短期暴露于城市污水處理廠尾水的文蛤抗氧化酶響應(yīng)

蘇恩萍,孟范平,孫 婷,付文超,王 群,李永富,胡 恒 (中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266100)

短期暴露于城市污水處理廠尾水的文蛤抗氧化酶響應(yīng)

蘇恩萍,孟范平*,孫 婷,付文超,王 群,李永富,胡 恒 (中國海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266100)

為研究城市污水處理廠(STPs)尾水是否會(huì)引起海洋生物的氧化逆境,將取自青島市李村河污水處理廠的尾水用海水稀釋到不同濃度(0%、1%、5%、10%、20% V/V), 對(duì)文蛤(Meretrix meretrix)暴露培養(yǎng)15d, 分析其內(nèi)臟中超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)、谷胱甘肽還原酶(GR)的活性. 結(jié)果表明:SOD活性隨尾水暴露時(shí)間延長(zhǎng)基本表現(xiàn)為“拋物線型”的響應(yīng)特征,體積比10%、20%的尾水暴露6～12d期間,文蛤體內(nèi)SOD活性均受到誘導(dǎo),最大增幅為15.88%;CAT和GPx對(duì)尾水的主要響應(yīng)特征是抑制效應(yīng),分別在暴露9d、12d時(shí)最為明顯,最大抑制率分別為64.38%和52.39%;較高濃度(20%)的尾水能夠持續(xù)抑制GR活性,而其他處理組中,GR對(duì)尾水表現(xiàn)為“拋物線型”的響應(yīng)特征,即:暴露3d或6d時(shí)活性增加,而后顯著降低.GR活性的最大誘導(dǎo)出現(xiàn)在暴露3d和6d時(shí),分別比對(duì)照組上升81.47%和80.91%.研究結(jié)果進(jìn)一步表明STPs不能有效降解有害化學(xué)物質(zhì)以消除尾水的毒性, 文蛤內(nèi)臟SOD、CAT、GPx和GR活性能夠敏感指示尾水誘導(dǎo)的氧化逆境.

城市污水處理廠；尾水；文蛤；抗氧化酶

雙殼類動(dòng)物由于其分布廣泛、營固著生活及其高富集性、能抵抗高濃度化學(xué)污染并能從周圍環(huán)境蓄積大量外源性物質(zhì)等特點(diǎn),現(xiàn)已被廣泛用作海洋環(huán)境質(zhì)量的指示生物[1-3].文蛤(Meretriχ meretriχ)又名花蛤,屬軟體動(dòng)物門、雙殼綱、真瓣鰓目、簾蛤科、文蛤?qū)?生活在有淡水注入的內(nèi)灣及河口附近的細(xì)沙質(zhì)海灘,是我國沿海灘涂養(yǎng)殖的主要經(jīng)濟(jì)貝類之一.

城市污水處理廠(STPs)尾水的排放造成重金屬、表面活性劑、氯代烴、多環(huán)芳烴(PAHs)、某些藥物和內(nèi)分泌干擾物等微量污染物進(jìn)入受納水體中,成為水環(huán)境中化學(xué)污染物的重要來源.而現(xiàn)有的污水二級(jí)處理工藝以及先進(jìn)處理技術(shù)(高負(fù)荷活性污泥法等)均無法對(duì)其進(jìn)行有效去除[4-5].大量研究表明:過渡金屬、PAHs、有機(jī)氯和有機(jī)磷農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯和其他異型物質(zhì)都能對(duì)生物體產(chǎn)生氧化壓力,并引起各種有害影響,如對(duì)膜脂、DNA和蛋白質(zhì)產(chǎn)生損傷等[6].損傷程度取決于生物細(xì)胞中具有重要功能的抗氧化酶在氧化逆境條件下的可誘導(dǎo)性[7].任何暴露于污染物的生物體內(nèi)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)這種重要的逆境響應(yīng),因此,包括抗氧化酶在內(nèi)的抗氧化響應(yīng)常被用作生態(tài)毒理學(xué)研究中診斷環(huán)境污染對(duì)生物體不利影響的生物標(biāo)志物[8].抗氧化酶(Antioxidant enzyme)是超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽還原酶(GR)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPχ)、過氧化氫酶(CAT)等的統(tǒng)稱.一旦在體內(nèi)形成過氧化物(該物質(zhì)能引起氧化壓力),這些抗氧化酶即刻發(fā)揮功效,利用氧化還原作用將過氧化物轉(zhuǎn)換為毒害較低或無害的物質(zhì).目前國外許多國家已經(jīng)開始利用抗氧化酶評(píng)價(jià) STPs尾水對(duì)海水的生態(tài)效應(yīng)

