环境科学  2015, Vol. 36 Issue (2): 727-735   PDF    
锯齿新米虾对Cu2+和毒死蜱毒性的生理响应
李典宝1, 张玮1,2, 王丽卿1 , 张瑞雷1, 季高华1    
1. 上海海洋大学水产与生命学院, 上海 201306;
2. 上海水生环境工程有限公司, 上海 200090
摘要:为研究水生生物对水体中重金属和有机磷农药毒性的生理响应,以锯齿新米虾为试验生物,采用半静止毒性试验方法,分别研究了Cu2+和毒死蜱5 d暴露时间对锯齿新米虾肌肉组织生理指标的影响. 结果表明,锯齿新米虾暴露在不同浓度Cu2+和毒死蜱溶液下,随着暴露时间的延长,肌肉组织蛋白浓度均有不同程度的降低. Cu2+溶液较低浓度组(0.086 mg·L-1和0.172 mg·L-1)和毒死蜱较高浓度组(0.0060 μg·L-1和0.0120 μg·L-1)中,总SOD活性表现抑制效应; Cu2+溶液较高浓度组(0.344 mg·L-1和0.688 mg·L-1)表现为"抑制-诱导-抑制"的变化趋势,而毒死蜱较低浓度组(0.0015 μg·L-1和0.0030 μg·L-1) 表现为"抑制-诱导"的变化趋势; 暴露在Cu2+和毒死蜱溶液下,MDA含量变化相似,且在一定浓度范围内,随着Cu2+和毒死蜱浓度增加,MDA含量呈逐渐上升的趋势, 说明Cu2+和毒死蜱加快了锯齿新米虾肌肉组织脂质过氧化作用; AChE活性在Cu2+和毒死蜱溶液中表现为抑制效应,且在Cu2+和毒死蜱溶液的较高浓度组中,其活性随浓度的增加而呈逐渐降低的趋势,说明Cu2+和毒死蜱对锯齿新米虾肌肉组织的正常生理功能产生了影响,其浓度越高,产生的损伤效应越大. 研究表明,鉴于不同浓度的Cu2+和毒死蜱溶液对锯齿新米虾肌肉组织的损伤程度不同,总SOD、MDA和AChE可以作为评价重金属和有机磷农药对锯齿新米虾急性毒性效应的生理指标.
关键词锯齿新米虾     Cu2+     毒死蜱     蛋白质     总超氧化物歧化酶(总SOD)     丙二醛(MDA)     乙酰胆碱酯酶(AChE)    
Physiological Response of Neocaridina denticulate to the Toxicity of Cu2+and Chlorpyrifos
LI Dian-bao1, ZHANG Wei1,2, WANG Li-qing1 , ZHANG Rui-lei1, JI Gao-hua1    
1. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;
2. Aquatic Environmental Engineering Corporation Limited, Shanghai 200090, China
Abstract: In order to study the physiological response to heavy metals and organic-phosphorus pesticide toxicity of aquatic organisms, Neocaridina denticulate was used as a test organism to investigate the impact of physiological indices of N. denticulate muscle tissues when they were exposed to Cu2+ and chlorpyrifos for 5 days respectively with the test methods of semi-static toxicity. The results showed that: when exposed to different concentrations of Cu2+ and chlorpyrifos solutions, the protein concentrations in muscle tissues were significantly lower with the extension of time to varying degrees. In the lower concentration groups of Cu2+(0.086 mg·L-1 and 0.172 mg·L-1) and the higher concentration groups of chlorpyrifos (0.0060 μg·L-1 and 0.0120 μg·L-1), the total SOD activity showed inhibitory effect; the trend of the higher concentration group of Cu2+ (0.344 mg·L-1 and 0.688 mg·L-1) showed "inhibition-promotion-inhibition", however, the lower concentration groups of chlorpyrifos (0.0015 μg·L-1 and 0.0030 μg·L-1) showed the "inhibition-promotion" changes in trends; MDA contents changed similarly, and within a certain range of concentrations, MDA contents presented a gradually rising trend with increasing Cu2+ and chlorpyrifos concentration, which indicated that Cu2+ and chlorpyrifos accelerated lipid peroxidation in muscle tissues of N. denticulate. In addition, AChE activity in Cu2+ and chlorpyrifos solutions showed inhibitory effect, and in the solutions with higher concentration of Cu2+ and chlorpyrifos, the activity was gradually decreased with the increase of concentration, indicating that Cu2+ and chlorpyrifoscs impacted the normal physiological functions of N. denticulate, and the higher the concentration, the greater the damage effect. Based on the analysis results, we confirmed that the total SOD, MDA and AChE played significant roles as physiological indicators in evaluating toxic effect of heavy metals and organic-phosphorus pesticide on N. denticulate.
Key words: Neocaridina denticulate     Cu2+     chlorpyrifos     protein     TSOD     MDA     AChE    

