環境污染生物指示器：蜜源植物-蜜蜂-蜂產品體系

吳黎明薛曉鋒劉海民王 英陳 芳周金慧張金振

（1.中國農業科學院蜜蜂研究所，北京100093；2.河北遵化市畜牧水產局，064200）

一、開展環境污染生物指示器研究的意義

當前我國環境污染問題依然嚴峻，生態破壞、資源約束的矛盾突出。隨著科學技術進步和工農業的發展，進入環境中的污染物數量和種類都在不斷增加，其中不少污染物具有致病、致突變甚至致癌的特性，且在環境中的持久性很長[1,2]。污染物一方面在水體、大氣、土壤中積聚和漂移，另一方面通過植物富集等途徑轉移到生物體中，并通過食物鏈危害人體健康[3]。因此，環境污染問題的治理和預防工作刻不容緩。

要從根本上防治環境污染，首先要對總體污染狀況有一個較為準確的掌握。我國雖然在環境監測、面源污染防治、溫室氣體減排等方面做了大量的工作，也取得了很大的成績，但至今仍然不能從根本上確立監測環境污染的關鍵點和切入點，尚不能摸清環境污染的全貌和動向，不能有針對性地對環境污染進行掌控和防治[4]。利用對環境極為敏感的生物指示器開展環境污染水平指示研究，對于更好地監控環境污染水平具有重要的現實意義。

二、國內外研究現狀分析及存在問題

目前，國內外已有研究者開始將植物和動物作為生物指示器，開展環境污染程度指示研究。如植物能富集環境中特別是大氣中的持續性有機污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs），是目前大氣環境中POPs污染指示研究的主要生物[5,6]。動物可以通過攝食和與環境的直接接觸富集環境污染物，通過分析動物體內環境污染物的含量和種類可以起到直接指示污染程度的作用。目前相關研究的動物種類主要集中在水生生態系統的軟體動物[7]、魚類[8]，土壤環境中的蚯蚓[9]等。

另外，動物接觸和攝入了環境污染物質后，會在行為、生理和生化等方面發生變化，也必然會導致動物體內包括抗氧化酶等在內的生物標記物含量和種類產生變化[10]。生物標記物是生物體受到嚴重損害之前，在不同水平（分子、細胞、個體等）上因受環境污染物影響而異常化的信號指標。生物標記物作為指示污染物危害效應的早期生物信號，能在早期預測和預報個體水平以上的效應，反映生物體從健康到疾病這一連續譜上的確切位置，掌握污染物危害發生前生物標記物的情況就可以制定預防性的管理措施，及時避免或減輕環境污染的危害，因而成為一種有效、前景廣闊的環境危險評價工具。因此，在確立生物標記物和環境污染程度相關性的基礎上，通過分析動物體內生物標記物變化情況，就可以準確評判環境污染程度。在這其中，生化酶是生物體內最靈敏的生物檢測劑，是生物體內最早可測得的污染物誘導反應。作為生化標記物的各種酶是監測環境污染最有效的工具，可以為更高水平可能發生的損害提供信息。

蜜蜂是一種廣泛分布于世界各地、易于飼養和繁育的群居性昆蟲，全球飼養的蜂群數量很大，僅在我國就飼養820萬群左右。蜜蜂的生物學特性、養殖的廣泛性以及養殖和蜂產品生產的特殊性決定了蜜蜂能成為一種可靠、靈敏、經濟的環境污染生物指示器[11,12]。原因如下：

1.在蜂群中，蜂王的繁殖能力很強，蜂群中通常能保持萬只以上的工蜂，由于工蜂的壽命短，更新速度很快，使蜂群中一直保持者大量適合采集的青壯年工蜂；

2.蜜蜂具有貯存食物的特性，這使得蜜蜂在植物開花季節飛翔和采集非常積極，并在蜂巢中貯存大量的食物（花蜜、花粉、甘露、蜂膠）和水。農業污染物，如重金屬、農藥殘留等會通過植物的生物富集作用或直接接觸蜜粉源植物的蜜腺和花朵，而在植物花蜜和花粉中累積。當蜜蜂采集了這些花蜜和花粉后，可能導致死亡或造成一些行為的異常；如果不死亡，各種污染物的殘留情況（包括殺蟲劑、重金屬在內的污染物和放射性核素等）也會在蜜蜂身體或最終產品中得以體現；

