重金屬鋅對(duì)錦鯉組織氧化損傷的作用

鄭桂紅等

摘要：為研究重金屬鋅脅迫條件下錦鯉組織內(nèi)發(fā)生的氧化損傷作用，采用靜水生物養(yǎng)殖法，進(jìn)行6 d的亞急性毒性試驗(yàn)。把80尾錦鯉隨機(jī)分為4組，每組20尾，分別用11.625、23.250、46.500 mg/L鋅對(duì)錦鯉處理96 h，6 d后分別測(cè)定錦鯉肌肉、肝胰臟、鰓中蛋白質(zhì)和丙二醛（MDA）含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）的活性。結(jié)果表明：隨著鋅濃度的升高，肌肉、肝胰臟和鰓中的蛋白質(zhì)含量增加；中低濃度的鋅溶液能激活SOD活性，而高濃度則會(huì)抑制 SOD活性（P<0.05）；MDA含量隨著鋅溶液濃度的升高而增加（P<0.01）；GSH-Px、GST的活性隨著鋅溶液濃度的升高而減弱（P<0.05）。不同濃度的鋅的亞急性毒性對(duì)錦鯉肌肉、肝胰臟、鰓氧化損傷作用，能夠?yàn)轭A(yù)防和治理鋅對(duì)錦鯉養(yǎng)殖和淡水漁業(yè)水環(huán)境的污染提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：重金屬鋅；錦鯉；氧化損傷

中圖分類號(hào)： S943.116.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2014）03-0187-03

鋅是動(dòng)物機(jī)體必需的微量元素，在動(dòng)物正常生長(zhǎng)發(fā)育和生理代謝過程中發(fā)揮著重要作用，但其過量時(shí)會(huì)對(duì)動(dòng)物的正常生長(zhǎng)造成傷害。隨著重金屬鋅及其化合物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)中的廣泛應(yīng)用，重金屬鋅在水體中的污染程度也日益加劇，重金屬鋅對(duì)水生生物的影響受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注。水生生物因生存在水環(huán)境中，對(duì)水環(huán)境的變化十分敏感，研究表明，鋅對(duì)水生生物產(chǎn)生的毒害作用遠(yuǎn)大于對(duì)人體產(chǎn)生的毒害性，輕度的鋅污染可通過生物鏈的逐級(jí)富集增強(qiáng)其對(duì)人類健康的危害程度[1-2]。水環(huán)境中的Zn2+具有非常強(qiáng)的擴(kuò)散性，因其不能由正常的水處理方法來解離而加重了污染程度。鋅污染嚴(yán)重影響水環(huán)境的生態(tài)平衡，威脅水生生物的生存。作為高等水生生物，魚類也深受水體中重金屬的脅迫，并且由于其吸食與重金屬污染水體直接接觸的餌料、通過鰓呼吸、魚體皮膚直接接觸被污染重金屬的水而加重重金屬在體內(nèi)的積累，最終通過代謝活動(dòng)等途徑而導(dǎo)致魚體組織器官發(fā)生病變而出現(xiàn)中毒[3]。

