鎘、鎳在海洋浮游食物鏈上的傳遞及其生理生化效應(yīng).pdf

1、重金屬污染已成為一個(gè)全球性的環(huán)境問(wèn)題，因此環(huán)境監(jiān)測(cè)是修復(fù)和治理環(huán)境污染的一個(gè)必需手段，雖然常規(guī)的化學(xué)和物理等監(jiān)測(cè)手段是環(huán)境監(jiān)測(cè)必不可少的工具，然而由于該手段不能提供生物信息，繼而不能滿足當(dāng)今環(huán)境監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。由于可提供環(huán)境污染的生物信息，生物標(biāo)志物(Biomarker)在現(xiàn)代化環(huán)境監(jiān)測(cè)中占有非常重要地位，所以在環(huán)境監(jiān)測(cè)中大規(guī)模應(yīng)用生物標(biāo)志物的問(wèn)題有待于深入研究。本文選擇橈足類為研究對(duì)象，進(jìn)行重金屬(鎘或鎳)對(duì)日本虎斑猛水蚤(Tigriop

2、usjaponicus)、雙齒許水蚤(Schmackeriadubia)、中華哲水蚤(Calanussinicus)和婆羅異劍水蚤(Apocyclopsborneoensis)急性毒性的測(cè)定；同時(shí)采用生化測(cè)定方法，研究為期12d的不同濃度重金屬(鎘或鎳)暴露對(duì)日本虎斑猛水蚤和雙齒許水蚤體內(nèi)多種生化指標(biāo){超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPx)、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)、乙酰膽堿酯酶(AChE)、還原型谷胱甘肽(GSH)、

3、丙二醛(MDA)與還原型谷胱甘肽和氧化型谷胱甘肽的比值(GSH/GSSG)}的影響，以探討鎘或鎳對(duì)橈足類的毒害效應(yīng)以及動(dòng)物的應(yīng)激機(jī)制，同時(shí)篩選出重金屬污染的生物標(biāo)志物；本文也進(jìn)行重金屬(鎘或鎳)不同暴露時(shí)間(1、4、7和12d)對(duì)日本虎斑猛水蚤體內(nèi)金屬硫蛋白(MT)水平的影響，以探討該種橈足類體內(nèi)MT在重金屬脅迫下的誘導(dǎo)模式和應(yīng)激機(jī)制；本文還選擇重金屬暴露12d后的雙齒許水蚤為研究對(duì)象，研究不同濃度重金屬對(duì)該種橈足類肌肉組織和卵巢超微結(jié)

4、構(gòu)的影響，以探討重金屬對(duì)動(dòng)物的毒性效應(yīng)。同時(shí)，本文定量分析橈足類(日本虎斑猛水蚤、雙齒許水蚤和婆羅異劍水蚤)生殖力在重金屬脅迫下發(fā)生的變化，闡述重金屬污染下橈足類種群變化的應(yīng)對(duì)策略。最后，采用放射性同位素示蹤法，研究不同氮水平和氮源對(duì)東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)吸收鎳與該金屬在藻類亞細(xì)胞和各生化組分中分布的影響，即探討環(huán)境營(yíng)養(yǎng)鹽水平和來(lái)源對(duì)藻類吸收鎳的影響機(jī)制；同時(shí)也研究氮或磷添加對(duì)鎳在東海原甲藻和中肋骨

5、條藻(Skeletonemacostatum)胞內(nèi)吸收和累積的影響；并將其分別投喂中華哲水蚤和真刺唇角水蚤(Labidoceraeuchaeta)后，探討鎳在橈足類體內(nèi)的吸收和生理周轉(zhuǎn)，即探討不同營(yíng)養(yǎng)鹽濃度對(duì)鎳在海洋食物鏈上傳遞的影響。主要研究結(jié)果如下： 1．鎘對(duì)橈足類的24和48h半致死濃度均小于鎳對(duì)應(yīng)的半致死濃度，因此橈足類對(duì)鎘的敏感性大于鎳，即鎘更具有毒性；在鎳對(duì)各種橈足類24和48h半致死濃度的比較中，日本虎斑猛水蚤最

6、大，中華哲水蚤和雙齒許水蚤最小(兩者相差不大)，而在鎘對(duì)各種橈足類24和48h半致死濃度的比較中，婆羅異劍水蚤最大，日本虎斑猛水蚤次之，中華哲水蚤最小，因此重金屬對(duì)橈足類的毒性與金屬類別和生物種類均相關(guān)。 2．不同濃度的鎘或鎳均引起橈足類體內(nèi)各種生化指標(biāo)(SOD、GPx、GST、GSH和GSH/GSSG)的顯著變化，該類指標(biāo)的變化與重金屬暴露劑量和時(shí)間均相關(guān)，因此提示該系列指標(biāo)可作為重金屬污染的生物標(biāo)志物；特別是GSH：在12

