氯化鎘暴露對(duì)羅非魚血液指標(biāo)的影響

朱莉飛 李偉 王賽賽 張欣

摘要：血液是脊椎動(dòng)物的重要組織之一，魚類血液指標(biāo)變化可反映機(jī)體健康狀況、行為能力及環(huán)境脅迫等。開展了羅非魚氯化鎘（CdCl2）短期（7 d）半靜態(tài)暴露試驗(yàn)，濃度梯度為0、0.05、0.50、5.00 mg/L，通過魚血液生理指標(biāo)、血?dú)饧把獫{生化指標(biāo)評(píng)估氯化鎘暴露對(duì)羅非魚血液系統(tǒng)干擾效應(yīng)。結(jié)果表明，氯化鎘暴露導(dǎo)致羅非魚血液嗜中性粒細(xì)胞水平降低;淋巴細(xì)胞比例升高;單核細(xì)胞比例、嗜堿性粒細(xì)胞比例、紅細(xì)胞數(shù)量、平均紅細(xì)胞血紅蛋白含量、平均紅細(xì)胞血紅蛋白濃度和紅細(xì)胞體積分布寬度較對(duì)照組無顯著變化;血紅蛋白含量和紅細(xì)胞比容呈顯著下降趨勢(shì)。高濃度處理組中血漿pH值降低，但與對(duì)照組相比無顯著變化;二氧化碳分壓和紅細(xì)胞積壓較對(duì)照組顯著降低;0.05、5.00 mg/L處理組中血氧含量均顯著高于對(duì)照組。生化指標(biāo)結(jié)果表明：重金屬暴露導(dǎo)致血漿尿素含量升高，其中高濃度組與對(duì)照組相比呈顯著升高趨勢(shì);葡萄糖和總蛋白含量?jī)H在0.05 mg/L處理組中存在顯著性變化。結(jié)果表明，重金屬鎘暴露可引起魚類血液系統(tǒng)紊亂。

關(guān)鍵詞：氯化鎘;羅非魚;半靜態(tài)暴露;血液指標(biāo);干擾效應(yīng)

中圖分類號(hào)： X171.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2019）18-0217-03

收稿日期：2019-07-02

基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（編號(hào)：201503108）;國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：21407166）;北京市自然科學(xué)基金（編號(hào)：8152017）。

作者簡(jiǎn)介：朱莉飛（1983—），女，山東棗莊人，博士，助理研究員，主要從事水生態(tài)毒理學(xué)研究。E-mail：zhulifei@live.com。

環(huán)境中重金屬來源無外乎自然進(jìn)程和人類活動(dòng)。有研究表明，重金屬具有穩(wěn)定性，作為持久性環(huán)境污染物對(duì)生物體存在毒性效應(yīng)[1]。重金屬在水體、沉積物、水生生物中均有檢出，因存在環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)問題而一直備受關(guān)注[2]。鎘（Cd）暴露可引起生物體腦、肝臟、性腺、腎臟等器官的病理損傷。研究表明，氯化鎘對(duì)尼羅羅非魚的短期亞致死濃度暴露可導(dǎo)致尼羅羅非魚的肝臟和肌肉總蛋白含量下降，干擾魚體代謝系統(tǒng)[3]。重金屬鎘暴露抑制非洲鯽魚肝臟線粒體氧化磷酸化作用，影響魚體代謝功能[4]。血液是魚類的重要組織之一，與生長(zhǎng)、發(fā)育、代謝、營(yíng)養(yǎng)和疾病均有密切的關(guān)系。魚類血液指標(biāo)受機(jī)體狀況、環(huán)境因素等影響，可反映魚類機(jī)體免疫系統(tǒng)變化，也是重要的生理、病理和毒理學(xué)指標(biāo)[5-6]。本試驗(yàn)以羅非魚為受試生物，開展氯化鎘（CdCl2）暴露對(duì)羅非魚血液指標(biāo)影響研究，為重金屬污染對(duì)水生生物毒性效應(yīng)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)可以更好地理解重金屬鎘對(duì)魚類的毒性效應(yīng)和毒理機(jī)制。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用的羅非魚飼養(yǎng)于北京市水產(chǎn)科學(xué)研究所小湯山基地，選取規(guī)格一致[體長(zhǎng)（17.13±0.72） cm，體質(zhì)量（86.12±5.69） g]且無傷病的羅非魚作為試驗(yàn)對(duì)象。養(yǎng)殖用水為經(jīng)活性碳過濾并曝氣的自來水（pH值為7.2～7.6，硬度為44.0～61.0 mg/L），水溫控制在（25±1） ℃，溶氧量不低于7 mg/L，光/暗培養(yǎng)時(shí)間為16 h/8 h。飼養(yǎng)期總投喂量為體質(zhì)量的3%，1 d投喂飼料2次，并及時(shí)清除多余餌料和排泄物。試驗(yàn)用氯化鎘（CdCl2）純度為99.0%，分析純級(jí)，購自北京百靈威科技有限公司。稱取適量氯化鎘溶于去離子水中，配制5 g/L氯化鎘母液用于暴露試驗(yàn)。

