سنجش و مقایسه غلظت کادمیوم در بافت عضله و هپاتوپانکراس ماهی مرکب ببری  (Sepia pharaonis) و اسکوئید هندی (Uroteuthis duvauceli) خلیج فارس

سید رضا اسود^*،1، عباس اسماعیلی ساری¹ و تورج ولی نسب²

¹ نور، دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، گروه محیط زیست

² تهران، مؤسسه تحقیقات و آموزش شیلات ایران

تاریخ دریافت: 2/3/89                 تاریخ پذیرش: 8/5/90 

چکیده

در این مطالعه غلظت عنصر کادمیوم در بافت عضله و هپاتوپانکراس ماهی مرکب ببری (Sepia pharaonis) و اسکوئید هندی  (Uroteuthis duvauceli) اندازه­گیری شد. برای انجام این تحقیق تعداد 30 عدد از هر گونه در دی ماه 1387 از آبهای دور از ساحل استان هرمزگان  به روش صید ترال کف جمع آوری گردید. برای هضم شیمیایی نمونه ها از ترکیب اسید نیتریک و اسید پرکلریک استفاده گردید و برای اندازه گیری کادمیوم از روش جذب اتمی استفاده شد. براساس نتایج حاصله، میانگین غلظت کادمیوم در بافت عضله و هپاتوپانکراس ماهی مرکب به ترتیب μg/g 58/0 و 22/417 و در عضله و هپاتوپانکراس اسکوئید هندی به ترتیب μg/g 35/0 و 9/25 به دست آمد. همچنین نتایج نشان داد که غلظت کادمیوم در هر دو گونه به صورت معنی داری در هپاتوپانکراس بیشتر از عضله می باشد (001/0>P) و بیشترین غلظت کادمیوم نیز در هپاتوپانکراس ماهی مرکب مشاهده شد که علت آن را میتوان به کفزی بودن این گونه نسبت داد.

واژه های کلیدی: کادمیوم، عضله، هپاتوپانکراس، ماهی مرکب ببری،  اسکوئید هندی

* نویسنده مسئول، تلفن: 09143222694، پست الکترونیکی: reza.asvad@gmail.com

مقدمه

واژه فلزات  سنگین به دسته­ای از فلزات و شبه فلزات اطلاق می شود که چگالی آنها بیشتر از 4 برابر چگالی آب (g/cm ³ 1) باشد. این فلزات در مقادیر بسیار کم سمی بوده و از طریق غذا، هوا و آب وارد بدن شده و به مرور زمان در بدن تجمع می یابند و همچنین جزء آلاینده­های بسیار پایداری هستند که طی فرآیندهای بیولوژیک تجزیه نمی شوند و اثرات قابل توجهی بر سلامت انسان دارند (10).

انواع آلودگیها از جمله عناصر سنگین پس از ورود به اکوسیستمهای آبی وارد چرخه غذایی می شوند که این روند سبب تجمع و ذخیره شدن آنها در آبزیان می گردد. شدت تجمع عناصر سنگین در آبزیان به ویژه در ماهیان تابعی از شرایط اکولوژیکی، فیزیکی و بیولوژیکی آب می باشد. از میان مواد آلاینده وارد شده به محیطهای آبی فلزات سنگین به علت اثرات سمی و پتانسیل تجمع زیستی در بسیاری از گونه­های آبزی، قابل توجه هستند (5). بسیاری از این فلزات از اجزای متشکله اکوسیستمهای آبی به حساب می آیند. بعضی از فلزات در میزان کم برای فعالیتهای متابولیکی لازم هستند ولی برخی دیگر مانند آرسنیک، کادمیوم، سرب و اشکال مختلف جیوه نه تنها اثر زیستی مفیدی ندارند بلکه در مقادیر بسیار کم نیز مضر هستند و سبب برهم خوردن تعادل زیستی اکوسیستم می شوند. حلالیت بسیار بالای فلزات سنگین در آب موجب می­گردد تا امکان ورود و جذب آنها در بدن افزایش یافته و با اتصال به ماکرومولکولها، ساختار و عملکرد طبیعی آنها را تغییر دهند که این مسئله موجب متأثر شدن فرآیندهای بیوشیمیایی و در نتیجه بسیاری از عملکردهای غیر طبیعی بدن می شود (11و13).

