行政院国家科学委员会补助专题研究计画成果报告
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫成果報告
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魚類體內汞蓄積模式與營養階層的關係(1/3)
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計畫類別：ˇ個別型計畫 □整合型計畫
計畫編號：NSC 90-2313-B-110-006
執行期間：90年8月1日至91年7月31日
計畫主持人：陳孟仙
共同主持人：陳秋雲、洪佳章
計畫參與人員：黃思維、周顯語、洪英女
本成果報告包括以下應繳交之附件：
□赴國外出差或研習心得報告一份
□赴大陸地區出差或研習心得報告一份
□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份
□國際合作研究計畫國外研究報告書一份
執行單位：國立中山大學海洋資源學系
中華民國九十一年十月二十四日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告魚類體內汞蓄積模式與營養階層的關係(1/3)
The relationships between the mercury bioaccumulation model and trophic
level in fishes（1/3）
計畫編號：NSC 90-2313-B-110-006
執行期限：90年8月1日至91年7月31日
主持人：陳孟仙 國立中山大學海洋資源系
共同主持人：陳秋雲 國立高雄海洋技術學院 海洋環境工程系
洪佳章 國立中山大學海洋地質及化學研究所
計畫參與人員：黃思維、周顯語、洪英女 國立中山大學 海洋資源系
一、中文摘要
本研究的主要目的是在探討位於河口生態系頂端的肉食性魚類（灰鰭鯛），其體內各種型態汞蓄積的模式。研究採樣地點涵蓋台灣西南部的七股潟湖、高雄港、高屏溪及大鵬灣。分析的組織包含魚體肌肉和肝臟。在第一年的研究中先進行標本採集、前處理及總汞的分析，往後第二及第三年將進行各種汞物種－甲基汞（me-Hg），除甲基的有機汞（org-Hg），無機汞（inorg-Hg）及非溶解態的無機汞（insl-Hg，主要為HgSe）等物種的分析，以完成模式的建立。第一年的結果顯示，灰鰭鯛肌肉中總汞濃度的地點差異較肝臟中的總汞濃度明顯，其趨勢為高雄港≧七股潟湖＞高屏溪≧大鵬灣。總汞濃度無論在肌肉或肝臟組織中皆與尾叉長呈正相直線關係，且依地點有顯著不同的斜率值，在肌肉中是高雄港＞七股潟湖＞大鵬灣，而肝臟中卻是七股潟湖＞大鵬灣＞高雄港。此外，不分地點合併所有灰鰭鯛數據，得知肌肉中的總汞濃度較與肝臟總汞濃度呈Muscle-ΣHg = 0.3844+0.118 Ln（Liver-ΣHg）的曲線關係，其轉折點約在肝臟總汞濃度達0.5時。
關鍵詞：總汞、有機汞、甲基汞、無機汞、非溶解態汞、肉食性魚類、蓄積模
式。Abstract
The purpose of this study aims to investigate the mercury bioaccumulation pattern in top predator, Acanthopragrus berda, of estuarine ecosystem. The sampling areas covered four sites, Chi-ku Lagoon, Kaohsiung Harbour, Kaoping River and Tapeng Bay, southwestern Taiwan. The fish muscle and liver samples were analyzed. The first year study mainly focused on sample collection, pretreatment and analysis of total mercury (ΣHg). The second and third year studies will then move onto the speciation analysis of methyl mercury, organic mercury, inorganic mercury and non-toxic mercuric selenide (HgSe) for the establishment of Hg bioaccumulation model in the fish. The first year result showed that the site difference were much significant in the muscle samples than those of liver samples, which show a trend that Koshiung Harbour ≥Chi-ku Lagoon > Kaohsiung River ≥Tapeng Bay. There were positive linear regressions between muscle and liver ΣHg concentrations and fork length. Depending on the site, the slopes of regression lines were different which in muscle tissues showed Kaohsiung Harbour > Chi-ku Lagoon > Tapeng Bay, whereas in liver tissues were Chi-ku Lagoon > Tapeng Bay > Kaohsiung harbour. Pooled the total samples, the relationship between muscle and liver ΣHg concentrations showed a curved line, Muscle-ΣHg = 0.3844 + 0.118 Ln (Liver-ΣHg),
the turning point estimated at the 0.5 of liver ΣHg concentrations.
