万方数据
水产科学
第26卷
属被体表黏液,肠胃黏液或呼吸时被鳃所滞留。而透过体表吸收主要有3种形式:
(1)重金属在生物体内能与生物大分子相结合,如果这种结合能力很强,被累积的程度也很高,其原因很可能是金属与大分子结合之后不容易通过细胞膜向外输出,这种大分子的分子量一般在l0000以上,被认为属于蛋白质。
(2)重金属在生物体内还可以诱导金属硫蛋白(metal-10tllionein)的合成,这也是重金属在生物体内累积的一种形式。这种蛋白质富含半胱氨酸(Cys),Cys残基含有易与金属结合的巯基,能与Hg、cr、Cu、zn等重金属结合。金属硫蛋白与重金属的结合能力>高分子组分与重金属的结合能
力。至少在低浓度的重金属侵入生物机体时,一般都是首
先与金属硫蛋白相结合。当与金属硫蛋白的结合达到饱和
之后,才能与高分子组分的蛋白质结合。根据金属硫蛋白
的这一特性,有人利用生物组织中金属硫蛋白作为金属污染生物效应检测的生化指标¨刮
(3)重金属还可能以离子或低分子络合离子的形式在生物体内累积H7。培』。如zn在紫贻贝体内的累积,就有少量是与分子量<3000的小分子物质相结合,这些小分子物质可能是带正电荷的络离子。
重金属在生物体内富集的另一机制称为“包围隔离机制”,即在生物的组织细胞内,特别是在肝脏和肾脏的细胞中发现有许多含有很高浓度的重金属的颗粒,这些颗粒的外面是由膜包裹着的,使得其中金属与其他细胞组分相隔离,因而起到累积和解毒作用ⅢJ。2.2贝类对重金属累积的影响因子
影响贝类累积重金属的因子主要有两大类,一类是生物因子,另一类是非生物因子。生物因子主要包括个体大小、生长速度、器官、种间差异、性别、年龄以及繁殖状态等H9‘。非生物因子主要指各种理化因子,如盐度、温度、pH值、底质中酸可挥发性硫化物AVS(acidvohtilesul6de)和有机质的含量以及季节变化和水动力条件等汹。21】。非生物因子一般常以间接的方式影响贝类对重金属的累积,或通过改变贝类的生理状态m],或通过改变重金属在环境中的化学形态及各形态的含量‘23驯,或二者兼而有之‘冽。2.2.1贝类个体大小的影响
不同个体大小的贝类对重金属的吸收和累积程度不同。吴玉霖㈣1发现毛蚶(Sc印^口rcosM6er眦把)个体软体部分的重量与Hg的浓度之间存在一定的相关性,个体较小的部分比大的对Hg有较强的富集能力。DeWolfL驯也报道过同一地点采集到的紫贻贝较小的个体中有较高的Hg浓度。
CllllIIirul出锄等Hu发现美洲牡蛎(C∞sostn∞tI垤伽记口)较
小的个体对Hg的吸收比较大的快。Boyden【321曾报道了紫
贻贝体内Pb、Cu、zn,Fe的浓度随重量的增加而减少。因此可见双壳类个体与其体内重金属浓度之间的这种负相关性是比较普遍的。可以推测,这可能与小的个体具有更为旺
盛的新陈代谢有关㈣。但也有例外,如孙平跃等‘圳研究发
万
方数据现长江口湿地的河蚬(cor6icuk刀umine口)大个体体内Cu含量赐显高于小个体,而zn、Cr、Pb和cd的含量在不同大
小个体问的差异并不显著。由于重金属含量与贝类的体
重‘343及潮高【353有关,所以simpson【361建议取样时应选择相似体重的样品以及在相同的地点取样。2.2.2贝类种间差异的影响
不同贝类对重金属的累积能力存在差异。对于同一地点(kng18l锄dsound,NY,uSA)采集到的美洲牡蛎和紫贻贝,前者体内Ag、Cd、cu和zn的浓度分别比后者高16倍、2倍、32倍及40倍;而cr、Pb和Se的浓度在前者体内又比后
者分别低5倍、3.5倍及1.6倍‘37】。洪丽玉等‘383发现同一