[9-10],而國內(nèi)的研究相對(duì)較少,很大程度上限制了尾水對(duì)海水污染影響評(píng)價(jià)的發(fā)展.

青島目前已有五家污水處理廠,日處理污水近百萬 t.這些污水經(jīng)二級(jí)處理后大多排海,能否造成海洋生物抗氧化酶活性的變化尚無相關(guān)資料加以判斷.本研究以青島海域常見的雙殼類動(dòng)物文蛤?yàn)檠芯繉?duì)象,以青島李村河污水處理廠的尾水為實(shí)驗(yàn)材料,配制尾水體積比(EVR)為0%、1%、5%、10%、20%的尾水-海水混合液,對(duì)文蛤連續(xù)暴露培養(yǎng)15d,定期采樣測(cè)定內(nèi)臟中 4種抗氧化酶活性隨尾水體積比和暴露時(shí)間的變化情況,以探討尾水對(duì)雙殼類動(dòng)物抗氧化防御系統(tǒng)的可能影響,為今后進(jìn)行尾水的海洋生態(tài)毒性效應(yīng)評(píng)價(jià)提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 尾水-海水混合液配制及實(shí)驗(yàn)動(dòng)物馴養(yǎng)

天然清潔海水:取自青島市石老人海域(pH值7.90±0.02、鹽度32‰).

尾水:采自青島李村河污水處理廠,處理工藝為 A2/O(厭氧-缺氧-好氧活性污泥法)+ MBBR(膜生物反應(yīng)器).每隔6h采集1次,將24h內(nèi)采集的 4個(gè)尾水樣品等體積混合.運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后,于4℃保存,當(dāng)天使用.

尾水與海水混合液:將新鮮采集的尾水靜置沉淀1h,取上清液(鹽度約為1‰)與天然清潔海水進(jìn)行混合,考慮到供試動(dòng)物文蛤正常生長(zhǎng)代謝所需的鹽度范圍為21‰～36‰[11],為避免尾水過量混入海水后引起鹽度低于21‰的情況出現(xiàn)進(jìn)而干擾文蛤抗氧化酶對(duì)尾水毒性的真實(shí)響應(yīng),暴露實(shí)驗(yàn)中采用的最大尾水體積比(EVR)為20%,并依次設(shè)置0%、1%、5%、10%、20%五個(gè)梯度.依次向各體積比的混合液中加入相應(yīng)量的海水晶(山東濰坊市海佳海水晶廠以純凈海水為原料生產(chǎn)),溶解混均,使各體積比處理組的鹽度均保持為32‰.

供試文蛤:平均殼長(zhǎng)為 40.1mm,購自水質(zhì)清潔的青島市嶗山灣大管島海域養(yǎng)殖區(qū),于冰上保存運(yùn)輸.挑選健康、大小基本一致的蛤仔,在溫度(15±1)℃下,用天然清潔海水馴養(yǎng)7d.期間每天更換新鮮的天然清潔海水,定時(shí)定量投加實(shí)驗(yàn)室保種培養(yǎng)的海水小球藻(Chlorella pacifica)作為文蛤的餌料,投加密度為 1.3×107個(gè)/(L?d),同時(shí)利用空氣泵持續(xù)充氧,使DO保持在(6±0.5)mg/L.

