溫度與重金屬（Ｃｄ）復合污染對黑鯛ＳＯＤ和ＣＡＴ的影響

謝漢陽　沈盎綠

【摘要】采用半靜態(tài)實驗方法，設(shè)置不同溫度和Cd2+濃度對黑鯛進行96h急性試驗，測定其肝臟內(nèi)SOD和CAT活性的變化。試驗結(jié)果表明，單一溫度試驗組SOD活性隨溫度升高表現(xiàn)為先上升再下降再回升的趨勢，26℃處SOD活性最高；CAT活性隨溫度升高表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢，29℃處達到最大值；0.5mg/L Cd2+濃度組SOD和CAT活性隨溫度上升都表現(xiàn)為先上升再下降的趨勢，最高值出現(xiàn)在26℃處；5.0 mg/L Cd2+濃度組SOD活性值隨溫度升高表現(xiàn)為先上升再下降再回升的趨勢，最高值出現(xiàn)在26℃處，CAT活性隨溫度升高表現(xiàn)為先上升再下降的趨勢，在26℃達到最高值。

【關(guān)鍵詞】溫度；重金屬(Cd2+)；黑鯛；超氧化物歧化酶(SOD)；過氧化氫酶(CAT)

隨著廢水排放量的增加，我國水域環(huán)境污染日趨嚴重，這給水生生物的生存環(huán)境造成了嚴重的影響。超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，簡稱SOD)和超氧化氫酶(Catalase，簡稱CAT)是水生生物抗氧化酶系統(tǒng)的重要組成成分，抗氧化防御系統(tǒng)的一個重要特征是其活性可由于污染的脅迫而發(fā)生改變，因而，可間接反映環(huán)境中氧化污染的存在，可作為環(huán)境污染脅迫的指標[1-8]。鎘(Cd)是水體重金屬污染的主要元素之一，溫度是水環(huán)境污染的四大因子之一，對這兩種因子的研究已有不少報道，如賈秀英等研究了鎘對鯽魚（Carassias Auratus）轉(zhuǎn)胺酶和抗氧化還原酶的影響[9-10]，趙元鳳等研究了鎘污染對鰱魚SOD和CAT活性的影響[11]，李希國等研究了溫度對對黃鰭鯛（Sparus latus）主要消化酶活性的影響[12]等等，這些研究主要偏重于單一的重金屬或者溫度因子對水生生物的影響，而實際環(huán)境中往往是多種污染因子共存，為此本文選取了黑鯛(Sparus macrocephalus)為材料，研究了不同濃度的Cd和溫度復合污染對黑鯛肝臟組織內(nèi)SOD、CAT活性的影響，探討以SOD、CAT活性變化作為污染生化指標的可能性，并為抗氧化防御系統(tǒng)的毒理學研究提供基礎(chǔ)資料。

1.材料和方法

1.1 儀器與試劑

7230G可見分光光度計（上海精密科儀有限公司）；微量移液器(Finnpipette);

電熱數(shù)字顯示恒溫水浴鍋（上海浦東躍欣科學儀器廠）；TGLl6G型臺式高速離心機(上海安亭科學儀器廠)等。CdCl2（A.R）為上?；瘜W試劑廠生產(chǎn)。配制成濃度為1000mg/L的母液，再據(jù)需要稀釋成各濃度。CAT試劑盒購于南京建成生物工程研究所。

1.2 材料

受試魚類：黑鯛取自象山港人工育苗廠，平均體長8.23±0.14cm，平均全長10.04±0.11cm，平均體重14.83±0.80g，試驗前暫養(yǎng)48小時以上，選擇正常、健康、活力強，大小均勻的個體投入試驗。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計

采用半靜態(tài)試驗方式，選用體積為35×50×70cm的水槽，每個水槽放海水40L，水溫由導電溫控裝置控制，控制精度為±0.2℃。試驗過程中連續(xù)沖氧，按照各組試驗濃度每天更換1/3試驗溶液。每一組投放10尾黑鯛，試驗過程中不投餌。共分為三個試驗方式：在空白海水中、在0.5mg/LCd2+溶液中及在5.0mg/L Cd2+溶液中設(shè)定不同溫度，梯度設(shè)定如表1所示。

