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重金属污染对可口革囊星虫的毒性效应

陈细香  
【摘要】: 近年来随着地区经济的快速发展,排入海湾河口的重金属污染物日益增多,大量的污染物汇集于河口海湾区,使得红树林湿地面临着越来越严重的重金属污染物的冲击,严重危害了其间的底栖动物的生长发育和生存,导致生物种质资源衰退,极大地限制了水产养殖的健康可持续发展。本文在实验生态条件下,研究了4种重金属(Cd、Pb、Cu、Zn)对九龙江口红树林湿地大型底栖动物可口革囊星虫(Phascolosoma esculenta Chen et Yeh)的急性毒性、耗氧率(OCR)与排氨率(AER)、生长与存活、肌肉内金属含量与富集系数(BCF)、消化酶(淀粉酶Amylase、纤维素酶Cellulase、脂肪酶Lipase)活性、抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT)活性、金属硫蛋白(MT)含量的影响,初步探讨了重金属离子对可口革囊星虫的致毒机理,以期为红树林底栖动物生态毒理学的研究提供资料,为可口革囊星虫安全养殖、加工、食用提供理论依据,指导绿色渔业的发展,对保护自然资源和发展增养殖等有极为重要的意义;为红树林湿地重金属的污染评价、红树林生态系统的保护和红树林生态恢复工程提供理论依据。主要研究结果如下: 1. Cd~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)对可口革囊星虫的单一及联合急性毒性实验 在海水中添加不同浓度的Cd~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+),观察其对可口革囊星虫单一及联合急性毒性。Cd~(2+)对可口革囊星虫的48-h LC_(50)和96-h LC_(50)分别为10.69(7.40~15.44)和4.48(3.34~5.99)mg/L;Pb~(2+)的48-h LC_(50)和96-h LC_(50)分别为29.43(22.69~38.17)和10.59(9.24~12.80)mg/L;Cu~(2+)的48-h LC_(50)和96-h LC_(50)分别为52.77(30.09~92.55)和6.77(4.27~10.72)mg/L; Zn~(2+)的48-h LC_(50)和96-h LC_(50)分别为59.67(40.48~87.94)和10.91(8.36~14.17)mg/L。(Zn~(2+)+Cd~(2+))的48-h LC_(50)和96-h LC_(50)分别为109.74(32.41~371.63)和13.21(5.97~29.24)mg/L;(Zn~(2+)+Pb~(2+))的48-h LC_(50)和96-h LC_(50)分别为72.82(42.84~123.79)和11.73(9.08~15.15)mg/L;(Zn~(2+)+Pb~(2+)+Cu~(2+))的48-h LC_(50)和96-h LC_(50)分别为17.05(11.18~26.01)和0.46(0.12~1.69)mg/L;(Zn~(2+)+Pb~(2+)+Cu~(2+)+Cd~(2+))的48-h LC_(50)和96-h LC_(50)分别为11.94(9.01~15.81)和3.05(2.22~4.19)mg/L。Cd、Pb、Cu和Zn对可口革囊星虫的安全浓度分别为0.22、0.53、0.34和0.55 mg/L。以安全浓度为指标,这4种重金属对可口革囊星虫的毒性顺序为CdCuPbZn。(Zn~(2+)+Cd~(2+))、(Zn~(2+)+Pb~(2+))和(Zn~(2+)+Pb~(2+)+Cu~(2+)+Cd~(2+))对可口革囊星虫的联合作用为拮抗作用;(Zn~(2+)+Pb~(2+)+Cu~(2+))的联合作用在48 h内也表现为拮抗作用,96 h时则表现为协同作用。 2. Cd~(2+)、Pb~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)对可口革囊星虫耗氧率(OCR)与排氨率(AER)的影响 重金属离子短时间作用下,非必需元素Cd~(2+)及Pb~(2+)对可口革囊星虫呼吸和排泄代谢有抑制效应,耗氧率(OCR)与排氨率(AER)降低;O/N比值均低于对照组,显示Cd~(2+)及Pb~(2+)污染下可口革囊星虫增大了蛋白质的代谢比例;必需元素Cu~(2+)及Zn~(2+)对可口革囊星虫呼吸代谢的影响是中低浓度促进高浓度抑制,而且均呈显著效应;对排泄显著抑制作用,但浓度间差异不显著;O/N比值显著高于对照组,显示Cu~(2+)及Zn~(2+)污染下可口革囊星虫仍以糖类和脂肪代谢为主。