收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

中华稻蝗对重金属镉的解毒机制研究

张育平  
【摘要】:镉(Cadmium, Cd)是一种毒性极强的金属元素,能对人体健康造成不良影响。在农业生态环境中,镉可通过农作物的吸收在食物链各环节间转移和累积,对生物体正常的生理生化代谢产生严重影响,同时镉污染还加剧了农业生态环境的恶化,最终影响到人类的身体健康。昆虫是自然界中分布最广泛的动物类群,极易受到重金属等环境因子的胁迫。已有大量研究表明,环境中的镉可通过呼吸、表皮渗透和摄食等途径进入昆虫体内。而在镉胁迫对昆虫的生长发育和生理机能产生影响的同时,昆虫也发展了各种防御或解毒机制来减少过量重金属的危害,维持机体内环境的稳定。 植食性昆虫中华稻蝗Oxya chinensis是一种重要的农业害虫,主要以禾本科植物为食。当中华稻蝗取食被镉污染的农作物或其它杂草时,环境中的镉便会通过食物链在其消化道等部位累积。本文以中华稻蝗为实验材料,从生化水平和分子水平对重金属镉的解毒机理进行了深入系统的研究。全文共分为五部分: 一、为研究重金属在中华稻蝗自然种群体内的累积分布,以山西省代县水稻田中华稻蝗为研究对象,用火焰原子吸收法测定中华稻蝗不同组织部位的镉和铬含量。研究结果表明:镉和铬在中华稻蝗自然种群不同组织部位的富集量不同,且雌雄间存在差异。镉在雌虫体内的富集顺序为:中肠后肠前肠翅头卵巢足体壁;在雄虫体内为中肠前肠后肠足头体壁。镉在雌雄中华稻蝗消化道内均有较高的富集,其中中肠的累积量最高,且与其它组织部位存在显著差异。中华稻蝗雌虫各组织部位对铬的累积浓度依次为中肠足体壁头卵巢前肠翅后肠,中华稻蝗雄虫体内铬浓度的分布依次为足体壁中肠头前肠精巢后肠。多因素方差分析结果表明,自然条件下雌雄中华稻蝗对重金属镉和铬的累积具有组织特异性,且两种重金属在中华稻蝗体内的累积规律有所不同。 二、为了研究重金属镉在植食性昆虫中的累积和排泄规律,本文通过镉慢性染毒的方法,用不同浓度镉溶液培养的麦苗饲喂中华稻蝗,研究了食物镉染毒对中华稻蝗形态特征的影响,采用原子吸收法测定不同龄期虫体(2龄到成虫)整虫、粪便和蜕中的镉蓄积量。研究结果表明,高浓度镉对中华稻蝗的生长有显著的抑制作用。整虫镉蓄积规律为:对照组不同龄期中华稻蝗的镉累积量较低,且各龄期间不存在统计学上的显著差异;处理组同一发育阶段,镉蓄积浓度以剂量依赖的方式增加,随着中华稻蝗的生长发育(从若虫到成虫),镉累积浓度呈现先增加然后缓慢降低的规律。粪便中的镉蓄积规律为:对照组4龄若虫粪便中的镉蓄积量最高,其它龄期粪便中镉含量无显著差异;处理组在同一发育阶段,镉在中华稻蝗粪便中的累积量随着麦苗中镉含量的增加而增加,且各处理间存在显著差异。蜕中的镉蓄积为:对照组2龄若虫蜕中的镉蓄积量最高,与其它龄期相比差异显著;处理组随着麦苗中镉浓度的增加,蜕中镉蓄积量显著增加,且各处理间差异显著。相关性分析表明,中华稻蝗虫体、粪便和蜕中的镉蓄积量与食物镉含量呈现显著的正相关关系。通过对不同发育阶段中华稻蝗对镉的蓄积和排泄规律研究,表明中华稻蝗取食染镉麦苗后,可以通过粪便和蜕皮排出部分镉,减轻镉对中华稻蝗虫体的毒性作用,但不同龄期中华稻蝗对镉的蓄积和排泄能力有所差异。 三、谷胱甘肽S-转移酶(Glutathione S-transferases,GST)和羧酸酯酶(Carboxylesterase,CarE)是昆虫体内重要的解毒酶系,在内源性和外源性化合物的解毒过程中发挥着重要作用。本文通过食物镉慢性染毒研究了镉对不同发育阶段的中华稻蝗GST和CarE活性的影响。研究结果表明,不同发育期的中华稻蝗GST和CarE活性差异显著,表明GST和CarE在中华稻蝗正常的生理代谢过程中发挥着重要作用;镉胁迫对中华稻蝗若虫GST活性有诱导作用,表明GST可能参与若虫对镉的解毒过程,而由于发育阶段生理代谢的差异,成虫GST活性被镉抑制。镉浓度、发育阶段和酶作用底物显著影响中华稻蝗CarE活性。