 25.15 30.43 21.72 26.55 25.62 30.25 21.27 25.92 冬 winter 40.83 39.45 31.20 37.16 34.13 23.03 31.63 29.75 32.20 29.15 均值
average38.44 42.51 33.73 38.23 29.12 27.58 30.44 33.22 32.04 30.82 
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表 2 大鹏澳表层沉积物中Pb污染评价的结果
Table 2 The assessment result for Pb in the surface sediment of Dapeng′ao Cove
季节 season 站号 sample station 1 2 3 4 5 6 7 8 污染分数
pollution index春 spring 0.69 0.77 0.72 0.54 0.53 0.54 0.62 0.67 夏 summer 0.74 0.75 0.59 0.47 0.48 0.53 0.59 0.58 秋 autumn 0.45 0.65 0.42 0.36 0.44 0.43 0.50 0.35 冬 winter 0.68 0.66 0.52 0.57 0.38 0.53 0.50 0.54 沉积物质量标准/mg·kg-1 sediment quality 60
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表 3 不同水域表层沉积物中Pb含量的比较
Table 3 Comparison of Pb content in surface sediments from different waters
mg · kg-1
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