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《浙江大学》 2006年
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水环境镉对罗非鱼的毒性作用和机理探讨

柏世军  
【摘要】: 重金属镉已成为世界各地水域主要污染物之一,严重影响水生生物的生长、发育、繁殖,并通过食物链损害人类健康。鱼类与哺乳动物(包括人)生理构造相似,大多数污染物对鱼类和人类机体产生类似影响。因此,深入研究Cd~(2+)对鱼类的毒害作用以及机理对实现水产养殖业可持续发展和人类健康具有重要意义。本试验以世界广泛养殖的罗非鱼(Oreochromis niloticus)为试验对象,通过对水环境Cd~(2+)胁迫作用下罗非鱼内分泌、血浆渗透压和离子组成调节能力、能量代谢、GSH代谢等方面的研究,对Cd~(2+)内分泌干扰作用以及ROS诱导机制进行了探讨。具体内容主要包括以下几方面: 1罗非鱼对水环境Cd~(2+)的敏感性 采用静水水生生物急性毒性试验方法,观察罗非鱼中毒症状并计算半数致死浓度(LC_(50))。结果发现高浓度组鱼首先出现异常行为:游动急促,上下窜动;随后身体失去平衡,游动缓慢,反应迟钝,最后呈螺旋式运动,逐渐丧失运动能力而静止在底部,直至死亡。低浓度组出现中毒症状需要时间较长,但一旦中毒症状相同。解剖显示:血液暗红色;肝脏颜色加深,质地松软;腹腔内充满黄色胶胨状物质;鱼鳃水肿,呈紫红色。计算结果显示,水环境Cd~(2+)对罗非鱼鱼种24h、48h、72h和96h LC_(50)分别为27.73mg/L,16.87mg/L,12.43mg/L和9.11mg/L,安全试验浓度为0.91mg/L。 1罗非鱼对水环境Cd~(2+)的蓄积和排放 采用室内模拟方法,将罗非鱼在不同浓度Cd~(2+)(0.5mg/L和1.0mg/L)溶液中暴露60d后再转移到清洁水体排放30d。结果表明,罗非鱼对水环境Cd~(2+)蓄积具有时间和剂量效应关系;蓄积速度因组织而异:鳃、肝、肾Cd~(2+)浓度迅速增加,肌肉中增加缓慢。60d后Cd~(2+)蓄积量为肾肝鳃肌肉。排放期间,鳃和肌肉Cd~(2+)迅速降低,肝Cd~(2+)含量几乎维持不变,肾Cd~(2+)含量略有增加。排放30d后,肌肉Cd~(2+)排出率59.37%(0.5mg/L)和80.44%(1.0mg/L)。表明受Cd~(2+)污染罗非鱼经清洁水排放后有望达到食用标准。 3水环境Cd~(2+)对罗非鱼渗透压和血浆离子组成的影响 将罗非鱼分别暴露在0.5和1.5mg/L Cd~(2+)溶液中,分别在5,10和20d后对血浆渗透压、离子组成及调节系统进行了检测。结果显示,0.5mg/LCd~(2+)暴露5d后鳃扁平上皮细胞(PC)微脊数量增加,泌氯细胞(CC)和ATPase无明显变化,促肾上腺皮质激素(ACTH)、皮质醇(Cor)和3,5-环化腺苷酸(cAMP)含量以及头肾腺苷酸化酶(AC)活性显著升高(p0.05);10d后,PC微脊增多并呈不规则排列,CC表面积增加,但数量无明显变化,ATPase活性显著升高(p0.05),其余指标恢复正常;20d后,CC数量增加,颗粒物排列密度降低,部分CC表面积增加,呈丘状突出;ATPase、ACTH、Cor和cAMP含量以及AC活性显著高于对照(p0.05);20d暴露期内渗透压和离子组成无显著变化(p0.05)。1.5mg/LCd~(2+)20d暴露期内PC细胞个体清晰可辨,微脊明显增多;CC数量和ATPase活性在暴露5d后呈增加趋势(p0.05),ACTH、Cor和cAMP含量以及AC酶被显著诱导(p0.05),血浆K~+浓度显著升高,Na~+和Cl~-浓度显著下降(p0.05),Ca~(2+)浓度和渗透压正常;10d后CC数量明显增加,颗粒物排列密度明显降低,ATPase显著升高(p0.05),其余检测指标正常;20d后CC数量、Ca~(2+)-ATPase、渗透压、Ca~(2+)、Na~+和Cl~-浓度显著降低(p0.05),K~+、ACTH浓度显著高于对照,Cor水平正常。