各試驗組設(shè)平行樣一個，對黑鯛進行96h實驗，在96h后在每組分別取4尾魚，取出肝臟分別測定其SOD和CAT的活性。

1.3.2 酶活性的測定

SOD采用黃嘌呤氧化酶法測定，其活性單位定義為：每毫克組織蛋白在1ml反應(yīng)液中SOD抑制率達50％時所對應(yīng)的SOD量為—個單位。CAT采用可見光法測定，其活性單位定義為：每毫克組織蛋白每秒鐘分解1μmol的H2O2的量為一個活力單位。

1.4 試驗條件

試驗用海水取自象山港海區(qū)過濾水，鹽度為23.5-25.0，pH為8.05-8.20，溶解氧在8.0mg/L以上。白天8:00,10:00,15:00和17:00的平均光照強度分別是680lx,1250lx,320lx和180lx。

1.5 試驗地點和時間

試驗地點選擇浙江省象山港海區(qū)，試驗時間為2005年9月。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

實驗結(jié)果使用SPSS統(tǒng)計軟件和單邊DUNCAN法對各組數(shù)據(jù)進行差異性顯著分析．不同處理因子與SOD和CAT活性關(guān)系利用EXEL軟件進行分析。

2.結(jié)果

如圖1所示，空白海水組試驗96h后，黑鯛肝臟的SOD活性變化趨勢是先上升，在26℃處達到最高值，隨后開始下降，直到29℃處降到最低值，而后又有小幅回升直到32℃。通過對各處理組中黑鯛SOD活性大小進行DUNCAN方差分析，差異性結(jié)果如表2中所示，26℃處的SOD活性明顯受到誘導作用；0.5mg/L Cd2+溶液組試驗96h后，黑鯛的肝臟中的SOD活性變化趨勢是先略為上升,在26℃處達到最高值，隨后開始下降，32℃處降到最低值。DUNCAN分析結(jié)果如表2所示，各組間差異不顯著；溫度與5.0 mg/L Cd2+處理96h后，黑鯛的肝臟中的SOD活性變化趨勢是先上升，在26℃處達到最高值，隨后開始下降到29℃，之后再回升。DUNCAN分析結(jié)果如表2所示，26℃處的SOD活性受到顯著誘導作用。

由圖2分析可知，空白海水試驗96h后，黑鯛肝臟的CAT活性變化趨勢是先上升后下降，在29℃處達到最高值，隨后的32℃組的CAT活性迅速下降。由表2中的DUNCAN分析結(jié)果可知，29℃處CAT活性受到顯著誘導；0.5mg/LCd2+溶液中試驗96h后，黑鯛的肝臟中的CAT活性變化趨勢是先上升,在26℃處達到最高值，隨后開始下降，32℃處降到最低值。DUNCAN分析結(jié)果如表2所示，26℃處CAT活性明顯受到誘導；5.0mg/L Cd2+溶液試驗96h后，黑鯛的肝臟中的CAT活性變化趨勢也是先上升，在26℃處達到最高值，隨后開始下降直到32℃處降到最低。DUNCAN分析結(jié)果如表2所示，26℃處CAT的活性明顯受到誘導作用。

3.討論

3.1 抗氧化防御系統(tǒng)與Cd2+毒性機理

抗氧化防御系統(tǒng)是需氧生物體內(nèi)重要的活性氧清除系統(tǒng)，主要包括酶性清除劑抗氧化酶，如SOD、CAT、GPx等，以及小分子抗氧化劑，如GSH、維生素c、維生素E等。在正常生理條件下，動物體內(nèi)代謝產(chǎn)生的活性氧可被抗氧化防御系統(tǒng)有效清除。但當機體暴露于可產(chǎn)生氧化還原污染的污染物時，若活性氧的產(chǎn)生速度超出了機體抗氧化防御系統(tǒng)的清除能力，就會對機體造成氧化脅迫，從而引發(fā)一系列毒性效應(yīng)，如脂質(zhì)過氧化、DNA損傷、酶失活、甚至細胞死亡或癌變。早有研究報道，生物體內(nèi)抗氧化成分會因污染脅迫的存在而改變[3]。

