孟加拉湾东北部沿海海藻中特定物种有毒金属的生物累积：对人类健康风险的影响

《Regional Studies in Marine Science》：Species-Specific Bioaccumulation of Toxic Metals in Coastal Seaweeds from the Northeast Bay of Bengal: Implications for Human Health Risk

海藻对孟加拉湾东北部八种有毒重金属的生物积累特征及健康风险研究。通过ICP-MS检测发现，Sargassum flavicans砷含量高达94.97 mg/kg，远超安全限值；Dictyota sp汞含量最高（0.35 mg/kg）。Hypnea boergesenii等四种海藻显示较高重金属累积，Ulva lactuca砷和铅含量最低。Hazard Index显示非致癌风险可控（HI<1），但砷相关总致癌风险（TCR>1×10^-4）在部分物种中超标。PCA等分析表明金属累积受人为污染和物种特性共同影响。研究成果为海藻安全利用和污染管控提供依据。

　　

比普洛布·哈桑博士（Md. Biplob Hasan）| 穆什菲库尔·拉赫曼博士（Md. Mushfiqur Rahman）| 阿诺布·高什（Arnob Ghosh）| 斯瓦奇萨·拉赫曼（Swachsa Rahman）| 马哈茂杜尔·哈桑（Mahmudul Hasan）| 哈比布拉乌拉-阿尔-马蒙博士（Md. Habibullah-Al-Mamun）| 米尔·沙里富尔·伊斯兰（Mir Shariful Islam）

达卡大学海洋学系，达卡1000，孟加拉国

摘要

海藻是一种具有生态和经济价值的海洋资源，但其积累有毒金属的能力对人类健康和海洋生态系统都构成了威胁。本研究评估了从孟加拉湾东北部海岸收集的九种海藻中八种有毒重金属——砷（As）、铅（Pb）、镉（Cd）、钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、锰（Mn）和汞（Hg）的浓度。这些金属浓度是通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定的。不同物种之间的金属积累量存在显著差异。Sargassum flavicans的砷含量极高（94.97 mg/kg），超过了安全限值的30倍以上，而Dictyota sp的汞含量最高（0.35 mg/kg），表明存在特定地点的污染。Hypnea boergesenii的铬、铜和铅含量较高，表明其可能作为生物指示物。值得注意的是，Gracilaria tenuistipitata和Enteromorpha intestinalis积累了高水平的砷和锰，而Ulva lactuca的砷和铅含量最低，表明其生长环境相对较为清洁。危害指数（HI）显示没有明显的非致癌风险（HI < 1），尽管在几种物种中检测到了与砷相关的总致癌风险（TCR > 1×10^-4）。多元统计分析（包括主成分分析（PCA）、层次聚类分析（HCA）和皮尔逊相关矩阵）表明，金属积累模式受到人为因素和物种特异性生物积累特性的影响。这些发现强调了定期监测和制定海藻采集及消费安全指南的必要性。随着全球对海藻需求的增长，解决污染问题对于保护公众健康和维持海洋生物多样性至关重要。