1.2?試驗(yàn)方法

羅非魚暴露試驗(yàn)在50 L玻璃養(yǎng)殖缸中進(jìn)行，每缸7尾。CdCl2半靜態(tài)暴露試驗(yàn)濃度設(shè)置為0、0.05（低濃度組）、0.50、5.00（高濃度組） mg/L，暴露周期為7 d，每個(gè)濃度組3個(gè)平行。暴露結(jié)束后，采用麻醉劑MS222（0.1 g/L）麻醉羅非魚，用注射器從尾靜脈取血，并迅速轉(zhuǎn)入含抗凝劑采血管中備用，采血過程控制在1 min內(nèi)。血液生理指標(biāo)通過Celltac ES全自動(dòng)血液細(xì)胞分析儀（日本光電工業(yè)株式會(huì)社）測(cè)定，生化指標(biāo)通過荷蘭威圖Selectra E全自動(dòng)生化分析儀測(cè)定，血?dú)庵笜?biāo)通過丹麥雷度ABL80 FLEX血?dú)夥治鰞x測(cè)定。

1.3?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用SSPS 13.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和回歸分析。采用方差分析方法分析氯化鎘暴露組與空白對(duì)照組之間的差異，P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。

2?結(jié)果與分析

2.1?氯化鎘對(duì)羅非魚血液生理指標(biāo)影響

表1表明，重金屬暴露導(dǎo)致血液嗜中性粒細(xì)胞比例和嗜堿性粒細(xì)胞比例降低;淋巴細(xì)胞比例升高;0.05、0.50 mg/L處理組中的單核細(xì)胞比例降低，5.00 mg/L處理組升高，但于對(duì)照組相比均沒有顯著變化。羅非魚嗜酸性粒細(xì)胞比例在0.05 mg/L處理組中升高，但高濃度組降低。各濃度處理組羅非魚紅細(xì)胞數(shù)量無顯著性變化，血紅蛋白含量和紅細(xì)胞比容呈顯著下降趨勢(shì)，平均血紅蛋白含量、平均血紅蛋白濃度、紅細(xì)胞體積分布寬度和平均血紅細(xì)胞體積與對(duì)照組相比均無顯著性變化。

2.2?氯化鎘對(duì)羅非魚血?dú)庵笜?biāo)影響

表2表明，處理組羅非魚血漿pH值在0.50、5 mg/L處理組中降低，但與對(duì)照組相比沒有顯著變化;處理組中二氧化碳分壓和紅細(xì)胞積壓較對(duì)照組顯著降低;處理組中血氧分壓較對(duì)照組升高，其中0.05、5.00 mg/L處理組中血氧分壓含量均顯著高于對(duì)照組。

2.3?氯化鎘對(duì)羅非魚血漿生化指標(biāo)影響

表3表明，重金屬暴露導(dǎo)致血漿尿素含量升高，其中0.50、5 mg/L 處理組尿素含量與對(duì)照組相比顯著升高;0.05、0.5 mg/L處理組中葡萄糖含量降低，5 mg/L處理組中升高，僅在0.05 mg/L處理組中顯著變化;0.05 mg/L處理組中總蛋白和肌酐含量升高，0.5、5 mg/L處理組中降低，但僅總蛋白含量在0.05 mg/L處理組達(dá)顯著性變化。