养殖区的牡蛎和文蛤中Cu、Pb、zn、Cd含量分布各不相同。庄树宏等m3也报道了同一海域的多种贝类中Cu、Pb、zn、cd含量存在较大差异。Itaillbowm’指出,海洋生物对重金属的累积实际上取决于金属进出生物体的速率,相对的速率变化决定了生物对特定金属的累积,同是双壳类软体动物,牡蛎体内Zn的积累量很高,而贻贝的累积量很低,这是由于牡蛎能累积高浓度的颗粒zn,而贻贝则会排出大量颗粒Zn。
2.2.3贝类的不同组织、器官的影响
生物的不同组织和不同器官对重金属的累积有较大差异。许澄源¨u发现不论2龄或3龄贻贝,各部位As含量顺序为:内脏>生殖腺,鳃>体液。可见贻贝对As的累积途径好像是通过食物(浮游植物或有机悬浮物)进入体内的,鳃和生殖腺的体表面吸附是次要的。崔可锋等Ⅲo也报道了毛蚶对cd、cu、Pb、Ni和cr的累积,5种金属在毛蚶体内分布大小顺序为:鳃>外套膜>闭壳肌>内脏>肌肉。翁新峰等[421对重金属在美洲牡蛎中的生物累积研究时发现Cu和zn在牡蛎鳃、贝壳、沉积物中的分布大小顺序为:鳃>贝壳>沉积物。蔡立哲等旧1报道了zn、Pb在菲律宾蛤仔两种器官的浓集系数大小顺序为:鳃>软体部。2.2.4盐度的影响
生物体对重金属的富集速率与盐度基本成负相关ⅢJ。
ke掣删发现当盐度从30%降低至5%时,Po缸nⅢDr6以o
nmur8s如对cd的吸收速率增加了3~4倍,M口co,∞6口触池增加了6倍。DenbDnⅢ1也指出低盐度时Black一却牡蛎对
重金属的释放速率比高盐度时高。
陆超华等Ⅲ刮报道了近江牡蛎(C瑚s∞£他口r如uZ口疏)
对Pb、Cd、Cu、zn的累积随海水盐度的升高而呈明显的下降趋势。盐度的变化很可能影响水体接受的形态和接受问的作用,从而影响接受的生物可利用性啪o。2.2.5温度的影响
温度既能改变水生生物的生理活动,又能影响周围环境中重金属的化学性质。因此,温度是影响水生动物累积重金属的重要影响因子。FischerL5u研究了紫贻贝对Cd的吸收与暴露温度的关系(5~25℃):在25℃的暴露温度下,贻贝软组织中Cd浓度最高,在5qc和7℃的暴露温度
第1期
励建荣等:贝类对重金属的吸收转运与累积规律研究进展
53
下,软组织中的Cd浓度最低。watkins【521也报道了该贻贝对溶解态Cd的吸收与暴露温度呈温度依赖性关系。h1.
za【53
o认为在12—24℃,温度对cor6ic“k∥umine口对Cd、Hg
的释放过程影响不大。而DentonⅢo试验得出相同盐度下,
尤其低盐度时B1ack一邱牡蛎在高温(36℃)时对Hg、cd
的吸收速率明显比低温时高,而温度对Pd的影响不大,高温时,吸收速率略高一点。2.2.6空气暴露率的影响
生活在潮问带的贝类,随着潮汐规律而周期性的暴露
在空气中。当大多数贝类重新入水时,其耗氧率显著增加,出现明显的“氧债”现象。耗氧率是机体有氧代谢强度的可
靠指标,所以,“氧债”也称之为“脚”债或“磷酸肌酸”
债佯J。氧债的程度取决于空气预暴露时间的长短。少数学者认为,“氧债偿还”是一个非常复杂的过程,不能简单地将其视为体内累积的无氧代谢终产物彻底氧化过程,而与机体需要更多能量,用于加快心跳速率,加强鳃纤毛活动,排出体内累积的元氧代谢终产物等活动有关H引。贝类对重金属的累积是否与氧债偿还过程有关,极少有人关注。wang等"副将翡翠贻贝预暴露空气24~36h后,再浸入水中,定量分析了其对溶解态Cd和zn的吸收率。结果表明,翡翠贻贝对Cd和zn的吸收率在氧债偿还期分别增加了1.8倍和2倍。这证明了贝类对溶解态zn和cd的吸收受到空气暴露率的影响,并与机体能量代谢过程密切相关。2.2.7金属种类的影响
I脱等运用放射性示踪剂来讨论双壳贝类(Po把mncor一
6uk鲫l蝴蠡和肼口co,加6口2£触'口)对重金属(Cd、Cr、zn)的