1.2 暴露培養(yǎng)

挑選健康、反應(yīng)靈敏、大小一致的文蛤隨機(jī)投放于15個(gè)10L玻璃缸中,每個(gè)玻璃缸投放90只,加入相應(yīng)體積比的尾水-海水混合液(每個(gè)體積比設(shè)3個(gè)平行),在上述溫度條件下連續(xù)培養(yǎng)15d,每24h 更換1次相應(yīng)體積比的混合液.每天定時(shí)定量投入實(shí)驗(yàn)室保種培養(yǎng)的海水小球藻(Chlorella pacifica)作為文蛤的餌料,投加密度為1.3×107個(gè)/(L?d).

對(duì)于每個(gè)尾水暴露實(shí)驗(yàn)組或空白對(duì)照組,在培養(yǎng)開始時(shí)以及開始后每隔 3d,隨機(jī)取出 30只動(dòng)物個(gè)體(每個(gè)處理組的3個(gè)玻璃缸中各隨機(jī)取出10只),立即在冰上解剖,摘取內(nèi)臟,切細(xì)混合均勻,于-80℃保存,用于抗氧化酶分析.

1.3 生物標(biāo)志物分析

稱取一定量的內(nèi)臟,采用高鷹[12]的方法制備提取液,按質(zhì)量體積比 1:4加入 pH7.8的Tris-HCl(0.02mol/L)緩沖溶液進(jìn)行勻漿,然后,在轉(zhuǎn)速10000r/min、4℃下離心15min,取上清液測(cè)定SOD、CAT、GPχ、GR活性.

基于酶試劑盒在測(cè)定抗氧化酶活性方面的快速、簡(jiǎn)便、精密度高、易于標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn),SOD、CAT、GPχ、GR及上清液中蛋白質(zhì)含量均采用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的試劑盒測(cè)定,單位分別為U/mg蛋白質(zhì)、U/g蛋白質(zhì)、U/mg蛋白質(zhì)、U/g蛋白質(zhì)、g/L.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

抗氧化酶測(cè)定結(jié)果表示:對(duì)于每個(gè)體積比的尾水暴露組或空白對(duì)照組,各暴露時(shí)間制備的內(nèi)臟樣品中每種抗氧化酶均平行測(cè)定3次,以(平均值 Xi±標(biāo)準(zhǔn)差 SD)表示該尾水暴露組(或空白組)的內(nèi)臟中該抗氧化酶的活性.

抗氧化酶測(cè)定結(jié)果的差異顯著性判斷:用單因素方差分析中 Games-Howell(方差非齊性)或Tukey(方差齊性)檢驗(yàn)方法對(duì)暴露培養(yǎng)中每種抗氧化酶活性隨尾水體積比、暴露時(shí)間的變化差異性檢驗(yàn).統(tǒng)計(jì)顯著性水平為P<0.05.數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 18.0軟件.

相關(guān)性分析:采用雙變量 Pearson相關(guān)性分析,研究呈單向響應(yīng)的生物標(biāo)志物測(cè)定值與尾水體積比的關(guān)系,統(tǒng)計(jì)顯著性水平為 P<0.05和P<0.01.

2 結(jié)果與討論

在城市化高度發(fā)展和人口密集的沿海地區(qū),污染物隨著STPs出水(或尾水)的排放而進(jìn)入受納水體中,成為重要污染源[13-14].目前,雖有研究發(fā)現(xiàn)作為尾水化學(xué)組成成分的壬基酚(NP)、有機(jī)氯農(nóng)藥和PAHs等化學(xué)物質(zhì)能夠通過過氧化作用產(chǎn)生生物毒性[15-18],但是有關(guān) STPs尾水對(duì)雙殼類動(dòng)物氧化逆境因子影響的系統(tǒng)研究尚不多見.

