水環(huán)境鎘對羅非魚的毒性作用和機理探討.pdf

1、重金屬鎘已成為世界各地水域主要污染物之一，嚴重影響水生生物的生長、發(fā)育、繁殖，并通過食物鏈損害人類健康。魚類與哺乳動物(包括人)生理構(gòu)造相似，大多數(shù)污染物對魚類和人類機體產(chǎn)生類似影響。因此，深入研究Cd<'2+>對魚類的毒害作用以及機理對實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展和人類健康具有重要意義。本試驗以世界廣泛養(yǎng)殖的羅非魚(Oreochromis niloticus)為試驗對象，通過對水環(huán)境Cd<'2+>脅迫作用下羅非魚內(nèi)分泌、血漿滲透壓和離子組

2、成調(diào)節(jié)能力、能量代謝、GSH代謝等方面的研究，對Cd<'2+>內(nèi)分泌干擾作用以及ROS誘導機制進行了探討。具體內(nèi)容主要包括以下幾方面： 1 羅非魚對水環(huán)境Cd<'2+>的敏感性采用靜水水生生物急性毒性試驗方法，觀察羅非魚中毒癥狀并計算半數(shù)致死濃度(LC<,50>)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高濃度組魚首先出現(xiàn)異常行為：游動急促，上下竄動；隨后身體失去平衡，游動緩慢，反應遲鈍，最后呈螺旋式運動，逐漸喪失運動能力而靜止在底部，直至死亡。低濃度組出現(xiàn)

3、中毒癥狀需要時間較長，但一旦中毒癥狀相同。解剖顯示：血液暗紅色；肝臟顏色加深，質(zhì)地松軟；腹腔內(nèi)充滿黃色膠胨狀物質(zhì)；魚鰓水腫，呈紫紅色。計算結(jié)果顯示，水環(huán)境Cd<'2+>對羅非魚魚種24h、48h、72h和96h LC<,50>分別為27.73mg/L，16.87mg/L，12.43mg/L和9.11mg/L，安全試驗濃度為0.91mg/L。 2 羅非魚對水環(huán)境Cd<'2+>的蓄積和排放采用室內(nèi)模擬方法，將羅非魚在不同濃度Cd<

4、'2+>(0.5mg/L和1.0mg/L)溶液中暴露60d后再轉(zhuǎn)移到清潔水體排放30d。結(jié)果表明，羅非魚對水環(huán)境Cd<'2+>蓄積具有時間和劑量效應關(guān)系；蓄積速度因組織而異：鰓、肝、腎Cd<'2+>濃度迅速增加，肌肉中增加緩慢。60d后Cd<'2+>蓄積量為腎>肝>鰓>肌肉。排放期間，鰓和肌肉Cd<'2+>迅速降低，肝Cd<'2+>含量幾乎維持不變，腎Cd<'2+>含量略有增加。排放30d后，肌肉Cd<'2+>排出率59.37％(0.5

5、mg/L)和80.44％(1.0mg/L)。表明受Cd<'2+>污染羅非魚經(jīng)清潔水排放后有望達到食用標準。 3 水環(huán)境Cd<'2+>對羅非魚滲透壓和血漿離子組成的影響將羅非魚分別暴露在0.5和1.5mg/LCd<'2+>溶液中，分別在5，10和120d后對血漿滲透壓、離子組成及調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行了檢測。結(jié)果顯示，0.5mg/LCd<'2+>暴露5d后鰓扁平上皮細胞(PC)微脊數(shù)量增加，泌氯細胞(CC)和ATPase無明顯變化，促腎上

6、腺度質(zhì)激素(ACTH)、皮質(zhì)醇(Cor)和3，5-環(huán)化腺苷酸(cAMP)含量以及頭腎腺苷酸化酶(AC)活性顯著升高(p<0.05)；10d后，PC微脊增多并呈不規(guī)則排列，CC表面積增加，但數(shù)量無明顯變化，ATPasee活性顯著升高(p<0.05)，其余指標恢復正常；20d后，CC數(shù)量增加．顆粒物排列密度降低，部分CC表面積增加，呈丘狀突出；ATPase、ACTH、Cor和cAMP含量以及AC活性顯著高于對照(p<0.05)；20d暴露期

7、內(nèi)滲透壓和離子組成無顯著變化(p>0.05)。1.5mg/LCd<'2+>20d暴露期內(nèi)PC細胞個體清晰可辨，微脊明顯增多：CC數(shù)量和ATPase活性在暴露5d后呈增加趨勢(p>0.05)，ACTH、Cor和cAMP含量以及AC酶被顯著誘導(p<0.05)，血漿心濃度顯著升高，Na<'+>和Cl濃度顯著下降(p<0.05)，Ca<'2+>濃度和滲透壓正常：10d后CC數(shù)量明顯增加，顆粒物排列密度明顯降低，ATPase顯著升高(p<0.0