以a-NA为作用底物的测定结果显示,镉对2龄和5龄若虫CarE活性具有显著的诱导效应,而对其它龄期中华稻蝗CarE活性的无明显的诱导效应。以β-NA为作用底物的测定结果显示,2龄若虫和3龄若虫CarE活性在镉胁迫下差异显著。而4龄若虫、5龄若虫和成虫的CarE活性在镉胁迫下无显著差异。两种底物测定结果对比发现,中华稻蝗CarE的活性以a-NA为底物测定的活性大于以p-NA为底物时的活性。本研究结果显示虽然GST和CarE可以作为环境镉污染的监测指标,但在研究GST和CarE对镉的解毒机理方面,虫体的发育阶段及酶作用底物等都是需要充分考虑的因素。 四、金属硫蛋白(Meatllothionein,MT)能被重金属等多种因素诱导。当生物体受到镉胁迫时,可通过增加MT的表达以抵御重金属的危害。为了系统研究镉胁迫下中华稻蝗不同组织和不同发育阶段MT的表达和镉蓄积状况,本研究通过食物镉慢性染毒和急性镉注射方法,研究了镉对中华稻蝗MT的诱导效应,并采用RT-PCR技术进行中华稻蝗MT基因片段的克隆。研究结果表明,MT在中华稻蝗不同组织的表达水平具有明显的组织特异性和剂量依赖性,其中中肠的镉含量和MT表达水平最高;对照组不同发育阶段中华稻蝗MT表达水平差异显著,其表达顺序依次为5龄3龄和成虫4龄和2龄;而在同一发育阶段,MT的表达水平与镉蓄积浓度具有显著的正相关关系;镉急性注射未能诱导MT的表达。这一结果表明中华稻蝗MT可以作为环境镉污染监测的生物标志物。 五、昆虫能通过合成热休克蛋白(Heat shock proteins,Hsps)来适应外界压力。Hsps作为分子标记应用于生态毒理学研究较传统的生物学指标更为敏感。本文通过RT-PCR和RACE-PCR技术从中华稻蝗克隆获得四个hsps基因的cDNA全长序列,分别为葡萄糖调节蛋白(OcGrp78)、热休克蛋白70(Ochsp70)、热休克蛋白90(Ochsp90)和热休克蛋白40(Ochsp40)。本文采用Real-time PCR方法检测了这四种热休克蛋白基因在中华稻蝗不同组织部位和不同发育阶段的表达。结果表明,中华稻蝗Hsps基因的表达具组织特异性和发育阶段特异性,表明Hsps家族在中华稻蝗的发育过程中起着重要的生物学作用。镉诱导实验结果表明,急性镉暴露能诱导OcGrp78、Ochsp70、Ochsp90和Ochsp40基因的表达,且这四种hsps基因在镉急性诱导下的表达模式基本相同:即在短时间(6h)内表达量达最大值,12h时表达量已开始明显下调,48h时降至对照水平或低于对照水平;就诱导效率而言,Ochsp70的诱导效率最高,是对急性镉胁迫最敏感的hsps基因。镉慢性染毒结果显示,OcGrp78、Ochsp70、Ochsp90和Ochsp40的表达模式明显不同:食物镉慢性染毒能引起OcGrp78、Ochsp90和Ochsp40基因表达不同程度的上调,而长期取食被镉污染的食物则显著抑制了Ochsp70基因的表达。根据本文研究结果,建议可将OcGrp78、 Ochsp70、Ochsp90和Ochsp40作为环境镉急性污染的分子标记,其中Ochsp70对镉胁迫最为敏感。而OcGrp78、Ochsp70、Ochsp90和Ochsp40是否可以作为镉慢性污染的分子标记还有待深入研究。 综上所述,环境中的重金属镉可以通过食物链在中华稻蝗体内蓄积于不同的组织部位。重金属在中华稻蝗体内的过量累积对中华稻蝗的形态特征(体长、体重等)有抑制作用。中华稻蝗可通过体内重要酶系、金属硫蛋白和热休克蛋白等的作用对机体形成保护作用。本研究为将中华稻蝗作为农业环境中重金属镉污染的生物标志物提供基础资料。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 何承苗;;龙眼角颊木虱若虫空间分布型及抽样技术初探[J];华东昆虫学报;2008年02期
2 王海鸿;黄东东;问锦曾;雷仲仁;;估计粉虱若虫存活数量的新方法——氧化镁薄板法[J];昆虫知识;2009年02期
3 吴仕筠;汪世平;徐绍锐;钟飞;余俊龙;李文凯;曾少华;肖小芹;罗臣;;黑胸大蠊若虫免疫兔血清对美洲大蠊若虫cDNA表达文库的筛选及克隆分析[J];热带医学杂志;2006年02期
