重金屬鋅對錦鯉組織氧化損傷的作用

鄭桂紅等

摘要：為研究重金屬鋅脅迫條件下錦鯉組織內發生的氧化損傷作用，采用靜水生物養殖法，進行6 d的亞急性毒性試驗。把80尾錦鯉隨機分為4組，每組20尾，分別用11.625、23.250、46.500 mg/L鋅對錦鯉處理96 h，6 d后分別測定錦鯉肌肉、肝胰臟、鰓中蛋白質和丙二醛（MDA）含量以及超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和谷胱甘肽-S-轉移酶（GST）的活性。結果表明：隨著鋅濃度的升高，肌肉、肝胰臟和鰓中的蛋白質含量增加；中低濃度的鋅溶液能激活SOD活性，而高濃度則會抑制 SOD活性（P<0.05）；MDA含量隨著鋅溶液濃度的升高而增加（P<0.01）；GSH-Px、GST的活性隨著鋅溶液濃度的升高而減弱（P<0.05）。不同濃度的鋅的亞急性毒性對錦鯉肌肉、肝胰臟、鰓氧化損傷作用，能夠為預防和治理鋅對錦鯉養殖和淡水漁業水環境的污染提供一定的理論參考。

關鍵詞：重金屬鋅；錦鯉；氧化損傷

中圖分類號： S943.116.6 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0187-03

鋅是動物機體必需的微量元素，在動物正常生長發育和生理代謝過程中發揮著重要作用，但其過量時會對動物的正常生長造成傷害。隨著重金屬鋅及其化合物在工業、農業和畜牧業中的廣泛應用，重金屬鋅在水體中的污染程度也日益加劇，重金屬鋅對水生生物的影響受到國內外學者的普遍關注。水生生物因生存在水環境中，對水環境的變化十分敏感，研究表明，鋅對水生生物產生的毒害作用遠大于對人體產生的毒害性，輕度的鋅污染可通過生物鏈的逐級富集增強其對人類健康的危害程度[1-2]。水環境中的Zn2+具有非常強的擴散性，因其不能由正常的水處理方法來解離而加重了污染程度。鋅污染嚴重影響水環境的生態平衡，威脅水生生物的生存。作為高等水生生物，魚類也深受水體中重金屬的脅迫，并且由于其吸食與重金屬污染水體直接接觸的餌料、通過鰓呼吸、魚體皮膚直接接觸被污染重金屬的水而加重重金屬在體內的積累，最終通過代謝活動等途徑而導致魚體組織器官發生病變而出現中毒[3]。

超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）、谷胱甘肽-S-轉移酶（GST）是反映污染物對細胞組織損傷的敏感性生化指標。它們能從分子水平上反映重金屬對魚體組織產生的氧化損傷作用。許多學者作了大量關于重金屬鋅對水生生物的影響的研究，例如，楊麗華等發現，低濃度鋅的急性毒性能提高鯽魚的肝胰臟和鰓的SOD活性，高濃度鋅的急性毒性則會抑制其活性，其抑制效應具有時間和濃度依賴性[4]。劉慧等發現，低濃度的鋅暴露可抑制鯽魚組織SOD、CAT和GSH-Px的活性，鋅在低濃度時激活、高濃度時抑制GST的活性[5]。盧斌等研究發現，低濃度鋅的亞急性毒性可以增加白氏文昌魚組織的MDA含量[6]。沙保勇等發現，不同濃度納米氧化鋅可刺激大鼠肝臟細胞活性氧（ROS）的產生，促使細胞谷胱甘肽（GSH）含量減少，其原因在于鋅先誘導細胞氧化應激，后誘導細胞凋亡[7]。這些試驗為重金屬鋅的毒理學研究提供了豐富的資料，但關于鋅的亞急性毒性對魚類影響的研究尚不多見。為了研究水中Zn2+亞急性毒性對組織氧化損傷的作用，在Zn2+對錦鯉96 h LC50為93 mg/L[8]的基礎上，選用鯉科鯉屬的培育品種錦鯉為試驗動物，研究不同濃度Zn2+的亞急性毒性對錦鯉組織抗氧化酶的影響，以期為預防和治理錦鯉的養殖水環境的重金屬污染和淡水漁業重金屬污染提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗所用的紅白錦鯉購自徐州佳順錦鯉養殖基地，體長5～7 cm，體重4～7 g/尾。采用靜水生物養殖法在室內水族箱內進行為期1周的預試驗，錦鯉暫養期間活動正常，無病，死亡率低于5%。試驗用水為曝氣3 d的自來水，每組20 L，24 h不間斷充氧，溶氧量為6 mg/L，pH值6.8，水溫（23±1）℃，試驗前24 h停止飼喂。選擇品相較好、活潑健康的紅白錦鯉80尾，隨機分成4組，3個處理組中ZnSO4·7H2O濃度分別為11625、23.250、46.500 mg/L。試驗期間不飼喂、不換水。亞急性毒性6 d后隨機抽取6尾錦鯉，剖取其肌肉、肝胰臟、鰓，用冰的生理鹽水組織勻漿，以3 000 r/min離心10 min 制備組織上清液，測定生化指標。