فلزات سنگین از طریق منابع طبیعی و منابع انسانی وارد محیط زیست می­شوند. بسیاری از این فلزات سنگین به صورت طبیعی جزء پوسته زمین می­باشند و به وسیله فعالیتهای آتشفشانی، آتش­سوزی جنگل و هوازدگی سنگها به محیط منتشر می­شوند. امروزه فعالیتهای انسان منجر به افزایش سطح فلزات سنگین در محیط زیست شده است. منابع انسان ساخت از قبیل معدن کاوی، صنایع ذوب فلزات و ریخته­گری و احتراق سوختهای فسیلی از اصلی ترین دلایل انتشار این فلزات در طبیعت محسوب می­شوند(10).

کادمیوم دومین عنصر خطرناک زیست محیطی است که از نظر سمیت بعد از جیوه قرار دارد. کادمیوم از آلاینده­های مهم زیست محیطی بوده که در تمامی اکوسیستمها یافت می­شود. کادمیوم از طریق فرسایش خاک، سنگ بستر، رسوبات آلوده ناشی از کارخانجات صنعتی، پساب مناطق آلوده و استفاده از لجن و کود در کشاورزی وارد اکوسیستمهای آبی می­شود. میزان جذب کادمیوم در مواد غذایی ناشی از نحوه تغذیه جانوران است، کلیه و کبد محل مناسبی جهت تمرکز کادمیوم می­باشند جانوران در اثر مسمومیت کادمیوم دچار فقر آهن خون، بیماری­های کبدی و آسیب های مغزی- عصبی می­شوند. سمیت حاد با کادمیوم ممکن است باعث مرگ حیوانات و پرندگان شده و مسمومیت شدید در آبزیان ایجاد کند (1).

خلیج فارس یکی از دو پهنه آبی ایران است که در سالیان اخیر بروز جنگهای متعدد، افزایش فعالیت استخراج سوختهای فسیلی، تردد کشتیهای نفتکش، افزایش فعالیت پالایشگاههای نفت و گاز در خلیج فارس و ورود پسابهای شهری و صنعتی جوامع حاشیه­ای و همچنین عدم مدیریت روانابها و فرسایش سرزمینهای ساحلی باعث به وجود آمدن مشکلاتی برای محیط زیست این اکوسیستم شده است. لذا انجام پژوهشهایی جهت ارزیابی ریسک حاصله از ورود عناصر سنگین به این اکوسیستم و آبزیان موجود در آن بسیار ضروری به نظر می­رسد. گونه های انتخاب شده برای این تحقیق شامل ماهی مرکب ببری و اسکوئید هندی می­باشد که جزء گونه­های مهم در قابلیت تجمع فلزات سنگین و انتقال آن به سطوح بالای زنجیره غذایی در اکوسیستمهای آبی به شمار می آیند (8،14و19). بافتهای مورد مطالعه شامل هپاتوپانکراس و عضله می­باشد. هپاتوپانکراس یکی از مهم ترین اندامهای دستگاه گوارشی در نرمتنان است که وظیفه آن تولید آنزیمهای گوارشی برای هضم مواد غذایی بوده و در سرپایان (Cephalopode) اندام بسیار مهمی برای تجمع عناصر سنگین (ضروری و غیرضروری) محسوب می­شود. تاکنون تحقیقات و گزارشات مختلفی مبنی بر غلظت بالای فلزات سنگین در گونه­های مختلف سرپایان گزارش شده است. اکثر مطالعاتی که تاکنون در این زمینه انجام گرفته، حاکی از غلظت بالای عناصر به خصوص کادمیوم در هپاتوپانکراس این گونه­ها می باشد (7 و19).

تاکنون مطالعات متعددی در داخل و خارج از کشور بر روی فلزات سنگین، نقش آنها در اکوسیستمهای آبی و موجودات آبزی انجام پذیرفته است.