超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）是反映污染物對(duì)細(xì)胞組織損傷的敏感性生化指標(biāo)。它們能從分子水平上反映重金屬對(duì)魚體組織產(chǎn)生的氧化損傷作用。許多學(xué)者作了大量關(guān)于重金屬鋅對(duì)水生生物的影響的研究，例如，楊麗華等發(fā)現(xiàn)，低濃度鋅的急性毒性能提高鯽魚的肝胰臟和鰓的SOD活性，高濃度鋅的急性毒性則會(huì)抑制其活性，其抑制效應(yīng)具有時(shí)間和濃度依賴性[4]。劉慧等發(fā)現(xiàn)，低濃度的鋅暴露可抑制鯽魚組織SOD、CAT和GSH-Px的活性，鋅在低濃度時(shí)激活、高濃度時(shí)抑制GST的活性[5]。盧斌等研究發(fā)現(xiàn)，低濃度鋅的亞急性毒性可以增加白氏文昌魚組織的MDA含量[6]。沙保勇等發(fā)現(xiàn)，不同濃度納米氧化鋅可刺激大鼠肝臟細(xì)胞活性氧（ROS）的產(chǎn)生，促使細(xì)胞谷胱甘肽（GSH）含量減少，其原因在于鋅先誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激，后誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[7]。這些試驗(yàn)為重金屬鋅的毒理學(xué)研究提供了豐富的資料，但關(guān)于鋅的亞急性毒性對(duì)魚類影響的研究尚不多見。為了研究水中Zn2+亞急性毒性對(duì)組織氧化損傷的作用，在Zn2+對(duì)錦鯉96 h LC50為93 mg/L[8]的基礎(chǔ)上，選用鯉科鯉屬的培育品種錦鯉為試驗(yàn)動(dòng)物，研究不同濃度Zn2+的亞急性毒性對(duì)錦鯉組織抗氧化酶的影響，以期為預(yù)防和治理錦鯉的養(yǎng)殖水環(huán)境的重金屬污染和淡水漁業(yè)重金屬污染提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)所用的紅白錦鯉購(gòu)自徐州佳順錦鯉養(yǎng)殖基地，體長(zhǎng)5～7 cm，體重4～7 g/尾。采用靜水生物養(yǎng)殖法在室內(nèi)水族箱內(nèi)進(jìn)行為期1周的預(yù)試驗(yàn)，錦鯉暫養(yǎng)期間活動(dòng)正常，無病，死亡率低于5%。試驗(yàn)用水為曝氣3 d的自來水，每組20 L，24 h不間斷充氧，溶氧量為6 mg/L，pH值6.8，水溫（23±1）℃，試驗(yàn)前24 h停止飼喂。選擇品相較好、活潑健康的紅白錦鯉80尾，隨機(jī)分成4組，3個(gè)處理組中ZnSO4·7H2O濃度分別為11625、23.250、46.500 mg/L。試驗(yàn)期間不飼喂、不換水。亞急性毒性6 d后隨機(jī)抽取6尾錦鯉，剖取其肌肉、肝胰臟、鰓，用冰的生理鹽水組織勻漿，以3 000 r/min離心10 min 制備組織上清液，測(cè)定生化指標(biāo)。

1.2 試驗(yàn)方法

使用生化指標(biāo)試劑盒（南京建成生物研究所）和 UV-722 型紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定各項(xiàng)生化指標(biāo)——蛋白質(zhì)含量（考馬斯亮藍(lán)法）、丙二醛含量（TBA法）、超氧化物歧化酶活性（羥胺法）、谷胱甘肽過氧化物酶活性（比色法）、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶活性（比色法）。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用軟件SPSS 19.0求平均值，標(biāo)準(zhǔn)差和t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬鋅的亞急性毒性對(duì)錦鯉組織中蛋白質(zhì)含量的影響

由圖1可知，在錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中的蛋白質(zhì)含量均隨著鋅溶液濃度的升高而遞增。與對(duì)照相比，11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中蛋白質(zhì)含量分別增加 2.23%、14.81%、34.59%，鋅溶液濃度增加到23.250 mg/L時(shí)，與對(duì)照組差異顯著（P<0.05）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉肝胰臟中蛋白質(zhì)含量分別增加784%、869%、13.47%（P<0.05）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中蛋白質(zhì)含量分別增加4503%、62.70%、95.19%（P<0.01）。

2.2 重金屬鋅的亞急性毒性對(duì)錦鯉組織中SOD活性的影響

由圖2可知，在錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中，SOD活性均隨著鋅濃度的升高先增強(qiáng)后減弱。與對(duì)照組相比，11625、23.250 mg/L組的錦鯉肌肉中SOD活性分別增強(qiáng)1752%、269.54%，46.500 mg/L組則減弱40.98%（P<005）；11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中SOD活性分別增強(qiáng)1.17%、49.65%、22.50%（P<0.05）；11.625、23250、46.500 mg/L組的錦鯉鰓中SOD活性分別增強(qiáng)2119%、150.72%、101.56%。