富集、排出动力学,并进行比较。指出2种贝类对3种重金属的吸收速率与其溶解金属浓度分别呈线性关系。贝类对zn的的吸收速率是cd的3~4倍,是cr的15倍,而对游离的金属离子而言,cd>zn;2种贝类对3种金属的相对吸收
速率是相近的,但绝对吸收速率PD£口订ⅢDr6uf口口mu邢豇是肌∞o啪60如^ic口的4~5倍,这可能是物种不同所致。Topc—
u嘲u等"”研究表明重金属在贝类体内的累积浓度依次为:
Pb>Co>Cd>Cr>Cu>Mn>Ni>Zn>Fe。
2.2.8金属形态的影响
贝类对同种金属的不同形态的吸收速率也是不同的。misgaard嘲。通过对紫贻贝的长期污染试验得出:贻贝吸收的Hg,无机汞占75%,甲基汞及酚汞约为6%;Fowlerp刈也指出牡蛎富集的无机汞的量>甲基汞。张毅等旧1通过对10种海洋生物中As的测定发现生物体中无机砷占总砷的百分率<1.8%,有机砷的百分率均高于98.2%。
3结语
近年来,重金属污染成为近岸海域的主要污染物之一,其在贝类体内累积的定量研究以及贝类产品的安全性问题也得到越来越多的关注。我国于1982年正式参加了贻贝
监测计划,但目前我国生物监测工作开展滞后,贝类监测仅
在我国专项调查中实施过,尚未列入常规监测中。对此国万
方数据家海洋局已高度重视:2003年重点开展海洋环境污染贝类监测工作,并从海洋生态环境角度关注养殖贝类产品的安全性问题b贝类对重金属的生物累积受诸多因素影响的事
实提示我们,正确评价重金属对海洋生物和生态系统的影
响,要考虑生物因素和非生物因素对重金属生物有效性的影响。
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虾受到微生物刺激时,Penaeidi璐能够与其他成份一起从血细胞的细胞质颗粒中释放出来,并且某些其他组织也能将P∞∞idins释放入血液。通过对抗菌肽经胞吐作用从对虾颗粒细胞中释放出来的过程进行调控,能够提高微生物与血细胞相接触部位的血浆的抗菌活性,从而防止微生物感染‘勰别。
2.4细胞毒性活性氧
对虾血细胞在吞噬侵入体内的外来病原微生物时,会释放一些毒性物质来杀死和消化病原微生物,称为呼吸爆发(respiratorybuIst)。释放的毒性物质中有一类是活性氧(ROIs)。Moullacm1通过试验证实,当水中溶解氧量降低时,虾血细胞的呼吸爆发活力随之降低,同时机体对弧菌的敏感性上升。现在已经证实呼吸爆发的第一反应是血细胞膜上的NADPH氧化酶催化氧还原形成超氧阴离子O~,
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励建荣,LI Xue-peng,李学鹏,段青源(浙江工商大学,食品,生物与环境工程学院,浙江省食品安全重点实验室,浙江,杭州,310035), 王丽(浙江工商大学,食品,生物与环境工程学院,浙江省食品安全重点实验室,浙江,杭州,310035;宁波市海洋与渔业研究院,浙江,宁波,315000)水产科学
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万方数据
水产科学
第26卷
属被体表黏液,肠胃黏液或呼吸时被鳃所滞留。而透过体表吸收主要有3种形式:
(1)重金属在生物体内能与生物大分子相结合,如果这种结合能力很强,被累积的程度也很高,其原因很可能是金属与大分子结合之后不容易通过细胞膜向外输出,这种大分子的分子量一般在l0000以上,被认为属于蛋白质。
(2)重金属在生物体内还可以诱导金属硫蛋白(metal-10tllionein)的合成,这也是重金属在生物体内累积的一种形式。这种蛋白质富含半胱氨酸(Cys),Cys残基含有易与金属结合的巯基,能与Hg、cr、Cu、zn等重金属结合。金属硫蛋白与重金属的结合能力>高分子组分与重金属的结合能
