编译：微科盟艾奥里亚，编辑：微科盟木木夕、江舜尧。

微科盟原创微文，欢迎转发转载。

1 水体化学指标

在整个实验期间，三种对照limnocorrals的平均溶解TSe浓度分别为0.08、0.08和0.09 mg/L。添加硒的limnocorrals的平均溶解TSe浓度分别为0.4、0.8、1.6、3.4、5.6和7.9 mg/L。总溶解硒含量在0.08~0.15mg/L之间，湖泊表层水中以亚硒酸盐形式存在的总硒含量为52 - 79%（239湖为54 ± 26%）。在湖水中检测到的硒只有硒酸盐，占湖泊总硒的21 - 48%，这表明在这些北方湖泊中，硒酸盐通常是硒的主要形式。实验结束时，从limnocorrals中收集的水的物理和化学特性与水中TSe浓度无关（LR，p = 0.224~0.846）。在整个实验期间，limnocorrals中的水温范围为20至25℃，pH值范围为6.8~7.8之间，DOC范围为6.90~9.98 mg/L，TDN和TDP的营养浓度分别为242~435 mg/L和1.64~6.52 mg/L。

2 藻类和沉积物中的硒

在实验第21天，第35天，第49天以及第63天，水中附生植物中TSe与水中TSe之间（df = 18，t = 0.259~1.358，p = 0.191~0.798），以及水中浮游生物中TSe与水中TSe之间（df = 18，t = -0.876~-0.303，p = 0.393~0.766）无显著差异，这表明初级生产者在第21天之前已达到稳态硒浓度。因此，所有时间点（第21、35、49、63天）的平均值用于描述初级生产者硒的生物累积。附生植物和浮游植物TSe与水中TSe浓度之间呈显著正相关关系（p < 0.001，R² = 0.99，图1），但两类初级生产者之间的关系斜率存在差异（p = 0.033）。在最高处理下，对照limnocorrals中的附生植物TSe浓度范围为0.82~92.7μg/gdm，而对照limnocorrals中的浮游植物TSe浓度范围为0.96~116 μg/gdm（图1），在CCME水质指南附近观察到高生物累积性（附生植物和浮游植物中分别为12 ± 0.7和17 ± 6.6μg/g dm）。

图1 基于协方差分析分析了初级生产者TSe（黑圈代表，绿圈代表浮游植物）与水中TSe之间的关系。

附生植物和浮游植物的最佳拟合功率方程（NLR，p < 0.001，附生植物Se = 15.7 * ^0.76，浮游植物Se = 20.0 * ^0.75）表明，尽管在试验浓度下未达到完全饱和，但在试验范围内存在一些饱和，可能附生植物和浮游植物类群具有本研究中未达到的更高饱和点。基于对藻类的k_ds进行分析时，同样可以观察到藻类对Se的吸收饱和。在所有实验组和实验时间点，浮游植物的分配系数在6600到42000之间，附生植物的分配系数在6000到22000之间。这些k_ds与该地区其他湖泊中计算的分配系数具有相似性（范围为9136至42530）。在硒浓度为1.6和3.4 μg/L的处理中，附生植物的k_ds出现明显下降。如前所述，硒相关水平上分配系数的变化表明，用于估计从水中到藻类的硒富集模型需要考虑暴露浓度对硒吸收速率所造成的影响。基于对环境相关硒浓度k_ds减少的观察，能够更有效的利用营养水平或是标准曲线中的方程的对数关系方程式来预测生物体中硒的积累。由于我们所添加的硒100%为亚硒酸盐形式，因此本文所模拟的吸收曲线可用于说明北方湖泊中不同含硒水平下预期的最大硒水平。