(Cd~(2+)+Zn~(2+))联合作用对可口革囊星虫呼吸、排泄代谢以及O/N比值均呈现抑制作用,显示可口革囊星虫增大了蛋白质的代谢比例,但程度比Cd~(2+)单独作用时小,显示(Cd~(2+)+Zn~(2+))联合作用减小了Cd~(2+)的毒性。 3. Cd~(2+)、Zn~(2+)和(Cd~(2+)+Zn~(2+))对可口革囊星虫的存活和生长的影响 研究Cd~(2+)、Zn~(2+)和(Cd~(2+)+Zn~(2+))对可口革囊星虫存活率、增重率的影响。结果表明:Cd~(2+)各浓度组存活率均大于45%,Zn~(2+)和(Cd~(2+)+Zn~(2+))各浓度组存活率均大于50%,且随着浓度的升高而降低,有一定的剂量-效应关系。体重和增重率的变化趋势与存活率相似。(Cd~(2+)+Zn~(2+))联合作用中对可口革囊星虫存活率、增重率的抑制程度小于Cd~(2+)及Zn~(2+)分别单独作用,显示Cd~(2+)与Zn~(2+)为拮抗作用。 4. Cd~(2+)、Zn~(2+)和(Cd~(2+)+Zn~(2+))暴露后可口革囊星虫体壁肌肉金属含量的变化及生物富集作用 可口革囊星虫体壁肌肉中Cd、Zn含量随着其离子浓度的递增而增长,增长速率与金属离子浓度正相关;富集系数与浓度呈负相关,单独毒性中Cd、Zn的BCF分别为7042和1432,说明可口革囊星虫对Cd和Zn有强富集作用,从而加剧了重金属的毒性效应。(Cd~(2+)+Zn~(2+))联合作用中Cd、Zn含量分别小于Cd~(2+)及Zn~(2+)单独作用时的富集量,BCF也下降,显示Cd~(2+)与Zn~(2+)为拮抗作用。 5. Cd~(2+)、Zn~(2+)和(Cd~(2+)+Zn~(2+))对可口革囊星虫消化酶活性的影响 重金属对消化酶中的淀粉酶和纤维素酶活性均有不同程度的抑制,且重金属离子浓度越高,抑制作用越明显;各处理对纤维素酶活性抑制大于淀粉酶活性;金属离子对脂肪酶酶活性则有浓度依存的增强作用;并且呈现较好的时间-效应和剂量-效应关系。表明随着环境中Cd~(2+)、Zn~(2+)浓度的增高,可口革囊星虫消化酶活性的变化可以灵敏地反映Cd~(2+)、Zn~(2+)的胁迫程度和毒性。(Cd~(2+)+Zn~(2+))联合作用时,对消化酶的影响程度小于Cd~(2+)或Zn~(2+)分别单独作用,说明两两联合降低了各自的毒性,显示为拮抗作用。 6. Cd~(2+)、Zn~(2+)和(Cd~(2+)+Zn~(2+))对可口革囊星虫抗氧化酶活性的影响 关于重金属暴露后可口革囊星虫抗氧化防御系统参数的变化结果显示,SOD活性被显著诱导(p0.05),SOD、CAT酶活性的剂量-效应呈抛物线型。低浓度组Cd~(2+) (0.005 mg/L)对可口革囊星虫SOD活性表现为显著诱导,中(0.05 mg/L、0.1 mg/L)、高(0.5 mg/L)浓度Cd~(2+)对可口革囊星虫SOD活性诱导呈先升后降的变化趋势。Zn~(2+)对可口革囊星虫SOD活性诱导均呈现先升后降的变化趋势。重金属暴露对SOD和CAT活性的诱导作用,表明重金属在体内的积累过程伴随着负氧阴离子等自由基的产生而致毒。(Cd~(2+)+Zn~(2+))联合作用时,对SOD和CAT的诱导程度小于Cd~(2+)或Zn~(2+)分别单独作用,说明两两联合降低了各自的毒性,显示为拮抗作用。 7. Cd~(2+)、Zn~(2+)和(Cd~(2+)+Zn~(2+))对可口革囊星虫金属硫蛋白(MT)含量的影响 采用血红蛋白/镉饱和法,观察重金属离子对可口革囊星虫金属硫蛋白(MT)含量的影响。结果表明Cd~(2+)对MT全程诱导,呈峰值现象,4个浓度组的Cd~(2+)诱导的MT含量分别在29 d、25 d、25 d和25 d达到最大值,之后随着作用时间的延长而下降,并在一定时间内具有时间-剂量-效应关系。Zn~(2+)对MT全程诱导,随着离子浓度的升高和作用时间的延长变化显著(p0.05);而对照组变化不显著。(Cd~(2+)+Zn~(2+))联合作用对MT全程诱导,诱导程度小于Cd~(2+)及Zn~(2+)分别单独诱导,显示Cd~(2+)与Zn~(2+)为拮抗作用。


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