Keywords: total Hg, organic Hg, methyl Hg, inorganic Hg, insoluble Hg, carnivorous fish, model.
二、緣由與目的
汞是週期表中毒性最強的元素之一﹝1﹞，也是唯一具有生物放大作用的元素﹝2﹞。汞元素經自然岩石的風化或各種工礦業活動，以汞蒸氣（Hg o）的型態進入地球的生態系，經大氣的傳送，廣泛地分佈在全球各地。這些汞蒸氣在自然環境中經氧化作用形成無機態的二價汞，有時會再經還原作用使無機的二價汞還原成汞蒸氣，或者經由厭氧菌的甲基化作用形成甲基汞，而進入生物圈；另外無機態的二價汞亦可由厭氧菌的去甲基化作用與底質中的硫化物建結成無毒、不可溶解、穩定的硫化汞積存於沉積物中。其中進入生物圈的甲基汞，則由於生物的無法代謝排出以及其他無機態的二價汞被生物攝入，經肝臟或消化道細菌的甲基化作用，使得甲基汞的累積濃度隨食物階層的增加而升高﹝3﹞，因此汞在地球圈生態系中的流佈及傳遞為世界各國科學家所共同關切的研究課題﹝4﹞。
人類是地球生態系中的頂端消費者，攝食海鮮又是一般人攝取汞污染源最主要途徑﹝5-6﹞。由同為生態系中的頂端消費者－海洋哺乳類的汞蓄積研究得知，甲基汞經由肝臟去甲基化作用形成的硒化汞（HgSe）後，不但對蓄積生物沒有毒害，更不會經哺乳動物的消化道被吸收，成為汞生地化循環中的終止點。因此汞元素在魚體內的蓄積型態及模式，關係著汞元素的毒性及流向，更是為保障人類消費水產品健康中所不可或缺的研究課題。
長久以來科學家們便發現魚體內所蓄積的總汞含量會隨著魚體大小/年齡而增加﹝6-11﹞。由於汞元素在魚體內蓄積的型態可分為甲基汞﹝12﹞、除甲基的有機汞、無機汞﹝13﹞及非溶解態的無機汞﹝14﹞，其中只有甲基汞被證實具有食物鏈的生物放大作用﹝3﹞，而非溶解態的無機汞則是以HgSe型態存在，為生物體內去甲基化解毒作用的最終產物，不但無毒，甚至因其低溶解性致無法為哺乳動物消化道所吸收﹝15﹞。因此對於消費者而言，魚體中汞蓄積的型態攸關著汞吸收量的多寡及對健康危害的風險。
本研究即利用灰鰭鯛為河口生態系頂端的特性，分析來自台灣西南海域典型的河口及潟湖生態的標本，除比較地點間的差異外，更可由此選擇合適的地點做為後續模式建立的基礎。
三、材料與方法
本研究的第一年進行灰鰭鯛（Acanthopragrus berda）樣品的採集及前處理工作，分別自大鵬灣（137尾），七股潟湖（106尾），高屏溪口（9尾）及高雄港（10尾）採得262尾的灰鰭鯛（圖1.），其中部
圖1. 本研究中灰鰭鯛樣品之採樣地點。
分大鵬灣及七股潟湖的標本是在89年12月至90年2月間所採集的。所得樣品皆依體型大小分組後，再進行解剖，尾叉長大於25公分的魚體，採用個別樣品處理，取其肌肉和肝臟，尾叉長小於25
公分的魚體則將數尾同
體型同組織的樣品混合做成集合樣品（pooled sample），以獲得足量的組織方便後續的分析之用。經處理後共得肌肉樣品85個，肝臟樣品60個（表1）。
表1. 本研究用灰鰭鯛樣品清單(TP=大鵬灣；CK=七股潟湖；KP=高屏溪；KH=高雄港；FL=尾叉
長；N=總魚數；n=集合樣品數)
總汞分析的方法採用本實驗室參考Uthe et al. (1970)﹝16﹞及Armstrong & Uthe (1971)﹝17﹞的方法所建立的流程﹝18﹞來進行。簡而言之，是先稱取冷凍乾燥樣品0.1~0.15 g於75 ml刻度試管(Pyrex)中，加入1 ml 低汞硝酸(HNO3MERCK,GR級)及 4 ml 低汞硫酸(H2SO4MERCK, GR級)以80℃加熱的方式先進行樣品的初步分解，再加入15 ml 5% KMnO4使其完全消化。最後以二次蒸餾水定容至25ml。並在48小時內，以冷蒸氣原子吸收光譜法(CVAAS)(HITACHI Zeeman-8200型搭配HITACHI HFS-2)完成其中汞濃度的測定。