Bustamante و همکاران در سال 1998، غلظت کادمیوم را در 12 گونه از سرپایان را در شمال شرقی اقیانوس اطلس (محدوده سواحل فرانسه تا نواحی زیر قطبی) اندازه­گیری کردند. نتایج این تحقیق نشان داد که میزان کادمیوم در گونه­های صید شده از نواحی زیرقطبی به طور معنی­داری بیشتر از سواحل فرانسه می­باشد (7). در ادامه مطالعات، Prafulla و همکاران در سال 2001، به بررسی غلظت فلزات سنگین (جیوه، سرب، کادمیوم، نیکل، کبالت، کروم، آهن، مس و روی) در دو گونه اسکوئیدLoligo  duvauceli  و Doryteuthis  sibogae از سه ناحیه مهم در جنوب غربی سواحل هند پرداختند (17). براساس نتایج این بررسی، میانگین غلظت فلزات سمی در بافت عضله این دو گونه بترتیب عبارتند از:  جیوه < 05/0، 07/0؛ کادمیوم = 55/0، 89/0؛ سرب = 99/0، 89/0؛ کروم = 72/0، < 45/0؛ نیکل = 45/0، 19/0 میکروگرم بر گرم. که تمامی آنها در محدوده مقادیر مجاز تعیین شده می­باشند. هرچند در مواردی مقادیر برخی فلزات مانند کادمیوم، روی و مس بالاتر از حد مجاز مشاهده شد. همچنین غلظتهای قابل توجهی از فلزات در آبشش و مرکب گزارش شد. در گونه L.duvauceli با افزایش اندازه اسکوئید میزان غلظت کادمیوم نیز افزایش یافته بود. همچنین در کبد، غلظت کادمیوم، مس و روی همبستگی معنی­داری با طول بدن داشت (17). همچنین Storelli و همکاران در سال 2006، میزان تجمع کادمیوم و جیوه را در عضله و هپاتوپانکراس گونه­های مختلف سرپایان اندازه­گیری کردند. نتایج نشان داد که میزان کادمیوم در هپاتوپانکراس به مراتب بیشتر از عضله می­باشد درحالی که میزان جیوه موجود در هپاتوپانکراس تقریباً دو برابر عضله بود (20). در همین راستا، Bustamante و همکاران نیز در سال 2008، غلظت 14 عنصر کمیاب را در اسکوئید­های صید شده از آبهای شمال اسپانیا و جنوب مدیترانه مورد سنجش قرار دادند. نتایج این تحقیق نشان داد که بیشترین غلظت عناصر در غدد گوارشی و هپاتوپانکراس این گونه می­باشد (9).

در مورد تحقیقات صورت گرفته در ایران نیز می­توان به مطالعه شهریاری در سال 1382، به منظور اندازه­گیری مقادیر فلزات سنگین کادمیوم، کروم، سرب و نیکل در بافت خوراکی دو گونه از ماهیان شوریده و سرخو ماهیان خلیج فارس اشاره کرد. طبق نتایج به دست آمده میانگین غلظت سرب، کروم، کادمیوم و نیکل در بافت خوراکی ماهی سرخو به ترتیب 442/0، 333/0، 063/0 و 322/0 میکروگرم بر گرم برحسب وزن خشک ماهی و در ماهی شوریده به ترتیب 48/0، 062/0، 064/0 و 48/0 میکروگرم بر گرم برحسب وزن خشک ماهی بود. اگرچه میانگین غلظت فلزات در ماهیان شوریده و سرخو از حد مجاز سازمان بهداشت جهانی کمتر بود، ولی مقدار سرب، کادمیوم، کروم و نیکل به ترتیب در 27، 8، 3 و 25 درصد نمونه­های مورد مطالعه از حداکثر مجاز سازمان بهداشت جهانی بیشتر بود (2). در مطالعه­ای دیگر ناصری و همکاران در سال 1384، در سنجش مقادیر برخی عناصر سنگین (آهن، مس، روی، منیزیم، منگنز، جیوه، سرب و کادمیم) در بافتهای خوراکی و غیر خوراکی ماهی کفال پشت سبز در سواحل بوشهر اشاره کرد. نتایج حاصل بیانگر غلظت بیشتر این عناصر در بافتهای غیرخوراکی نسبت به بافت خوراکی عضله بود. در اغلب موارد در جذب و تجمع عناصر سنگین بین عضله ماهیان نر و ماده تفاوت معنی­داری مشاهده می­شود. همچنین بین رده­های وزنی و طولی ماهیان در جذب و تجمع برخی عناصر سنگین اختلاف معنی­داری مشاهده گردید (3).