1.2 試驗方法

使用生化指標試劑盒（南京建成生物研究所）和 UV-722 型紫外可見分光光度計測定各項生化指標——蛋白質含量（考馬斯亮藍法）、丙二醛含量（TBA法）、超氧化物歧化酶活性（羥胺法）、谷胱甘肽過氧化物酶活性（比色法）、谷胱甘肽-S-轉移酶活性（比色法）。

1.3 試驗數據處理

試驗數據統計分析使用軟件SPSS 19.0求平均值，標準差和t檢驗。

2 結果與分析

2.1 重金屬鋅的亞急性毒性對錦鯉組織中蛋白質含量的影響

由圖1可知，在錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中的蛋白質含量均隨著鋅溶液濃度的升高而遞增。與對照相比，11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中蛋白質含量分別增加 2.23%、14.81%、34.59%，鋅溶液濃度增加到23.250 mg/L時，與對照組差異顯著（P<0.05）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉肝胰臟中蛋白質含量分別增加784%、869%、13.47%（P<0.05）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中蛋白質含量分別增加4503%、62.70%、95.19%（P<0.01）。

2.2 重金屬鋅的亞急性毒性對錦鯉組織中SOD活性的影響

由圖2可知，在錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中，SOD活性均隨著鋅濃度的升高先增強后減弱。與對照組相比，11625、23.250 mg/L組的錦鯉肌肉中SOD活性分別增強1752%、269.54%，46.500 mg/L組則減弱40.98%（P<005）；11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中SOD活性分別增強1.17%、49.65%、22.50%（P<0.05）；11.625、23250、46.500 mg/L組的錦鯉鰓中SOD活性分別增強2119%、150.72%、101.56%。

2.3 重金屬鋅的亞急性毒性對錦鯉組織中MDA含量的影響

由圖3可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中的MDA含量均隨著鋅濃度的升高而遞增。與對照組相比，11625、23250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中MDA含量分別增加9305%、364.39%、400.76%（P<0.01）；11.625、23250、46.500 mg/L 組的錦鯉肝胰臟中MDA含量分別增加6981%、115.62%、441.97%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉鰓中MDA含量分別增加5.52%、27678%、236.69%（P<0.01）。

2.4 重金屬鋅的急性毒性對錦鯉組織中GSH-Px活性的影響

由圖4可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中GSH-Px活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對照組相比，11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中GSH-PX活性分別減弱17.26%、36.16%、53.22%，且11.625 mg/L組即與對照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中GSH-Px活性分別減弱3.85%、13.01%、41.27%，46.500 mg/L 組與對照組差異極顯著（P<0.01），其余2組與對照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GSH-Px活性分別減弱1483%、28.38%、36.02%，且11.625組即與對照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對照組差異極顯著（P<0.01）。

2.5 重金屬鋅的急性毒性對錦鯉組織中GST活性的影響

由圖5可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中，GST活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對照組相比，11.625、23250、46.500 mg/L組的肌肉中GST活性分別減弱3064%、57.56%、87.21%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中的GST活性分別減弱2931%、64.40%、73.45%（P<0.01）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GST活性分別減弱19.92%、4793%、7523%，且11.625 mg/L組與對照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對照組差異極顯著（P<0.01）。

3 結論與討論

SOD、GSH-Px、GST等抗氧化酶是氧化應激的重要指標，也是監測環境污染的生物標志物[9-10]，鋅的亞急性毒性作用能誘導錦鯉組織的氧化應激，使錦鯉組織的抗氧化酶系統發生變化，最終導致錦鯉組織的氧化損傷。有研究發現，當鋅濃度從11.625 mg/L上升至46.500 mg/L時，錦鯉組織中SOD活性先升高后降低，這與孔強等關于重金屬銅、鎘、鉻的聯合對孔雀魚肝臟抗氧化酶影響的研究結果一致，其原因可能是低濃度的鋅能促進組織內SOD合成增多，以消除自由基，保護錦鯉組織細胞免受損傷；高濃度的鋅使得SOD某些基團失活、組織中SOD的活性減弱[11-13]，同時由于SOD的失活，錦鯉細胞膜受重金屬誘導產生過多的自由基而攻擊細胞膜膜脂中的不飽和脂肪酸，從而破壞細胞膜的完整性，擾亂細胞功能，進而引起DNA、蛋白質等的損傷和產生過多的脂質過氧化產物MDA。錦鯉組織內的MDA含量隨著鋅濃度的升高而增加。由于錦鯉組織內自由基以及脂質過氧化物的產生，錦鯉組織內GSH-Px以及GST的活性隨著鋅濃度的升高而減弱，可能是清除體內因鋅濃度升高而產生過多的自由基和過氧化脂質所致，這與劉慧等發現的“低劑量的鋅離子暴露抑制GSH-Px活性、且GSH-Px活性抑制與暴露濃度之間存在負相關”結果[5]相一致，而與孔強等研究發現的“GSH-Px 活性隨著重金屬濃度的升高先升高后降低”的結果[13]不一致，其具體的機理還有待于進一步研究。重金屬鋅誘導錦鯉組織抗氧化酶的變化及其產生的氧化損傷，對了解水環境的重金屬污染以及水環境污染的預防和治理具有一定的意義。