4 梅尚筠;严定友;;金属硫蛋白的结构模型[J];生物化学与生物物理进展;1985年05期
5 梅尚筠;严定友;;金属硫蛋白的结构模型[J];生物化学与生物物理进展;1986年05期
6 唐朝枢,李兆萍,苏静怡,程时;金属硫蛋白对大鼠肝脏溶酶体膜稳定性的影响[J];科学通报;1989年11期
7 蒋与刚;微量元素对金属硫蛋白基因表达的调控[J];国外医学.医学地理分册;2001年04期
8 高宏,周群,郁鉴源;不同类型的金属硫蛋白的振动光谱的观测[J];光散射学报;2001年01期
9 余美祥,贺佑丰,周棱,刘一兵,韩世泉,赵永刚,王文清;金属硫蛋白的简便提取与分离[J];同位素;1996年01期
10 张亨山,赵金垣,张振龙,王舂荣,陈晓龙,刘采云,刘宏,马东星,倪道明,史德林,黄文萱;抗金属硫蛋白的单克隆抗体[J];中国药理学与毒理学杂志;1997年02期
11 林琳,任凤,赵宝昌,金晓艳;Balb/C小鼠金属硫蛋白-1基因在大肠杆菌中的高效表达[J];药物生物技术;2001年03期
12 邓志瑞;余瑞云;余采薇;张红斌;;金属硫蛋白与人体健康[J];生命的化学;1992年02期
13 岳新萍,周杰昊,程时;锌_7与镉_7-金属硫蛋白清除羟自由基的比较[J];生物化学与生物物理进展;1996年04期
14 孟晓红;金属镉在鱼体中的生物富集作用[J];广东微量元素科学;1997年01期
15 牛长缨,雷朝亮,胡萃;家蝇幼虫金属硫蛋白的研究(英文)[J];Entomologia Sinica;2000年04期
16 钟光珍,陈凤荣,卜定方,常林,吴胜英,蒋宏峰,庞永正,唐朝枢;低强度激光照射诱导大鼠胸主动脉金属硫蛋白的生成[J];中国激光医学杂志;2003年01期
17 王达,葛刚,吴兰,程谦;金属硫蛋白(MT)的分离纯化与检测技术[J];江西科学;2004年01期
18 张保林,卢景,王文清,茹炳根,唐雯霞;金属硫蛋白与红细胞的相互作用[J];生物化学与生物物理进展;1994年05期
19 张亨山,赵金垣,张振龙,王春荣,刘采云,陈晓龙,刘宏,马东星,史德林,倪道明,黄文萱;抗金属硫蛋白单克隆抗体的制备与鉴定[J];中国免疫学杂志;1997年03期
20 刘学忠,郑志高,王捍东;金属硫蛋白生物学功能研究进展[J];畜牧兽医杂志;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 董彬;王慧;曾勇庆;;金属硫蛋白(MT)基因的表达与肉猪的健康生长[A];中国畜牧兽医学会养猪学分会第五次全国会员代表大会暨养猪业创新发展论坛论文集[C];2010年
2 郭家彬;付泽;雷蕾;彭双清;;金属硫蛋白抗阿霉素心肌毒性的线粒体机制研究[A];中国毒理学会第三届中青年学者科技论坛暨2011年全国前列腺药理毒理学研讨会论文集[C];2011年
3 文镜;赵建;毕欣;张东平;金宗濂;;金属硫蛋白抗亚急性辐射的实验研究[A];中国营养学会第五次营养资源与保健食品学术会议论文摘要汇编[C];1999年
4 师绿江;尹昭云;洪欣;辛益妹;贺鹏飞;任宏伟;韩行湛;关景芳;;金属硫蛋白对加速度致心肌细胞凋亡的影响[A];中国生理学会第六届应用生理学委员会全国学术会议论文摘要汇编[C];2003年
5 王文慧;张宝旭;路雪艳;李林峰;;金属硫蛋白的光保护作用:金属硫蛋白基因敲除小鼠对UVB照射的反应[A];2003中国中西医结合皮肤性病学术会议论文汇编[C];2003年
6 蒋与刚;刘佃辛;葛玉章;韦京豫;郭长江;高兰兴;;金属硫蛋白对肝脏缺血再灌注损伤的保护作用研究[A];中国营养学会第六届微量元素营养学术会议论文摘要汇编[C];1999年
7 郭军;辛银玲;向娟;周飞艨;;SECM-SPR联用技术研究金属硫蛋白构型变化[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
8 郭志刚;高占林;党志红;李耀发;潘文亮;;取食不同寄主植物对绿盲蝽若虫生长发育的影响[A];公共植保与绿色防控[C];2010年