近年来,随着我国工农业化进程的加快,各种各样的水污染问题不断发生[1,2],使得水质安全受到了不同程度的威胁,而在这些污染问题当中,重金属和有机磷农药的污染占有较大的比重[3,4]. 铜是机体维持正常生命活动所不可缺少的元素,但当其进入水体中达到一定浓度时就会对水生生物产生毒害作用,成为水体中一种典型的重金属污染物[5],会被生物富集并沿食物链转移,最终影响人体健康[6]. 毒死蜱(chlorpyrifos,C9H11Cl3NO3PS)是我国使用面较广的一种有机磷杀虫剂,会通过雨水径流进入水体,进而在水生生物体内富集、 残留[5]. 尽管毒死蜱在农药系列分类中属于中等毒性农药,但研究中发现其对大多数生物属于高毒性物质,从而造成生物多样性的降低[8,9]. 因此,毒死蜱在水环境中安全效应的评价也逐渐成为人们关注的重点[10].

生物体在受到毒物胁迫后,除了死亡这一外在表现,机体内部也会出现一些生理生化的改变,如蛋白浓度发生变化,一些酶的活性受到抑制,器官组织发生病理损伤等[11,12]. 目前,斑马鱼、 大型溞等应用于毒物的致毒机制研究较多[13,14],而像米虾类等小型虾类研究相对不足. 锯齿新米虾(Neocaridina denticulate),又称多齿新米虾,隶属甲壳动物匙指虾科新米虾属,是一类暖水性小型经济虾类,其生殖活力强,繁殖较快,幼体成活率高. 它们常栖息于溪流、 沼泽、 沟渠、 河流等淡水水体中,尤其喜爱水生植物繁茂处,常在水底爬行或攀援于水生植物上. 米虾处于水域生态系统食物链的中间环节,它们在溪流和河流中具有类群和生境的多样性,在水环境监测和评价中具有较大的潜力. 在我国,其主要分布在太湖到上海间的苏南地区[15,16]. 目前对锯齿新米虾的研究主要集中在内外性征分化,生殖系统性腺发育及生殖生物学特征等方面[17, 18, 19],而其对水体污染状况的生理响应方面的研究还未见报道. 作者在之前的研究中发现Cu2+对锯齿新米虾为高毒,而毒死蜱为剧毒,在此基础上,本文以锯齿新米虾为试验生物,采用半静止毒性试验方法,研究不同浓度Cu2+和毒死蜱对锯齿新米虾蛋白浓度、 丙二醛(MDA)含量、 总超氧化物歧化酶(总SOD)和乙酰胆碱酯酶(AChE)活力的影响,探讨锯齿新米虾对Cu2+和毒死蜱毒性的生理响应状况,以期为锯齿新米虾对Cu2+和毒死蜱毒性响应效应评价和物种多样性保护以及水质基准的制定提供科学依据. 1 材料与方法 1.1 试验生物来源与驯养