本研究中汞之檢量線濃度是以MERCK 公司所製造的1000 mg/L汞原液、取0.1 ml 原液加20 % H2SO4 (MERCK, GR)至100ml 成為1 mg/L之儲存液。再在每次分析時分別取0.1、0.2、0.3、0.4ml，於75ml試管中，進行與待測樣品相同的消化過程。最後也定容成25ml成為濃度為4、8、12、16 ng/L的標準溶液。實驗過程為確實了解消化分析時非樣品本身之各種外界干擾，皆於每批次消化分析樣品時，以每20個樣品插入一個僅含消化酸液的空白樣品，以偵測各種可能的外界污染。同時，亦購買與分析樣品基質相似的國際標準樣品，如DORM-2（鯊魚肌肉），DOLT-2（鯊魚肝臟），以二重複的方式，同步進行分析工作，以了解不同批次樣品分析之精準度。
四、結果與討論
在本研究的實驗過程中同步分析的國際標準品的回收率皆在100 ±10%以內（表2）。
表2. 本研究中同步分析之國際標準樣品(DORM=鯊魚肉, DOLT=鯊魚肝) 的總汞濃度(mg/kg 乾重)
及回收率。
實驗分析的結果有很好的精準度。本研究的總汞單位，除國際標準樣品以mg/kg乾重表示外，其他組織樣品的測值全部為mg/kg濕重。全部肌肉及肝臟樣品的總汞測值範圍分別為0.010～0.417及0.011～1.350。肌肉及肝臟的最高測值出現在高屏溪及七股潟湖的大灰鰭鯛中（高屏溪FL=31.1cm；七股潟湖FL=38.4cm）。
總汞濃度在四個地點的灰鰭鯛肌肉標本中有顯著的地點差異（p < 0.05）（圖2），肝臟中則較不明顯（圖3）。在肌肉樣品中，地點的差異幾乎明顯呈現在所有體長分組中，以七股潟湖及高雄港樣品高於大鵬灣及高屏溪樣品的情形（圖2）。然而這樣的差異在肝臟樣品中卻不明顯，只有在Ⅲ組
（TL=20-24.5㎝）中呈現七股潟湖樣品高於大鵬灣樣品的情形。
總汞濃度在不同體長分組的灰鰭鯛肌肉及肝臟中皆呈現隨尾叉長的增加而增高的情形（圖2和圖3）。其中除大鵬灣外，在Ⅴ組（FL=30~34.9 cm）及Ⅵ組（FL≧35 cm）的灰鰭鯛肌肉及肝臟樣品中會出現測值高出WHO食品安全限值的情況。此情形，與過去在七股潟湖研究的結果相似﹝19﹞。
SRM n Mean S.D.Recovery (%) DORM Certified value— 4.640.26—
This study4 4.270.4092
DOLT Certified value— 2.140.10—
This study4 2.000.1793
Muscle
< 15cmⅠN846731155
n9141125 15~19.9 cmⅡN23191649
n551617 20~24.9 cmⅢN1691228
n641213 25~29.9 cmⅣN753116
n753116 30~34.9 cmⅤN521—8
n521—8 >34.9 cmⅥN24——6
n24——6
Sum N137106910262
n343471085 Liver
< 15cmⅠN30363—69
n261—9 15~19.9 cmⅡN101511541
n241512 20~24.9 cmⅢN1491125
n441110 25~29.9 cmⅣN653115
n653115 30~34.9 cm ⅤN521—8
n521—8 >34.9 cmⅥN24——6
n24——6
Sum N6771917164
n21257760
Size range
ΣH g C o n c e n t r a t i o n (m g /k g w e t w t .)
