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JoX：海洋鱼类体内重金属的生物累积和营养转移

已有 199 次阅读 2026-3-25 17:44 |个人分类:学术软文|系统分类:博客资讯

研究背景

海洋鱼类既是维系海洋食物网与营养循环的关键类群，也是沿海社区重要的蛋白来源与渔业经济支柱。但汞 (Hg)、镉 (Cd)、铅 (Pb) 等重金属具有高毒性且难降解，可通过火山活动、岩石风化等自然过程进入海洋，更常因工业排放、冶炼、石油化工、采矿、污水排放、农业径流及化石燃料燃烧后的大气沉降而显著增加。进入海域后，重金属可在沉积物中长期累积，并在一定条件下再释放回水体，被浮游生物、底栖生物与鱼类吸收；鱼类再通过摄食将重金属在食物网中传递，最终影响顶级捕食者与人类的海产品安全。本综述旨在整合2015—2024年相关研究，系统梳理海洋鱼类重金属生物累积机制与营养级传递过程，并评估其对种群、群落与生态系统层面的影响与知识空缺。

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从Web of Science记录中提取的关键词共现网络

研究过程与结果

本文采用PRISMA框架开展系统性文献综述。文章首先在Web of Science Core Collection中检索2015—2024年发表的同行评议文献，以“heavy metals”“marine fish”“bioaccumulation”等为关键词，按纳入标准筛选得到141篇核心研究；随后为拓展“生态效应”议题，又补充检索并纳入开放获取或机构可访问的全文研究，使总计综述文献扩展至235篇。每项研究提取文章、年份、区域、鱼种、金属类型、评估方法与关键发现等信息，并按“生物累积机制”“营养级传递路径”等主题归类。同时，文章使用VOSviewer对WoS记录进行文献计量分析，包括关键词共现、引文网络与文献耦合，以识别研究聚类与热点方向。引文网络中仅展示在数据集中本地被引次数≥10的文献节点，通过节点大小与颜色梯度反映影响力差异；文献耦合从“论文层面”和“期刊来源层面”分别展示共享参考文献结构，从而呈现领域内主题相近的研究群。

在机制层面，综述强调海洋鱼类可通过多途径同时暴露并累积重金属：其一是水体途径，鳃因表面积大且具离子交换功能，成为关键吸收位点，尤其对镉与汞更为敏感，部分情况下可绕开初始解毒过程；其二是沉积物相关途径，在底栖或近底栖环境中，鱼体与含金属沉积物的皮肤接触、颗粒再悬浮导致的鳃暴露、以及摄食过程中对沉积物结合态金属的摄入，都可能显著提高总体负荷；其三是膳食途径，尤其对较高营养级或捕食性鱼类，摄食污染猎物被认为是长期累积的重要驱动。文章指出，整合型野外评估越来越一致地表明：鱼类并非只受单一路径影响，而是经由水体、食物与沉积物并行暴露，这种“多路径叠加”会塑造更复杂的组织分布与风险图景；其中沉积物作为长期“汇”与“二次源”的作用仍相对欠研究，但同位素示踪等证据提示其对总负荷可能具有重要贡献。

在组织分布规律上，综述归纳出明显的“组织特异性”。汞，尤其甲基汞 (MeHg)，因亲脂性及与含硫氨基酸/肌肉蛋白的亲和性，常优先累积于肌肉组织，这直接关联人类摄食暴露；而镉更多在肝与肾富集，与其在这些器官内与金属硫蛋白 (metallothioneins) 结合、参与解毒与储存的过程相一致。铅则倾向与富钙组织结合，常在骨骼与鳃结构中富集，可能影响骨骼与呼吸功能。部分必需元素如锌 (Zn) 与铁 (Fe) 可在肝与肌肉中检出较多，与其在酶活性与代谢过程中的角色相关。环境条件同样影响金属生物有效性：例如酸性条件可提高铅与镉溶解度并促进吸收；温度升高可通过提高呼吸与通气速率增强鳃介导摄入；盐度、pH等变化也会改变形态与可利用性。物种生态差异进一步放大这种变异：高代谢、主动游泳与捕食的种类常因摄食量与能量需求更高而呈现较高累积；而底栖/近底栖鱼类则可能因长期接触沉积物而出现更高水平。季节性也被多项研究记录：在干季因稀释效应减弱，某些金属的生物累积可更为明显。

在营养级传递与生物放大方面，综述将“营养级传递”界定为重金属从初级生产者向顶级捕食者的迁移过程，关键机制是各营养级的持续累积以及在某些金属上的“生物放大” (随营养级升高浓度上升)。典型路径为：浮游植物吸收溶解态金属→被浮游动物摄食并在组织中结合→再被小型鱼类与甲壳类摄食→逐级传递至更高营养级。综合不同海域研究，汞被反复证实具有稳定且显著的生物放大特征，顶级捕食者 (例如鲨等) 往往累积更高水平，且甲基汞较无机汞更易吸收与保留，从而在食物网中更具放大效率。相比之下，铜 (Cu) 与锌在一些研究中显示更强的生物累积与一定的营养级传递效率，常与膳食暴露有关；而铅与镉在多项研究中表现为放大不一致或有限，原因可能涉及生物有效性较低或排泄更快。综述亦总结了“生物稀释”现象：在某些区域与食物网结构中，砷 (As)、镉与铅可能随营养级升高反而下降，提示在高营养级中同化效率有限或代谢调控/排泄更有效。总体而言，是否出现放大、稀释或无规律变化，与金属类型、食物网结构、物种代谢与栖息地暴露共同相关，因而单凭“营养级高低”难以解释所有金属的分布模式。

研究总结

该综述基于PRISMA流程整合近十年证据，指出海洋鱼类重金属风险来自“多路径暴露—组织特异富集—食物网传递”的连续过程：鳃吸收、水体/沉积物接触与膳食摄入共同驱动累积；不同金属呈现差异化的器官分配 (如甲基汞偏向肌肉、镉偏向肝肾、铅常见于骨与鳃结构)，并受pH、温度、盐度等环境条件及物种生态特征 (底栖或远洋、摄食策略、代谢与解毒能力) 调制。在营养级维度，汞的生物放大证据最一致，而部分金属 (如As、镉、铅) 在某些食物网中可能出现生物稀释或缺乏明确放大规律；因此生态风险与海产品安全评估需同时纳入金属类型、组织分布、暴露路径与栖境背景。文章同时强调知识空缺：沉积物作为长期来源与调控因子的作用仍需更多野外证据；跨物种、跨栖境的可比性数据与长期监测不足，也限制了对种群、群落乃至生态系统层面后果的预测与管理决策支持。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2039-4713/15/2/59