8、5)，其余檢測指標正常；20d后CC數(shù)量、Ca<'2+>-ATPase、滲透壓、Ca<'2+>、Nd<'+>和Cl濃度顯著降低(p<0.05)，K<'+>、ACTH濃度顯著高于對照，Cor水平正常。20d暴露期內(nèi)，所有處理組MDA與對照無顯著差異(p>0.05)。由此可見，高濃度Cd<'2+>長時間脅迫干擾ACTH信號傳遞，影響Cor合成和釋放，損害了魚體修復能力，從而誘發(fā)血漿滲透壓和離子組成不可逆紊亂。因此，內(nèi)分泌信號傳遞干擾作用可能

9、是Cd<'2+>毒性機理之一。 4 水環(huán)境Cd<'2+>對羅非魚鰓能量代謝的影響將羅非魚分別暴露在0mg/L、0.5mg/L和2.5mg/LCd<'2+>水中7d，觀察鰓線粒體超微結(jié)構(gòu)并對線粒體琥珀酸脫氫酶(SDH)、細胞色素氧化酶(CCO)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量和鰓磷酸果糖激酶(PFK)、乳酸(LD)、游離氨基酸(FAA)、總蛋白、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(GPT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(GOT)、磷酸烯醇式丙酮酸羧激

10、酶(PEPCK)、血糖、血清FAA和能量負荷(EC)進行了檢測。結(jié)果顯示，0.5mg/LCd<'2+>脅迫作用下，SOD、SDH和CCO活性在前5d暴露時間內(nèi)被持續(xù)誘導，7d后恢復正常；血糖僅僅在暴露后的第3d和第5d顯著高于對照(p<0.05)；其余檢測指標無顯著變化。2.5mg/L處理組7d后可見部分線粒體腫脹、空泡化、膜結(jié)構(gòu)破損，線粒體計分顯著升高（p<0.05)。SOD活性被逐漸誘導，3d后達最高，但從第5d起開始下降，7d后顯

11、著降低(p<0.05)。PFK、SDH和CCO活性逐漸增加，5d后活性最大，比對照分別高58.33％、37.00％和59.62％，同時FAA、GOT、GPT和PEPCK也顯著高于對照(p<0.05)；7d后，除PEPCK恢復正常外，其余酶活指標均顯著降低而LD顯著增加(p<0.05)；血糖持續(xù)升高，7d后濃度達到0.97mg/L，比對照提高67.24％(p<0.005)：FAA在暴露后的第5d和第7d比對照顯著高30.91％和60.31

12、％，濃度分別為0.72和0.75mg/mL。EC僅僅在暴露7d后顯著降低(p<0.05)。結(jié)果提示：低濃度Cd<'2+>暴露導致羅非魚蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)代謝和糖氧化分解加強；高濃度Cd<'2+>短時間脅迫作用下羅非魚不但加強糖氧化分解滿足能量需求和加快蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)代謝合成各種應激分子，還分解部分蛋白氧化供能。但高濃度Cd<'2+>脅迫長時間脅迫，將抑制線粒體SOD酶活性，導致線粒體氧化損傷，同時抑制PFK，引發(fā)魚鰓能量供應障礙。因此，Cd<'2+

13、>引發(fā)魚鰓能量代謝障礙可能是Cd<'2+>毒性機理之一。 5 水環(huán)境Cd<'2+>脅迫作用下羅非魚肝臟GSH代謝的變化和活性氧(ROS)的誘導機理將羅非魚魚種在3.0mg/LCd<'2+>暴露1、5、10、20和40d后，對還原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)和谷胱甘肽循環(huán)代謝相關(guān)酶活性進行測定，并對GSSG-GSH比率進行了計算。結(jié)果表明，GSH含量逐漸降低，GSSG-GSH比率逐漸升高；硒依賴谷胱甘肽過氧化

14、酶(Se-GPX)、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PDH)的活性和GSSG含量在前20d暴露期內(nèi)逐漸升高，40d后顯著降低，但仍顯著高于對照(p<0.05)。谷胱甘肽還原酶(GR)和γ-谷胺酰二?；腚装匪岷铣擅?γ-GCS)活性在試驗期間變化不明顯，GR僅僅在40d后顯著降低，暴露20d后γ-GCS短暫升高。40d后線粒體計分顯著增加。結(jié)果表明Cd<'2+>亞慢性脅迫作用初期肝臟通過加強GSH合成和周轉(zhuǎn)代謝抵