力。至少在低浓度的重金属侵入生物机体时,一般都是首
先与金属硫蛋白相结合。当与金属硫蛋白的结合达到饱和
之后,才能与高分子组分的蛋白质结合。根据金属硫蛋白
的这一特性,有人利用生物组织中金属硫蛋白作为金属污染生物效应检测的生化指标¨刮
(3)重金属还可能以离子或低分子络合离子的形式在生物体内累积H7。培』。如zn在紫贻贝体内的累积,就有少量是与分子量<3000的小分子物质相结合,这些小分子物质可能是带正电荷的络离子。
重金属在生物体内富集的另一机制称为“包围隔离机制”,即在生物的组织细胞内,特别是在肝脏和肾脏的细胞中发现有许多含有很高浓度的重金属的颗粒,这些颗粒的外面是由膜包裹着的,使得其中金属与其他细胞组分相隔离,因而起到累积和解毒作用ⅢJ。2.2贝类对重金属累积的影响因子
影响贝类累积重金属的因子主要有两大类,一类是生物因子,另一类是非生物因子。生物因子主要包括个体大小、生长速度、器官、种间差异、性别、年龄以及繁殖状态等H9‘。非生物因子主要指各种理化因子,如盐度、温度、pH值、底质中酸可挥发性硫化物AVS(acidvohtilesul6de)和有机质的含量以及季节变化和水动力条件等汹。21】。非生物因子一般常以间接的方式影响贝类对重金属的累积,或通过改变贝类的生理状态m],或通过改变重金属在环境中的化学形态及各形态的含量‘23驯,或二者兼而有之‘冽。2.2.1贝类个体大小的影响
不同个体大小的贝类对重金属的吸收和累积程度不同。吴玉霖㈣1发现毛蚶(Sc印^口rcosM6er眦把)个体软体部分的重量与Hg的浓度之间存在一定的相关性,个体较小的部分比大的对Hg有较强的富集能力。DeWolfL驯也报道过同一地点采集到的紫贻贝较小的个体中有较高的Hg浓度。
CllllIIirul出锄等Hu发现美洲牡蛎(C∞sostn∞tI垤伽记口)较
小的个体对Hg的吸收比较大的快。Boyden【321曾报道了紫
贻贝体内Pb、Cu、zn,Fe的浓度随重量的增加而减少。因此可见双壳类个体与其体内重金属浓度之间的这种负相关性是比较普遍的。可以推测,这可能与小的个体具有更为旺
盛的新陈代谢有关㈣。但也有例外,如孙平跃等‘圳研究发
万
方数据现长江口湿地的河蚬(cor6icuk刀umine口)大个体体内Cu含量赐显高于小个体,而zn、Cr、Pb和cd的含量在不同大
小个体问的差异并不显著。由于重金属含量与贝类的体
重‘343及潮高【353有关,所以simpson【361建议取样时应选择相似体重的样品以及在相同的地点取样。2.2.2贝类种间差异的影响
不同贝类对重金属的累积能力存在差异。对于同一地点(kng18l锄dsound,NY,uSA)采集到的美洲牡蛎和紫贻贝,前者体内Ag、Cd、cu和zn的浓度分别比后者高16倍、2倍、32倍及40倍;而cr、Pb和Se的浓度在前者体内又比后
者分别低5倍、3.5倍及1.6倍‘37】。洪丽玉等‘383发现同一
养殖区的牡蛎和文蛤中Cu、Pb、zn、Cd含量分布各不相同。庄树宏等m3也报道了同一海域的多种贝类中Cu、Pb、zn、cd含量存在较大差异。Itaillbowm’指出,海洋生物对重金属的累积实际上取决于金属进出生物体的速率,相对的速率变化决定了生物对特定金属的累积,同是双壳类软体动物,牡蛎体内Zn的积累量很高,而贻贝的累积量很低,这是由于牡蛎能累积高浓度的颗粒zn,而贻贝则会排出大量颗粒Zn。
2.2.3贝类的不同组织、器官的影响
生物的不同组织和不同器官对重金属的累积有较大差异。许澄源¨u发现不论2龄或3龄贻贝,各部位As含量顺序为:内脏>生殖腺,鳃>体液。可见贻贝对As的累积途径好像是通过食物(浮游植物或有机悬浮物)进入体内的,鳃和生殖腺的体表面吸附是次要的。崔可锋等Ⅲo也报道了毛蚶对cd、cu、Pb、Ni和cr的累积,5种金属在毛蚶体内分布大小顺序为:鳃>外套膜>闭壳肌>内脏>肌肉。翁新峰等[421对重金属在美洲牡蛎中的生物累积研究时发现Cu和zn在牡蛎鳃、贝壳、沉积物中的分布大小顺序为:鳃>贝壳>沉积物。蔡立哲等旧1报道了zn、Pb在菲律宾蛤仔两种器官的浓集系数大小顺序为:鳃>软体部。2.2.4盐度的影响