2.3 重金屬鋅的亞急性毒性對(duì)錦鯉組織中MDA含量的影響

由圖3可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中的MDA含量均隨著鋅濃度的升高而遞增。與對(duì)照組相比，11625、23250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中MDA含量分別增加9305%、364.39%、400.76%（P<0.01）；11.625、23250、46.500 mg/L 組的錦鯉肝胰臟中MDA含量分別增加6981%、115.62%、441.97%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉鰓中MDA含量分別增加5.52%、27678%、236.69%（P<0.01）。

2.4 重金屬鋅的急性毒性對(duì)錦鯉組織中GSH-Px活性的影響

由圖4可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中GSH-Px活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對(duì)照組相比，11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中GSH-PX活性分別減弱17.26%、36.16%、53.22%，且11.625 mg/L組即與對(duì)照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中GSH-Px活性分別減弱3.85%、13.01%、41.27%，46.500 mg/L 組與對(duì)照組差異極顯著（P<0.01），其余2組與對(duì)照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GSH-Px活性分別減弱1483%、28.38%、36.02%，且11.625組即與對(duì)照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對(duì)照組差異極顯著（P<0.01）。

2.5 重金屬鋅的急性毒性對(duì)錦鯉組織中GST活性的影響

由圖5可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中，GST活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對(duì)照組相比，11.625、23250、46.500 mg/L組的肌肉中GST活性分別減弱3064%、57.56%、87.21%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中的GST活性分別減弱2931%、64.40%、73.45%（P<0.01）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GST活性分別減弱19.92%、4793%、7523%，且11.625 mg/L組與對(duì)照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對(duì)照組差異極顯著（P<0.01）。

3 結(jié)論與討論

SOD、GSH-Px、GST等抗氧化酶是氧化應(yīng)激的重要指標(biāo)，也是監(jiān)測(cè)環(huán)境污染的生物標(biāo)志物[9-10]，鋅的亞急性毒性作用能誘導(dǎo)錦鯉組織的氧化應(yīng)激，使錦鯉組織的抗氧化酶系統(tǒng)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致錦鯉組織的氧化損傷。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋅濃度從11.625 mg/L上升至46.500 mg/L時(shí)，錦鯉組織中SOD活性先升高后降低，這與孔強(qiáng)等關(guān)于重金屬銅、鎘、鉻的聯(lián)合對(duì)孔雀魚肝臟抗氧化酶影響的研究結(jié)果一致，其原因可能是低濃度的鋅能促進(jìn)組織內(nèi)SOD合成增多，以消除自由基，保護(hù)錦鯉組織細(xì)胞免受損傷；高濃度的鋅使得SOD某些基團(tuán)失活、組織中SOD的活性減弱[11-13]，同時(shí)由于SOD的失活，錦鯉細(xì)胞膜受重金屬誘導(dǎo)產(chǎn)生過多的自由基而攻擊細(xì)胞膜膜脂中的不飽和脂肪酸，從而破壞細(xì)胞膜的完整性，擾亂細(xì)胞功能，進(jìn)而引起DNA、蛋白質(zhì)等的損傷和產(chǎn)生過多的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA。錦鯉組織內(nèi)的MDA含量隨著鋅濃度的升高而增加。由于錦鯉組織內(nèi)自由基以及脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生，錦鯉組織內(nèi)GSH-Px以及GST的活性隨著鋅濃度的升高而減弱，可能是清除體內(nèi)因鋅濃度升高而產(chǎn)生過多的自由基和過氧化脂質(zhì)所致，這與劉慧等發(fā)現(xiàn)的“低劑量的鋅離子暴露抑制GSH-Px活性、且GSH-Px活性抑制與暴露濃度之間存在負(fù)相關(guān)”結(jié)果[5]相一致，而與孔強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)的“GSH-Px 活性隨著重金屬濃度的升高先升高后降低”的結(jié)果[13]不一致，其具體的機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。重金屬鋅誘導(dǎo)錦鯉組織抗氧化酶的變化及其產(chǎn)生的氧化損傷，對(duì)了解水環(huán)境的重金屬污染以及水環(huán)境污染的預(yù)防和治理具有一定的意義。

參考文獻(xiàn)：

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2.3 重金屬鋅的亞急性毒性對(duì)錦鯉組織中MDA含量的影響