试验所采用的锯齿新米虾来自于淀山湖周边水草区. 选取生长状况良好,体长1.9~2.3 cm,每只体重0.10~0.13 g的锯齿新米虾置于长、 宽、 高为60 cm×40 cm×45 cm玻璃水族缸中,每天以普通虾粮喂食1次,并及时清除排泄物. 驯养用水条件为:曝气48 h以上的自来水,pH为7.2~7.7,硬度在205.95 mg ·L-1(以CaCO3计)左右,水温(23±1)℃,溶解氧(DO)5.80 mg ·L-1以上. 试验前24 h停止喂食,驯养两周,驯养期间锯齿新米虾未出现死亡,符合OECD试验法准则[20]. 驯化后锯齿新米虾的选用标准为:行动活泼、 外观正常、 个体均匀的个体. 1.2 受试污染物及母液配制

硫酸铜(CuSO4 ·5H2O)、 二甲基亚砜、 吐温80购于国药集团化学试剂有限公司,均为分析纯. 毒死蜱(chlorpyrifos,C9H11Cl3NO3PS) 有效成分含量为480 g ·L-1的乳油,产自于浙江威尔达化工有限公司. 母液配制:将一定量的毒死蜱用助溶剂二甲基亚砜和乳化剂吐温80配置成4.8 g ·L-1母液备用,其中助溶剂和乳化剂的体积分数不超过100 μL ·L-1 [21]; 把一定量的硫酸铜溶于少量蒸馏水,按离子浓度配置成5.0 g ·L-1母液备用; 试验时将母液用曝气48 h以上自来水稀释到所需浓度. 1.3 毒性试验设计

试验采用半静止式试验方法,试验周期为5 d. 试验用水为曝气48 h以上的自来水,其水质条件和驯养用水一样. 具体试验采用水浴法,即用5个60 cm×40 cm×45 cm玻璃水族缸,缸中放置加热棒与温度计控制恒温,同时定期以曝气装置使缸内水温均匀; 每个水族缸上放有日光灯,试验期间保持12 h光照12 h黑暗; 每个缸中放置8个2000 mL烧杯.

由Cu2+和毒死蜱单一毒性试验所得96 h的LC50值 (Cu2+对锯齿新米虾96 h的LC50为3.44 mg ·L-1,毒死蜱对锯齿新米虾96 h的LC50为0.06 μg ·L-1)的1/40、1/20、1/10和1/5设4个浓度梯度,即 Cu2+浓度组ρ(Cu2+)为0.086、 0.172、 0.344和0.688 mg ·L-1; 毒死蜱浓度组ρ(毒死蜱)为0.0015、 0.0030、 0.0060和0.0120 μg ·L-1,同时设置曝气自来水空白对照组以及溶剂(助溶剂+乳化剂)最高浓度对照组,每个浓度组设3个平行. 试验中将Cu2+溶液0.086 mg ·L-1和0.172 mg ·L-1、 毒死蜱溶液0.0015 μg ·L-1和0.0030 μg ·L-1定义为较低浓度,Cu2+溶液0.344 mg ·L-1和0.688 mg ·L-1、 毒死蜱溶液0.0060 μg ·L-1和0.0120 μg ·L-1定义为较高浓度. 每个烧杯中加入试验药液2000 mL,投入经过驯养并做过筛选的锯齿新米虾20只. 试验期间不投饵,定期监测pH,溶氧等,防止溶氧不足以及毒死蜱挥发影响试验,24 h更换一次试验液. 本研究进行预试验,一直到第5 d,各试验组锯齿新米虾均未出现死亡. 其死亡判断标准为:虾体静置于烧杯底部并用玻璃棒多次碰触完全无反应即判定为死亡. 1.4 样品处理、 蛋白浓度和酶活性测定

在试验后的第1、 2、 3、 4、 5 d结束时从各试验组随机取3只锯齿新米虾,用纱布擦拭干体表,迅速取其机体肌肉组织置于冰冷的0.86%生理盐水中漂洗干净,滤纸拭干,称重,放入10 mL的小烧杯中. 加入0.86%的冷生理盐水(生理盐水的体积为肌肉组织块重量的9倍),用剪刀剪碎肌肉组织(此过程小烧杯置于冰水中). 将剪碎的肌肉组织转入匀浆器中,在冰水浴中研磨8 min,使组织匀浆化. 将制备好的10%肌肉组织匀浆用普通离心机2000 r ·min-1离心15 min,取上清液进行酶活分析. 蛋白浓度、 MDA含量、 总SOD和AChE活力测定参照购自南京建成生物研究所的蛋白质、 丙二醛(MDA)、 总超氧化物歧化酶(总SOD)和乙酰胆碱酯酶(AChE)测试盒说明书进行. 1.5 数据处理

