三疣梭子蟹性腺成熟过程中镉的组织与阶段特异性蓄积特征研究

《Journal of Agriculture and Food Research》：Stage- and Tissue-Specific Cadmium Accumulation in Portunus trituberculatus During Gonadal Maturation

　　

三疣梭子蟹（Portunus trituberculatus）是一种经济价值重要的蟹类，年捕捞量超过45万吨，是全球蟹类渔业的主要贡献者之一。镉（Cd）在梭子蟹体内的蓄积已引起广泛关注，因为高水平的镉可能带来食品安全风险。镉在甲壳类动物中的蓄积较为普遍，通常认为与其摄食习性和生活方式密切相关。然而，与其他海洋蟹类相比，梭子蟹体内的镉含量可能比红帝王蟹（Paralithodes camtschaticus）、招潮蟹（Macrophthalmus depressus）和蓝梭子蟹（Portunus segnis）等物种高出十倍甚至一百倍。以往对梭子蟹镉蓄积的研究主要集中于食品安全风险，通常将肝胰腺和性腺统称为"褐肉"，肌肉组织称为"白肉"。这些研究普遍发现褐肉中的镉浓度显著高于白肉。然而，由于肝胰腺与性腺在解剖位置上紧密相邻，完全分离较为困难，从而限制了对镉组织特异性分布模式的准确分析。因此，关于性腺是否为镉的主要储存部位仍存在争议。尽管镉是一种高毒性元素，但梭子蟹体内蓄积的高水平镉似乎并未影响其生长、发育或繁殖。在性腺发育过程中，甲壳类动物的营养转运和分配在肝胰腺、肌肉和性腺之间发生动态变化。肝胰腺在营养代谢和能量储存中发挥重要作用，并且是参与重金属解毒的关键组织。这些功能提示肝胰腺可能密切参与镉的再分配以及与性腺成熟相关的生理过程。然而，梭子蟹在性腺发育过程中不同组织间镉蓄积的动态变化仍未得到充分表征。特别是镉的组织特异性分布及其与生殖发育的关系尚未被系统阐明。为解决上述问题，本研究从东海采集了涵盖不同性腺发育阶段的梭子蟹样本，并采用严格的冰上解剖程序以最大限度减少组织间交叉污染，从而准确分离肝胰腺、性腺、肌肉及其他组织。采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定不同组织中镉浓度，并结合肝胰腺指数（HSI）和性腺指数（GSI）分析镉蓄积与生殖发育之间的关系。本研究的目标包括：（1）阐明性腺成熟过程中镉的组织特异性分布及其跨发育阶段的动态变化；（2）确定肝胰腺还是性腺是镉蓄积的主要器官；（3）研究生殖系统中镉的分布特征及其可能的生理调控作用。研究结果将加深我们对甲壳类动物重金属蓄积和解毒过程的理解，并为梭子蟹组织分布方面的食品安全评价提供科学依据。

三疣梭子蟹性腺成熟过程中镉的组织与阶段特异性蓄积特征——论文深度解读

一、研究背景与问题

三疣梭子蟹（Portunus trituberculatus）作为全球重要的经济蟹类，年捕捞量超过45万吨。然而，该物种体内镉（Cd）蓄积水平显著高于其他海洋蟹类，可达到红帝王蟹、招潮蟹等物种的十倍甚至百倍，构成潜在的食品安全风险。既往研究通常将肝胰腺与性腺合并为"褐肉"进行分析，发现褐肉镉浓度显著高于白肉（肌肉），但受限于肝胰腺与性腺解剖位置紧密相邻、难以完全分离的技术瓶颈，性腺是否为镉的主要蓄积器官一直存在争议。此外，尽管镉具有显著毒性，高镉蓄积似乎并未影响梭子蟹的正常生长与繁殖，提示该物种可能存在调控镉分布、限制镉向生殖组织转移的生理机制。然而，性腺发育过程中镉在不同组织的动态分布规律及其与生殖发育的关系尚未被系统阐明。因此，本研究旨在通过精确解剖和灵敏检测，揭示镉在梭子蟹不同组织中的特异性分布及其随性腺发育的动态变化，明确镉蓄积的主要器官，并探讨生殖系统中镉的分布特征及潜在生理调控作用。