20d暴露期内,所有处理组MDA与对照无显著差异(p0.05)。由此可见,高浓度Cd~(2+)长时间胁迫干扰ACTH信号传递,影响Cor合成和释放,损害了鱼体修复能力,从而诱发血浆渗透压和离子组成不可逆紊乱。因此,内分泌信号传递干扰作用可能是Cd~(2+)毒性机理之一。 4.水环境Cd~(2+)对罗非鱼鳃能量代谢的影响 将罗非鱼分别暴露在0mg/L、0.5mg/L和2.5mg/LCd~(2+)水中7d,观察鳃线粒体超微结构并对线粒体琥珀酸脱氢酶(SDH)、细胞色素氧化酶(CCO)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量和鳃磷酸果糖激酶(PFK)、乳酸(LD)、游离氨基酸(FAA)、总蛋白、谷丙转氨酶(GPT)、谷草转氨酶(GOT)、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)、血糖、血清FAA和能量负荷(EC)进行了检测。结果显示,0.5mg/LCd~(2+)胁迫作用下,SOD、SDH和CCO活性在前5d暴露时间内被持续诱导,7d后恢复正常;血糖仅仅在暴露后的第3d和第5d显著高于对照(p0.05);其余检测指标无显著变化。2.5mg/L处理组7d后可见部分线粒体肿胀、空泡化、膜结构破损,线粒体计分显著升高(p0.05)。SOD活性被逐渐诱导,3d后达最高,但从第5d起开始下降,7d后显著降低(p0.05)。PFK、SDH和CCO活性逐渐增加,5d后活性最大,比对照分别高58.33%、37.00%和59.62%,同时FAA、GOT、GPT和PEPCK也显著高于对照(p0.05);7d后,除PEPCK恢复正常外,其余酶活指标均显著降低而LD显著增加(p0.05);血糖持续升高,7d后浓度达到0.97mg/L,比对照提高67.24%(p0.005);FAA在暴露后的第5d和第7d比对照显著高30.91%和60.31%,浓度分别为0.72和0.75mg/mL。EC仅仅在暴露7d后显著降低(p0.05)。结果提示:低浓度Cd~(2+)暴露导致罗非鱼蛋白质周转代谢和糖氧化分解加强;高浓度Cd~(2+)短时间胁迫作用下罗非鱼不但加强糖氧化分解满足能量需求和加快蛋白质周转代谢合成各种应激分子,还分解部分蛋白氧化供能。但高浓度Cd~(2+)胁迫长时间胁迫,将抑制线粒体SOD酶活性,导致线粒体氧化损伤,同时抑制PFK,引发鱼鳃能量供应障碍。因此,Cd~(2+)引发鱼鳃能量代谢障碍可能是Cd~(2+)毒性机理之一。 5.水环境Cd~(2+)胁迫作用下罗非鱼肝脏GSH代谢的变化和活性氧(ROS)的诱导机理 将罗非鱼鱼种在3.0mg/LCd~(2+)暴露1、5、10、20和40d后,对还原型谷胱甘肽(GSH)、氧化型谷胱甘肽(GSSG)和谷胱甘肽循环代谢相关酶活性进行测定,并对GSSG-GSH比率进行了计算。结果表明,GSH含量逐渐降低,GSSG-GSH比率逐渐升高;硒依赖谷胱甘肽过氧化酶(Se-GPX)、谷胱甘肽硫转移酶(GST)、葡萄糖—6—磷酸脱氢酶(G6PDH)的活性和GSSG含量在前20d暴露期内逐渐升高,40d后显著降低,但仍显著高于对照(p0.05)。谷胱甘肽还原酶(GR)和γ—谷胺酰二酰基半胱胺酸合成酶(γ-GCS)活性在试验期间变化不明显,GR仅仅在40d后显著降低,暴露20d后γ-GCS短暂升高。40d后线粒体计分显著增加。结果表明Cd~(2+)亚慢性胁迫作用初期肝脏通过加强GSH合成和周转代谢抵御Cd~(2+)的毒害作用,但随着暴露时间延长,这种反应逐渐丧失。结果提示:Cd~(2+)在初期诱导ROS生成增加并非通过损伤线粒体完成,但GSH耗竭将导致线粒体损伤而将加速ROS形成。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:X174