试验所得数据以3个平行组的平均值±标准差表示; 在IBM SPSS Statisticts 20.0中采用t检验和单因子方差分析(One-way ANOVA)对浓度组与对照组、 各浓度组之间进行差异显著性分析,P<0.05表示差异显著. 暴露时间与酶活性的关系作图在Origin 9.0中完成(在以下各柱形图中,*表示:与对照组相比,P<0.05).

2 结果与分析 2.1 Cu2+对锯齿新米虾蛋白质浓度、 MDA含量、 总SOD和AChE活力的影响

锯齿新米虾暴露于不同浓度Cu2+溶液下,随着暴露时间的延长,肌肉组织蛋白浓度基本呈下降趋势. 试验第5 d与第1 d相比,除0.172 mg ·L-1浓度组外,其余各浓度组蛋白浓度均显著降低(P<0.05),见图 1. 在暴露同一时间,空白对照组、 较低浓度0.086 mg ·L-1和0.172 mg ·L-1浓度组蛋白浓度差异不显著(P>0.05); 但较高浓度0.344 mg ·L-1和0.172 mg ·L-1浓度组蛋白浓度显著低于另外3个浓度组(P<0.05),且0.344 mg ·L-1浓度组蛋白浓度显著高于0.688 mg ·L-1浓度组.

图 1 Cu2+对锯齿新米虾蛋白质浓度的影响 Fig. 1 Effects of Cu2+ on the protein concentration of N. denticulate

图 2反映了在不同浓度Cu2+溶液暴露下,锯齿新米虾肌肉组织MDA含量变化. 在整个试验阶段,除较低浓度0.086 mg ·L-1浓度组,其它浓度组中锯齿新米虾肌肉组织MDA含量均显著高于空白对照组(P<0.05),即在试验的第1 d,随着Cu2+溶液浓度的升高,MDA含量呈不断上升的趋势. 在试验的第2~5 d,不同浓度Cu2+溶液中,随着时间的延长,不同浓度组中MDA含量变化不同. 较高浓度0.344 mg ·L-1和0.688 mg ·L-1浓度组中,随着暴露时间的延长,MDA含量逐渐降低,且在暴露同一时间,0.344 mg ·L-1浓度组MDA含量显著高于0.688 mg ·L-1浓度组(P<0.05); 较低浓度0.086 mg ·L-1浓度组中,随着暴露时间的延长,锯齿新米虾肌肉组织MDA含量呈上升-下降-上升趋势,且在试验结束时达最大值.

图 2 对锯齿新米虾MDA含量的影响 Fig. 2 Effects of Cu2+ on the MDA activity of N. denticulate

图 3可知,锯齿新米虾暴露在较低浓度Cu2+溶液下,其肌肉组织总SOD活力受到抑制,而较高浓度总SOD活性先是被激活,再被抑制,最后又有所回升. 表现为较低浓度0.086 mg ·L-1和0.172 mg ·L-1浓度组中其肌肉组织总SOD活力基本均低于空白对照组(第4 d时0.172 mg ·L-1浓度组有所升高). 较高浓度0.344 mg ·L-1和0.172 mg ·L-1浓度组总SOD活力在试验的第1 d达最大值,即此时肌肉组织总SOD活性被激活; 在第2 d总SOD活力显著低于空白对照组; 而第3 d和第4 d均有不同程度的回升且显著高于空白对照组(P<0.05). 在试验结束时,Cu2+对锯齿新米虾肌肉组织总SOD活性表现为抑制效应.