二、主要技术方法

研究人员于2023年8月至2024年5月在浙江舟山（121°30′E，29°32′N）采集84只梭子蟹（21雄、63雌），覆盖不同性腺发育阶段，每阶段不少于10只。采用严格的冰上解剖程序分离肝胰腺、性腺、肌肉、心脏、鳃、胃等组织，特别注重肝胰腺与性腺的防交叉污染处理。使用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS，Agilent-7500cx）依据中国国家标准（GB 5009.268-2025）测定镉浓度，以铟为内标，方法检出限（LOD）为0.02 mg/kg，定量限（LOQ）为0.05 mg/kg。以罐装蟹肉质控样品（T07357，FAPAS）进行质量控制，实测值5.64±0.01 mg/kg，参考值5.81 mg/kg（范围4.38–7.24 mg/kg），验证结果可靠。同时计算性腺指数（GSI）和肝胰腺指数（HSI），采用Kruskal–Wallis检验和Dunn检验进行统计分析。

三、研究结果

3.1 肝胰腺镉含量与肝胰腺指数

研究结果显示，性成熟雌雄蟹肝胰腺中镉含量均显著高于其他可食组织（p<0.01），肝胰腺占所有可食组织总镉含量的97%以上。这一结果明确表明肝胰腺是可食组织中镉蓄积的主要部位，传统将肝胰腺与性腺合并为"褐肉"的分析方法可能高估了性腺对镉蓄积的贡献。在卵巢发育早期（Ⅰ-Ⅱ期和Ⅱ期），肝胰腺镉含量显著低于性成熟Ⅵ期，提示镉含量随个体生长发育和暴露时间延长而逐渐增加。肝胰腺指数（HSI）在Ⅰ-Ⅱ期维持相对较高水平，在Ⅱ-Ⅲ期和Ⅳ-Ⅵ期呈下降趋势，可能与肝胰腺储存营养物质的动员以支持卵巢成熟有关。

3.2 性腺镉含量与性腺指数

研究发现各发育阶段性腺中镉含量极低（未检出至0.270 mg/kg），证实性腺并非镉的主要蓄积组织，解决了此前关于性腺是否为镉主要蓄积部位的争议。卵巢镉含量并非恒定不变，在发育早期（Ⅱ期，0.1624±0.0617 mg/kg）和产卵后Ⅵ期呈现较高水平，而在快速发育期（Ⅲ-Ⅴ期）接近检出限。值得注意的是，Ⅵ期大量成熟卵排出后，卵巢镉浓度飙升至整个生殖周期的最高点，而卵中镉含量极低（0.0694±0.0116 mg/kg），仅为Ⅵ期卵巢的七分之一。这一现象提示卵巢外膜可能拦截了大部分镉，阻止其进入生殖细胞，从而保护后代的正常发育。

3.3 白肌

白色肌肉在整个性腺发育过程中镉浓度均为所有检测组织中最低，且雌雄间无显著差异（p>0.05）。既往研究报道褐肉消费相关的危害商约为白肉的5倍。研究同时指出，蒸煮加工可能导致镉从褐肉转移至邻近腿肌，因此食品安全评估需考虑烹饪过程中的镉分布变化。建议消费者在食用前去除肝胰腺，若肝胰腺与性腺难以分离则应整体去除。

3.4 其他组织

各组织镉含量排序为：肝胰腺>胃（1.66±0.76 mg/kg）>鳃（0.60±0.19 mg/kg）>心脏（0.34±0.19 mg/kg）>性腺>卵≈定量限>胸肌≈腿肌和螯肌。胃中镉含量相对较高，可能与未消化的食物残渣有关，提示镉主要通过摄食途径进入梭子蟹体内。心脏镉含量较低，可能反映肝胰腺对镉毒性的潜在保护作用。

四、讨论与结论

本研究表明肝胰腺是梭子蟹镉蓄积的主要组织，占可食部分总镉的97%以上，而性腺并非主要蓄积部位。卵巢镉含量在整个发育过程中保持较低水平，卵中镉含量接近检出限，提示存在限制镉向卵母细胞转移的潜在机制。肝胰腺镉浓度及肝胰腺指数、性腺指数随发育阶段发生变化，但这些生理指标与镉蓄积之间的关系尚不明确。研究结果为梭子蟹"褐肉"中镉的定位及甲壳类动物重金属解毒机制提供了新见解。未来研究应聚焦于镉的形态分析、金属硫蛋白功能以及卵巢屏障的分子机制，以进一步阐明三疣梭子蟹镉蓄积与解毒的完整机制。