جدول1- نتایج حاصل از زیست سنجی گونه­ها 

مواد و روشها

نمونه برداری در دی ماه 1387 در آبهای دور از ساحل استان هرمزگان (حدفاصل بین جزیره قشم تا کیش) به روش صید ترال کف انجام گرفت. از هر گونه تعداد 30 عدد صید و بلافاصله در دمای 20- درجه سانتی گراد منجمد گردید و به آزمایشگاه منتقل شدند. در آزمایشگاه، نمونه­ها پس از شستشو با آب مقطر، بیومتری شده بنابراین طول کل و طول مانتل آنها با استفاده از تخته بیومتری و وزنشان با استفاده از ترازوی دیجیتال با دقت 0001/0 گرم محاسبه گردید (جدول1). جهت تهیه بافتهای مورد نیاز ابتدا نمونه­ها را کالبد شکافی نموده و پس از تعیین جنسیت، بافتهای مورد محاسبه، شامل عضله و هپاتوپانکراس جداسازی و مقدار معینی از هر بافت توزین گردید. پس از تعیین وزن تر، آنها را در پلیتهای مخصوص قرار داده و به مدت 48 ساعت در داخل فریز درایر (در دمای 60- درجه سانتی گراد) قرار داده شدند تا رطوبت خود را از دست داده و کاملاً خشک شوند. نمونه­های خشک شده با استفاده از مخلوط­کن و هاون چینی به صورت پودر درآورده شد. برای همگن ساختن نمونه­ها، از الک 230 میکرون عبور داده شد. پودر آماده شده تا زمان هضم شیمیایی نمونه­ها در ظروف پلی اتیلنی در بسته نگهداری می گردد.

هضم شیمیایی نمونه­ها: برای هضم شیمیایی نمونه­ها از ترکیب اسید نیتریک و اسید پرکلریک استفاده شد. برای این کار ابتدا مقدار 1 گرم از هر نمونه را توزین و داخل یک بشر پلی اتیلنی قرار داده و به میزان 4 میلی لیتر اسید نیتریک 60 درصد و 1 میلی لیتر اسید پرکلریک 70 درصد به آن اضافه گردید. سپس ظروف پلی­اتیلنی به مدت 2 ساعت بر روی حمام بن ماری با درجه حرارت 100 درجه سانتی گراد قرار داده شدند تا عمل هضم انجام پذیرد (12). پس از اتمام مراحل هضم، محلول با استفاده از کاغذ صافی واتمن 42  و قیف پلی اتیلنی در بالن ژوژه 25 میلی لیتری صاف گردیده و نهایتاً با استفاده از آب دیونیزه حجم محلول به 25 میلی لیتر رسانده شد. جهت تعیین غلظت کادمیوم در نمونه­ها از دستگاه جذب اتمی GBC مدل  Sens استفاده شد. 

کنترل کیفی:برای بالا بردن میزان دقت آزمایش و کاهش میزان خطا تمام ظروف مورد استفاده در نمونه‌برداری، هضم و نگهداری نمونه‌ها از قبل به مدت 24 ساعت داخل اسید نیتریک رقیق قرار داده شد و سپس با آب مقطر شستشو و خشک ‌گردید. همچنین در هنگام هضم علاوه بر نمونه های اصلی، در هر سری هشت تایی در حمام بن ماری یک نمونه شاهد در کنار سایر نمونه ها همانند نمونه های آزمایشی تهیه می­شد. 

جهت سنجیدن صحت روش اندازه­گیری، برای تعدادی از نمونه­ها عمل بازیابی صورت گرفت و عدد 98  تا 105 درصد به عنوان عدد بازیابی تعیین گردید که صحت روش استفاده شده را  تأیید می­کند. 

تجزیه و تحلیل آماری:

 جهت تجزیه تحلیل آماری داده­ها از نرم افزار 5/11 SPSSاستفاده گردید. آزمون Kolmogrov-Smirnov برای بررسی نرمال بودن داده‌ها مورد استفاده قرار گرفت. بررسی رابطه همبستگی دو فلز با آزمون همبستگی داده‌های نرمال Pearson انجام ‌شد. با توجه به نرمال بودن داده‌ها برای مقایسه غلظت عناصر در بافتهای یک گونه از آزمون T-Test جفتی و برای مقایسه عناصر در دو گونه آزمون  T-Testغیرجفتی استفاده شد. برای مقایسه غلظت عناصر با استانداردهای جهانی نیز از آزمون One- Sample T Test استفاده گردید. برای رسم نمودار­ها نیز از نرم افزار 2007 Excell استفاده گردید.

نتایج و بحث

تجزیه و تحلیل داده­ها نشان داد که میانگین غلظت کادمیوم در عضله ماهی مرکب ببری و اسکوئید هندی به ترتیب 58/0 و 35/0 میکروگرم بر گرم وزن خشک (جدول2) و در هپاتوپانکراس 22/417 و 9/25 میکروگرم بر گرم وزن خشک بود (جدول3). همچنین براساس نتایج به دست آمده، بیشترین میزان کادمیوم در هپاتوپانکراس ماهی مرکب و کمترین میزان آن در عضله اسکوئید هندی مشاهده شد.