2.1 尾水-海水混合暴露對(duì)文蛤內(nèi)臟SOD活性的影響

圖1為暴露于尾水-海水混合液后文蛤的內(nèi)臟SOD活性隨尾水體積比(EVR)的變化情況.暴露前的文蛤內(nèi)臟SOD活性為51.57U/mg蛋白質(zhì),在不含尾水的海水(對(duì)照組)中培養(yǎng)期間,SOD活性保持在54.41～57.75U/mg蛋白質(zhì)之間.在尾水-海水混合體系暴露3d后,文蛤內(nèi)臟SOD活性僅在EVR為10%的處理組中被誘導(dǎo)(P<0.05),比對(duì)照組提高5.64%;暴露6d后,有3個(gè)處理組的SOD活性顯著高于對(duì)照組的水平,最大增幅為15.88%;暴露9d后,所設(shè)置的4個(gè)尾水體積比處理均誘導(dǎo)了內(nèi)臟SOD活性,最大增幅出現(xiàn)在EVR1%的處理組,為12.98%.隨后,尾水對(duì)SOD的誘導(dǎo)逐漸減弱,暴露12d時(shí),只有體積比為10%、20%的兩個(gè)處理組表現(xiàn)出高于對(duì)照組的SOD活性,且增幅分別僅為6.87%和5.66%;至暴露15d時(shí),除了EVR為 1%的處理組顯著高于對(duì)照組外,其他處理組的SOD活性均低于對(duì)照組(EVR5%、10%處理組的降幅分別為 9.63%和 7.67%,P<0.05)或與對(duì)照組差異不大(EVR20%處理組,P>0.05).

圖1 暴露于不同體積比尾水0, 3, 6, 9, 12, 15d的文蛤內(nèi)臟SOD活性變化Fig.1 Variation of SOD activities in the viscera of mussels exposed to serial dilutions of STP effluent on days 0, 3, 6, 9, 12and 15*表示在P<0.05水平上與對(duì)照組差異顯著,下同

SOD主要存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)以及線粒體內(nèi)外膜之間,其作用是催化超氧陰離子自由基發(fā)生歧化反應(yīng)生成 H2O2和.有關(guān)海水重金屬

[20]、NP[21]等對(duì)雙殼類動(dòng)物 SOD活性影響的許多研究報(bào)道:隨著暴露時(shí)間延長(zhǎng)或者濃度增加,誘導(dǎo)幅度逐漸變小,甚至出現(xiàn)抑制,呈現(xiàn)“拋物線型”的劑量-效應(yīng)關(guān)系.本研究發(fā)現(xiàn)(圖 1),各體積比的尾水處理組中,隨著暴露時(shí)間延長(zhǎng),SOD活性基本表現(xiàn)為“拋物線型”的響應(yīng)趨勢(shì),只是EVR1%處理組在暴露末期仍有較大幅度誘導(dǎo),使劑量效應(yīng)趨勢(shì)與其他處理組有所不同.SOD的誘導(dǎo)效應(yīng)多出現(xiàn)在第6、9、12d,而暴露初期和后期的活性較低,個(gè)別處理組甚至受到一定程度抑制.在同樣的暴露時(shí)間下,由于尾水中污染成份之間的復(fù)雜作用,SOD活性對(duì)不同劑量(體積比)尾水并未體現(xiàn)出“拋物線型”響應(yīng)特征,僅在暴露15d時(shí)有相對(duì)明顯的低促高抑現(xiàn)象.總體上,在為期15d的暴露期間,文蛤SOD活性對(duì)尾水的響應(yīng)以誘導(dǎo)為主,活性最大增幅為 15.88%,出現(xiàn)在暴露第6d的EVR10%處理組.SOD活性的上升,意味著尾水中的污染成分進(jìn)入蛤體后能夠產(chǎn)生一定量的?,需要較高SOD活性予以清除.

