項目名稱： 海洋生態(tài)系統(tǒng)重金屬的食物鏈傳遞和生物可利用性

推薦單位： 香港特別行政區(qū)

項目簡介： 本項目屬海洋科學和環(huán)境科學研究領(lǐng)域。

近半個世紀來，由于人類社會的迅猛發(fā)展及海洋開發(fā)活動的加劇，沿海重金屬污染已嚴重威脅到海洋生態(tài)安全和人類健康。本項目以香港沿岸及鄰近海域的海洋生物為研究對象，運用多學科交叉方法和理論，結(jié)合實驗室和現(xiàn)場實驗兩種研究方法，系統(tǒng)、深入地開展了多種有毒金屬食物鏈傳遞和生物可利用性研究，取得了大量創(chuàng)新性成果，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：

1）在國際上首次證明食物鏈傳遞是海洋無脊椎動物和魚類累積重金屬的一個重要途徑，定量證實食物鏈傳遞在金屬的生物累積過程中所起作用更為重要，并揭示了海洋動物能通過隔離、貯存和解毒方式應(yīng)對有毒金屬的暴露，開辟了食物相金屬對水生動物毒性的研究新方向；

2）系統(tǒng)研究了不同環(huán)境介質(zhì)中金屬的生物可利用性，首次發(fā)現(xiàn)膠體態(tài)金屬可通過膠體顆�；蛏�物還原而被水生生物直接利用。確定了沉積物中兩個可控制金屬生物可利用性的理化形態(tài)；

3）在國際上率先建立了基于生物能量學的金屬吸收動力學模型，并在香港及鄰近海域進行了現(xiàn)場驗證，模型預(yù)測結(jié)果與現(xiàn)場測定金屬濃度一致，該模型已被廣泛應(yīng)用于預(yù)測不同水生動物類群體內(nèi)的金屬濃度；

4）首次發(fā)現(xiàn)不同海洋生態(tài)系統(tǒng)中金屬在食物鏈傳遞過程中存在顯著差異，證實了常量營養(yǎng)鹽直接影響痕量金屬的生物地球化學行為；

項目執(zhí)行期間，已在環(huán)境科學和海洋科學領(lǐng)域內(nèi)的國際權(quán)威刊物上發(fā)表了140篇SCI論文，項目主要研究成果和觀點已得到國際同行的普遍認可和應(yīng)用，論文他引次數(shù)930次。2003年項目負責人王文雄教授因本研究的突出成績和對環(huán)境科學的重大貢獻獲得國際著名的生態(tài)學獎-日本琵琶湖生態(tài)學獎。

與國外同類研究比較，本項目在重金屬的食物鏈傳遞、動力學模型及生物可利用性等方面的研究更為系統(tǒng)、深入，并取得了許多原創(chuàng)性成果，促進了國際海洋環(huán)境科學學科的發(fā)展，同時對海洋環(huán)境水質(zhì)與沉積物質(zhì)量標準制訂和水產(chǎn)品質(zhì)量安全追溯體系的建立具有重要指導意義。

主要發(fā)現(xiàn)點： 1）金屬的食物鏈傳遞。在國際上率先建立了利用放射性同位素示蹤技術(shù)準確測定食物相金屬同化效率的方法，目前該方法已成為公認的標準方法；系統(tǒng)研究了多種水生動物對不同金屬（如鎘、鋅、汞和甲基汞）的同化效率，清晰地勾畫出水生動物的各種暴露途徑；在國際上首次發(fā)現(xiàn)食物鏈傳遞是海洋無脊椎動物和魚類累積金屬的重要途徑，定量證實了食物鏈傳遞在金屬生物累積過程中所起的作用比金屬的水相吸收更為重要；闡明了海洋生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)金屬遷移與累積的主要途徑和行為，開辟了國際上食物相金屬對水生動物毒性的研究新方向(主要論文1,2,5,6,7)。

2）金屬的生物可利用性。系統(tǒng)研究了不同環(huán)境介質(zhì)中金屬的生物可利用性：A）在國際上首次發(fā)現(xiàn)自然膠體鐵可以成為海洋浮游植物的一個鐵來源，并發(fā)現(xiàn)海洋濾食生物可以直接將膠體顆粒攝入，為這些動物能夠攝入結(jié)合在膠體上的金屬提供了直接證據(jù)，徹底改變了"只有自由離子才具有生物可利用性"的傳統(tǒng)觀點(主要論文4,9)；B）首次確定了沉積物中兩個重要的、可控制金屬生物可利用性的理化形態(tài)，發(fā)現(xiàn)與硫化物結(jié)合的金屬經(jīng)化學和生物學反應(yīng)后可被生物所利用，這些結(jié)果為更準確的沉積物質(zhì)量標準的制訂提供全新的理論性指導(主要論文10)；C）首次發(fā)現(xiàn)在海洋食物鏈中銅、鎘、鋅和銀等金屬元素存在很高的生物放大作用，意味著海洋水產(chǎn)業(yè)存在著潛在的重金屬積累風險(主要論文1,6)；D）發(fā)現(xiàn)海洋動物能通過誘導產(chǎn)生各種不同的細胞內(nèi)配位體，以應(yīng)對金屬暴露和毒性，這種保護機制使動物能從環(huán)境中吸收更多的金屬，這一發(fā)現(xiàn)對深入認識動物如何耐受和處理金屬污染物具有重要意義(主要論文8)。

3）動力學模型的建立。在國際上率先建立了預(yù)測水生動物金屬濃度的生物能量動力學模型，并在香港沿岸海域進行了現(xiàn)場檢驗，模型預(yù)測與現(xiàn)場結(jié)果一致，使得準確預(yù)測有毒和必需金屬在生物體內(nèi)的累積和濃度首次成為可能(主要論文5,6,7)。目前該模型已在環(huán)境科學研究領(lǐng)域被廣泛運用，例如應(yīng)用于解析"國際貽貝觀察計劃"所獲得的大量調(diào)查數(shù)據(jù)。這一模型的建立使金屬和其它污染物的生物累積第一次可在合理框架下進行研究。

4）常量營養(yǎng)鹽和金屬間的相互作用。在國際上首次證實常量營養(yǎng)鹽直接影響痕量金屬的生物地球化學行為(主要論文3)。研究發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)鹽濃度顯著影響海洋浮游生物食物鏈的金屬傳遞；證實"常量營養(yǎng)鹽的添加促進細胞生長速率的提高"是導致浮游生物金屬吸收增加的原因，該結(jié)論在香港近岸海域的現(xiàn)場研究中也得到了驗證。這些發(fā)現(xiàn)表明營養(yǎng)鹽可以通過控制浮游植物的生長而影響金屬累積，這有助于深入認識近岸生態(tài)系統(tǒng)在浮游植物水華期間的金屬動力學過程以及更準確地預(yù)測金屬沿食物鏈的傳遞過程。

主要完成人： 王文雄

本項目的所有成果均在本人的實驗室獲得，本人是負責人，具體負責項目的研究思路、實驗設(shè)計和實施、實驗數(shù)據(jù)分析以及論文撰寫與發(fā)表等。