巴西犁头鳐(Pseudobatos horkelii)母体–胚胎必需、非必需金属及类金属( Metalloid )的转移及其作为海岸污染哨兵种(Sentinel Species)的应用潜力

《Environmental Pollution》：Maternal-fetal transfer of essential and non-essential metals and metalloids in the Brazilian Guitarfish (Pseudobatos horkelii) and its promising use as a sentinel species

　　

摘要：环境污染对海洋脊椎动物特别是胎生(Viviparous)物种的繁殖成功率构成日益严重的威胁。本研究以极度濒危的巴西犁头鳐(Pseudobatos horkelii)为对象，探讨必需、有毒及潜在有毒金属与类金属(Metalloid)的母体–胚胎转移(Maternal–Fetal Transfer)、组织分布及潜在生物学效应，并评估其作为海岸污染监测哨兵种(Sentinel Species)的可行性。研究人员采集巴西南部–东南部海域怀胎与非怀胎雌鳐及其胚胎的肝脏与肌肉组织，采用电感耦合等离子体质谱法(ICP?MS, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)进行分析。结果显示，怀胎雌鳐肌肉中Ni与Ti浓度显著低于非怀胎雌鳐，表明发生母体卸载(Maternal Offloading)。观察到Cu、Ni、Pb、Se、Ti及Zn发生母体–胚胎转移，胚胎存在生物累积迹象，其肌肉中Ni、Rb与Ti浓度高于肝脏。胚胎条件因子(Condition Factor, CF)与金属浓度间的显著相关性提示早期暴露可能产生亚致死效应(Sublethal Effect)。胚胎肌肉中Se与Hg呈强负相关且Se:Hg摩尔比高达147:1，表明Se对Hg毒性具胚胎期保护作用。结果表明P. horkelii胚胎在发育期即暴露于多种污染物，可能影响种群补充(Recruitment)，支持该物种作为海岸环境质量哨兵的价值。

巴西犁头鳐(Pseudobatos horkelii)金属与类金属母体–胚胎转移及哨兵种价值的研究解读

本文发表于《Environmental Pollution》。极危(VU→CR, Critically Endangered)软骨鱼——巴西犁头鳐(Pseudobatos horkelii, Rhinopristiformes, 犀鳐目)是巴西近海特有底栖大型鲨鳐类群，面临过度捕捞与生境退化的双重压力。作为胎生(Viviparous / Aplacental Viviparity in elasmobranchs)物种，胚胎在子宫内与母体环境长期接触，使得母体蓄积的金属与类金属(Metalloid)可通过卵黄或子宫液发生母体–胚胎转移(Maternal–Fetal Transfer / Maternal Offloading)，进而对子代产生亚致死乃至致畸影响，最终危及本就脆弱的小种群补充(Recruitment)。目前犀鳐目(Rhinopristiformes)生态毒理学数据极为匮乏，且关于巴西近海P. horkelii种群中非传统污染物（如Technology?Critical Element, TCE如Ti、Rb）的胚胎暴露、组织分配模式及Se(硒)对Hg(汞)的解毒拮抗作用尚不清楚。因此，研究人员在巴西里约热内卢州近海Cagarras群岛海洋保护区周边渔获中采集怀胎与非怀胎雌鳐及胚胎样本，测定肝、肌组织中必需(如Cu、Zn、Se、Mn、Co)、有毒(如Hg、As、Cd、Pb)及潜在有毒元素(Ni、Ti、Rb、V、Al)含量，通过组间比较判定母体卸载与跨胎盘/卵黄转移，以胚胎条件因子(Condition Factor, CF)与肝体指数(Hepatosomatic Index, HSI)关联金属浓度评估发育效应，并计算Se:Hg摩尔比探讨解毒潜力，最终论证其作为海岸污染哨兵种(Sentinel Species)的意义。

主要技术方法简述： 研究人员于2022年4月自巴西里约热内卢州科帕卡巴纳Z13渔民合作社获取14尾雌性P. horkelii成体（含2尾怀胎个体，分别携带6与4枚胚胎，共10枚可测胚胎），解剖分离肝脏与白肌组织；经HNO₃消解后用ICP?MS(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)按US EPA Method 6020B测定Co、Cu、Mn、Se、Zn（必需元素），As、Cd、Hg、Pb（有毒元素）及Al、Ni、Rb、Ti、V（潜在有毒/新兴关注元素），并以DORM?2、BCR?668、ERM?BB422标准物质进行质控；计算胚胎条件因子(CF = TW / TL³× 100，TW为体重g，TL为体长cm)与肝体指数(HSI = LW / TW × 100，LW为肝重g)；采用Student's t检验或Wilcoxon秩和检验比较怀胎vs非怀胎雌体、母体vs胚胎、胚胎肝vs肌组织差异，Pearson/Spearman相关分析金属与CF/HSI关系，依Bergés?Tiznado法计算Se:Hg摩尔比(Molar Ratio)，显著性水平p<0.05，所有统计于R环境中完成。