2.2 尾水-海水混合暴露對(duì)文蛤內(nèi)臟CAT活性的影響

圖2 暴露于不同體積比尾水0, 3, 6, 9, 12, 15d的文蛤內(nèi)臟CAT活性變化Fig.2 Variation of CAT activities in the viscera of mussels exposed to serial dilutions of STP effluent on days 0, 3, 6, 9, 12and 15

由圖 2可知,暴露前文蛤內(nèi)臟過氧化氫酶(CAT)活性為80.77U/g蛋白質(zhì),隨后的培養(yǎng)期間,對(duì)照組的CAT活性變化較小(78.68～84.51U/g蛋白質(zhì)).經(jīng)尾水-海水混合體系暴露3d后,各處理組的文蛤內(nèi)臟 CAT活性均受到明顯抑制(P<0.05),與對(duì)照組相比,EVR 1%、5%、10%、20%的處理組中CAT活性分別降低44.28%、45.57%、23.41%和39.08%;暴露6d時(shí),各處理組的CAT活性均出現(xiàn)回升,EVR 10%、20%與對(duì)照組無顯著差異(P>0.05);繼續(xù)延長(zhǎng)暴露時(shí)間到培養(yǎng)結(jié)束,各處理組的CAT活性無一例外地再次受到明顯抑制,且抑制程度基本上呈現(xiàn)隨EVR增大而提高的趨勢(shì),其中,第 9d和 12d的活性降幅最大, EVR20%的處理組中CAT活性分別降為對(duì)照組的 53.38%和 35.62%.暴露 15d時(shí),各處理組的CAT活性雖然有所上升,但仍然顯著低于對(duì)照組.

表1 暴露于尾水后文蛤內(nèi)臟CAT活性與EVR的相關(guān)性分析Table 1 Correlative relationship between EVR and CAT activities in the viscera of Meretriχ meretriχ exposed to effluent

CAT是一類末端氧化酶,主要功能是將體內(nèi)的H2O2分解成O2和H2O,減輕H2O2對(duì)細(xì)胞的氧化損傷.有學(xué)者認(rèn)為,CAT通常是最早受到誘導(dǎo)的抗氧化酶之一[22-23].但是,以往文獻(xiàn)中,關(guān)于雙殼類動(dòng)物CAT對(duì)各種污染物響應(yīng)特征的研究結(jié)果各不相同;較低濃度重金屬誘導(dǎo)雙殼類CAT活性的情況十分少見,隨著海水重金屬濃度的增加或暴露時(shí)間延長(zhǎng),雙殼類CAT活性一般會(huì)受到較大抑制[24-28].但是,關(guān)于有機(jī)污染物的研究發(fā)現(xiàn)[18],暴露于PAHs(蒽、芘)和有機(jī)氯農(nóng)藥(六六六、艾氏劑、狄氏劑、p,p′-DDT)的翡翠貽貝(Perna viridis)內(nèi)臟 CAT活性均受到顯著誘導(dǎo),而且這種情況只發(fā)生于暴露開始后一周內(nèi).本研究的尾水暴露期間,未觀察到任何處理組的文蛤CAT活性被誘導(dǎo),相反,CAT活性受抑制的現(xiàn)象非常普遍(只有第6d的EVR10%、EVR20%處理組與同期對(duì)照組差異不顯著).暴露初期的CAT活性抑制程度與EVR之間無明顯規(guī)律;而在暴露9～15d時(shí),高EVR處理組的CAT活性一般受到較大抑制,表現(xiàn)出強(qiáng)烈的劑量效應(yīng)關(guān)系.這種響應(yīng)特征不同于前人研究中有機(jī)污染物引起 CAT活性明顯上升的情況,而更類似于大多數(shù)種類的重金屬對(duì) CAT的抑制效應(yīng).相關(guān)性分析表明,暴露9d時(shí)的文蛤內(nèi)臟CAT活性與尾水EVR具有極顯著(P<0.01)的負(fù)相關(guān)性,而在其他暴露時(shí)間兩者均不存在顯著相關(guān)性(P>0.05).文蛤CAT在某一暴露時(shí)段對(duì)尾水的顯著相關(guān)性響應(yīng)特征,對(duì)于尾水排放海域污染程度的評(píng)價(jià)分級(jí)是有利的.