图 3 Cu2+对锯齿新米虾总SOD活力的影响 Fig. 3 Effects of Cu2+ on the total SOD of N. denticulate

锯齿新米虾暴露在不同浓度Cu2+溶液下肌肉组织AChE活力变化见图 4. 在整个试验阶段,浓度组肌肉组织AChE活力与空白对照组相比基本较低(第3 d和第4 d较低浓度0.086 mg ·L-1组AChE活力高于空白对照组),即肌肉组织AChE活性受到抑制. 空白对照组从试验第1 d到试验结束,AChE活力显著降低(P<0.05). 随着暴露时间的延长,较高浓度0.344 mg ·L-1和0.688 mg ·L-1浓度组AChE活力呈逐渐降低的趋势,且试验结束时和试验第1 d相比显著降低(P<0.05); 较低浓度0.086 mg ·L-1和0.172 mg ·L-1浓度组在试验结束时,AChE活力显著降低(P<0.05).

图 4 Cu2+对锯齿新米虾AChE活力的影响 Fig. 4 Effects of Cu2+ on the AChE activity of N. denticulate
2.2 毒死蜱对锯齿新米虾蛋白质浓度、 MDA含量、 总SOD和AChE活力的影响

锯齿新米虾暴露于不同浓度毒死蜱溶液下,随着时间的延长,肌肉组织蛋白浓度呈下降趋势,且试验第5 d与第1 d相比,各浓度组中蛋白浓度均显著降低(P<0.05),见图 5. 在试验第1 d,随着毒死蜱浓度的增大肌肉组织蛋白浓度呈逐渐降低趋势,而在第2~5 d,毒死蜱浓度与蛋白浓度之间无规律性的变化. 在整个试验阶段,助溶剂对照组中蛋白浓度除第2 d高于空白对照组外,其他时间段均低于空白对照组(P>0.05),高于其它浓度组(P>0.05); 空白对照组中蛋白浓度除第2 d低于助溶剂对照组和低浓度0.0015 μg ·L-1浓度组外,其余时间段均高于助溶剂对照组和其他浓度组.

图 5 毒死蜱对锯齿新米虾蛋白质浓度的影响 Fig. 5 Effects of chlorpyrifos on the protein concentration of N. denticulate

在一定浓度毒死蜱溶液暴露下,锯齿新米虾脂质过氧化程度严重. 表现为在整个试验阶段,浓度组中锯齿新米虾肌肉组织MDA含量均显著高于空白对照组(P<0.05),见图 6. 在试验的第1 d,随着毒死蜱溶液浓度的升高,MDA含量呈不断上升的趋势,助溶剂对照组MDA含量介于空白对照组和浓度组之间. 在试验的第1~5 d,较高浓度0.006 μg ·L-1浓度组中,随着时间的延长,MDA含量呈逐渐上升趋势,而0.012 μg ·L-1浓度组MDA含量则先上升后下降. 较低浓度0.0015 μg ·L-1浓度组MDA含量随时间的延长保持着持续升高的趋势,到第5 d略有下降,而0.003 μg ·L-1浓度组MDA含量在第2 d上升后基本保持着平稳状态. 助溶剂对肌肉组织也产生了一定的损伤作用,整个试验过程中,助溶剂对照组MDA含量高于空白对照组,但小于浓度组,且与空白对照组保持着相同的变化趋势.

图 6 毒死蜱对锯齿新米虾MDA含量的影响 Fig. 6 Effects of chlorpyrifos on the MDA activity of N. denticulate

图 7可知,锯齿新米虾暴露在不同浓度毒死蜱溶液下,肌肉组织总SOD活力在试验开始后的第1~2 d受到抑制,但随着时间的延长,活性逐渐被激活. 助溶剂对照组和浓度组中锯齿新米虾肌肉组织总SOD活力在试验开始后的第1~2 d低于空白对照组(P>0.05),在第3~5 d逐渐有所回升,且在试验的第5 d,空白对照组总SOD活力也有所回升,此时总SOD活力显著高于最高浓度组0.012 μg ·L-1浓度组(P<0.05),但与助溶剂对照组和另外3个浓度组无显著差异(P>0.05).