ΣH g C o n c e n t r a t i o n Size range
圖2. 大鵬灣(TP) , 七股潟湖(CK) , 高屏溪(KP)及高
雄港(KH)採獲之不同尾叉長大小(Ⅰ=<15 cm , Ⅱ=15~19.9 cm , Ⅲ=20~24.9 cm , Ⅳ=25~29.9 , Ⅴ=30~34.9 cm, Ⅵ=>35 cm) 的灰鰭鯛肌肉中總汞濃度之比較。圖中的虛線為WHO 所訂水產品中的總汞食用安全限值(ΣHg<0.4mg/kg wet wt.)。a 、b 表示Duncan's 多變距分析的結果。
圖3. 大鵬灣(TP) , 七股潟湖(CK) , 高屏溪(KP)及高
雄港(KH)採獲之不同尾叉長大小(Ⅰ=<15 cm , Ⅱ=15~19.9 cm , Ⅲ=20~24.9 cm , Ⅳ=25~29.9 , Ⅴ=30~34.9 cm, Ⅵ=>35 cm) 的灰鰭鯛肝臟中總汞濃度之比較。圖中的虛線為WHO 所訂水產品中的總汞食用安全限值(ΣHg<0.4mg/kg wet wt.)。a 、b 表示Duncan's 多變距分析的結果。
ΣH g C o n c e n t r a t i o n (m g /k g w e t .w t )
Fork length (cm)
圖4. 不同地點灰鰭鯛肌肉及肝臟中總汞濃度與尾叉長間的直線關係圖。(TP=大鵬灣 , KP=
高屏溪 , CK=七股潟湖 , KH=高雄港)
由圖4，灰鰭鯛肌肉和肝臟中總汞濃度對應尾叉長的點圖中可見，除高雄港的樣品外，其他三個地點的灰鰭鯛肌肉和肝臟的總汞濃度皆與尾叉長呈顯著的直線關係。這些直線回歸式的斜率及截距，因地點與組織而異，同地點不同組織之間，在大鵬灣及七股潟湖的樣品中其直線回歸式的斜率呈現肝臟組織兩倍於肌肉組織的情形，而高雄港則是肌肉組織的斜率三倍於肝臟組織。此外，比較地點間的差異，在灰鰭鯛肌肉中的迴歸線斜率以高雄港＞七股潟湖＞大鵬灣，然而肝臟中卻是七股潟湖＞大鵬灣＞高雄港。魚體組織中的總汞濃度隨魚體的增長而增高的現象，在許多魚類中相當普遍，比如mullet （Liza
ramada ）
﹝20﹞
，hake （Merluccius merluccius ）﹝21﹞
，Redfish （Sebastes sp.），Capelin （Mallotus villosus ），Haddock （Melanogrammus
aeglefinus ）（Joiris et al. 1995），Rastrelliger kanagurta ，Stomateus cinereus 和Tachysurus
thalassius ﹝11﹞
。
然而同種在不同地點呈現不同的蓄積速率，則是過去文獻中未曾提及的。
圖5. 不同地點灰鰭鯛肌肉與肝臟中總汞濃度的曲線
相關性。
由全部灰鰭鯛肌肉總汞濃度對應肝臟總汞濃度的點圖來看（圖5），其間的關係呈二次曲線為Msucle-∑Hg ＝0.3844+0.1118Ln （Liver-∑Hg ），r ＝0.7750，其轉折點在肝臟的總汞濃度小於0.5時。五、參考文獻
﹝1﹞Forstner, U. & G. T. W. Wittmann (1983). Metal
pollution in the aquatic environment. 2nd ed., Springer-Verlag, Berlin, Germany 486 pp.﹝2﹞Bargali, R., F. Monaci, J. C. Sanchez-Hernandez &
D. Cateni (1998). Biomagnification of mercury in an Antarctic marine coastal food web. Mar. Ecol. Prog. Ser. 169：65-76.﹝3﹞Boening, D. W. (2000). Ecological effects,
transport, and fate of mercury ：a general review. Chemosphere 40：1335-1351.﹝4﹞Pilgrim, W., W. Schroeder, D. B. Porcella, C.