生物体对重金属的富集速率与盐度基本成负相关ⅢJ。
ke掣删发现当盐度从30%降低至5%时,Po缸nⅢDr6以o
nmur8s如对cd的吸收速率增加了3~4倍,M口co,∞6口触池增加了6倍。DenbDnⅢ1也指出低盐度时Black一却牡蛎对
重金属的释放速率比高盐度时高。
陆超华等Ⅲ刮报道了近江牡蛎(C瑚s∞£他口r如uZ口疏)
对Pb、Cd、Cu、zn的累积随海水盐度的升高而呈明显的下降趋势。盐度的变化很可能影响水体接受的形态和接受问的作用,从而影响接受的生物可利用性啪o。2.2.5温度的影响
温度既能改变水生生物的生理活动,又能影响周围环境中重金属的化学性质。因此,温度是影响水生动物累积重金属的重要影响因子。FischerL5u研究了紫贻贝对Cd的吸收与暴露温度的关系(5~25℃):在25℃的暴露温度下,贻贝软组织中Cd浓度最高,在5qc和7℃的暴露温度
第1期
励建荣等:贝类对重金属的吸收转运与累积规律研究进展
53
下,软组织中的Cd浓度最低。watkins【521也报道了该贻贝对溶解态Cd的吸收与暴露温度呈温度依赖性关系。h1.
za【53
o认为在12—24℃,温度对cor6ic“k∥umine口对Cd、Hg
的释放过程影响不大。而DentonⅢo试验得出相同盐度下,
尤其低盐度时B1ack一邱牡蛎在高温(36℃)时对Hg、cd
的吸收速率明显比低温时高,而温度对Pd的影响不大,高温时,吸收速率略高一点。2.2.6空气暴露率的影响
生活在潮问带的贝类,随着潮汐规律而周期性的暴露
在空气中。当大多数贝类重新入水时,其耗氧率显著增加,出现明显的“氧债”现象。耗氧率是机体有氧代谢强度的可
靠指标,所以,“氧债”也称之为“脚”债或“磷酸肌酸”
债佯J。氧债的程度取决于空气预暴露时间的长短。少数学者认为,“氧债偿还”是一个非常复杂的过程,不能简单地将其视为体内累积的无氧代谢终产物彻底氧化过程,而与机体需要更多能量,用于加快心跳速率,加强鳃纤毛活动,排出体内累积的元氧代谢终产物等活动有关H引。贝类对重金属的累积是否与氧债偿还过程有关,极少有人关注。wang等"副将翡翠贻贝预暴露空气24~36h后,再浸入水中,定量分析了其对溶解态Cd和zn的吸收率。结果表明,翡翠贻贝对Cd和zn的吸收率在氧债偿还期分别增加了1.8倍和2倍。这证明了贝类对溶解态zn和cd的吸收受到空气暴露率的影响,并与机体能量代谢过程密切相关。2.2.7金属种类的影响
I脱等运用放射性示踪剂来讨论双壳贝类(Po把mncor一
6uk鲫l蝴蠡和肼口co,加6口2£触'口)对重金属(Cd、Cr、zn)的
富集、排出动力学,并进行比较。指出2种贝类对3种重金属的吸收速率与其溶解金属浓度分别呈线性关系。贝类对zn的的吸收速率是cd的3~4倍,是cr的15倍,而对游离的金属离子而言,cd>zn;2种贝类对3种金属的相对吸收
速率是相近的,但绝对吸收速率PD£口订ⅢDr6uf口口mu邢豇是肌∞o啪60如^ic口的4~5倍,这可能是物种不同所致。Topc—
u嘲u等"”研究表明重金属在贝类体内的累积浓度依次为:
Pb>Co>Cd>Cr>Cu>Mn>Ni>Zn>Fe。
2.2.8金属形态的影响
贝类对同种金属的不同形态的吸收速率也是不同的。misgaard嘲。通过对紫贻贝的长期污染试验得出:贻贝吸收的Hg,无机汞占75%,甲基汞及酚汞约为6%;Fowlerp刈也指出牡蛎富集的无机汞的量>甲基汞。张毅等旧1通过对10种海洋生物中As的测定发现生物体中无机砷占总砷的百分率<1.8%,有机砷的百分率均高于98.2%。
