近日，我院“近海重金属地球化学与毒理学”团队谢敏伟副教授在环境科学与工程领域高水平期刊Environmental Science & Technology在线发表了题为“Isotopically modified bioassay bridges the bioavailability and toxicity risk assessment of metals in bedded sediments”的论文。首次应用同位素生物反标技术快速测定沉积物重金属生物有效性，并预测沉积物重金属的毒性风险，为准确评估相应的生态风险和精准管控受污染沉积物提供重要技术支撑。

研究背景

基于生物有效性的风险评价是污染物生态风险评价的重要发展趋势，其难点在于如何定量污染物的生物有效性浓度。由于沉积物本身复杂的理化性质，准确快速定量沉积物重金属生物有效性是一项极具挑战的任务。传统研究常依赖于不同化学试剂提取重金属间接测定其生物有效性，但是由于方法的选择性低，所测得的生物有效性浓度在风险预测中效果不理想。

图文摘要

研究成果

本研究中首先使用稳定同位素对生物进行改造（isotopically modified bioassay），改变生物体内同位素组成，再将生物暴露于不同污染程度的沉积物中。通过测定生物体内同位素丰度的变化程度来实现沉积物重金属生物有效性的直接定量（重金属吸收速率，assimilation rate）（图1，2）。所测得的重金属吸收速率与沉积物的毒性间呈现了良好的毒性剂量关系（图3），表明方法测定的沉积物重金属生物有效性可以准确预测重金属的毒性风险。

本研究中建立的稳定同位素生物反标法是一种新型同位素示踪技术。在传统应用情境中，需要使用同位素对“源”（颗粒物）进行标记，然后追踪生物对同位素的吸收量。但外源标记同位素与颗粒物间的结合形式（金属化学形态）难以还原自然环境中沉积物重金属的真实形态。同时考虑到同位素高昂的价格，难以在沉积物研究中开展具有一定规模的实验。而本研究中建立的方法是对“受体”（受试生物）进行同位素标记，操作过程中无需对沉积物进行任何处理，因此可以突破传统应用中的种种限制。

图1. 预标记阶段和沉积物暴露阶段生物体内同位素比值的变化。沉积物暴露后同位素比值较对照组（虚线）有下降表示生物从沉积物中吸收重金属。

图2. 生物从沉积物中对金属的吸收速率。

图3.沉积物中Ni的吸收速率可以准确预测沉积物的毒性。

研究团队

“近海重金属地球化学与毒理学”团队主要研究近海环境中重金属的生物地球化学过程、生态风险与人类健康风险，服务于海洋生态系统健康的科学监测与管理。

本研究的第一作者为我院硕士生吴秋玲，通讯作者为谢敏伟副教授。共同作者包括团队成员谭巧国教授、陈荣副教授，硕士生苏其晶，以及澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）研究员Stuart Simpson博士。本研究获得国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费的资助。

论文来源

Qiuling Wu, Qijing Su, Stuart L. Simpson, Qiao-Guo Tan, Rong Chen, Minwei Xie^*, Isotopically modified bioassay bridges the bioavailability and toxicity risk assessment of metals in bedded sediments, Environmental Science & Technology, 2022, DOI: 10.1021/acs.est.2c06193

文、图 | 谢敏伟

责任编辑 | 谢敏伟

排版 | 吴晓倩