基于实验室中对不同藻类分类群之间吸收硒能力的差异观察发现，在暴露于0.03 μg/L亚硒酸盐后，不同浮游植物物种之间硒的积累差异可达四个数量级。有关于野外采集的样品中不同分类群硒积累差异的研究较少，但在西弗吉尼亚州受矿采影响的溪流中采集的附生植物中，硅藻/沉积物组分中硒的含量是丝状藻类组分中的18倍。在本研究中，由于浮游生物的高摄取量，因此相比于浮游植物，存在于附生植物样品中的优势藻类类群在低浓度硒的条件下可能达到饱和。虽然本研究未进行藻类种类鉴定，但从IISD-ELA收集的分类资料表明，239湖的表生附生植物中硅藻类占优势，其中以Achnanthes minntissima最为丰富。浮游植物群落由相对较小比例的硅藻组成，通常由Chrysophyta和Dinophyta组成（IISD-ELA，未发表的数据）。此外，本研究观察到的附生植物和浮游植物之间的积累差异可能与表面积有关，由于水中浮游植物可能比附着在基质上的附生植物具有更多的相互作用，因此对硒的吸收更大。此外，附生植物是微生物的混合物，在有机物基质中包括细菌、藻类以及真菌。与浮游植物相比，这种有机基质可能含有更多的结构碳，从而导致测量的硒的质量低于附生植物的总质量，并且附生植物中TSe浓度较低。

每个湖沼顶部1cm的沉积物主要由有机质组成（OM含量在71-91%范围内），在limnocorrals附近采集的三个代表性岩芯中，在实验前2天该剖面的沉积物TSe分别为2.97、2.05和1.73 μg/g dm。沉积物TSe和水中TSe之间的关系在第21天和第63天之间没有显著差异（p = 0.086）。在整个实验期间，沉积物中TSe的浓度范围从0.08 μg/L处理下的1.96 μg/g到7.9 μg/L处理下的8.65 μg/g dm，沉积物中TSe与水中TSe浓度之间呈显著的正相关关系（p < 0.001，R² = 0.77）。沉积物中有机质在空白组中的校正分配系数为15560~33803 L/kg，而在6种硒处理的limnocorrals中有机质校正分配系数为643~4914 L/kg。相较于体系中的生物组分而言，体系沉积物中硒很可能以一种很缓慢的速率达到稳态浓度，而在本研究中，沉积物中硒并没有达到稳态浓度。先前在加拿大Saskatchewan北部北方湖泊的研究中，当TSe浓度分别<0.1（参考湖）、0.7和2.7 μg/L（两个受采矿影响的湖泊）时，沉积物中对应硒的浓度分别为5.7、25.6和62.2 μg/g dm。在本研究所测得的TSe浓度是先前研究的1.4、7.5和9.4倍。由于几十年来死亡或有机物质的沉降，这些物质积累了较多的硒，或者湖泊存在不同的潜在地质来源，影响了硒的划分，在加拿大其他北方湖泊的沉积物中同样观察到较高的硒含量。由于目前的实验持续时间相对较短，本研究中并不存在从死亡有机体中富集的硒的现象。

3 无脊椎动物中的硒

在实验第21天、第49天和第63天，浮游动物TSe与其假定饮食（浮游植物TSe）之间的关系无显著差异（p = 0.106~0.813）。Chironomidae科和Heptageniidae科的TSe在第21、49和63天之间也没有差异（p = 0.425~0.452和0.178~0.578）。这些结果表明，无脊椎动物中的硒在暴露前21天即可达到稳态浓度。所有分类群的无脊椎动物TSe浓度与其假定的饮食TSe显著正相关（p < 0.001，R² = 0.96，图2）。任何分类群之间的斜率无显著差异（p = 0.815~0.871），但在给定的饲料TSe浓度下，浮游动物TSe浓度明显低于Chironomidae科和Heptageniidae科（p = 0.028；图2）。实验组中Heptageniidae科的TSe浓度范围在2.05至91.0 μg/gdm，Chironomidae科TSe的浓度范围为1.54~93.4 μg/g dm，浮游动物的浓度范围为1.16~62.8 μg/g dm。

图2 基于协方差分析法探究了无脊椎动物TSe（绿色代表heptageniid，黑色代表chironomid；红色代表浮游动物）和饮食TSe（对于底栖大型无脊椎动物而言是附生植物，对于浮游动物而言是浮游植物）之间的关系。

尽管有着较高的食物源TSe，但相对于无脊椎动物而言，浮游动物所积累的TSe最少。浮游动物的脂质含量往往比大型底栖无脊椎动物高，这可能导致典型的含硒蛋白质的积累量较低。此外，先前的研究发现，浮游动物和底栖无脊椎动物在硒吸收和净化动力学方面存在差异，这也恰恰解释了两者在硒的积累方面存在差异。对于野外采集的无脊椎动物而言，很难从生态（生境、饮食）和生理（同化、排泄）上区分它们对于硒吸收的差异。有趣的是，Chironomidae和Heptageniidae--通常分别被归类为采集者和掠食者--表现出相似的硒积累模式，而对于浮游动物而言则表现出显著的积累差异。