2.3 尾水-海水混合暴露對(duì)文蛤內(nèi)臟GPχ活性的影響

圖3 暴露于不同體積比尾水0, 3, 6, 9, 12, 15d的文蛤內(nèi)臟GPχ活性變化Fig.3 Variation of GPχ activities in the viscera of mussels exposed to serial dilutions of STP effluent on days 0, 3, 6, 9, 12and 15

正式培養(yǎng)之前,文蛤內(nèi)臟的谷胱甘肽過氧化物酶(GPχ)活性為10.08U/mg蛋白質(zhì).雖然培養(yǎng)期間活性稍有提高,但波動(dòng)幅度不大(11.46～13.87U/mg蛋白質(zhì)).與 CAT類似,大多數(shù)處理組的GPχ活性在暴露3d后即受到顯著抑制,相對(duì)于同期的對(duì)照組,降幅在8.29%～15.65%,高EVR處理組的抑制率較高;暴露時(shí)間延長(zhǎng)至 6d、9d時(shí),除了EVR10%的處理組持續(xù)對(duì)GPχ活性產(chǎn)生抑制(8.47%、9.34%)外,其他處理組的GPχ活性大多回升到與對(duì)照組差異不顯著的水平,暴露9d時(shí)EVR1%處理組的GPχ活性(13.58U/mg 蛋白質(zhì))甚至比同期的對(duì)照組(11.46U/mg 蛋白質(zhì))增加18.50%,即受到明顯誘導(dǎo);但是,當(dāng)暴露時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí),所有處理組的GPχ活性又受到顯著抑制,其中,以 EVR5%的處理組降幅最大(暴露 12d、15d時(shí)分別為52.39%和34.29%).

GPχ能夠通過催化還原型谷胱甘肽(GSH)與H2O2或氫過氧化物反應(yīng)(ROOH+2GSH→ROH+ H2O+GSSG),有效阻止自由基引起的氧化損傷,而 GSH 自身被氧化為氧化型谷胱甘肽(GSSG)[25].可見,其與 CAT具有相似的抗氧化功能,即具有共同的催化底物.圖3的結(jié)果顯示,尾水-海水混合體系培養(yǎng)初期和后期,各處理組的文蛤內(nèi)臟GPχ活性均普遍受到抑制,且以后期受到的抑制程度較高,雖然暴露中期(第6d和第9d)的GPχ活性有所恢復(fù),EVR1%處理組在第9d的GPχ活性甚至高于同期對(duì)照組,但是其在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)均顯著低于對(duì)照組.化學(xué)污染物對(duì)海洋動(dòng)物 GPχ活性的抑制作用常見于國內(nèi)外室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的文獻(xiàn)中.Richardson等[18]分別采用含PAHs、有機(jī)氯農(nóng)藥的海水培養(yǎng)翡翠貽貝4周,發(fā)現(xiàn)鰓GPχ活性與軟組織中芘、螢蒽(P<0.001)、蒽、苯并芘(P<0.01)、六六六、狄氏劑、p,p’-DDT(P<0.05)等污染物含量之間均存在顯著負(fù)相關(guān)性.孟范平等(2011)[20]綜合國內(nèi)外暴露于海水重金屬后雙殼類抗氧化酶響應(yīng)的研究結(jié)果認(rèn)為,重金屬離子(Cu2+、Pb2+、Hg2+)的單一暴露一般會(huì)抑制雙殼類鰓和消化腺中GPχ活性.Rocher等[26]對(duì)法國塞納河口及塞納灣不同站位的采樣分析表明,斑馬貽貝(Dreissena polymorpha)和紫貽貝(Mytilus edulis)的鰓 GPχ活性與軟組織中重金屬總含量呈顯著負(fù)相關(guān)(r= -0.73,P<0.05).另外,本研究將圖2、圖3中5個(gè)暴露時(shí)刻(不含零時(shí)刻)測(cè)定的25個(gè)活性數(shù)值進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),CAT和GPχ活性之間存在顯著正相關(guān)性(r=0.558,P<0.01),表明尾水暴露過程中,兩者活性的變化具有一定同步性.暴露初期尾水對(duì)兩種酶的抑制效應(yīng)可能是因?yàn)閯偨佑|尾水不久,文蛤?qū)M(jìn)入體內(nèi)的污染成分難以適應(yīng)所致;后期的抑制效應(yīng)則是因?yàn)檩^長(zhǎng)時(shí)間的尾水暴露后,有機(jī)、無機(jī)污染成分在體內(nèi)蓄積而產(chǎn)生過多 H2O2或氫過氧化物等活性氧,攻擊酶分子而引起兩種抗氧化酶的活性降低,此時(shí)的內(nèi)臟已處于一定的氧化逆境狀態(tài).

