鎘對(duì)背角無(wú)齒蚌消化腺和鰓組織SOD活力的影響

劉蒙南，劉 娜，李涌泉，井維鑫，王 蘭

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原030006）

鎘對(duì)背角無(wú)齒蚌消化腺和鰓組織SOD活力的影響

劉蒙南，劉 娜，李涌泉，井維鑫，王 蘭

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原030006）

研究鎘對(duì)背角無(wú)齒蚌（Anodonta woodiana）消化腺和鰓超氧化物歧化酶（SOD）活力的影響，探究各組織SOD活力對(duì)鎘的響應(yīng)機(jī)制。試驗(yàn)設(shè)1個(gè)對(duì)照組和3個(gè)鎘（Cd2+，0.5，5.0，50.0 mg/L）暴露組。鎘脅迫14 d后檢測(cè)背角無(wú)齒蚌消化腺和鰓SOD活力；剩余的背角無(wú)齒蚌移入清水中飼養(yǎng)1 d后檢測(cè)SOD活力。結(jié)果顯示，14 d鎘脅迫可顯著抑制消化腺SOD活力，鰓SOD活力只在50 mg/LCd2+組被顯著誘導(dǎo)；清水飼養(yǎng)1 d后，0.5 mg/LCd2+組消化腺SOD活力較脅迫14 d時(shí)有明顯回升，但仍顯著低于對(duì)照組，5，50 mg/LCd2+組消化腺SOD活力顯著低于對(duì)照組，50 mg/LCd2+組鰓SOD活力回落至對(duì)照組水平。鎘脅迫對(duì)背角無(wú)齒蚌消化腺和鰓SOD活力影響顯著，消化腺反應(yīng)更靈敏；清水處理對(duì)鎘引起的SOD活力變化有一定的恢復(fù)作用。

鎘；清水恢復(fù)；超氧化物歧化酶；背角無(wú)齒蚌

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，水環(huán)境污染問(wèn)題也日益凸顯，其中水體重金屬污染已成為全球性問(wèn)題[1]。對(duì)此，國(guó)外已廣泛開展了利用雙殼類軟體動(dòng)物檢測(cè)環(huán)境的研究[2-3]。然而，我國(guó)淡水水體污染情況復(fù)雜且具有區(qū)域性，針對(duì)這種現(xiàn)象，有研究指出，使用本土淡水軟體動(dòng)物作為水質(zhì)指示生物具有重要意義[4]。背角無(wú)齒蚌（Anodonta woodiana）是一種廣泛分布于我國(guó)淡水水體的經(jīng)濟(jì)貝類，濾食性，個(gè)體較大，壽命較長(zhǎng)，且具有比斑馬貽貝（Dreissena polymorpha）更強(qiáng)的富集重金屬能力，因而，其已被用來(lái)研究一定區(qū)域內(nèi)水體中重金屬的含量[5]。盡管水體中的重金屬離子濃度較低，但通過(guò)體表滲透、呼吸以及食物鏈的放大等途徑富集于體內(nèi)，對(duì)生物體的影響卻是深遠(yuǎn)的[6-7]。進(jìn)入生物體內(nèi)的重金屬能使細(xì)胞內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生活性氧（ROS）[8]，過(guò)量的ROS會(huì)引起機(jī)體的氧化損傷。超氧化物歧化酶（SOD）是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶之一，是抗氧化防御系統(tǒng)的第一道防線，對(duì)多種環(huán)境脅迫因子都十分敏感，可催化超氧陰離子，緩解活性氧引起的氧化損傷[9-10]。