图 7 毒死蜱对锯齿新米虾总SOD活力的影响 Fig. 7 Effects of chlorpyrifos on the total SOD activity of N. denticulate

图 8反映了锯齿新米虾暴露在不同浓度毒死蜱溶液下肌肉组织AChE活力受到抑制. 所有浓度组在试验结束时与第1 d相比,肌肉组织AChE活力显著降低 (P<0.05),而助溶剂对照组无显著变化. 在试验的第2~5 d,在相同时间下,较低浓度0.0015 μg ·L-1浓度组与溶剂对照组AChE活力无显著差异(P>0.05); ; 另外3个浓度组随着时间的延长,AChE活力逐渐降低,且除0.006 μg ·L-1浓度组在试验的第3 d AChE活力略高于0.003 μg ·L-1浓度组外,AChE活力随浓度的升高逐渐降低.

图 8 毒死蜱对锯齿新米虾AChE活力的影响 Fig. 8 Effects of chlorpyrifos on the AChE activity of N. denticulate

3 讨论 3.1 Cu2+和毒死蜱对锯齿新米虾蛋白质浓度影响

蛋白质作为生物体生命过程中重要结构和功能分子之一,它不仅是构建生物体的重要组成部分,同时也是作为生物体的能源物质,还有一些酶、 激素、 抗体类的蛋白质对机体的生理生化作用起着重要作用[22]. 当生物体受到胁迫时,其体内蛋白浓度会发生相应的变化. 有研究发现,在一定浓度的重金属胁迫下,重金属元素可与生物体蛋白质等高分子物质结合,影响蛋白质的分解与合成[23]. 也有研究指出有机磷农药进入生物体内,也会与机体内蛋白质结合,从而影响着蛋白质含量、 结构与功能[24,25].

本研究中,锯齿新米虾暴露在不同浓度Cu2+和毒死蜱溶液下,随着时间的延长,肌肉组织蛋白浓度均有不同程度的降低,说明在Cu2+和毒死蜱溶液的胁迫下,肌肉组织蛋白质的合成与分解受到了影响. 在Cu2+较低浓度0.086 mg ·L-1浓度组,试验开始后的第3 d,锯齿新米虾肌肉组织蛋白浓度高于空白对照组,即此浓度的Cu2+溶液在此时促进了锯齿新米虾组织细胞合成代谢,促进了蛋白质的合成. 在毒死蜱试验中,助溶剂对照组和较低浓度0.0015 μg ·L-1浓度组在第2 d也有相似的现象. 从试验第1 d到试验结束时,暴露在不同浓度Cu2+和毒死蜱溶液下锯齿新米虾肌肉组织蛋白浓度降低程度不同,可能是因为Cu2+和毒死蜱对锯齿新米虾致毒作用机制不同,从而对机体的致毒效应不同. 而在整个试验过程中,随着时间的延长,Cu2+和毒死蜱溶液中空白对照组的蛋白浓度呈降低趋势,可能是由于试验过程中没有喂食,形成了饥饿胁迫,导致蛋白含量降低. 这与周凡等[26]和武玉珑等[27]分别对莫桑比克草虾和多刺裸腹溞的研究结果一致. 3.2 Cu2+和毒死蜱对锯齿新米虾总SOD活力和MDA含量影响

当环境污染物进入机体后,机体内生物化学改变是毒物引起生物体损伤的最早、 最灵敏的改变,而且生化改变是其他各种水平和层次(器官、 个体和种群等)改变的基础,因而生物化学水平的生物效应可以作为生态毒理学损伤的生物标志物[28]. 抗氧化防御系统各成分和脂质过氧化物作为生化改变的效应成分,对污染物胁迫极其敏感,其活性或含量的变化可以反映机体氧化应激情况,从而对机体损伤情况有一定的指示作用[29]. SOD 是生物体内抗氧化系统中的一种重要的酶,是机体清除超氧自由基(O·-2)的首要物质,生成歧化产物H2 O2再被其他酶(过氧化物酶和过氧化氢酶)分解为H2O和O2,从而减轻毒物对机体的损伤作用,维持机体氧化和抗氧化平衡,其活力的大小间接反映了机体清除O·-2的能力[30,31]. 超氧自由基还能攻击生物膜中的多不饱和脂肪酸,引发脂质过氧化作用,形成脂质过氧化物,如丙二醛(MDA)、 酮基等[32]. 因此笔者通过测定机体中MDA含量的高低可以反映出机体内脂质过氧化损伤的程度[33].