由圖3可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中的MDA含量均隨著鋅濃度的升高而遞增。與對(duì)照組相比，11625、23250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中MDA含量分別增加9305%、364.39%、400.76%（P<0.01）；11.625、23250、46.500 mg/L 組的錦鯉肝胰臟中MDA含量分別增加6981%、115.62%、441.97%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉鰓中MDA含量分別增加5.52%、27678%、236.69%（P<0.01）。

2.4 重金屬鋅的急性毒性對(duì)錦鯉組織中GSH-Px活性的影響

由圖4可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中GSH-Px活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對(duì)照組相比，11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中GSH-PX活性分別減弱17.26%、36.16%、53.22%，且11.625 mg/L組即與對(duì)照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中GSH-Px活性分別減弱3.85%、13.01%、41.27%，46.500 mg/L 組與對(duì)照組差異極顯著（P<0.01），其余2組與對(duì)照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GSH-Px活性分別減弱1483%、28.38%、36.02%，且11.625組即與對(duì)照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對(duì)照組差異極顯著（P<0.01）。

2.5 重金屬鋅的急性毒性對(duì)錦鯉組織中GST活性的影響

由圖5可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中，GST活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對(duì)照組相比，11.625、23250、46.500 mg/L組的肌肉中GST活性分別減弱3064%、57.56%、87.21%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中的GST活性分別減弱2931%、64.40%、73.45%（P<0.01）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GST活性分別減弱19.92%、4793%、7523%，且11.625 mg/L組與對(duì)照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對(duì)照組差異極顯著（P<0.01）。

3 結(jié)論與討論

SOD、GSH-Px、GST等抗氧化酶是氧化應(yīng)激的重要指標(biāo)，也是監(jiān)測(cè)環(huán)境污染的生物標(biāo)志物[9-10]，鋅的亞急性毒性作用能誘導(dǎo)錦鯉組織的氧化應(yīng)激，使錦鯉組織的抗氧化酶系統(tǒng)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致錦鯉組織的氧化損傷。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋅濃度從11.625 mg/L上升至46.500 mg/L時(shí)，錦鯉組織中SOD活性先升高后降低，這與孔強(qiáng)等關(guān)于重金屬銅、鎘、鉻的聯(lián)合對(duì)孔雀魚肝臟抗氧化酶影響的研究結(jié)果一致，其原因可能是低濃度的鋅能促進(jìn)組織內(nèi)SOD合成增多，以消除自由基，保護(hù)錦鯉組織細(xì)胞免受損傷；高濃度的鋅使得SOD某些基團(tuán)失活、組織中SOD的活性減弱[11-13]，同時(shí)由于SOD的失活，錦鯉細(xì)胞膜受重金屬誘導(dǎo)產(chǎn)生過多的自由基而攻擊細(xì)胞膜膜脂中的不飽和脂肪酸，從而破壞細(xì)胞膜的完整性，擾亂細(xì)胞功能，進(jìn)而引起DNA、蛋白質(zhì)等的損傷和產(chǎn)生過多的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA。錦鯉組織內(nèi)的MDA含量隨著鋅濃度的升高而增加。由于錦鯉組織內(nèi)自由基以及脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生，錦鯉組織內(nèi)GSH-Px以及GST的活性隨著鋅濃度的升高而減弱，可能是清除體內(nèi)因鋅濃度升高而產(chǎn)生過多的自由基和過氧化脂質(zhì)所致，這與劉慧等發(fā)現(xiàn)的“低劑量的鋅離子暴露抑制GSH-Px活性、且GSH-Px活性抑制與暴露濃度之間存在負(fù)相關(guān)”結(jié)果[5]相一致，而與孔強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)的“GSH-Px 活性隨著重金屬濃度的升高先升高后降低”的結(jié)果[13]不一致，其具體的機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。重金屬鋅誘導(dǎo)錦鯉組織抗氧化酶的變化及其產(chǎn)生的氧化損傷，對(duì)了解水環(huán)境的重金屬污染以及水環(huán)境污染的預(yù)防和治理具有一定的意義。

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2.3 重金屬鋅的亞急性毒性對(duì)錦鯉組織中MDA含量的影響