3. Results（结果）

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  怀胎与非怀胎雌鳐肝脏元素浓度无显著差异。
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  怀胎雌鳐肌肉中潜在有毒元素Ni(t=-2.49, df=6, p=0.046)与Ti(t=-3.75, df=11, p=0.003)显著低于非怀胎雌鳐（非怀胎分别高213%与60%），提示母体将Ni、Ti卸载至胚胎。
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  母体肝脏vs胚胎肝脏比较：胚胎肝脏Cu显著高于母体(t=3.29, p=0.008)，母体肝脏As、Hg、Mn、Ni、Pb、Rb、V均显著高于胚胎；母体肌肉vs胚胎肌肉比较：胚胎肌肉Cu(t=3.40, p=0.006)与Zn(t=5.08, p=0.0004)显著高于母体肌肉，母体肌肉Mn、As、Hg、Rb显著高于胚胎肌肉，表明Cu、Zn及部分元素向胚胎主动/被动转移。
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  胚胎自身组织比较：Co、Cu、Mn、Se、Zn、As、V在肝脏浓度高于肌肉；Ni、Rb、Ti在肌肉浓度高于肝脏（Ni平均高160%、Rb高112%、Ti高24%），说明Ni、Rb、Ti在胚胎期倾向于肌肉生物累积(Bioaccumulation)。
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  胚胎CF与肝脏Hg呈强负相关(r=-0.75, p=0.025)，与肝脏V呈中等负相关(r=-0.64, p=0.043)；与肌肉Rb(r=-0.64, p=0.043)、Ti(r=-0.65, p=0.040)呈中等负相关，与肌肉Se呈中等正相关(r=0.63, p=0.049)。胚胎肌肉Se与Hg呈强负相关(r=-0.79, p=0.009)，计算得Se:Hg摩尔比为147:1，暗示Se结合Hg形成HgSe降低生物有效性，具胚胎保护效应。

4. Discussion（讨论部分总结）： 研究人员指出非怀胎雌鳐肌肉Ni、Ti较高而怀胎雌鳐较低，因Ni、Ti无已知妊娠生理需求，最合理解释为母体向胚胎卸载污染物，这与Lesser Numbfish(Narcine brasiliensis)中报道的Ni转移一致。胚胎肝脏Cu高于母体，不同于同物种其他种群既往报道，可能反映区域污染差异或采样时胚胎发育阶段不同及母体转移效率变化；Zn为首次在该物种检出并证实发生母体转移。胚胎肌肉中Ni、Rb、Ti偏高符合早期生物累积模式，其中Rb为首次在P. horkelii及其胚胎中检出并记录肌肉生物累积趋势。Cd与V在母体仅存于肝脏但胚胎肝/肌均可检出，提示经卵黄的高效能转移及胚胎解毒能力有限。CF与Hg、V、Rb、Ti的负相关表明污染物暴露可能削弱胚胎体质，造成亚致死发育影响，进而影响幼体存活与种群补充。高Se:Hg摩尔比(147:1)支持Se对Hg毒性的拮抗/解毒(Se?Hg Antagonism / HgSe Complexation)在软骨鱼胚胎期已发挥作用。研究人员强调准确界定性成熟体长(TL₅₀)对解析初产vs多产母体卸载率十分关键，误判会导致转移效率偏差。最后指出P. horkelii具沿岸狭域分布、中层捕食者(Mesopredator)致生物放大(Biomagnification)、长寿命及胚胎早曝特性，适合作为近岸沉积物与水质污染哨兵种，但受限于极危状态样本难得，需最大化利用个案数据；同时人体食用受污染个体构成公共健康风险，呼吁将生态毒理数据纳入保护管理。

5. Conclusion（结论部分翻译）： 本研究结果与既往P. horkelii毒理学研究共同表明该物种具备作为环境健康监测有效哨兵种(Sentinel Species)的潜力，原因包括：(1)作为中营养级捕食者通过生物放大累积污染物，对环境胁迫敏感；(2)分布于西南大西洋不同人为干扰梯度的沿岸生境，可反映从相对原始至高度退化生境的健康状况；(3)较长寿命叠加胚胎期污染物暴露使其可预警长期环境变迁，胚胎高污染水平进一步支持其作为环境退化生物指示剂；(4)在海岸生态系统中连接低至高营养级，种群健康可表征生态系统整体状况。尽管怀胎雌鳐样本量受限（n=2），但对极危K?对策(K?selected Life?History Strategy)物种而言，充分利用可获得个体信息至关重要。明确软骨鱼金属/类金属毒性阈值属优先研究方向，胚胎期暴露叠加出生后退化生境接触可引致亚细胞与亚致死效应累积，削弱应对捕捞与生境丧失的能力，早期污染还可致成体期繁殖潜力下降。P. horkelii作为沿海社区食用鱼类，其污染不仅威胁种群恢复亦通过海产品消费危害公共健康，凸显需采取衔接保护与公共卫生的综合管理策略。