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5.6 蜆殼行為效應
以淡水蜆殼量測裝置進行 300 分鐘蜆殼行為效應實驗(April 3 – May 9, 2007)，監測不同砷濃度暴露下淡水蜆開、閉殼律動之狀態並記錄與分析。根據 每日律動特性實驗之結果，淡水蜆殼最小閉殼行為發生於每日3:00 – 8:00 h，因 此本研究於此時間下監測不同砷濃度下淡水蜆之行為，並提供充足之藻類、含氧 量及正常的日照週期，使淡水蜆於最舒適環境下注入不同砷濃度，藉此觀測砷汙 染下之蜆殼律動改變情形。實驗之砷濃度分別為0 (April 3 – 17), 0.3 (May 5 – 6), 0.5 (May 1 – 2), 1.0 (April 26 – 27), 5.0 (May 8 – 9)及 10.0 (April 29 – 30) mg L-1。
將已適應感測器的淡水蜆置入本試驗之水族缸內，經兩週適應無異狀後，於 3:00 時注入不同的砷濃度，圖 5.11 為 16 隻淡水蜆分別暴露於 0.3, 0.5, 1.0, 5.0 及 10.0 mg L-1砷濃度前後連續監測蜆殼律動之結果。由圖5.11 中可觀測出當砷注入 後將影響蜆殼原本之律動，使蜆殼閉殼反應會明顯增加，砷濃度越高閉殼反應增 加之趨勢越明顯速度也越快。本論文為量化此不同砷濃度下時間與閉殼反應之關 係，可將圖 5.11 砷暴露下蜆殼律動結果減去無砷暴露下蜆殼閉殼機率，並以三 參數Hill模式加以描述。圖 5.12 為以Hill模式(方程式[3.14])分別評估砷濃度 0.3, 0.5, 1.0, 5.0 及 10.0 mg L-1下時間與閉殼反應之關係，經最佳化擬合後可得到各濃 度之最大閉殼反應(Rmax, %)、半數閉殼效應時間(ET50, mg L-1)、Hill係數(n)及r2 (表 5.7)。由圖 5.12 及表 5.7 中可觀測出砷濃度與Hill參數之關係，當暴露的砷濃 度越高其相對應之最大閉殼反應(Rmax)越大，達到半數閉殼效應的時間(ET50)也 越小。此結果量化了蜆殼閉殼反應、暴露濃度及暴露時間之關係，亦證明淡水蜆 之開、閉殼律動行為的確受到砷汙染而有所改變。
Clam 1
00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 Clam 16
Valve opening index
Time of day (hh:mm)
00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 Clam 16
Valve opening index
Time of day (hh:mm)
Clam 1
00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 Clam 16
Valve opening index
Time of day (hh:mm)
00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 Clam 16
Valve opening index
Time of day (hh:mm) D
As = 1.0 mg L-1
As = 5.0 mg L-1
圖5.11 續。
Clam 1 Clam 2 Clam 3 Clam 4 Clam 5 Clam 6 Clam 7 Clam 8 Clam 9 Clam 10 Clam 11 Clam 12 Clam 13 Clam 14 Clam 15
00:00 03:00 06:00 09:00 12:00 15:00 18:00 21:00 00:00 03:00 Clam 16
Valve opening index
Time of day (hh:mm) E
As = 10.0 mg L-1
圖5.11 續。
Time (min)
Valve closure response (%)
A B
表5.7 以三參數Hill 模式擬合淡水蜆暴露於不同砷濃度之劑量反應參數值
As concentration (mg L-1) Rmax (%) ET50 (min) n (-) r2 0.3 42.39 80.27 (72.73 – 87.82) 8.12 0.75 0.5 64.46 60.49 (52.97 – 68.01) 2.60 0.88 1.0 81.74 35.51 (31.64 – 39.38) 4.92 0.83 5.0 92.89 18.33 (16.15 – 20.51) 2.41 0.91 10.0 99.11 16.24 (14.64 – 17.84) 1.85 0.95
圖5.13 A為不同暴露時間與砷濃度下淡水蜆閉殼比例之反應表面，顯示相同 暴露時間下，砷濃度越高所對應之蜆殼閉殼反應也越大。欲求得不同時間下的砷 濃度與淡水蜆之劑量反應關係，可將圖 5.12 固定砷濃度下時變蜆殼閉殼比例進 行轉換，進而求得固定時間下不同砷濃度對蜆殼閉殼比例之關係(圖 5.13 B)。圖 5.14 為暴露時間於10, 15, 30, 60, 180 及 300 min下砷濃度與淡水蜆閉殼比例之關 係圖，以三參數Hill模式(方程式[3.14])重新擬合此數據，其評估出之參數值如同 表5.8 所示。由表 5.7 及 5.8 之結果可知，利用三參數Hill模式模擬淡水蜆暴露於 砷之劑量反應關係r2值皆大於0.75，顯示此模式對於蜆殼行為實驗而言具有足夠 之描述能力，而淡水蜆之最大閉殼反應亦隨著暴露時間與濃度影響。
圖5.15 為水體砷濃度0, 0.3, 0.5, 1.0, 5.0 及 10.0 mg L-1下蜆殼律動之監測結 果，將表5.8 淡水蜆於不同暴露時間之劑量反應參數值帶入方程式[4.8]，即可預 測出不同砷濃度下任意時間點之淡水蜆開殼比例(圖 5.16 A)。比較模式預測與實 驗結果的差異性可代入均方根誤差法(Root mean square error, RMSE)計算之。由 圖5.16 B評估結果得知水體砷濃度0.3, 0.5, 1.0, 5.0 及 10.0 mg L-1下閉殼反應之 RMSE分別為 10.22, 7.92, 5.91, 4.55 及 4.61 %，可推測出當淡水蜆暴露於低砷濃 度時，因個體間對砷之靈敏度差異造成閉殼反應偏差較大；反之高砷濃度下淡水 蜆閉殼反應則較為一致。
9 10
150200250 0
Valve closure response (%)
As conc.
(mg L-1)
Exposure time (min)
0
Valve closure response (%)
A B
表5.8 以三參數Hill 模式擬合淡水蜆於不同暴露時間之劑量反應參數值
Time (min) Rmax (%) EC50 (mg L-1) n (-) r2 10 31.38 4.65 (4.18 – 5.12) 3.13 0.99 15 48.43 3.48 (2.90 – 4.07) 2.77 0.99 30 75.77 1.38 (1.02 – 1.74) 2.17 0.99 60 89.02 0.60 (0.53 – 0.66) 3.67 0.99 120 95.71 0.38 (0.31 – 0.46) 1.63 0.99 300 96.42 0.35 (0.30 – 0.40) 1.68 0.99
Valves opening status
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00
圖5.15 淡水蜆暴露於砷濃度(A) 0，(B) 0.3，(C) 0.5，(D) 1.0，(E) 5.0，(F) 10.0 mg
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 0
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00
0
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 0
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 0
00:00 02:00 04:00 06:00 08:00
Time of day (h)
0 20 40 60 80
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00
Valve opening (%)
A