參考文獻：

[1]Hansen B H，Rmma S，Garmo A，et al. Induction and activity of oxidative stress-related proteins during waterborne Cd/Zn-exposure in brown trout（Salmo trutta）[J]. Chemosphere，2007，67（11）： 2241-2249.

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[6]盧 斌，柯才煥，王文雄. 低濃度鎘、鋅暴露對白氏文昌魚的毒性累積及其幾種重要酶活性的影響[J]. 廈門大學學報：自然科學版，2012，51（4）：767-773.

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[13]孔 強，趙 巖，付榮恕. 3種重金屬聯合對孔雀魚肝臟抗氧化酶系統的影響[J]. 供水技術，2010，4（6）：10-13.

2.3 重金屬鋅的亞急性毒性對錦鯉組織中MDA含量的影響

由圖3可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中的MDA含量均隨著鋅濃度的升高而遞增。與對照組相比，11625、23250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中MDA含量分別增加9305%、364.39%、400.76%（P<0.01）；11.625、23250、46.500 mg/L 組的錦鯉肝胰臟中MDA含量分別增加6981%、115.62%、441.97%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉鰓中MDA含量分別增加5.52%、27678%、236.69%（P<0.01）。

2.4 重金屬鋅的急性毒性對錦鯉組織中GSH-Px活性的影響

由圖4可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中GSH-Px活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對照組相比，11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中GSH-PX活性分別減弱17.26%、36.16%、53.22%，且11.625 mg/L組即與對照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中GSH-Px活性分別減弱3.85%、13.01%、41.27%，46.500 mg/L 組與對照組差異極顯著（P<0.01），其余2組與對照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GSH-Px活性分別減弱1483%、28.38%、36.02%，且11.625組即與對照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對照組差異極顯著（P<0.01）。

2.5 重金屬鋅的急性毒性對錦鯉組織中GST活性的影響

由圖5可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中，GST活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對照組相比，11.625、23250、46.500 mg/L組的肌肉中GST活性分別減弱3064%、57.56%、87.21%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中的GST活性分別減弱2931%、64.40%、73.45%（P<0.01）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GST活性分別減弱19.92%、4793%、7523%，且11.625 mg/L組與對照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對照組差異極顯著（P<0.01）。

3 結論與討論

SOD、GSH-Px、GST等抗氧化酶是氧化應激的重要指標，也是監測環境污染的生物標志物[9-10]，鋅的亞急性毒性作用能誘導錦鯉組織的氧化應激，使錦鯉組織的抗氧化酶系統發生變化，最終導致錦鯉組織的氧化損傷。有研究發現，當鋅濃度從11.625 mg/L上升至46.500 mg/L時，錦鯉組織中SOD活性先升高后降低，這與孔強等關于重金屬銅、鎘、鉻的聯合對孔雀魚肝臟抗氧化酶影響的研究結果一致，其原因可能是低濃度的鋅能促進組織內SOD合成增多，以消除自由基，保護錦鯉組織細胞免受損傷；高濃度的鋅使得SOD某些基團失活、組織中SOD的活性減弱[11-13]，同時由于SOD的失活，錦鯉細胞膜受重金屬誘導產生過多的自由基而攻擊細胞膜膜脂中的不飽和脂肪酸，從而破壞細胞膜的完整性，擾亂細胞功能，進而引起DNA、蛋白質等的損傷和產生過多的脂質過氧化產物MDA。錦鯉組織內的MDA含量隨著鋅濃度的升高而增加。由于錦鯉組織內自由基以及脂質過氧化物的產生，錦鯉組織內GSH-Px以及GST的活性隨著鋅濃度的升高而減弱，可能是清除體內因鋅濃度升高而產生過多的自由基和過氧化脂質所致，這與劉慧等發現的“低劑量的鋅離子暴露抑制GSH-Px活性、且GSH-Px活性抑制與暴露濃度之間存在負相關”結果[5]相一致，而與孔強等研究發現的“GSH-Px 活性隨著重金屬濃度的升高先升高后降低”的結果[13]不一致，其具體的機理還有待于進一步研究。重金屬鋅誘導錦鯉組織抗氧化酶的變化及其產生的氧化損傷，對了解水環境的重金屬污染以及水環境污染的預防和治理具有一定的意義。

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[12]Choi C Y，An K W，Nelson E R，et al. Cadmium affects the expression of metallothionein（MT） and glutathione peroxidase（GPX） mRNA in goldfish，Carassius auratus[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Toxicology & Pharmacology，2007，145（4）： 595-600.