在本研究中,锯齿新米虾暴露在不同浓度Cu2+溶液下,在较低浓度0.086 mg ·L-1和0.172 mg ·L-1浓度组中其肌肉组织总SOD活力基本上均低于空白对照组,说明在此浓度下,产生的O·-2等相对较少,机体受到的损伤相对较弱,总SOD处于抑制状态. 而较高浓度0.344 mg ·L-1和0.172 mg ·L-1浓度组中,在试验开始后的第1 d总SOD活性随自由基的增多而被诱导增加,此时SOD酶保护系统打开,刺激了SOD的合成,是生物对污染物胁迫的适应性反应[34]. 到第2 d,总SOD活力显著降低,机体内积累了过量的O·-2,从而使锯齿新米虾机体受到损伤. 到试验的第3和4 d,总SOD活力均有所回升,可能原因是Cu2+溶液暴露引起体内自由基积累,使得SOD 活性代偿性增强以清除体内产生的过量的O·-2自由基,保护机体免受氧化损伤. 这和文献[35,36]报道的结果相一致. 在毒死蜱溶液暴露下,在试验开始后的第1~2 d,锯齿新米虾肌肉组织总SOD活力受到抑制,但其活力总体较暴露在Cu2+溶液中要高,说明此浓度组下,毒死蜱对锯齿新米虾肌肉组织产生的氧化损伤较Cu2+严重. 到试验的第3 d,一些浓度组中SOD活力高于空白对照组,说明毒死蜱的侵入造成了锯齿新米虾肌肉组织活性氧自由基的增多,启动了机体的应激反应,诱导产生了大量的SOD以清除自由基,陈琳琳等对紫贻贝的研究中也得出相似结论[37].

一些研究指出,Cu2+、 毒死蜱的胁迫会使水生生物脂质过氧化水平提高[38,39]. 本研究中也发现,锯齿新米虾暴露在不同浓度Cu2+和毒死蜱溶液下,肌肉组织内MDA含量变化相似,即都有不同程度的提高. 且在一定浓度范围内,随着Cu2+和毒死蜱浓度增加,MDA含量呈逐渐上升的趋势,说明Cu2+和毒死蜱加快了锯齿新米虾肌肉组织脂质过氧化作用. 这一结果和刘浩明等对缢蛏稚贝的研究结果相一致[40]. 杨涛等[41]研究了菲胁迫对红鳍笛鲷的不同组织MDA含量的影响,虽然胁迫均会使脂质过氧化水平增高,但在相同的胁迫时间下,鳃的脂质过氧化程度要高于肝脏,说明即使是同一污染物对生物体产生的胁迫,不同部位脂质过氧化水平也不一样. 因而锯齿新米虾暴露在不同浓度Cu2+和毒死蜱溶液下,除了本研究中肌肉组织,对其他组织的脂质过氧化水平有待进一步研究. 3.3 Cu2+和毒死蜱对锯齿新米虾AChE活力影响

AChE 是生物神经传导中的的一种关键的神经递质酶,它能水解神经递质乙酰胆碱保证神经信号在机体的正常传导,当AChE 活性受到抑制时,神经递质在神经突触和神经肌肉节点中不能进行正常的水解作用,这样就使神经递质在突触中积累,从而对机体中枢神经系统产生一定的影响[42,43]. AChE较多用于评价水体中有机磷农药和氨基甲酸酯类的毒性,它们的结构与神经递质乙酰胆碱的结构相似,能竞争性地结合AChE 活性位点,从而抑制AChE 活性[44, 45, 46].