本試驗(yàn)擬通過(guò)研究鎘脅迫以及短期凈水處理對(duì)背角無(wú)齒蚌消化腺和鰓組織超氧化物歧化酶活力的影響，以探明淡水貝類對(duì)重金屬鎘脅迫的響應(yīng)及解毒代謝機(jī)制，為貝類毒理學(xué)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為建立水體重金屬污染的生物監(jiān)測(cè)技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗(yàn)中所用背角無(wú)齒蚌殼（長(zhǎng)（10.1±1.6）cm，寬（6.6±1.2）cm，高（4.5±1.2）cm），購(gòu)自太原市五龍口水產(chǎn)市場(chǎng)。在實(shí)驗(yàn)室馴養(yǎng)21 d，室溫16～20℃，每48 h換水一次，養(yǎng)殖用水為曝氣48 h自來(lái)水（pH值7.5，溶氧量8.0～8.3 mg/L），每次換水結(jié)束之后，投喂約為背角無(wú)齒蚌軟體部濕質(zhì)量0.6%的商品飼料。

1.2 主要儀器及試劑

儀器：F6/10型電動(dòng)勻漿機(jī)，德國(guó)FLUKO；5804R型高速冷凍離心機(jī)，德國(guó)Eppendorf；HHS型電熱恒溫水浴鍋，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；Spectra MaxM5型多功能酶標(biāo)儀，美國(guó)Molecular Devices。

試劑：氯化鎘（CdCl2·H2O）為國(guó)產(chǎn)AR級(jí)；SOD活力和蛋白含量檢測(cè)試劑盒均購(gòu)自南京建成生物技術(shù)研究所。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)Cd2+對(duì)背角無(wú)齒蚌96hLC50（134.9mg/L）[11]及《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 11607—92）》中鎘含量標(biāo)準(zhǔn)（＜0.005mg/L），Cd2+質(zhì)量濃度設(shè)置為0.5，5，50mg/L，對(duì)照組加入曝氣48 h的自來(lái)水，每個(gè)試驗(yàn)組均設(shè)3個(gè)平行。試驗(yàn)期間的養(yǎng)殖條件與馴養(yǎng)期間完全相同，換水時(shí)各染毒組分別加入相應(yīng)濃度的Cd2+溶液。試驗(yàn)共分為2個(gè)階段：Cd2+暴露階段，將背角無(wú)齒蚌暴露于不同濃度的Cd2+溶液14 d；凈水恢復(fù)階段，將Cd2+暴露處理的背角無(wú)齒蚌移入清水中飼養(yǎng)1 d。

1.4 樣品制備

分別剖取2個(gè)試驗(yàn)階段的背角無(wú)齒蚌消化腺和鰓組織，每個(gè)平行隨機(jī)取3只，稱質(zhì)量后按1∶4（m∶V）的比例在組織中加入預(yù)冷的生理鹽水（0.86%），將組織置于冰上勻漿并4℃離心，取上清液，即為待測(cè)酶液，根據(jù)試劑盒說(shuō)明檢測(cè)SOD活力和蛋白含量。SOD活力單位為U/mg，表示每毫克蛋白中的酶活力。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果以3個(gè)平行組數(shù)據(jù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）表示，利用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（One-WayANOVA）。

2 結(jié)果與分析

從圖1-A，C，E可以看出，不同濃度Cd2+脅迫14 d后，消化腺SOD活力被顯著抑制（P＜0.01）；經(jīng)過(guò)1 d的清水飼養(yǎng)后，0.5 mg/L Cd2+的消化腺SOD活力較脅迫14 d時(shí)有明顯回升（P＝0.043），但仍顯著低于對(duì)照組（P＝0.040），5，50 mg/LCd2+組經(jīng)清水恢復(fù)1 d后，消化腺SOD活力較脅迫14 d時(shí)無(wú)明顯變化（P＝0.343，P＝0.212），且仍顯著低于對(duì)照組（P＝0.000，P＝0.000）。