3?討論與結(jié)論

魚類血液指標(biāo)受機(jī)體狀況、環(huán)境因素等影響，可反映魚體機(jī)體免疫系統(tǒng)變化，也是重要的生理、病理和毒理學(xué)指標(biāo)。異育銀鯽在饑餓和水霉感染的狀況下，血紅蛋白含量和紅細(xì)胞比容會(huì)降低[7]，低溫脅迫可導(dǎo)致荷那龍羅非魚紅細(xì)胞數(shù)量、血紅蛋白含量、白細(xì)胞比例和淋巴細(xì)胞比例減少[8]，五倍子提取物可導(dǎo)致尼奧羅非魚血紅蛋白濃度和紅細(xì)胞積壓降低。魚類血液細(xì)胞組成和功能與哺乳動(dòng)物相似，紅細(xì)胞負(fù)責(zé)運(yùn)輸O2和CO2，調(diào)節(jié)機(jī)體離子平衡;白細(xì)胞可分為淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞細(xì)胞等，負(fù)責(zé)機(jī)體炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答等功能[9-10]。本研究發(fā)現(xiàn)，CdCl2暴露導(dǎo)致處理組血紅蛋白含量和紅細(xì)胞比容較對(duì)照組顯著下降，嗜中性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞比例與對(duì)照組相比均未達(dá)顯著差異。紅細(xì)胞數(shù)量、平均血紅蛋白含量、平均血紅蛋白濃度和紅細(xì)胞體積分布寬度與對(duì)照組相比無顯著性差異。血紅蛋白含量和紅細(xì)胞比容與血液氣體運(yùn)輸相關(guān)[11]，氯化鎘處理組紅細(xì)胞數(shù)量呈下降趨勢(shì)，血紅蛋白含量和紅細(xì)胞比容降低表明重金屬鎘暴露可能造成羅非魚血液攜氧能力下降。攜氧能力的下降同樣預(yù)示了鰓組織發(fā)生病理變化，重金屬Cd暴露可以導(dǎo)致半滑舌鰨（Cynoglossus semilaevis）[12]、草魚（Ctenopharyngodon idellus）[13]鯉魚（Cyprinus carpio）[14] 和羅非魚（Oreochromis niloticus）[15]等水生動(dòng)物鰓組織異常。

血?dú)庵笜?biāo)可反映生物體內(nèi)血液氣體和酸堿平衡情況。本研究發(fā)現(xiàn)氯化鎘暴露導(dǎo)致羅非魚血液pH值、二氧化碳分壓、紅細(xì)胞積壓降低，表明重金屬鎘可導(dǎo)致魚類機(jī)體內(nèi)環(huán)境紊亂。哺乳動(dòng)物呼吸急促可引起血液中二氧化碳濃度下降，導(dǎo)致機(jī)體酸堿失衡[16]。汪紅軍等開展斑馬魚外源重金屬暴露試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，Cd2+對(duì)斑馬魚呼吸參數(shù)預(yù)警濃度為4.8 mg/L，重金屬暴露可誘導(dǎo)斑馬魚呼吸頻率和強(qiáng)度升高[17]。血紅蛋白負(fù)責(zé)O2運(yùn)輸[18]，并參與脂質(zhì)氧化過程，血液pH值降低可促進(jìn)魚體脂質(zhì)氧化進(jìn)程[19]，高濃度組中氯化鎘暴露導(dǎo)致羅非魚血液pH值降低預(yù)示魚體存在脂質(zhì)過氧化損傷。重金屬鋅、鎘單獨(dú)暴露及聯(lián)合暴露試驗(yàn)均表明，羅非魚血液中還原型谷胱甘肽含量、過氧化氫酶和葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活性增加[20]。

尿素是多數(shù)魚類嘌呤代謝的終產(chǎn)物，可通過鰓或體表排出。銅離子可誘導(dǎo)中華鱘幼魚血漿尿素、肌酐、血糖等生化指標(biāo)的增加[21]。本研究結(jié)果顯示，氯化鎘暴露導(dǎo)致羅非魚血液尿素含量升高，表明鎘暴露有可能影響魚類嘌呤代謝和氨排出。鰓是魚類氨排泄的重要器官，鰓組織病理性損傷可能影響泌氨。肌酐含量可反映生物體肌肉活動(dòng)量及化學(xué)物質(zhì)對(duì)魚體腎臟毒性效應(yīng)，低濃度組鎘暴露導(dǎo)致血液肌酐含量增加，高濃度處理組肌酐含量較對(duì)照組降低的現(xiàn)象。魚體血糖含量可反映其活動(dòng)強(qiáng)度，低濃度處理組葡萄糖含量要低于對(duì)照組，表明低濃度處理組中羅非魚行動(dòng)可能弱于對(duì)照組。有研究表明，重金屬引發(fā)白鰱、草魚和非洲鯽魚的回避反應(yīng)，但不同魚類對(duì)重金屬回避率不同，如白鰱對(duì)硫酸鎘的回避率隨藥物濃度增加而增大，而草魚和非洲鯽魚回避率隨劑量增加而成倒“U”形[22]。鎘急性暴露可導(dǎo)致鯽魚、草魚、中華倒刺鲃和團(tuán)頭魴具有躍出傾向，但隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)躍出能力減弱[23]。

綜上所述，氯化鎘暴露會(huì)造成羅非魚血液生理、生化及血?dú)庵笜?biāo)的改變，說明魚類鰓組織、代謝系統(tǒng)和行為能力受重金屬鎘影響。血液指標(biāo)可用于評(píng)估魚類在重金屬污染狀況下的健康狀況，利于確定進(jìn)一步機(jī)理研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]Karadede-Akin H，nlü E. Heavy metal concentrations in water，sediment，fish and some benthic organisms from Tigris river，Turkey[J]. Environmental Monitoring & Assessment，2007，131（1/2/3）：323-337.