9 梁贵友;卢圣勋;徐刚;刘达兴;蔡庆勇;宋永祥;张建;李剑;;非小细胞肺癌患者外周静脉血MT1A的表达及临床意义[A];贵州省医学会胸心血管外科分会2010年学术年会论文集[C];2010年
10 于东宁;覃凤均;孙永华;程时;;锌-金属硫蛋白对大鼠皮肤烫伤创面的影响[A];中华医学会第五次全国烧伤外科学术会议论文汇编[C];1997年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张育平;中华稻蝗对重金属镉的解毒机制研究[D];山西大学;2012年
2 王金贵;我国典型农田土壤中重金属镉的吸附—解吸特征研究[D];西北农林科技大学;2012年
3 陈伟强;心理应激条件下脑金属硫蛋白的表达及其调控机制研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2004年
4 刘秋菊;金属硫蛋白拮抗血管紧张素Ⅱ/p53通路诱导的心肌细胞凋亡的体内体外研究[D];吉林大学;2010年
5 蓝荣培;金属硫蛋白保护肾脏缺血/再灌注损伤及对免疫系统的影响[D];复旦大学;2004年
6 师绿江;金属硫蛋白对+Gz暴露大鼠心肌损伤保护作用及其机制研究[D];中国人民解放军军事医学科学院;2004年
7 王清路;嗜热四膜虫金属硫蛋白MTT1和MTT2的结构与功能分析[D];山西大学;2012年
8 黄志勇;汞结合金属硫蛋白表征方法和铅同位素比值电感耦合等离子体质谱测定方法的研究[D];厦门大学;2003年
9 刘月明;人新基因EOLA1生物学特性及相互作用蛋白研究[D];第三军医大学;2004年
10 郑起;人脑金属硫蛋白MT3结构对其性质和功能的影响[D];复旦大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邢宏霖;废水中重金属镉连续监测仪器性能研究[D];湖南农业大学;2012年
2 苏婧怡;贝类中重金属镉的风险评估[D];中国海洋大学;2012年
3 周彦锋;水体中的重金属镉和锌对鲫鱼金属硫蛋白的诱导[D];南京农业大学;2008年
4 李庆丽;重金属吸附剂的研究及其在蚝油中的应用[D];中国海洋大学;2009年
5 程珊珊;牡蛎中重金属镉、铅的富集及脱除方法的研究[D];广东海洋大学;2011年
6 李忠义;不同应激因子对小白鼠肝脏金属硫蛋白合成的影响[D];湖南农业大学;2003年
7 高燕;利用蛋白质芯片技术探索肺纤维化早期标志物及硒代金属硫蛋白的防护作用[D];中国人民解放军军事医学科学院;2004年
8 李小龙;金属硫蛋白锌诱导合成及其在杜长大杂交猪和杂种野猪体内代谢规律的研究[D];湖南农业大学;2003年
9 吴力专;Zn-金属硫蛋白间接竞争型ELISA的建立与应用[D];湖南农业大学;2004年
10 张小河;金属硫蛋白-3基因转染对食管癌细胞株增殖活性的影响[D];河北医科大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 于丹;农田蟋蟀防控措施[N];江苏农业科技报;2009年
2 ;金蝉养殖“值”多少?[N];中国特产报;2009年
3 于丹;防治梨木虱:把握用药适期 坚持虫菌兼治[N];江苏农业科技报;2009年
4 辛学;水稻“四虫”的防治[N];农民日报;2009年
5 孙英威 呼涛;我国成功获取金属硫蛋白[N];中国乡镇企业报;2003年
6 隆尧县农业局 邵立侠;注意防治农田蟋蟀[N];河北科技报;2009年
7 威远生化专家 张付强;如何防治棉花盲椿象[N];农资导报;2009年
8 沧州市东光县东光镇政府 刘庆喜;把握最佳期 防治枣虱子[N];河北农民报;2010年
9 沧州市东光县东光镇政府 刘庆喜;防治枣虱子正当时[N];河北农民报;2010年
10 本报记者 李金金;玩具饰品中的“镉”杀手[N];北京科技报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978