[13]孔 強，趙 巖，付榮恕. 3種重金屬聯合對孔雀魚肝臟抗氧化酶系統的影響[J]. 供水技術，2010，4（6）：10-13.

2.3 重金屬鋅的亞急性毒性對錦鯉組織中MDA含量的影響

由圖3可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中的MDA含量均隨著鋅濃度的升高而遞增。與對照組相比，11625、23250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中MDA含量分別增加9305%、364.39%、400.76%（P<0.01）；11.625、23250、46.500 mg/L 組的錦鯉肝胰臟中MDA含量分別增加6981%、115.62%、441.97%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉鰓中MDA含量分別增加5.52%、27678%、236.69%（P<0.01）。

2.4 重金屬鋅的急性毒性對錦鯉組織中GSH-Px活性的影響

由圖4可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中GSH-Px活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對照組相比，11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肌肉中GSH-PX活性分別減弱17.26%、36.16%、53.22%，且11.625 mg/L組即與對照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中GSH-Px活性分別減弱3.85%、13.01%、41.27%，46.500 mg/L 組與對照組差異極顯著（P<0.01），其余2組與對照組差異顯著（P<0.05）。11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GSH-Px活性分別減弱1483%、28.38%、36.02%，且11.625組即與對照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對照組差異極顯著（P<0.01）。

2.5 重金屬鋅的急性毒性對錦鯉組織中GST活性的影響

由圖5可知，錦鯉肌肉、肝胰臟以及鰓組織中，GST活性均隨著鋅濃度的升高而遞減。與對照組相比，11.625、23250、46.500 mg/L組的肌肉中GST活性分別減弱3064%、57.56%、87.21%（P<0.01）；11.625、23.250、46500 mg/L組的錦鯉肝胰臟中的GST活性分別減弱2931%、64.40%、73.45%（P<0.01）；11.625、23.250、46.500 mg/L 組的錦鯉鰓中GST活性分別減弱19.92%、4793%、7523%，且11.625 mg/L組與對照組差異顯著（P<0.05），其余2組與對照組差異極顯著（P<0.01）。

3 結論與討論

SOD、GSH-Px、GST等抗氧化酶是氧化應激的重要指標，也是監測環境污染的生物標志物[9-10]，鋅的亞急性毒性作用能誘導錦鯉組織的氧化應激，使錦鯉組織的抗氧化酶系統發生變化，最終導致錦鯉組織的氧化損傷。有研究發現，當鋅濃度從11.625 mg/L上升至46.500 mg/L時，錦鯉組織中SOD活性先升高后降低，這與孔強等關于重金屬銅、鎘、鉻的聯合對孔雀魚肝臟抗氧化酶影響的研究結果一致，其原因可能是低濃度的鋅能促進組織內SOD合成增多，以消除自由基，保護錦鯉組織細胞免受損傷；高濃度的鋅使得SOD某些基團失活、組織中SOD的活性減弱[11-13]，同時由于SOD的失活，錦鯉細胞膜受重金屬誘導產生過多的自由基而攻擊細胞膜膜脂中的不飽和脂肪酸，從而破壞細胞膜的完整性，擾亂細胞功能，進而引起DNA、蛋白質等的損傷和產生過多的脂質過氧化產物MDA。錦鯉組織內的MDA含量隨著鋅濃度的升高而增加。由于錦鯉組織內自由基以及脂質過氧化物的產生，錦鯉組織內GSH-Px以及GST的活性隨著鋅濃度的升高而減弱，可能是清除體內因鋅濃度升高而產生過多的自由基和過氧化脂質所致，這與劉慧等發現的“低劑量的鋅離子暴露抑制GSH-Px活性、且GSH-Px活性抑制與暴露濃度之間存在負相關”結果[5]相一致，而與孔強等研究發現的“GSH-Px 活性隨著重金屬濃度的升高先升高后降低”的結果[13]不一致，其具體的機理還有待于進一步研究。重金屬鋅誘導錦鯉組織抗氧化酶的變化及其產生的氧化損傷，對了解水環境的重金屬污染以及水環境污染的預防和治理具有一定的意義。

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