引言

海藻是一类多样的多细胞海洋生物，在海洋生态系统中发挥着重要作用。它们通过固着器附着在沙子、岩石、珊瑚和贝壳等基质上（El Gamal, 2010; Sahayaraj et al., 2014）。这种结构上的简单性，加上高表面积与体积比以及富含多糖的细胞壁，增强了它们从周围水中吸附和积累金属的能力（Anbazhagan et al., 2021; Karmaker et al., 2024a）。海藻分为三大类：红藻（Rhodophyceae）、褐藻（Phaeophyceae）和绿藻（Chlorophyceae）（Apaydin et al., 2010）。除了生态价值外，海藻还因其营养价值和药用价值而广受认可，在包括中国、日本、韩国和泰国在内的许多亚洲国家的传统饮食中占有重要地位（Arulkumar et al., 2019; Islam et al., 2022）。然而，在孟加拉国，尽管该国拥有漫长的孟加拉湾海岸线，海藻的消费仍然有限，其经济潜力也未得到充分开发（Bhuyan et al., 2024）。 孟加拉国的海洋环境中大约有335种已知的海藻，其中至少32种在沿海地区大量存在（Bhuyan et al., 2024; Hossain et al., 2021）。海藻富含蛋白质、纤维和生物活性化合物，如欧米伽-3脂肪酸、多糖、叶绿素和必需氨基酸（Chan and Matanjun, 2017; Sakthivel and Pandima Devi, 2015）。它们含有高浓度的维生素（A、B12、C、D、E和K）和矿物质（碘、铁和镁），具有多种健康益处，包括心血管保护、抗炎作用以及在高脂血症和高血压等病症中的潜在治疗应用（Arulkumar et al., 2019; Biswas et al., 2023; Islam et al., 2023a; Islam et al., 2025）。此外，海藻还是食品、制药、化妆品和农业等行业的关键生物资源，被用作有机肥料和琼脂、卡拉胶等水胶体的来源（Khan et al., 2015; Salamat et al., 2022）。 除了经济和营养价值外，海藻还通过高效吸收大气中的二氧化碳（CO2）在减缓气候变化方面发挥着重要作用，其吸收速率远高于陆地植物（Duarte et al., 2017; Ray et al., 2022）。然而，它们从周围环境中积累金属的能力也使其成为海洋污染的生物指示物（Anbazhagan et al., 2021）。由于采矿、城市化、石化加工和不当废物处理等人为活动，海洋生态系统中的重金属污染日益严重（Islam et al., 2023b），导致沿海水域中有毒金属含量升高（Khandaker et al., 2021; Rabaoui et al., 2014）。 砷（As）、铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、钴（Co）、铬（Cr）和锰（Mn）等重金属和类金属尤其令人担忧，因为它们具有持久性、生物累积性，并可能对海洋生物和人类造成毒性（Fu and Wang, 2011; Karmaker et al., 2024a; Yüksel et al., 2024）。其中，铜（Cu）、锰（Mn）和铬（Cr）在微量水平上是必需的营养素，但高浓度时具有毒性；而铅（Pb）、镉（Cd）和汞（Hg）即使在低暴露水平下也具有毒性（Balali-Mood et al., 2021; Paithankar et al., 2021）。这些金属可以进入海洋食物链，带来严重的生态和健康风险（Bonanno et al., 2020; Chen et al., 2018）。长期接触这些重金属会对孕妇和儿童等脆弱群体造成长期健康损害（Filippini et al., 2021; Kumar and Sharma, 2021）。汞是最具毒性的环境污染物之一，与儿童认知障碍和神经发育迟缓密切相关。日本的水俣病就是一个典型例子，该疾病是由于长期接触甲基汞导致的周围神经系统严重损伤（Yang et al., 2022）。砷（As）和镉（Cd）等金属是已知的致癌物，与肾癌、肺癌、膀胱癌和皮肤癌有关（Balali-Mood et al., 2021; Pietrzak et al., 2021）。即使是非致癌性的重金属，也可能导致严重的健康问题，包括神经功能障碍、肾功能障碍和免疫系统紊乱（Paithankar et al., 2021）。海藻中的重金属积累通过被动吸附到细胞表面和通过代谢途径主动吸收实现，这些过程受物种特异性生理特征、环境中的金属可用性和水质的影响（Karmaker et al., 2024a）。 尽管孟加拉国东北部孟加拉湾沿岸地区的海洋生物多样性丰富，但关于海藻中重金属污染的研究仍然有限。金属积累的程度及其相关的人类健康风险尚未得到充分研究。为填补这一空白，本研究调查了从Cox’s Bazar和St. Martin’s Island沿海地区收集的九种海藻中八种有毒重金属（砷、铅、镉、汞、钴、铬、铜和锰）的生物积累情况。此外，还使用非致癌和致癌风险评估模型（包括金属污染指数（MPI）和危害指数（HI）评估了海藻消费的潜在健康风险。通过阐明海藻中的重金属污染程度并确定潜在的生物指示物种，本研究为政策制定者、环境管理者和公共卫生专业人士提供了宝贵见解。研究结果强调了持续监测、有效监管措施和可持续管理策略的迫切需求，以确保海藻的安全消费并防止孟加拉国海洋生态系统的进一步污染。

研究区域

本研究在孟加拉湾东北部进行，具体位于两个关键区域：St. Martin’s Island和Cox’s Bazar（图1）。选择这些地点是因为它们具有丰富的生态资源和海藻生物多样性及栽培潜力。St. Martin’s Island位于孟加拉湾内，距离孟加拉国大陆约12公里，纬度在20°34'–20°39'之间，经度在92°18'–92°21'之间。该岛面积为8平方公里。

海藻物种中的重金属积累

本研究发现，从孟加拉国Cox’s Bazar和St. Martin’s Island沿海地区收集的不同海藻物种中的重金属浓度存在显著差异（表2）。这种差异受到代谢活动、暴露时间、螯合剂类型、环境条件（pH值、盐度、温度、有机物、水质）以及生物结构差异的复杂影响（El-Said, 2013）。

Hypnea boergesenii表现出明显的重金属积累特征...

结论

本研究评估了从孟加拉国St. Martin’s Island和Cox’s Bazar收集的九种海藻中八种重金属（砷、铅、镉、钴、铬、铜、锰和汞）的浓度。研究结果表明，这些海藻具有显著的金属积累能力，且不同物种之间的差异较大。金属污染指数（MPI）显示中度至高度污染，其中Hypnea boergesenii、Gracilaria tenuistipitata、Sargassum flavicans和Padina tenius的金属积累量尤为高...

未引用的参考文献

(Bor?vka et al., 2005; Khairul Alam Sobuj et al., 2023; Shariful Islam et al., 2025; Smith, 1988)

资助

作者衷心感谢孟加拉人民共和国科学技术部通过国家科学技术奖学金（NST Fellowship）对本研究提供的支持。

CRediT作者贡献声明

米尔·沙里富尔·伊斯兰（Mir Shariful Islam）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、数据管理。 比普洛布·哈桑博士（Md. Biplob Hasan）：撰写——初稿撰写、调查、概念构思。 穆什菲库尔·拉赫曼博士（Md. Mushfiqur Rahman）：撰写——审稿与编辑、调查、数据分析、概念构思。 马哈茂杜尔·哈桑（Mahmudul Hasan）：验证、监督、方法论、数据管理。 哈比布拉乌拉-阿尔-马蒙博士（Md. Habibullah-Al-Mamun）：撰写——审稿与编辑、验证、监督、方法论、数据管理。 阿诺布·高什（Arnob Ghosh）：软件开发、数据分析、数据管理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢孟加拉国科学与工业研究委员会（BCSIR）的首席科学官Mohammad Moniruzzaman博士在整个研究过程中的专业指导和不懈支持。同时，作者也感谢达卡大学海洋学系的教职员工在研究过程中的持续协助、技术支持和鼓励。