3结语
近年来,重金属污染成为近岸海域的主要污染物之一,其在贝类体内累积的定量研究以及贝类产品的安全性问题也得到越来越多的关注。我国于1982年正式参加了贻贝
监测计划,但目前我国生物监测工作开展滞后,贝类监测仅
在我国专项调查中实施过,尚未列入常规监测中。对此国万
方数据家海洋局已高度重视:2003年重点开展海洋环境污染贝类监测工作,并从海洋生态环境角度关注养殖贝类产品的安全性问题b贝类对重金属的生物累积受诸多因素影响的事
实提示我们,正确评价重金属对海洋生物和生态系统的影
响,要考虑生物因素和非生物因素对重金属生物有效性的影响。
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虾受到微生物刺激时,Penaeidi璐能够与其他成份一起从血细胞的细胞质颗粒中释放出来,并且某些其他组织也能将P∞∞idins释放入血液。通过对抗菌肽经胞吐作用从对虾颗粒细胞中释放出来的过程进行调控,能够提高微生物与血细胞相接触部位的血浆的抗菌活性,从而防止微生物感染‘勰别。
2.4细胞毒性活性氧
对虾血细胞在吞噬侵入体内的外来病原微生物时,会释放一些毒性物质来杀死和消化病原微生物,称为呼吸爆发(respiratorybuIst)。释放的毒性物质中有一类是活性氧(ROIs)。Moullacm1通过试验证实,当水中溶解氧量降低时,虾血细胞的呼吸爆发活力随之降低,同时机体对弧菌的敏感性上升。现在已经证实呼吸爆发的第一反应是血细胞膜上的NADPH氧化酶催化氧还原形成超氧阴离子O~,
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励建荣,LI Xue-peng,李学鹏,段青源(浙江工商大学,食品,生物与环境工程学院,浙江省食品安全重点实验室,浙江,杭州,310035), 王丽(浙江工商大学,食品,生物与环境工程学院,浙江省食品安全重点实验室,浙江,杭州,310035;宁波市海洋与渔业研究院,浙江,宁波,315000)水产科学
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2. 陈雪昌. 梅光明. 郭远明. 朱敬萍. 张小军. 孙秀梅. 薛彬 浙江沿岸养殖贝类有毒有害物质污染状况监测研究[期刊论文]-浙江海洋学院学报(自然科学版) 2011(1)
3. 徐纪芸. 潘奕陶. 池振新. 王宁 汞对中国林蛙蝌蚪的毒性效应[期刊论文]-东北师大学报(自然科学版) 2010(4)4. 谭树华. 欧阳铭 铜对水生动物生理及毒性作用研究进展[期刊论文]-江西农业学报 2010(11)5. 孙福新. 王颖. 吴志宏 栉孔扇贝对铜的富集与排出特征研究[期刊论文]-水生态学杂志 2010(6)
6. 王军. 翟毓秀. 宁劲松. 蒋增杰. 谭志军. 尚德荣. 赵艳芳 养殖虾夷扇贝不同组织中重金属含量的分布[期刊论文]-海洋科学 2009(8)
7. 李学鹏. LI Jian-rong. 段青源. ZHAO Guang-ying. 王彦波. FU Ling-lin. 谢晶 泥蚶对重金属铜、铅、镉的生物富集动力学[期刊论文]-水产学报 2008(4)
8. 赵彤. 郝丽. 王磊. 张建宁. 李安 ICP-MS测定贻贝中微量元素及不确定度的评定[期刊论文]-光谱实验室 2008(5)9. 孙虹霞. 夏嫱. 周强. 张古忍 斜纹夜蛾幼虫对食物中重金属Ni2+的积累与排泄[期刊论文]-昆虫学报 2008(6)
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