有机磷农药的重要作用途径之一是通过抑制AChE 活性使神经递质乙酰胆碱不能降解而大量聚积[47],也有一些报道中指出AChE也可以用于指示重金属离子污染状况研究[48,49]. 本研究中,锯齿新米虾暴露在Cu2+溶液下,浓度组肌肉组织AChE活力低于空白对照组,且在较高浓度下,随着浓度的增加而降低,表明此浓度范围内Cu2+对肌肉组织AChE 活性呈抑制效应,与Cu2+浓度呈剂量-效应关系. 在试验结束时,这种抑制效应达到最高; 在较高浓度组,随着暴露时间的延长,AChE 活性的抑制效应呈升高趋势. 笔者的研究中Cu2+浓度组对锯齿新米虾肌肉组织AChE活性的影响与王晶等[50]和贾秀英等[51]的研究结果基本一致,但在试验的第3~4 d,较低浓度0.086 mg ·L-1 Cu2+对AChE有一定的诱导作用,因而,Cu2+在锯齿新米虾肌肉AChE的诱导或抑制机制还需进一步探讨. 通过以上研究结果,笔者也可以得出:AChE作为Cu2+胁迫锯齿新米虾的生理生化分析时,应同时考虑到胁迫浓度和胁迫时间,从而提高其可靠性.

AChE是有机磷农药常用的作用靶标,已有研究将之用于特异性生物标志物来监测该类有机化合物[52]. 毒死蜱作为一种有机磷农药,其对生物的神经系统具有一定的损伤作用. 本试验中,试验结束时与试验第1 d结束时相比,锯齿新米虾的肌肉组织AChE活性显著受到抑制(P<0.05); 试验第1 d结束后,较低浓度0.0015 μg ·L-1浓度组在时间上的抑制效果不显著,但其他的较高浓度组中AChE活性随着时间的延长而呈降低趋势. 以上说明,毒死蜱对锯齿新米虾肌肉组织的正常生理功能产生了影响,其浓度越高,产生的损伤效果越大,这与在本试验中所观察到的,高浓度的毒死蜱中锯齿新米虾表现出的异常兴奋的状态一致. 一些学者研究了毒死蜱对水生动物不同部位的神经损伤作用,发现毒死蜱对水生动物不同部位组织AChE活力的影响是不同的,这样能更加合理准确地探讨其对水生动物的中枢神经系统的损伤作用,其依据是不同部位组织AChE分布不同,且酶的比活力高低不同[53]. 而本文由于一些实际性问题,如虾体太小等,仅取其肌肉组织作了研究,因而毒死蜱对锯齿新米虾神经中枢更加详尽的损伤作用还应对虾体其他组织部位(脑组织、 肝脏和鳃组织等)进行更加精细的研究.

4 结论

(1)锯齿新米虾暴露在不同浓度Cu2+和毒死蜱溶液下,随着时间的延长,肌肉组织蛋白浓度均有不同程度的降低. 饥饿胁迫,也导致蛋白含量有所降低.

(2)Cu2+溶液较低浓度组和毒死蜱较高浓度组中,总SOD活性表现抑制效应; Cu2+溶液较高浓度组表现为“抑制-诱导-抑制”的变化趋势,而毒死蜱较低浓度组表现为“抑制-诱导”的变化趋势. 两种污染物溶液中MDA含量变化相似,且在一定浓度范围内,随着Cu2+和毒死蜱浓度增加,MDA含量呈逐渐上升的趋势,说明Cu2+和毒死蜱加快了锯齿新米虾肌肉组织脂质过氧化作用.

(3)AChE活性在Cu2+和毒死蜱溶液中表现为抑制效应,且在Cu2+和毒死蜱溶液的较高浓度组中,其活性随浓度的增加而呈逐渐降低的趋势,说明Cu2+和毒死蜱对锯齿新米虾肌肉组织的正常生理功能产生了影响,其浓度越高,产生的损伤效果越大. 因而,对这两种污染物的含量应该加强监控.

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