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
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【参考文献】
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【共引文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴伟;陈家长;冷春梅;佟欣;;溴氰菊酯对罗非鱼谷胱甘肽及S转移酶的影响[J];中国环境科学;2006年04期
2 夏德全;生物技术在水产养殖中的应用[J];生物技术通报;2001年06期
3 胡德良;;别吃像祖母那样年龄的鱼[J];青年科学;2007年05期
4 ;渔业简讯[J];水产科技情报;2008年02期
5 吴伟;陈家长;马晓燕;冷春梅;;溴氰菊酯在罗非鱼组织中的累积及对谷胱甘肽-S-转移酶的影响[J];农业环境科学学报;2006年05期
6 柏世军;许梓荣;;镉对罗非鱼鳃线粒体结构和能量代谢的影响[J];环境科学;2007年01期
7 林浩然;林鼎;;应用雄性激素诱导罗非鱼雌鱼雄性化的试验简报[J];中山大学学报(自然科学版);1978年02期
8 康智遥,杨炽,吴功贤,张荣富;几种化学因素对罗非鱼、泥鳅行为的作用[J];动物学杂志;1980年03期
9 李世效,王仁美,刘发义;汞在罗非鱼体内的代谢[J];海洋学报(中文版);1984年04期
10 杨兴棋,邓初夏,陈宏溪;几种罗非鱼乳酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶同工酶的电泳研究[J];遗传学报;1984年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张保艳;金银哲;程裕东;;罗非鱼片复水特性的研究[A];中国食品科学技术学会第八届年会暨第六届东西方食品业高层论坛论文摘要集[C];2011年
2 周春霞;刘诗长;曾少丽;洪鹏志;;pH值调节法制备罗非鱼肉分离蛋白的工艺研究[A];中国食品科学技术学会第八届年会暨第六届东西方食品业高层论坛论文摘要集[C];2011年
3 佘锐萍;彭开松;李胜利;刘金华;;罗非鱼嗜水性气单胞菌病的诊断及病理学观察[A];中国畜牧兽医学会兽医病理学分会第十一次兽医病理学、第十次动物病理生理学学术研讨会论文集[C];2001年
4 周林燕;长滨嘉孝;王德寿;;罗非鱼(Oreochromis niloticus)三种17β-羟类固醇脱氢酶(17β-HSD1,17β-HSD8,17β-HSD12)的克隆、表达及酶活性鉴定[A];中国海洋湖沼学会鱼类学分会、中国动物学会鱼类学分会2004年学术研讨会摘要汇编[C];2004年
5 刘波;王美垚;谢骏;徐跑;戈贤平;何义进;缪凌鸿;潘良坤;;急性低温应激对吉富罗非鱼血清生化、免疫以及肝脏HSP70基因表达的影响[A];2010年中国水产学会学术年会论文摘要集[C];2011年
6 李卓佳;虞为;朱长波;马广智;;对虾单养和对虾-罗非鱼混养实验围隔氮磷收支的研究[A];渔业科技创新与发展方式转变——2011年中国水产学会学术年会论文摘要集[C];2011年
7 朱选;曹俊明;许丰孟;陈水春;赵红霞;蓝汉斌;;饲料中添加赖氨酸及蛋氨酸对罗非鱼生长的影响[A];中国畜牧兽医学会动物营养学分会第十次学术研讨会论文集[C];2008年
