利用青鳉鱼胚胎全沉积物暴露体系评估河口沉积物中铜的生物有效性与毒性机制

本综述通过青鳉鱼（Oryzias latipes）胚胎全沉积物暴露实验，系统解析了不同地球化学特性沉积物中铜（Cu）的生物有效性（Bioavailability）与毒性机制，揭示了溶解态Cu和Chelex-100可提取态Cu比总Cu含量更能准确预测沉积物生态风险，为河口重金属污染评估提供了创新方法（whole-sediment exposure）与理论依据。

　　

Section snippets

Preparation of AT sediment and sampling of environmental sediments

人工（AT）沉积物的配制参照Kemble等人（1999）的方法，包含酸洗石英砂（74.5%）、CaMg(CO₃)₂（20%）、高岭土（5.0%）、腐殖酸（0.49%）和α-纤维素（0.01%）。所有组分通过机械混合器以30 rpm转速均匀混合至少1小时。环境沉积物采集自台湾三个地点：淡水河（MH）、高美湿地（GD）和大肚溪口（DS），使用不锈钢抓斗采集表层沉积物（0-5 cm），避光保存于4°C，一周内完成预处理。

The effect of sediment properties on fish mortality and Cu body burden from the whole sediment exposure

表1总结了四种沉积物的理化特性。环境沉积物（MH、DS、GD）黏土含量低（<7%），而AT沉积物黏土占比高（39%），但阳离子交换容量（CEC）最低（2.3 cmol_c/kg）。MH沉积物pH最低（4.0）、CEC最高（11.9 cmol_c/kg）、有机质含量最高（9.7%）。DS和GD沉积物来自河口区域，具有高盐度（EC > 20 mS/cm）、中等CEC（6.3–8.4 cmol_c/kg）和较低有机质（2.0–2.7%）。全沉积物暴露实验中，胚胎死亡率顺序为AT > MH > GD ≈ DS，与溶解态Cu和Chelex-100可提取Cu高度相关，而与沉积物总Cu或孵化幼鱼体内Cu富集量无关。

Discussion

青鳉鱼作为广盐性物种，能耐受宽pH范围和高盐度环境，对照组中死亡率与Cu体内富集量在四组沉积物间无显著差异（表2）。全沉积物暴露体系中胚胎部分嵌入沉积物，同时暴露于上覆水与孔隙水——这有效模拟了沉积物关联Cu的多途径吸收。本研究发现，Cu的生物有效性和毒性受沉积物地球化学特性强烈调控：低pH与低有机质含量（如MH沉积物）促进Cu释放，而高盐度与金属络合作用（如GD和DS）降低Cu生物有效性。Chelex-100提取态Cu（代表游离与弱络合态Cu）与胚胎死亡率显著相关，表明其作为毒性预测指标的可靠性。

Conclusion

本研究证实，沉积物中Cu的生物有效性与毒性受pH、有机质、阳离子交换容量（CEC）和盐度等关键特性调控。MH沉积物因低pH和有机质释放出更高生物有效态Cu，导致更强毒性；而GD和DS的高离子强度与金属络合作用降低了Cu生物有效性。Chelex-100提取态Cu与溶解态Cu比总Cu更能准确预测沉积物毒性，尤其在河口高盐环境中。青鳉胚胎全沉积物暴露体系为评估重金属污染沉积物的生态风险提供了实用且高效的方法。