جدول2- غلظت کادمیوم در عضله ماهی مرکب ببری و اسکوئید هندی بر حسب میکروگرم در گرم وزن خشک 

جدول3- غلظت کادمیوم در هپاتوپانکراس ماهی مرکب ببری و اسکوئید هندی بر حسب میکروگرم در گرم وزن خشک 

نتایج آزمون T جفتی بیانگر وجود اختلاف معنی دار (001/0>P) بین غلظت کادمیوم در بافت عضله و هپاتوپانکراس هر کدام از گونه­های مورد مطالعه می­باشد (شکل 1و2). همچنین مقایسه غلظت کادمیوم در بافتهای دو گونه نشان داد که اختلاف معنی­داری (001/0>P) بین غلظت این فلز در بافتهای دو گونه وجود دارد (شکل3و4).

عوامل مختلفی از قبیل وضعیت فیزیولوژیک، عادات غذایی، ژنتیک، اندازه و همچنین شرایط زیست محیطی بر تجمع عناصر سنگین در بافتهای مختلف بدن آبزیان مؤثرند. نتایج پژوهش حاضر نشان داد که میزان کادمیوم در هر دو گونه در هپاتوپانکراس بسیار بالاتر از عضله می­باشد که مشابه با نتایج سایر محققان می­باشد (9). در همین راستا، Pereira و همکارانش در سال 2009، مقادیر عناصر ضروری وغیرضروری در بافتهای مختلف گونه Sepia officinalis را مورد بررسی قرار دادند و نتایج آنها نیز نشان داد که میزان تجمع عناصر در هپاتوپانکراس بیشتر از بافت عضله می­باشد (15).  هر کدام از این مطالعات مقادیر متفاوتی از کادمیوم را در سرپایان گزارش  کرده­اند ولی نکته حائز اهمیت در تمامی این تحقیقات، قابلیت بالای سرپایان در تجمع کادمیوم در هپاتوپانکراس آنها حتی در مناطقی با آلودگی کم می­باشد (8و14). گاهی در برخی گونه­های سرپایان میزان کادمیوم تجمع یافته در هپاتوپانکراس 98 درصد از کل کادمیوم بدن می­باشد. غلظتهای بسیار بالای کادمیوم در بافتهای سرپایان برای اندامها سمی خواهد بود مگر اینکه یک مکانیسم ذخیره­سازی و سم­زدایی مؤثر وجود داشته باشد. هپاتوپانکراس یکی از مهم­ترین اندامها برای تجمع، تجزیه و کاهش سمیت فلزات در نرم­تنان می­باشد در نتیجه می­توان گفت که این اندام نقش عملکردی مهمی در متابولیسم کادمیوم در سرپایان دارد (8،16).

با مقایسه دو گونه از لحاظ میزان غلظت کادمیوم در بافتهای آنها نیز مشخص گردید که غلظت کادمیوم در عضله و هپاتوپانکراس ماهی مرکب ببری به مراتب بیشتر از اسکوئید هندی می­باشد. به طور کلی تفاوت غلظت عناصر در گونه­های مختلف ممکن است به فاکتور­های زیادی از قبیل رژیم غذایی، زیستگاه، فعالیت متابولیکی و رفتار گونه و یا ناشی از تفاوت اندازه و سن گونه­ها باشد (6). به نظر نمی‌رسد اختلاف در میانگین داده‌های دو گونه مربوط به عادات غذایی آنها باشد زیرا دو گونه دارای عادات غذایی تقریباً مشابهی می‌باشند. ماهی مرکب ببری گونه­ای بنتیک و اسکوئید هندی گونه­ای بنتوپلاژیک می باشد، براساس تحقیقات مختلف گونه­های بنتیک به واسطه نزدیکی به رسوبات کف و غلظت بالای فلزات سنگین در این ناحیه، در معرض جذب بیشتری از فلزات سنگین نسبت به گونه­های اعماق بالاتر  می­باشند از این رو می توان یکی از دلایل اختلاف غلظت و بالا بودن غلظت عناصر در ماهی مرکب نسبت به اسکوئید را به بنتیک بودن این گونه نسبت داد(4و18).

*   حروف a و b بر روی نمودار نشان دهنده اختلاف معنی دار می­باشد.