在无脊椎动物分类群中累积的TSe的差异表明，生活在同一系统中但饮食不同的鱼全身的TSe浓度可能有高达2倍的差异。由于用于硒分析的无脊椎动物样品通常是批量收集的，并且统一集中饲喂，这种差异这会影响对硒风险的评估。这种汇集的分类群可以代表不同的物种，本研究结合先前的研究表明，不同物种即使在同一生境中，硒的积累也可能有很大差异。鉴于无脊椎动物体内硒的积累可能因生境和物种而异，因此研究这在基于无脊椎动物所得出的结论是应该小心谨慎。此外，在1 μg/L（当前CCME指南）下，无脊椎动物所累积的量可达到25 μg Se/g dm（图2）。这远远高于British Columbia有关于鱼类摄入的4 μg/g dm的临时指导方针，强调无脊椎动物可能是硒向鱼类转移的重要载体。这也表明，即使在相对较低的硒暴露浓度下，无脊椎动物本身也可能因高硒积累而面临生态毒理学风险。

4 鱼类中的硒

硒暴露42 d后，鱼卵巢和肌肉组织中的TSe经对数转化后均与日平均饮食TSe的对数之间呈正相关关系（p < 0.001~0.026，R² = 0.46~0.80，图3），尽管原始数据表明，硒的吸收模式使非线性的，则可能是由于鱼类对硒的吸收可能受到饮食或食物供应变化的影响。鱼卵巢TSe采用power curve可获得最优模型（NLR，p = 0.005，Se = 5.33 * ^0.19），但对于肌肉TSe而言却不适合任何测试曲线（p > 0.06）。卵巢TSe浓度约为肌肉TSe的2倍，并与组织Se浓度呈正相关关系（p = 0.016，R² = 0.72）。表S8和S9列出了鱼类组织TSe平均浓度和TTFs。在任何limnocorrals中，鱼肉TSe均未超过美国EPA组织标准（11.3 μg/g dm），但在0.8 μg/L的水TSe水平（最接近1 mg/L CCME指南）下，鱼肉中累积8-10 μg Se/g dm，约为BC MoE制定的鱼肉临时指南的2倍（4 μg/g；图3）。在7.9 μg/L的处理中，卵巢TSe超过美国EPA组织标准（15.1 mg/g dm）。在0.8 μg/L的处理中，鱼卵巢积累了12-15 μg/g dm Se，高于BC MoE指南的标准（11 μg/g dm；图3）。

肌肉组织TSe的鱼类TTFs与水溶液TSe浓度之间呈反比关系（p = 0.004，R²= 0.67），在5.6 mg/L处理组降至0.05。根据42天试验期间鱼肌肉和卵巢组织中硒的生物累积，硒处理的limnocorrals中没有观察到硒浓度的平稳时期。因此，这些低TTFs可能是由于42天的实验期间并没有使鱼中的硒积累达到稳定状态，或者下降的趋势可能表明硒吸收转运蛋白饱和，或者随着暴露浓度的增加，硒的排泄量增加。

图3 实验期间，肌肉TSe的平均log值（A）或卵巢TSe的平均log值（B）与饮食TSe（heptageniid，chironomid以及浮游生物的平均值）的log值之间的关系。

5 稳定的同位素比率和食物网结构

实验开始时，本研究中finescale dace的肌肉和肝脏δ¹³C值为-30 ~ -28‰，δ¹⁵N值为7.1~8.3‰。暴露42d后，所有处理的鱼肉δ¹³C与原始值相差不大（-29 ~ -27‰），δ¹⁵N也没有实质性变化（6.1至8.4‰）（图4）。然而，42天后，limnocorrals中鱼肝脏中δ¹³C值在-27到-21‰之间，δ¹⁵N值在5.5到7.7‰之间（图4），这表明limnocorrals中的鱼饲料在同位素上不同于它们所采集的水流中的饲料。暴露于硒42天后，鱼肌肉或肝脏δ¹³C或δ¹⁵N同位素特征均未预测卵巢和肌肉组织TSe浓度（p = 0.426 - 0.92）。各处理间鱼类的生长或一般健康指标没有差异，表明各处理间同位素组成的变化不受鱼类直接毒性的影响。