[2]Saghali M，Baqraf R，Patimar R，et al. Determination of heavy metal （Cr，Zn，Cd and Pb） concentrations in water，sediment and benthos of the Gorgan Bay （Golestan Province，Iran）[J]. Iranian Journal of Fisheries Sciences，2014，13（2）：449-455.

[3]Almeida J A，Novelli E L，Silva M P，et al. Environmental cadium exposure and metabolic responses of the Nile tilapia，Oreochromis niloticus[J]. Environmental Pollution，2001，114（2）：169-175.

[4]劉克強(qiáng). 鎘、銅對(duì)非洲鯽魚肝線粒體功能影響的初步研究[J]. 海洋科學(xué)，1984，8（6）：29-31.

[5]周?玉，郭文場(chǎng)，楊振國(guó)，等. 魚類血液學(xué)指標(biāo)研究的進(jìn)展[J]. 上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，10（2）：163-165.

[6]韓娜娜，史成銀. 血液指標(biāo)在魚類學(xué)研究中的應(yīng)用[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（33）：18877-18878，18880.

[7]趙衛(wèi)紅，孫益奎，胡?潔，等. 饑餓和水霉病對(duì)異育銀鯽血液指標(biāo)影響的研究[J]. 水利漁業(yè)，2007，27（3）：27-28.

[8]陳?智. 低溫脅迫對(duì)荷那龍羅非魚血液生理生化指標(biāo)的影響[D]. 湛江：廣東海洋大學(xué)，2011.

[9]周永燦，邢玉娜，馮全英. 魚類血細(xì)胞研究進(jìn)展[J]. 海南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，21（2）：171-176.

[10]周?玉，郭文場(chǎng)，楊振國(guó). 魚類血細(xì)胞的研究進(jìn)展[J]. 動(dòng)物學(xué)雜志，2001，36（6）：55-57.

[11]卓孝磊，梁日深，梁桂洪，等. 月鱧、烏鱧和斑鱧血液指標(biāo)、血細(xì)胞比較分析[J]. 科技導(dǎo)報(bào)，2008，26（13）：84-87.

[12]徐永江，柳學(xué)周，于志剛，等. 幾種重金屬離子對(duì)半滑組織損傷的研究[J]. 海洋水產(chǎn)研究，2005，26（6）：11-16.

[13]王少博，王維民，郭亞楠，等. 重金屬鎘和鉻對(duì)草魚苗的急性和慢性毒性效應(yīng)[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，43（4）：60-64.

[14]關(guān)海紅，藺玉華. 鯉魚鰓組織結(jié)構(gòu)及鰓對(duì)重金屬離子的耐受性[J]. 水產(chǎn)學(xué)雜志，2004，17（1）：68-72.

[15]柏世軍，許梓榮. 鎘對(duì)羅非魚鰓線粒體結(jié)構(gòu)和能量代謝的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)，2007，28（1）：160-164.

[16]Berman A. Estimates of heat stress relief needs for Holstein dairy cows[J]. Journal of Animal Science，2005，83（6）：1377.

[17]汪紅軍，李嗣新，周連鳳，等. 5種重金屬暴露對(duì)斑馬魚呼吸運(yùn)動(dòng)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，29（9）：1675-1680.

[18]余來寧，楊?東，劉紅艷，等. 十二種淡水魚類血紅蛋白與窒息點(diǎn)的相關(guān)分析[J]. 動(dòng)物學(xué)雜志，2017，52（3）：478-484.

[19]米紅波，郭?鑫，李學(xué)鵬，等. 魚類血紅蛋白誘導(dǎo)脂質(zhì)氧化及其控制的研究進(jìn)展[J]. 現(xiàn)代食品科技，2016，32（4）：297-304.

[20]Firat O，Kargin F. Effects of zinc and cadmium on erythrocyte antioxidant systems of a freshwater fish Oreochromis niloticus[J]. Journal of Biochemical and Molecular Toxicology，2010，24（4）：223-229.

[21]章龍珍，姚志峰，莊?平，等. 水體中銅對(duì)中華鱘幼魚血液生化指標(biāo)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（11）：2516-2522.

[22]姜禮燔，潘炳炎. 魚類對(duì)重金屬及農(nóng)藥的回避反應(yīng)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)，3（6）：1-7.

[23]房樹林，潘天揚(yáng)，閆玉蓮，等. 水體Cd暴露對(duì)長(zhǎng)江上游幾種常見魚類急性中毒效應(yīng)的比較研究[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，41（6）：81-89.