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镉对中华稻蝗抗氧化系统的影响及生物累积效应

孙鸽  
【摘要】: 近年来,人们对重金属污染水生和陆生环境以及最终影响人类健康问题的关注和研究日益增长。环境污染物,尤其是重金属废弃物的排放,一旦进入水体或土壤,就会严重危害生物体的生长发育。昆虫通过摄食、饮水等途径也可以受到重金属的入侵和毒害,重金属能在体内产生累积效应,其胁迫导致活性氧的过量生成,从而干扰昆虫体内的抗氧化防御系统。 中华稻蝗(Oxya chinensis)是一种分布广泛的农业害虫,它主要为害禾本科植物如水稻、小麦、高梁、玉米等,因此对农作物生产造成严重损失。当中华稻蝗的生长环境受到重金属污染时,由于其取食被污染的作物及杂草,重金属离子就通过植物进入蝗虫体内,产生累积及一系列毒害效应。 为研究重金属镉在中华稻蝗体内的累积规律及其生理生化毒副作用,本研究对中华稻蝗从1龄到成虫期进行了长期喂食染毒。1)以火焰原子吸收法测定不同龄期中华稻蝗体内的镉浓度,探讨重金属镉在中华稻蝗不同发育阶段的累积状况;2)长期取食染镉麦苗后,测定了中华稻蝗成虫各组织部位镉累积浓度,进而分析镉在各组织部位的分布差异性;3)采用分光光度法测定经长期染毒的不同龄期中华稻蝗体内抗氧化酶活性和丙二醛含量的变化,探讨中华稻蝗体内重要抗氧化酶与镉处理浓度之间的关系;4)对5龄中华稻蝗进行镉溶液注射,测定分析急性染毒下不同时间段抗氧化酶活性和MDA含量的变化规律。 本文研究结果表明: 1、不同浓度镉溶液培养的麦苗累积了大量的镉且累积量与镉处理浓度呈正相关。中华稻蝗取食染镉麦苗后,镉通过麦苗进入其体内富集,处理组中华稻蝗体内镉的累积浓度均远高于对照组的累积浓度,且中华稻蝗体内镉的累积存在剂量依赖性。在中华稻蝗发育的不同时期,镉的累积浓度先升高后趋于平缓,成虫期时雌雄虫的累积量与染毒初期的累积水平相当。 2、本文以食物染毒方法,采用不同浓度镉溶液培养的麦苗饲喂中华稻蝗(从1龄若虫至成虫),将中华稻蝗成虫不同组织部位(头、翅、足、卵巢/精巢、体壁、前肠、中肠、后肠)解剖,并通过火焰原子吸收分光光度计测定其镉的浓度,统计分析各组织部位镉的累积分布规律。测定结果表明,生长于浓度为0、36.67、73.34、110.01、146.68μg·g~(-1)镉溶液中的小麦,其叶片中镉的累积浓度分别达到1.99、102.88、159.92、255.48、372.68μg·g~(-1),与培养液中镉浓度呈显著的正相关(Y=2.4379X—0.206,R~2=0.988 P<0.01;Y:小麦中镉浓度,X:镉溶液浓度);随着镉处理浓度的增加,中华稻蝗头、翅、足、卵巢/精巢、体壁、前肠、中肠、后肠中镉的累积浓度基本都呈增加的趋势,例如,在各组织部位中镉累积浓度最高的为中肠,雌雄虫分别为对照组的139.29、82.11、197.94、212.74倍和99.89、70.32、100.17、91.23倍;在各组织部位中镉累积浓度较低的足,雌雄虫也分别达到了对照组的4.95、8.80、16.23、16.90倍和7.14、12.22、20.59、27.98倍。对中华稻蝗成虫各组织部位镉累积浓度进行比较发现,消化道各部位的累积浓度较其它部位为高,其中,中肠内镉的累积浓度均为最高,前后肠间的累积浓度次之;此外,镉在中华稻蝗头部也有明显的累积,其次是体壁和翅,而卵巢/精巢和足的累积浓度最低。本研究表明长期取食染毒小麦可导致镉在中华稻蝗体内的累积,且镉在不同组织部位中的累积分布存在差异。 3、长期以不同浓度培养的染镉麦苗饲喂中华稻蝗,在其整个发育过程中,镉污染所引起的氧化损伤造成中华稻蝗发育时期抗氧化酶活性的变化和丙二醛(MDA)含量的升高。通过生化测定,发现各处理组各龄期中华稻蝗的MDA含量均随着处理浓度的增加而升高,且与中华稻蝗体内相应镉的累积浓度呈正相关。雌雄中华稻蝗SOD活性在5龄时增加明显,其它龄期的SOD活性均比1龄若虫时有所增加,但成虫时SOD活性比5龄时下降;雌雄中华稻蝗各处理组的GPx的活性在2龄、3龄、4龄和5龄时均被抑制;CAT的活性与对照相比,镉处理组基本都是增加的。中华稻蝗受到镉污染后,机体抗氧化防御系统中酶的活性以及脂质过氧化水平均发生了相应的改变,以抵抗和应激重金属镉的毒害效应。 4、以0.2、0.4、0.6、和0.8 mmol L~(-1)的氯化镉溶液对中华稻蝗5龄若虫急性染毒,研究了24h、48h和96h超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)活性和丙二醛(MDA)含量的变化。结果表明,随着处理时间的延长,SOD活性呈现先升后降的趋势,48h时,处理组SOD活性均达到最高水平(5.96、8.43、6.58、3.49 U/mgprotein);GPx活性的变化则表现为低浓度处理组(0.2、0.4和0.6 mmol L~(-1))在24h和48h时被激活,但在96h时,所有处理组的GPx活性均比对照组低,并与其呈显著差异(P<0.05)。对于MDA,镉所诱导的氧化损伤造成MDA含量的显著升高,中华稻蝗5龄若虫在镉的氧化胁迫下,体内抗氧化酶活性和MDA含量均发生了变化,以防御机体所受到的重金属毒害。 综上所述,环境中的重金属可以通过食物链进入昆虫体内,并在不同组织部位产生不同程度的累积。由于重金属镉的累积,引起了中华稻蝗体内重要抗氧化酶活性的变化,中华稻蝗通过多种防御机制来抵御重金属污染的毒害作用,抗氧化酶活性和丙二醛含量的变化反映了中华稻蝗正常生理生化活动受到重金属镉的应激反应和损伤程度。


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