在鰓組織中，0.5 mg/L Cd2+組經(jīng)脅迫14 d和清水處理1 d，SOD活力均未發(fā)生顯著變化（P＝0.591，P＝0.709）；而5，50 mg/L Cd2+組脅迫14 d后SOD活力顯著升高（P＝0.007，P＝0.000），清水飼養(yǎng)后SOD活力明顯下降，其中，5 mg/L Cd2+組鰓SOD活力明顯低于對(duì)照組和脅迫14 d組（P＝0.001，P＝0.000），50 mg/LCd2+鰓SOD活力顯著低于染毒14 d組（P＝0.000），但與對(duì)照組間差異不顯著（P＝0.306）（圖1-B，D，F(xiàn)）。

3 討論與結(jié)論

在正常的生理?xiàng)l件下，機(jī)體代謝所產(chǎn)生的活性氧能夠在自身的抗氧化系統(tǒng)的作用下穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，維持機(jī)體的正常生理狀態(tài)。然而，當(dāng)生物體受到外源脅迫時(shí)，可能引起機(jī)體內(nèi)ROS的大量增加，此時(shí)，抗氧化系統(tǒng)將發(fā)揮重要的代謝調(diào)節(jié)作用。酶活性變化能簡(jiǎn)單、有效地反映環(huán)境重金屬對(duì)機(jī)體的毒害作用[12]。SOD作為一種重要的抗氧化酶，在清除自由基、控制膜質(zhì)過(guò)氧化水平以及減少對(duì)膜的傷害等方面起到重要作用[13]，SOD可將超氧陰離子歧化為H2O2，而H2O2又可被機(jī)體其他抗氧化酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O和O2，從而起到解毒作用。有研究表明，低濃度的重金屬能夠誘導(dǎo)SOD活性，然而低濃度長(zhǎng)期脅迫以及高濃度脅迫都將造成SOD活性被明顯抑制[14-15]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)14 d的Cd2+脅迫，消化腺的SOD活力明顯被抑制，表明重金屬鎘引起了背角無(wú)齒蚌體內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，大量氧自由基的產(chǎn)生，抑制了SOD的合成和活性，這與中國(guó)蛤蜊（Mactra chinensis）的鰓和消化腺SOD活力被Cd2+顯著抑制的研究結(jié)果一致[16]。然而，經(jīng)過(guò)1 d的清水飼養(yǎng)后，0.5 mg/L試驗(yàn)組中消化腺SOD活力有所回升，這可能是由于組織中的Cd2+富集達(dá)到一定程度，抗氧化酶被抑制，但隨著ROS的清除及Cd2+的釋放，鎘對(duì)抗氧化酶活性的抑制作用有所緩解[17]。而5，50 mg/L試驗(yàn)組中消化腺出現(xiàn)SOD活力持續(xù)下降，這可能是因?yàn)殡m然Cd2+這一外源脅迫因子突然被解除，但是機(jī)體內(nèi)仍有大量活性氧自由基，并且短時(shí)間內(nèi)蓄積在體內(nèi)的Cd2+不足以被機(jī)體完全清除，因而對(duì)抗氧化酶SOD仍具有很大的干擾作用。