由圖3可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中的MDA含量均隨著鋅濃度的升高而遞增。與對(duì)照組相比，11625、23250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中MDA含量分別增加9305%、364.39%、400.76%（P<0.01）；11.625、23250、46.500 mg/L 組的錦鯉肝胰臟中MDA含量分別增加6981%、115.62%、441.97%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉鰓中MDA含量分別增加5.52%、27678%、236.69%（P<0.01）。

2.4 重金屬鋅的急性毒性對(duì)錦鯉組織中GSH-Px活性的影響

由圖4可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中GSH-Px活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對(duì)照組相比，11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中GSH-PX活性分別減弱17.26%、36.16%、53.22%，且11.625 mg/L組即與對(duì)照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中GSH-Px活性分別減弱3.85%、13.01%、41.27%，46.500 mg/L 組與對(duì)照組差異極顯著（P<0.01），其余2組與對(duì)照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GSH-Px活性分別減弱1483%、28.38%、36.02%，且11.625組即與對(duì)照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對(duì)照組差異極顯著（P<0.01）。

2.5 重金屬鋅的急性毒性對(duì)錦鯉組織中GST活性的影響

由圖5可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中，GST活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對(duì)照組相比，11.625、23250、46.500 mg/L組的肌肉中GST活性分別減弱3064%、57.56%、87.21%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中的GST活性分別減弱2931%、64.40%、73.45%（P<0.01）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GST活性分別減弱19.92%、4793%、7523%，且11.625 mg/L組與對(duì)照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對(duì)照組差異極顯著（P<0.01）。

3 結(jié)論與討論

SOD、GSH-Px、GST等抗氧化酶是氧化應(yīng)激的重要指標(biāo)，也是監(jiān)測(cè)環(huán)境污染的生物標(biāo)志物[9-10]，鋅的亞急性毒性作用能誘導(dǎo)錦鯉組織的氧化應(yīng)激，使錦鯉組織的抗氧化酶系統(tǒng)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致錦鯉組織的氧化損傷。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋅濃度從11.625 mg/L上升至46.500 mg/L時(shí)，錦鯉組織中SOD活性先升高后降低，這與孔強(qiáng)等關(guān)于重金屬銅、鎘、鉻的聯(lián)合對(duì)孔雀魚肝臟抗氧化酶影響的研究結(jié)果一致，其原因可能是低濃度的鋅能促進(jìn)組織內(nèi)SOD合成增多，以消除自由基，保護(hù)錦鯉組織細(xì)胞免受損傷；高濃度的鋅使得SOD某些基團(tuán)失活、組織中SOD的活性減弱[11-13]，同時(shí)由于SOD的失活，錦鯉細(xì)胞膜受重金屬誘導(dǎo)產(chǎn)生過多的自由基而攻擊細(xì)胞膜膜脂中的不飽和脂肪酸，從而破壞細(xì)胞膜的完整性，擾亂細(xì)胞功能，進(jìn)而引起DNA、蛋白質(zhì)等的損傷和產(chǎn)生過多的脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA。錦鯉組織內(nèi)的MDA含量隨著鋅濃度的升高而增加。由于錦鯉組織內(nèi)自由基以及脂質(zhì)過氧化物的產(chǎn)生，錦鯉組織內(nèi)GSH-Px以及GST的活性隨著鋅濃度的升高而減弱，可能是清除體內(nèi)因鋅濃度升高而產(chǎn)生過多的自由基和過氧化脂質(zhì)所致，這與劉慧等發(fā)現(xiàn)的“低劑量的鋅離子暴露抑制GSH-Px活性、且GSH-Px活性抑制與暴露濃度之間存在負(fù)相關(guān)”結(jié)果[5]相一致，而與孔強(qiáng)等研究發(fā)現(xiàn)的“GSH-Px 活性隨著重金屬濃度的升高先升高后降低”的結(jié)果[13]不一致，其具體的機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。重金屬鋅誘導(dǎo)錦鯉組織抗氧化酶的變化及其產(chǎn)生的氧化損傷，對(duì)了解水環(huán)境的重金屬污染以及水環(huán)境污染的預(yù)防和治理具有一定的意義。

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