7、d的重金屬暴露過(guò)程中，GSH總是最先受到影響的，而且基本上處于抑制狀態(tài)，因此該指標(biāo)有望成為橈足類體內(nèi)指示重金屬污染的良好標(biāo)志物。同時(shí)，鎘和鎳對(duì)橈足類均有神經(jīng)毒性效應(yīng)，因?yàn)椴煌瑵舛戎亟饘倬T導(dǎo)橈足類體內(nèi)AChE活性的顯著變化，但重金屬更多是通過(guò)AChE活性的提高而呈神經(jīng)毒性。經(jīng)過(guò)12d的鎘或鎳暴露后，橈足類體內(nèi)MDA含量更多地與該金屬處理無(wú)相關(guān)性，因此該指標(biāo)作為生物體氧化損傷程度的標(biāo)志物時(shí)，需要慎重，應(yīng)該輔以其它生物標(biāo)志物才能更全面地反應(yīng)

8、生物體的氧化損傷水平。 3．在12d的暴露過(guò)程中，鎘或鎳既可誘導(dǎo)日本虎斑猛水蚤MT的合成，也可表現(xiàn)為抑制效應(yīng)，即MT的變化與暴露劑量和時(shí)間均有相關(guān)性。本研究通過(guò)雙齒許水蚤肌肉組織和卵巢超微結(jié)構(gòu)的觀察表明，在12d的暴露過(guò)程中，鎘和鎳已對(duì)該種橈足類造成氧化損傷，因?yàn)榧±w維受到氧化損傷的迫害，同時(shí)生殖細(xì)胞發(fā)生凋亡。 4．不同濃度鎘或鎳均可影響橈足類的生殖力，而且其影響與金屬類別和生物種類均相關(guān)，特別是不同濃度鎘或鎳均顯著

9、抑制日本虎斑猛水蚤的生殖力，說(shuō)明重金屬可影響日本虎斑猛水蚤的種群繁衍。 5．通過(guò)同位素示蹤法研究表明，東海原甲藻培養(yǎng)在高濃度和低濃度鎳下，不同氮水平和氮源均可顯著影響其對(duì)鎳的吸收，該吸收隨著硝酸氮的升高而增加，同時(shí)以尿素為氮源時(shí)可顯著促進(jìn)藻類對(duì)該金屬的吸收。當(dāng)東海原甲藻吸收鎳后，不同氮水平和氮源均可影響鎳在藻類亞細(xì)胞中的分布，如細(xì)胞壁和可溶性物質(zhì)中鎳的百分含量隨著硝酸氮濃度的升高而降低，細(xì)胞器中鎳的百分含量隨著硝酸氮濃度的升高

10、而增加，而且尿素可提高鎳在細(xì)胞壁中的分配率；同時(shí)，絕大部分鎳(＞70％)分布在細(xì)胞的可溶性物質(zhì)中。不同氮水平和氮源也可影響鎳在藻類各生化組分中的分布，如碳水化合物中鎳的含量隨著硝酸氮濃度的升高而顯著降低，蛋白質(zhì)中鎳的含量卻隨著硝酸氮濃度的升高而顯著增加，尿素可顯著提高鎳在蛋白質(zhì)中的分布然卻降低該金屬在碳水化合物中的百分含量，脂類中鎳的含量與不同氮水平和氮源均無(wú)顯著相關(guān)；鎳主要分布在蛋白質(zhì)中(＞50％)。 6．經(jīng)過(guò)24h暴露后，

11、氮或磷均顯著影響東海原甲藻和中肋骨條藻對(duì)鎳的吸收，且高濃度氮或磷均能促進(jìn)鎳在這兩種藻類細(xì)胞內(nèi)的吸收和累積。中華哲水蚤和真刺唇角水蚤對(duì)鎳的吸收隨著藻類培養(yǎng)液中營(yíng)養(yǎng)鹽(氮或磷)濃度的增加而顯著升高；然而鎳在中華哲水蚤或真刺唇角水蚤體內(nèi)的生理周轉(zhuǎn)率卻不受氮或磷濃度的影響，似乎更受動(dòng)物個(gè)體的生理狀態(tài)的影響，如攝食不同磷濃度培養(yǎng)下的硅藻鎳后，食物鎳在中華哲水蚤體內(nèi)的生理周轉(zhuǎn)率均是真刺唇角水蚤的2倍左右。橈足類對(duì)鎳的吸收率與藻類細(xì)胞內(nèi)鎳含量呈顯著正