鰓組織是軟體動(dòng)物的呼吸器官，鰓的損壞將對(duì)其呼吸作用產(chǎn)生重要影響，造成體內(nèi)離子失衡，最終導(dǎo)致生物體死亡。本試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)14 d的Cd2+脅迫，與對(duì)照組相比，僅50 mg/L鰓組織中SOD活力出現(xiàn)了顯著升高，在經(jīng)過(guò)1d的清除后，50mg/L Cd2+組鰓SOD活力回落至對(duì)照組水平。這可能是由重金屬鎘在不同的組織中毒性作用不同所造成的。鰓作為重要的呼吸器官，雖不具有類似消化腺的解毒機(jī)制，但由于長(zhǎng)期與外界接觸，使其對(duì)重金屬具有一定的耐受性。當(dāng)重金屬隨水流進(jìn)入體內(nèi)，在血液循環(huán)的作用下被重新分配，并將有毒物質(zhì)隔離在不同組織中，這是貝類解除重金屬毒性的一種有效途徑[14，17]。此外，一些種類的水生生物能夠根據(jù)水體中重金屬污染程度改變自身的生化和生理狀態(tài)，從而引起吸收率和積累量的改變[18]，細(xì)胞在受到外界因素的應(yīng)激刺激之后，其自身會(huì)發(fā)生一系列的變化[19]，在Cd2+脅迫下，鰓組織中會(huì)出現(xiàn)大量的溶酶體和線粒體，重金屬會(huì)在溶酶體內(nèi)聚集，從而通過(guò)滯留或者細(xì)胞分泌的途徑以解除對(duì)細(xì)胞的毒害作用[17]。當(dāng)貝類長(zhǎng)時(shí)間處于重金屬脅迫環(huán)境中時(shí)，出于機(jī)體的趨利避害，關(guān)閉進(jìn)出水孔，減慢呼吸以減少對(duì)機(jī)體的氧化損傷[20]；然而當(dāng)環(huán)境中Cd2+含量很高時(shí)，仍會(huì)有一部分重金屬會(huì)進(jìn)入體內(nèi)，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)組織的耐受能力，這樣SOD活力將被誘導(dǎo)以減緩組織中的氧化損傷，這可能是造成高濃度組SOD活力被顯著誘導(dǎo)的原因。本試驗(yàn)結(jié)果表明，5，50 mg/L Cd2+脅迫14 d后，鰓SOD活力的顯著上升，可能與上述因素有關(guān)。當(dāng)環(huán)境中Cd2+脅迫被解除時(shí)，作為最先與水體接觸的組織鰓，其SOD活力的變化可能是由清水處理緩解了Cd2+對(duì)機(jī)體的脅迫所致。

長(zhǎng)期暴露于Cd2+溶液中，背角無(wú)齒蚌消化腺和鰓組織中SOD活力會(huì)隨著環(huán)境中鎘含量的改變而改變，而鰓組織的SOD活力對(duì)Cd2+脅迫的響應(yīng)不如消化腺組織反應(yīng)靈敏，這可能與2種組織的結(jié)構(gòu)和功能差異有關(guān)。

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Effect of Cadmium on Superoxide Dismutase Activities of Digestive Gland and Gill inAnodonta woodiana

LIUMengnan，LIUNa，LI Yongquan，JINGWeixin，WANGLan
（College ofLife Sciences，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

The aimofthis study was to investigate the effect ofcadmium（Cd2+）on the activity ofsuperoxide dismutase（SOD）of different tissues in the freshwater mussel（Anodonta woodiana）and explore the response mechanismofSOD activityofdifferent tissues to Cd2+stress.The freshwater mussels were exposed to different concentration of Cd2+（0,0.5,5.0,50.0 mg/L）for 14 d and the activities of SOD in digestive gland and gill of the freshwater mussels exposed to Cd2+were measured.Then the remanent mussels which exposed to Cd2+for 14 d were moved to clear water for 1 d and used for SOD activity testing.The results showed that the SOD activities in digestive gland of all treatments were inhibited significantly after Cd2+exposure for 14 d,however,there was no significantly difference in gills except the notable induction of SOD activity in 50 mg/L treatment.After clear water feeding 1 d,SOD activity in digestive gland exposed to 0.5 mg/L Cd2+and SOD activity in gill exposed to 50 mg/L Cd2+were recovered to control level.The digestive gland was much more sensitive to Cd2+exposure than gill.The treatment of clear water was beneficial to the recovery of SOD activity in the tissues of the mussels.

cadmium;clear water recovery;superoxide dismutase;Anodonta woodiana

X174

A

1002-2481（2016）06-0750-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.06.08

2016-01-22

山西省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目（2013021022-4）；山西省留學(xué)回國(guó)人員科技活動(dòng)擇優(yōu)資助項(xiàng)目（2014）；山西省回國(guó)留學(xué)人員科研資助項(xiàng)目（2014-016）

劉蒙南（1990-），女，山西陽(yáng)泉人，在讀碩士，研究方向：水生動(dòng)物毒理。劉 娜為通信作者。