大量實驗研究表明，動物的重金屬中毒效應(yīng)主要體現(xiàn)在自由基介導的氧化損傷。一方面，鎘通過多種途徑在體內(nèi)誘發(fā)產(chǎn)生大量的自由基代謝物、活性氧。另一方面，鎘也可以作用于細胞的抗氧化酶系統(tǒng)，降低細胞對氧自由基的清除能力。通過兩方面的作用使體內(nèi)產(chǎn)生大量氧自由基。而自由基及其反應(yīng)產(chǎn)物往往可以通過奪氫、氧化巰基、破壞碳鏈等反應(yīng)而使包括DNA在內(nèi)的各種生物大分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變，進而導致各種病變，也可使不飽和脂肪酸過氧化，分解成丙二醛等物質(zhì)，使生物大分子之間發(fā)生交聯(lián)，聚合成異常的大分子，進而造成膜損傷，或降低膜的流動性，從而影響膜上或膜周圍的對細胞增殖或凋亡有重要調(diào)節(jié)作用的酶。細胞內(nèi)的CAT主要存在于過氧化物體內(nèi)，在外源因子脅迫下細胞膜受到損傷，膜透性增加，從而導致CAT活性下降，與此同時，細胞內(nèi)H202的水平保持穩(wěn)定或增加。當外源因子脅迫程度較輕時，反而會使CAT活性增高，這可能是動物體內(nèi)細胞防止活性氧傷害的一種保護反應(yīng)。CAT是一種含F(xiàn)e的金屬酶，主要作用是催化H202分解成H20與O2- [3]。

3.2結(jié)果討論

如圖1中所示，各組黑鯛SOD活性變化規(guī)律性一般，但總體上看三條曲線，可以看出升溫和Cd2+污染對黑鯛SOD活性變化有協(xié)同作用，復合處理后其活性水平明顯比單一升溫處理組要高，說明升溫和Cd2+污染彼此加強了對黑鯛的SOD活性影響，毒理興奮效應(yīng)有所增強。

由圖2可知，各組黑鯛CAT活性變化規(guī)律性比較強，三條曲線中黑鯛CAT活性都是隨溫度的升高先上升后下降的趨勢，表明黑鯛在受到外界升溫刺激后，體內(nèi)活性氧自由基增多，從而誘導CAT等酶的水平升高，來消除自由基；在溫度繼續(xù)升高時，超過了黑鯛機體的自我調(diào)節(jié)能力，從而破壞了抗氧化還原系統(tǒng)，抑制了CAT的活性，導致其活性值下降。對比三條曲線可得各處理組CAT平均值大小為：0.5mg/L Cd2組>5.0 mg/L Cd2組>空白海水組，這是由于Cd2+污染與升溫處理相互協(xié)同作用，使其毒性增強誘導CAT水平升高所致；而0.5mg/L Cd2處理組>5.0mg/L Cd2處理組，又說明相同條件下，低濃度復合處理比高濃度復合處理對CAT的誘導程度更大。

由圖1和2分析討論的結(jié)果可得：升溫與Cd2+污染復合處理對黑鯛肝臟SOD和CAT活性的毒性刺激，相比單一升溫處理有所增強；SOD與CAT靈敏的反應(yīng)出環(huán)境的變化情況，可用其作為氧化脅迫的生物生理指標，用來檢測評估環(huán)境污染的狀況。

參考文獻

[1]徐立紅，張甬元，陳宜瑜．分子生態(tài)毒理學研究進展及其在水環(huán)境保護中的意義[J].水生生物學報，1995，9(2)：171-185．

[2]Rainbow P S．海洋生物對重金屬的積累及意義[J].海洋環(huán)境科學，1992，11(1)：44-51

[3]方允中，李文杰．自由基與酶基礎(chǔ)理論及其在生物學和醫(yī)學上的應(yīng)用[M].北京，科學出版社，1989.

129-146

[4]郝志明，吳燕燕，李來好.羅非魚內(nèi)臟中酶的篩選[J].南方水產(chǎn)，2006，2(2)：38-42．

[5]李永祺，丁美麗。海洋污染生物學[M].北京：海洋出版社，1991，277－305．

[6]周永欣，章宗涉．水生生物毒性試驗方法論[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社．1989．

[7]王曉偉，李純厚，沈南南.石油污染對海洋生物的影響[J].南方水產(chǎn)，2006，2(2)：76-80．

基金項目：農(nóng)業(yè)部海洋與河口漁業(yè)重點開放實驗室開放基金資助（開－1－04－05）。

作者簡介：謝漢陽，男，浙江象山人，在職研究生，主要從事漁業(yè)水域環(huán)境評價與保護研究。