过去几十年间,急剧增加的人类活动（尤其是工农业的快速发展）已对一些生境如海洋、河口及河流等造成了严重污染,如重金属含量急剧上升。重金属是最能对海洋环境造成污染的污染源之一,其在海洋水体中的污染程度正不断上升。而河口的特殊环境又极易导致水体中污染物包括重金属在底泥中大量富集,其中重金属在进入食物链后,由于生物浓缩和生物放大作用而在水生生物尤其是底栖动物体内大量富集,从而对河口地区滩涂及潮间带生物的生存与发育造成严重威胁。生活在污染水体中的水生生物,因其组织具有富集金属的能力,因此水生生物被人们广泛探讨可否将其作为环境指示物种,用来指示污染物的生物利用率及污染程度的变化。长江中下游地区是中国经济较为发达的区域,来自工农业以及城市污水的污染物大量汇集于长江口地区,并不断沉积,导致长江口的污染不断加重。2005中国渔业生态环境状况公报指出,长江口附近水域铜离子平均含量为0.0132mg/L,已明显超出国家渔业水质标准（GB11607-89）（≤0.01 mg/L）,并呈现不断上升趋势。长江口是中国最大的河口,而位于长江口中的崇明岛也已被上海市纳入生态岛重点建设规划之中,因而其铜污染已引起了广泛关注。软体动物腹足纲动物为典型的底栖生物,因具有地域分布广、高丰度、对一些离子具有选择性吸收能力和对水体中的污染物极其敏感等特点,被认为是合适的环境指示物种,完整个体所产生的应激反应可用于指示（污染物）胁迫水平及环境质量。因此,腹足纲动物被广泛用于河口及其它海洋生境水体及泥中的重金属及其它污染物的研究。而铜作为软体动物正常生理功能所必需的微量元素,对许多酶至关重要,它能调节需铜酶,同时也是血蓝蛋白合成所必需的元素。软体动物的组织能依据外界环境中铜离子的含量富集铜,但过量富集也会产生相应的毒性效应,特别对于需要铜作为其结构与酶活组成成份的那些酶,而随之产生的功能紊乱能在分子、细胞、组织及个体水平上体现。瘤背石磺属软体动物门腹足纲,广泛分布于印度环太平洋一带海域包括长江河口。本研究以瘤背石磺为研究对象,综合形态学、生理学、生物化学、毒理生态学的方法和技术,辅以电子显微镜、生化酶学、微量元素分析等手段,以期阐明水体Cu²⁺对成体瘤背石磺的毒性作用机制。这不仅对丰富重金属对软体动物毒性作用的机制具有重要的理论价值,而且在实践中可以为水质监测和环境污染评价提供参考数据。研究结果与结论见下。1.成体瘤背石磺对重金属的季节性浓缩分别于2007年4月、2006年7月、9月及11月测定了长江河口崇明岛地区瘤背石磺5个组织（肝胰腺、蛋白腺、卵黄腺、两性腺、肌肉）中Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Pb、Zn的含量。结果显示,瘤背石磺各组织对水中Cu的生物富集指数的数量级达10⁴,Fe、Cd达10³,Zn达10²,Mn、Pb、Cr达10¹。肝胰腺是Cr、Cu、Mn、Zn最主要的生物富集器官,而Fe则主要富集于肌肉和两性腺。此外,Cd主要富集于卵黄腺和蛋白腺,而Pb主要富集于两性腺。同时发现,在夏秋瘤背石磺（整个生物体）富集Cu、Fe、Mn、Zn明显,而Cd、Cr、Pb在春冬富集较多。依据中国渔业水质标准,所测河口水体中Cr含量超标2倍,Zn超标1.6倍。鉴于瘤背石磺体内含有超出水产品标准的Pb、Cd、Cu,因此食用瘤背石磺具有一定的健康风险。2.Cu²⁺对成体瘤背石磺生化酶和金属硫蛋白的毒理效应通过添加不同浓度的Cu²⁺,观察其对瘤背石磺（8.53±0.30g、4.65±0.05 cm）的急性以及亚急性毒性作用。结果表明,对照组及32.00 mg/L铜处理组实验动物经96h Cu²⁺暴露后均无死亡;180.00 mg/L铜处理组实验动物经96h Cu²⁺暴露后全部死亡,而其他浓度组则出现部分死亡。