3.蜜蜂全身覆蓋絨毛，采集過程中與其接觸過的物質，包括環境污染物、花粉等均可以在其身上附著，同時，蜜蜂在飛行過程中接觸到的空氣中的環境污染物也可富集在蜜蜂體表；

4.蜜蜂具有采集的單一性，在采集花粉和花蜜過程中，蜜蜂每次出巢多采同一種植物的花粉和花蜜，一直到花謝蜜少的時候才轉移到其他植物上。這個特性可讓我們通過分析蜂產品和蜜蜂，推斷出污染源所在；

5.蜜蜂對多數的植物保護用藥，如殺蟲劑等很敏感。蜜蜂接觸農藥后的死亡率和行為特征可在一定程度上反應環境污染狀況；

6.蜜蜂具有可移動性，這種被人類大量飼養的經濟昆蟲生活在用活框飼養的蜂箱內，每天晚上全部歸巢。因此可以按照人的意愿任意搬到需要進行環境監測的地方。另外，由于蜂群的飛行半徑可以達到3 km以上，使一個蜂群的環境監測范圍可以達到約28.3 km2。同時，由于蜜蜂采集活動的密集性與廣面性（采集1 kg蜂蜜，工蜂要訪問數百萬朵花，飛行距離達20萬km），使得監測采樣的精確度能達到較高水平；

7.蜜蜂壽命短，體內缺乏免疫系統，環境變化會通過行為以及抗氧化酶等生化標記物得以明顯體現；

8.蜜蜂在飛翔與采集過程中接觸幾乎所有的環境因子，如土壤、植物、水、大氣。因此，除了在北方冬季越冬期，其他時候均能作為各種環境因子污染情況的生物指示器[13]。

目前國內外利用蜜蜂和蜂產品作為環境指示物的研究有少量報道。但這些報道多數是在檢測分析蜂產品中污染物含量的同時，以討論的形式在文中提及可能可以作為環境污染指示物。專門進行此類研究的論文及報道還很少見。

目前此類研究多數集中在建立蜂產品污染物檢測方法和分析污染物含量方面[14]，有多篇文章在討論中提到可以用蜂蜜中污染物含量、蜜蜂行為和死亡率等來指示環境中農藥（殺蟲劑）含量[15,16]，重金屬[17]、放射性污染[18]和轉基因植物[19,20]等的可能。國內也有蜂產品中有機氯農藥含量的研究報告，但均未提及是否能指示環境污染程度。

因此，為了系統的評價能否利用蜜蜂和蜂產品指示環境污染程度，有必要對蜜蜂、蜂產品和環境、土壤等介質的多種類污染物進行分析，了解污染物在蜜源植物、蜜蜂和蜂產品中的富集特點，明確不同種類污染物在環境介質-蜜源植物-蜜蜂-蜂產品中的傳遞途徑及含量相關性，提高利用蜜蜂及蜂產品指示環境污染的準確性。

三、研究方法探討

在此提出兩種研究方法，供參考。

1.通過研究蜜源植物、蜜蜂和蜂產品中目標污染物的來源和富集特征，揭示目標污染物在環境介質-蜜源植物-蜜蜂-蜂產品中的遷移規律，明確環境中與蜜源植物、蜜蜂、蜂產品中污染物含量的相關性，建立利用蜜源植物、蜜蜂和蜂產品指示環境污染程度的方法，確定該評價體系對目標污染物的指示區間，評價其污染指示作用的敏感性。

2.研究細胞色素 P450（P450）、谷胱甘肽 S-轉移酶（GST）等解毒酶對目標污染物的反應，提出適宜的生化標記物，明確環境中污染物含量與蜜蜂體內解毒酶的時間－劑量效應，建立利用蜜蜂體內生化標記物指示環境污染的方法，并確定其指示區間和評價指示作用的敏感性。

研究兩種方法對環境污染指示作用的相關性，建立利用兩種方法共同指示環境污染程度的模型和方法，提高指示作用準確性和敏感性。進行此項研究不但可通過對蜂產品中污染物含量水平和影響因素分析，促進蜂產品中污染物的安全評價和消費，還可為環境污染程度評價提供一種全新的技術模式，為開展生物環境監測提供理論基礎，同時拓展蜂業研究和應用領域，為促進我國蜂業健康發展發揮積極作用。

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