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热影响下鲤鱼Hsp70组织特异性表达和应激反应

王云彪  
【摘要】: 水生态热影响是伴随电力工业大规模高速度地发展而出现的环境问题。采用直流冷却方式所需用的大流量的热水,以超出自然水温6~8℃排入到湖泊水库,直接或间接地对水生生物产生影响。火力发电厂的温排水对水域生态系统产生累积的持久负面热效应,甚至导致水域热污染,对水域中鱼类为代表的水生生物产生热冲击和热胁迫。温排水对受纳水体的其他环境因子也会产生影响。本文以鱼体的实验生态学研究为重点,选择80年代我们曾经长期研究的典型水体陡河水库,以定位观测为基础,室内模拟实验为依据,热胁迫环境下鱼类Hsp70为生命本质反应的生物标记物为目标,探讨污染胁迫环境下鱼体的应激反应,鱼体应激蛋白合成的功能性质、作用机理和生态效应。为综合评价热影响后果及制定热排放温度标准,提供微观与宏观相结合的科学依据。 1、鱼的热应激反应行为可以表征受热胁迫程度和鱼的热应激反应、耐受能力。环境温度和热胁迫强度,可以改变鱼的应激反应、热敏感性和应激耐受能力。较小增温速率使鱼能够进行调整缓冲,增强了热耐受能力和胁迫下的适应性。过大强度的热胁迫破坏了鱼的热应激机制,使鱼的应激耐受能力减弱。高驯温使鱼增强热耐受性,热极限温度大幅度提升。增温速率较大的热冲击和较低的驯养温度,使得鲫鱼的热应激反应行为温度降低。热损伤后再恢复正常的鱼,再次受热胁迫,热耐受力降低。充足氧气条件下鱼的热应激反应敏感性增强,热应激耐受能力提高,但总体抗性有待探讨。微量的毒物胁迫会激发鱼的应激反应机制,使鱼对热反应更为敏感,增强了鱼的热敏感性和热耐受力。鱼的生长因子与热极限温度可能存在正态分布关系,即鱼体生长状况、外表特征与鱼的热耐受范围存在相关性。鱼体失衡行为在热冲击下表现明显,适合作为CTM的判定标准。 2、鱼体GOT对热反应敏感,对苯酚胁迫不敏感,GPT对苯酚胁迫敏感,铜胁迫下鲤鱼血清转氨酶活性表现为抛物线形状的剂量-效应关系。热影响下,小剂量的24h Cu2+暴露,鲤鱼和鲫鱼血清转氨酶活性变化不显著;大剂量的铜胁迫,鲤鱼血清GOT活性降低;10℃的增温与超过0.3mg/L的Cu2+24h联合胁迫,鲫鱼和鲤鱼血清GPT活性都低于正常值。温度与苯酚对GPT活性的影响表现为协同作用。持续增温热冲击下,鲫鱼血清CAT活性总体上逐渐升高;铜暴露下,随着环境水温的升高,鲫鱼血清CAT活性先增强,在热极限行为陡降。热胁迫加强了高浓度铜对鲫鱼肝脏过氧化氢酶活性的影响。 3、热影响下鲤鱼体内Hsp70蛋白表达呈现组织特异性,长期热影响与急性热冲击对不同组织Hsp70的影响也存在差异:大强度胁迫破坏血清Hsp70的合成或诱导,温度对心脏Hsp70诱导明显,肾脏Hsp70蛋白表达量与胁迫温度呈现良好的线性关系,肾脏Hsp70可以作为水域热污染的优化指标。急性热冲击对脑中Hsp70诱导不明显,长期受热影响的野外鲤鱼脑组织Hsp70蛋白表达明显增多,热对脑中Hsp70诱导具有累积效应。腮中Hsp70受大强度热胁迫诱导极其显著,长期热影响对鲤鱼腮Hsp70诱导不明显,腮组织在长期非急性胁迫下具备较高的适应性。 4、在典型重金属铜以及典型有机物苯酚胁迫下,鲤鱼体内Hsp70在心脏、肾脏、腮、脑和肉中的蛋白表达量增加。温度与铜的联合胁迫增强了肾脏、肉中Hsp70的表达,但降低了Hsp70在心脏和腮中的诱导。鲤鱼在热与苯酚联合胁迫下,Hsp70在心脏、血清、腮和脑中表达量随苯酚暴露浓度增大而降低。鲤鱼腮组织在单一毒物(铜或苯酚)胁迫下,Hsp70蛋白表达水平随胁迫强度升高而增多;热影响下毒物胁迫对腮中Hsp70的诱导水平降低。20℃属于鲤鱼适宜生活温度范围,10℃驯温鲤鱼暴露于20℃水中,适宜的环境条件可能降低毒物对机体的胁迫程度,使得应激防御机制中的Hsp70需求量减少,使得热与毒物联合胁迫对Hsp70诱导在一些组织中表现为拮抗作用。 5、热影响下鱼的完全失衡行为表现突出,该行为点酶活性和Hsp70表达变化显著,失衡行为可以作为鱼热极限温度的最优判定标准。鲤鱼在铜单一胁迫及与热联合胁迫下,脑中Hsp70与胁迫强度都呈现良好的线性关系;大强度苯酚单一胁迫对脑中Hsp70诱导显著,但热影响下苯酚对脑组织Hsp70诱导不明显。铜胁迫增强了肾脏中Hsp70表达,热铜联合胁迫也增加了肾脏Hsp70蛋白表达量;苯酚胁迫下,肾脏Hsp70随胁迫增强蛋白表达显著,相同苯酚梯度的热与苯酚联合胁迫下肾脏Hsp70蛋白表达量多于单一胁迫。鲤鱼肾脏Hsp70表现出极好的热敏感性和积极的热应激反应,与胁迫强度呈现良好的线性关系,可以作为水域热污染的生物标志物。


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