水環(huán)境鎘對羅非魚的毒性作用和機(jī)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(yán)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(dòng)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(jī)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(jī)理對實(shí)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(yàn)以世界廣泛養(yǎng)殖的羅非魚(Oreochromis niloticus)為試驗(yàn)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(dǎo)機(jī)制進(jìn)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(yàn)方法，觀察羅非魚中毒癥狀并計(jì)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(dòng)急促，上下竄動(dòng)；隨后身體失去平衡，游動(dòng)緩慢，反應(yīng)遲鈍，最后呈螺旋式運(yùn)動(dòng)，逐漸喪失運(yùn)動(dòng)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(shí)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(jì)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(yàn)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(shí)間和劑量效應(yīng)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(dá)到食用標(biāo)準(zhǔn)。 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(jìn)行了檢測。結(jié)果顯示，0.5mg/LCd<'2+>暴露5d后鰓扁平上皮細(xì)胞(PC)微脊數(shù)量增加，泌氯細(xì)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(biāo)恢復(fù)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(xì)胞個(gè)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(dǎo)(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(biāo)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(shí)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(fù)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(jī)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(xì)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(fù)荷(EC)進(jìn)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(shí)間內(nèi)被持續(xù)誘導(dǎo)，7d后恢復(fù)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(biāo)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(jì)分顯著升高（p<0.05)。SOD活性被逐漸誘導(dǎo)，3d后達(dá)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(shí)FAA、GOT、GPT和PEPCK也顯著高于對照(p<0.05)；7d后，除PEPCK恢復(fù)正常外，其余酶活指標(biāo)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(dá)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(dǎo)致羅非魚蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)代謝和糖氧化分解加強(qiáng)；高濃度Cd<'2+>短時(shí)間脅迫作用下羅非魚不但加強(qiáng)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(yīng)激分子，還分解部分蛋白氧化供能。但高濃度Cd<'2+>脅迫長時(shí)間脅迫，將抑制線粒體SOD酶活性，導(dǎo)致線粒體氧化損傷，同時(shí)抑制PFK，引發(fā)魚鰓能量供應(yīng)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(jī)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(dǎo)機(jī)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(jìn)行測定，并對GSSG-GSH比率進(jìn)行了計(jì)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(yàn)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(jì)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(qiáng)GSH合成和周轉(zhuǎn)代謝抵