Santos-Burgoa, S. Montgomery, A. Hamilton & L. Trip (2000). Developing consensus ：mercury science and policy in the NAFTA countries (Conada, the United States and Mexico). Sci. Total Environ. 261：185-193.﹝5﹞Clarkson, T. W. (1992). Mercury ：major issues in
environmental health. Environ. Health Persp. 100：31-38.﹝6﹞Driscoll, C. T., C. Yan, C. L. Schofieid, R.
Munson & J. Holsapple (1994). The mercury cycle and fish in the Adirondack Lakes. Environ. Sci. Technol. 28(3)：136-143.﹝7﹞Joirirs, C. R., I. B. Ali, L. Holsbeek, M. Bossicart
& G. Tapia (1995). Toatl and organic mercury in Barents sea pelagic fish. Bull. Environ. Contam. Toxic. 55：674-681.﹝8﹞Holsbeek, L., H. K. Das & C. R. Joiris (1997).
Mercury speciation and accumulation in Bangladesh freshwater and anadromous fish. Sci. Total Environ. 198：201-210.
﹝9﹞Joiris, C. R., I. B. Al., L. Holsbeek, M.
Kanuya-Kinoti & Y. Tekele-Michael (1997). Total and organic mercury in Greenland and Barents Seas demersal fish. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 58：101-107.﹝10﹞Joiris, C. R., L. Holsbeek & N. L. Moatemri
(1999). Total and methylmercury in sardines, Sardinella aurita and Sardina pilchardue from Tunisia. Mar. Pollut. Bull. 38(3)：188-192.﹝11﹞Joiris, C. R., H. K. Das & L. Holsbeek (2000).
Mercury accumulation and speciation in marine fish from Bangladesh. Mar. Pollut. Bull. 40(5)：454-457.
(mg/kg wet wt.)
M u s c l e -ΣH g C o n c e n t r a t i o n (m g /k g w e t w t .)
﹝12﹞Joiris, C. R., L. Holsbeek, J. M. Bouquegneau & M. Bossicart (1991). Mercury contamination of the harbour porpoise Phocoena phocoena and other Cetaceans from the north sea and the Kattegat. Wat.
Air Soil Pollut. 56：283-293.
﹝13﹞Palmisano, F., P. G. Zambonin & N.
Cardellicchio (1993). Speciation and simultaneous determination of mercury species in dolphin liver by liquid chromatography with on-line cold vapor atomic absorption spectrometry. Fresenius J. Anal.
Chem. 346：648-652.
﹝14﹞Palmisano, F., N. Cardellicchio & P. G.
Zambonin (1995). Speciation of mercury in dolphin liver：A two-stage mechanism for the demethylation accumlation process and role of selenium. Mar Environ. Res. 40(2)：109-121.﹝21﹞Barghigiani, C.
＆S. de Ranieri (1992). Mercury content in different size classes of important edible species of the northern Tyrrhenian Sea. Mar. Poll. Bull. 24(2)：114-116.
﹝15﹞Wagemann, R., E. Trebacz, G. Boila & W. L.
Lockhart (2000). Mercury species in the liver of ringed seals. Sci. Total Environ. 261：21-32.﹝17﹞Armstrong, F. A. J.＆J. F. Uthe (1971).
Semi-automated determination of mercury in animal tissue. At. Absorpt. Newsl. 10(5)：101-103.
﹝18﹞Chen, M.-H. & C. L. Chou (2000). An instrumental correction for the determination of mercury in biological and sediment samples using cold vapor atomic absorption spectrophotometry. J.
Chinese Chem. Soc. 47(5):1145-1153.
﹝19﹞Chen, M.-H.（2002）.Baseline metal concentration in sediments and fish, and the determination of bioindicators in the subtropical Chi-ku Lagoon, S.
W. Taiwan.Mar. Poll. Bull. 44：697-714.
﹝20﹞Rincon, F., G. Zurera＆R. Pozo-Lora (1987).
Size and mercury concentration relationship as contamination index. Bull. Environ. Contam.
Toxicol. 38：515-522.
﹝21﹞Barghigiani, C.＆S. de Ranieri (1992). Mercury content in different size classes of important edible species of the northern Tyrrhenian Sea. Mar. Poll.
Bull. 24(2)：114-116.