2.4 尾水-海水混合暴露對(duì)文蛤內(nèi)臟GR活性的影響

由圖4可見,暴露培養(yǎng)之前的文蛤谷胱甘肽還原酶(GR)活性為13.17U/g蛋白質(zhì),實(shí)驗(yàn)期間對(duì)照組的GR活性基本穩(wěn)定在13.28～15.00U/g蛋白質(zhì)之間.暴露3d時(shí),EVR 1%的處理組GR活性受尾水作用而顯著提升,比同期對(duì)照組增加81.47% (P<0.05),但是EVR 5%、10%的尾水處理未顯著影響到GR活性(P>0.05),EVR 20%的尾水處理則使GR活性降為8.49U/g 蛋白質(zhì).暴露6d時(shí),除了EVR 20%處理組的GR活性(3.56U/g 蛋白質(zhì))仍受到較大抑制外,其余處理組的 GR活性均出現(xiàn)上揚(yáng),增幅在31.54%～80.91%.暴露9d后,多數(shù)處理組的GR活性受到一定程度抑制,其中,EVR20%的處理組活性下降幅度最大,第9,12,15d時(shí)的GR活性分別比同期的對(duì)照組下降69.72%、47.97%和61.25%.

圖4 暴露于不同體積比尾水0, 3, 6, 9, 12, 15d的文蛤內(nèi)臟GR活性變化Fig.4 Variation of GR activities in the viscera of mussels exposed to serial dilutions of STP effluent on days 0, 3, 6, 9, 12and 15

GR能夠?qū)SSG再生為GSH,以保持氧化逆境下適宜的GSH/GSSG比值,維持細(xì)胞內(nèi)一定的-SH水平,因此,逆境條件下GR的誘導(dǎo)十分重要,其活性已應(yīng)用于某些海域現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中,被認(rèn)為是一種較為可靠的氧化逆境標(biāo)志物[27].本研究中,當(dāng)EVR達(dá)到20%時(shí),無論暴露時(shí)間長(zhǎng)短,GR活性均受到抑制.在其他處理組中,GR活性在尾水暴露初期(3d和 6d)多受到誘導(dǎo)(少數(shù)與同期對(duì)照組差異不大),而暴露后期的大多數(shù)處理組中則觀察到內(nèi)臟GR活性顯著降低(P<0.05),只有少數(shù)處理組的活性與同期對(duì)照組差異不顯著.因此認(rèn)為,文蛤內(nèi)臟GR對(duì)EVR≤10%的尾水的響應(yīng)符合“拋物線型”的時(shí)間效應(yīng)特征,但是在劑量效應(yīng)上,這種響應(yīng)特征僅見于暴露初期(第3d和第6d).低濃度污染物或暴露初期對(duì)雙殼類動(dòng)物GR活性的刺激性,已在室內(nèi)研究[28]和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查[29-31]中得到證實(shí).暴露初期文蛤內(nèi)臟中較高的 GR活性,反映了GSSG向 GSH的快速轉(zhuǎn)化,有助于維持機(jī)體內(nèi)GSH含量穩(wěn)定.而高劑量污染物(或高EVR尾水)以及暴露后期的GR活性受抑,則意味著細(xì)胞正常代謝所需的 GSH/GSSG比例難以維持,導(dǎo)致GSSG積累,使文蛤內(nèi)臟細(xì)胞處于氧化脅迫狀態(tài).