8 杨萍;余峰;洪鹏志;曾少葵;艾春媚;;罗非鱼皮蛋白酶解液对体外培养大鼠骨髓基质细胞增殖分化的影响[A];2008年中国水产学会学术年会论文摘要集[C];2008年
9 黄博;;罗非鱼亲鱼大棚越冬保种技术[A];广西水产研究所论文集(2001—2005)[C];2006年
10 胡光华;张进疆;;罗非鱼热泵梯度变温干燥试验研究[A];第六届全国包装与食品工程学术年会论文集[C];2002年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 海东;广东打造世界品牌罗非鱼[N];中国渔业报;2005年
2 特约通讯员 郭光意 郑基雄 戚照 通讯员 刘昌林;百万公斤罗非鱼“漂洋过海”[N];湛江日报;2008年
3 刘中华;产量恢复性增长利润空间缩小[N];中国渔业报;2008年
4 记者 杨乐;25家单位合力做大罗非鱼产业[N];南宁日报;2010年
5 本报记者 徐若滨;存塘量不足 罗非鱼加工企业叫苦[N];新农村商报;2010年
6 柳凡;罗非鱼减产 全球市场震荡[N];中国渔业报;2008年
7 柯继;罗非鱼链球菌病疫苗在广西研制成功[N];中国食品报;2010年
8 南宫;罗非鱼:美国市场需求小幅下降[N];中国渔业报;2008年
9 刘锻;广西加快罗非鱼产业化进程[N];中国渔业报;2005年
10 流加;罗非鱼原料紧缺 预计年内将减产30%[N];中国渔业报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 柏世军;水环境镉对罗非鱼的毒性作用和机理探讨[D];浙江大学;2006年
2 叶中德;RFP13诱导细胞凋亡的调控[D];中国人民解放军军事医学科学院;2005年
3 康伟民;蛛网膜下腔出血急性期脑损伤和亚低温保护作用[D];天津医科大学;2006年
4 薛宏斌;运动训练预防小鼠帕金森病的神经生物学机理研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2007年
5 臧莹安;线粒体自由基在快大型黄羽肉鸡PHS防控中的应用[D];南京农业大学;2006年
6 贾利强;水稻侧根发育基因OsSLR1的克隆和功能研究[D];浙江大学;2008年
7 黎军胜;外源因子对罗非鱼消化酶活性和胰蛋白酶mRNA表达的影响[D];南京农业大学;2004年
8 金雄杰;中国人肺癌线粒体DNA突变及多态性的研究[D];中国协和医科大学;2002年
9 张崇淼;水环境中肠道病原体的PCR检测方法与健康风险评价研究[D];西安建筑科技大学;2008年
10 王洪领;抗肿瘤新药羧胺三唑抑制细胞增殖机制的初步研究[D];中国协和医科大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 袁欣艺;深圳市福田区水环境可持续发展因素分析与管理对策研究[D];浙江大学;2002年
2 石岩;黄龙水环境特征与钙华景观演化趋势研究[D];成都理工大学;2005年
3 吴静;浙江省可持续发展中的人口、粮食与水环境[D];浙江大学;2002年
4 何理;水环境突发性与非突发性风险分析的理论和方法初步研究[D];湖南大学;2002年
5 周建仁;张家港市引长江水改善市区水环境研究[D];河海大学;2003年
6 李婧菲;不确定分析方法在水质水环境质量综合评价中的应用[D];东北农业大学;2003年
7 臧林;基于GIS的糯扎渡水电站水环境管理信息系统研究[D];西安理工大学;2004年
8 朱睿;邛海水污染防治规划研究[D];四川大学;2004年
9 钟淋涓;水环境保护效益费用分析[D];河海大学;2005年
10 谭乃元;水资源可持续利用保障体系的研究与实践[D];四川大学;2005年
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