图4 基于稳定性同位素标记的239湖中鱼肌肉（三角形）和肝脏（圆形）中δ¹³C和δ¹⁵N的值（以平均值 ± 标准差形式表示）。

尽管鱼组织TSe经对数转化后与日粮TSe的log值之间表现出正相关的线性关系，但相对于较低的营养水平，鱼组织TSe存在大量无法解释的变异，其原意可能归因于摄食率、食物质量或是饮食项目的变化。稳定同位素混合模型显示，在limnocorrals生物中，鱼类以不同比例的底栖生物和远洋生物为食，底栖资源利用率从0.8 μg/L处理的42 ± 16%到5.6 μg/L处理的88 ± 9%不等。底栖生物资源利用率与水体硒浓度（p = 0.020，pR² = 0.47）和鱼类饲料硒浓度（p = 0.014，pR² = 0.51）呈正相关关系。δ¹⁵N组织周转（δ¹⁵N_肌肉-肝）与无脊椎动物TSe的log值之间呈负相关关系（p = 0.008，R² = 0.24），表明随着TSe处理的增加，同位素转换率存在差异。这可能表明，混合模型检测到的资源利用差异实际上反映了组织周转率的差异。

本文提供的稳定同位素数据表明，在暴露于较高TSe浓度的鱼类中，食物可获得性较低，同位素周转较慢，或者鱼类的饮食可能随着TSe暴露的增加而改变。正如先前的研究所报道的，较低的食物可及性和饮食结构的改变都可能是由于TSe对某些无脊椎动物类群的直接毒性所引起的。本研究观察到，随着硒浓度的增加，伴随着一些大型底栖无脊椎动物和浮游动物的生物量减少，并且可能影响高硒处理下鱼类对硒的吸收。由于无脊椎动物之间TSe积累的差异，将鱼饲料从一个无脊椎动物分类群转移到另一个分类群可能会影响鱼类体内TSe的积累，这种摄食动态的变化可能部分解释了鱼类肌肉和饲料TSe之间关系更大的可变性。值得注意的是，在暴露42天后，鱼的肝组织可能仍未达到平衡。尽管如此，不同处理的鱼类组织δ¹³C和δ¹⁵N的差异确实有助于确定鱼类饮食的变化，这可能会混淆TSe在鱼类中的生物累积模式。随着硒暴露浓度的增加，组织周转或资源利用的差异提供了证据，表明在不同的处理中，鱼的饮食或鱼的食物可获得性存在差异。这说明暴露生物的食物网动态会影响硒的生物累积模式，并说明在生态系统水平上研究生物累积的重要性。

综上所述，我们描述了在一个具有代表性的北方湖泊沿硒暴露浓度梯度的几个分类群的硒吸收模式。我们发现，藻类和无脊椎动物对硒的吸收在本研究的浓度范围内达到饱和，并且在相同环境下或相同的暴露浓度下，不同分类群对硒的吸收存在差异。这一研究结果的发现并纳入当前的生物动力学模型，能够更好地用于解释硒吸收的浓度依赖性和分类差异。尽管在较高的暴露水平下，鱼组织硒似乎没有达到稳态浓度，而且不同处理间的饮食或食物供应的差异使鱼类的摄取变得复杂，但值得注意的是，在较低的暴露条件下，有效的硒吸收和转移确实导致了我们所关心的鱼体内硒浓度达到了当前CCME水质指南中的标准水平。

----------微科盟更多推荐----------

免费生信作图平台——生科云
	长按左侧二维码  进入生科云
生科云所有分析工具可以免费使用，不收取任何直接或间接费用；您还可以在微信上联系微生态老师，随时获取免费的指导，帮助您解决分析时遇到的问题；专业的生信分析团队，持续添加、更新、优化生信云上的分析工具，集成多种生信分析流程，一键批量生成主流科研图，帮您节省时间，有更多的时间探究生物学意义。

微文推荐阅读

1. 2020年度回顾 | 技术贴合辑
   

2. 2020年度回顾 | 微生态人体微生物类微文大合辑
   

3. 2020年微生态最值得看的环境类微文回顾

   
   

微生态科研学术群期待与您交流更多微生态科研问题

（联系微生态老师即可申请入群）。

了解更多菌群知识，请关注“微生态”。

阅读原文

微信扫一扫
关注该公众号