3 結(jié)論

3.1 SOD活性隨尾水暴露時(shí)間延長(zhǎng)基本表現(xiàn)為“拋物線型”的響應(yīng)特征.EVR10%、20%的尾水暴露6～12d期間,SOD活性均受到誘導(dǎo),最大增幅為15.88%.

3.2 CAT和GPχ對(duì)尾水的主要響應(yīng)特征是抑制效應(yīng),分別在暴露9d、12d時(shí)最為明顯,最大抑制率分別為64.38%和52.39%.

3.3 EVR20%的尾水能夠持續(xù)抑制 GR活性.EVR≤10%的處理組中,GR對(duì)尾水基本表現(xiàn)為“拋物線型”的時(shí)間效應(yīng)特征,而同樣形式的劑量效應(yīng)只出現(xiàn)在暴露初期.GR活性的最大誘導(dǎo)出現(xiàn)在暴露3d和6d時(shí),分別比對(duì)照組上升81.47%和80.91%.

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Responses of the antioxidant enzymes in Meretriχ meretriχ exposed to effluent from municipal sewage treatment

plants for short-term.

SU En-ping, MENG Fan-ping*, SUN Ting, FU Wen-chao, WANG Qun, LI Yong-fu, HU Heng

(Key Laboratory of Marine Environment and Ecology, Ocean University of China, Ministry of Education, Qingdao 266100, China). China Environmental Science, 2014,34(2)：511～517

In order to investigate if effluent from municipal sewage treatment plants (STPs) cause oxidative stress in marine organisms, Meretriχ meretriχ were exposed to effluent from the Licunhe STP in Qingdao City at various concentrations (0%, 1%, 5%, 10% and 20% V/V), diluted in seawater, for 15days. Antioxidant enzymes analyzed in the viscera of mussels were superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPχ) and glutathione reductase (GR). Results showed that the variation trend of SOD activities with exposure time exhibited a parabolic curve shape with a maximal increment of 15.88%, which was induced from day 6 to day 12 in both exposure groups (10% and 20% effluent). Both CAT and GPχ were inhibited by the effluent with the highest inhibition 64.38% and 52.39%, at the day 9 and day 12, respectively. At higher effluent concentration (20%), GR activity was inhibited constantly during the exposure period. However, GR activities responded in a parabolic curve shape in other exposure groups where an initial increase was observed at day 3 or day 6 followed by a significant decrease after day 9, and the highest increment were 81.47% and 80.91%, at day 3 and day 6, respectively. Current experimental results suggest that STPs do not have the capacity to biodegrade harmful chemicals sufficiently to prevent toxic action of effluent, and SOD, CAT, GPχ and GR activities in viscera of M. meretriχ are sensitive indicators of oxidative stress induced by effluent.

municipal sewage treatment plants (STPs)；effluent；Meretriχ meretriχ；antioxidant enzymes

X835

：A

：1000-6923(2014)02-0511-07

蘇恩萍(1990-),女,山東招遠(yuǎn)人,中國海洋大學(xué)碩士研究生,主要從事環(huán)境生物監(jiān)測(cè)技術(shù)研究.

2013-06-21

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41240040)

* 責(zé)任作者, 教授, fanpingm@tom.com