Cu²⁺对瘤背石磺24h、48h、72h和96h的半致死浓度(Lethal Concentration 50,LC₅₀)分别为135.00、108.30、97.19、74.80 mg/L,最大耐受浓度即产生显著毒理效应的阈浓度（MATC）为7.480±0.349mg/L。瘤背石磺经浓度为1.35到4.20 mg/L的铜处理1周后,取肝胰腺及肌肉测定其抗氧化酶含Cu/Zn超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）、过氧化氢酶（CAT）与代谢酶包括酸性磷酸酶（ACP）、碱性磷酸酶（AKP）、谷（谷氨酸）草（草酰乙酸）转氨酶（GOT）、谷（谷氨酸）丙（丙酮酸）转氨酶（GPT）。取肝胰腺测定消化酶含胃蛋白酶、淀粉酶、类胰蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶的比酶活。结果发现,肝胰腺中Cu/Zn-SOD的酶活与浓度呈负相关,而CAT却为正相关,肌肉中的ACP亦呈正相关。无论在肝胰腺还是肌肉,GOT还是GPT,其阈浓度值均为2.40mg/L,表明瘤背石磺中Cu/Zn-SOD与CAT能有效指示环境中的铜胁迫。总体而言,除脂肪酶的酶活无法测定外,胃蛋白酶与淀粉酶的比活力变化趋势大体相似,为“降-升-降”。而类胰蛋白酶与纤维素酶的比活力变化趋势为典型的抛物线。尽管有相似的变化趋势,但各酶间还是有一定的差异。采用血红蛋白/镉饱和法,分析0.00,1.35,1.80,2.40,3.20和4.20 mg/L Cu²⁺对瘤背石磺肝胰腺金属硫蛋白含量（MT）的影响,结果表明:总的趋势是MT的含量随着水体中添加Cu²⁺浓度的增高而增加。1.35 mg/L Cu²⁺的MT含量与对照组相比,即有显著差异,且增幅最大（4.566倍）,这表明低Cu²⁺浓度就已经可极大诱导MT的合成。随着Cu²⁺浓度的持续增高,MT含量均有显著增加,但增幅明显趋缓。当Cu²⁺浓度增高到4.20 mg/L时,MT含量达到最大值,为2.928 mg/g（湿重）,这显示MT的诱导容量不断趋于饱和状态。本研究结果显示低浓度的Cu²⁺即可诱导肝胰腺MT的含量增加,进而在一定程度上起到解毒的作用。同时,本研究结果认为,MT可被用作环境监测的有效指标。3.Cu²⁺对成体瘤背石磺肝胰腺显微与超微结构的影响采用生态学单因子梯度试验,分析了0.00、1.35、1.80、2.40、3.20和4.20 mg/LCu²⁺对瘤背石磺肝胰腺显微结构的影响。结果表明:1.35 mg/L Cu²⁺处理组与对照组相比无显著差异,随着水体中Cu²⁺浓度的增高,肝胰腺肝小管单层柱状上皮细胞肿胀、解体、破碎,致使肝小管管腔变细;基膜呈波纹状拱起,甚至断裂,并与柱状上皮之间形成巨大的空泡;细胞基膜断裂处与游离的柱状上皮细胞核充挤在一起。这显示高浓度Cu²⁺对瘤背石磺肝胰腺的显微结构产生明显的损伤。本研究还进一步分析了添加0.00、1.35、1.80、2.40、3.20和4.20 mg/L Cu²⁺对瘤背石磺肝胰腺超微结构的影响。结果表明:随着水体铜离子浓度的增高,瘤背石磺肝胰腺超微结构的损伤程度也在不断加深。细胞变形、肿胀并受到明显破坏,胞体不完整;高度异染色质化,密度增大,核膜破裂,核质外流;基质稀薄;细胞核变形。这表明高浓度Cu²⁺对瘤背石磺肝胰腺超微结构也会产生明显的损伤,从而进一步影响其正常生理功能。综上所述,当瘤背石磺受到水体Cu²⁺的毒性作用时,首先会对上述酶和生物大分子产生影响,然后才对组织、器官、个体和群体产生影响。通过本项研究,首次较为彻底地弄清了水体重金属在瘤背石磺体内浓缩的特征,明确了水体Cu²⁺对瘤背石磺蛋白质和酶分子、细胞和组织器官的影响方式,初步揭示了水体Cu²⁺对瘤背石磺的毒性作用机制。这不仅为最终阐明重金属对软体动物毒性作用的机制具有重要的理论价值,而且也为水质监测及生境评价提供实际参考。