镉暴露致黑斑蛙精巢氧化损伤与DNA损伤
重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒性作用
第38卷㊀第6期2020年6月环㊀境㊀工㊀程Environmental EngineeringVol.38㊀No.6Jun.㊀2020重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒性作用黄㊀涛2,3,4㊀刘菊梅1㊀彭㊀琴2㊀喻㊀秋4㊀昝晓慧4㊀王志勇4㊀曹优明1㊀司万童1∗㊀陈辉霞2,3∗(1.重庆文理学院化学与环境工程学院环境材料与修复技术重庆市重点实验室,重庆402160;2.中国科学院绿色过程与工程重点实验室,北京100190;3.中国科学院过程工程研究所湿法冶金清洁生产技术国家工程实验室,北京100190;4.内蒙古科技大学生命科学与技术学院,内蒙古包头014010)摘要:以花背蟾蜍为研究对象,以包头市某尾矿库南侧受污染的水域湿地和相对无污染的小白河黄河湿地保护区为研究样地㊂对比分析雄性花背蟾蜍形态学指标㊁精巢脏器系数㊁精子动态参数㊁精子畸形率㊁性激素㊁红细胞微核率和DNA 损伤等相关指标,研究重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒性效应㊂结果显示:与小白河湿地相比,尾矿库湿地花背蟾蜍条件因子和精巢脏器系数显著高于小白河湿地(P <0.01)㊂尾矿库花背蟾蜍精子的鞭打频率显著升高,而精子活力显著降低(P <0.05),精子畸形率㊁红细胞微核率和DNA 损伤均显著高于小白河湿地(P <0.05)㊂结果表明:尾矿库复合污染通过降低精子质量,增加红细胞微核率和DNA 损伤对花背蟾蜍的雄性性腺造成毒理学影响,花背蟾蜍通过升高条件因子和精巢脏器系数来缓解复合污染的毒性胁迫㊂该成果对重金属复合污染场地两栖类动物种群保护以及生态平衡维护有着积极作用㊂关键词:复合污染;条件因子;精子质量;微核率;DNA 损伤DOI:10.13205/j.hjgc.202006006㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2020-04-02基金项目:国家重点研发计划(2018YFC1802200);重庆市自然科学基金(CSCC2019hcyj-msxmX0808);重庆文理学院人才引进专项基金(R2018SCH03);国家自然科学基金(31460142)㊂第一作者:黄涛(1992-),男,硕士,助理工程师,主要从事水污染生物监测研究㊂niklou50509@ ∗通信作者:司万童(1986-),男,博士,副教授,主要从事水污染生物监测研究㊂siwt03@陈辉霞(1984-),女,博士,助理研究员,主要从事土壤和地下水重金属污染修复研究㊂hxchen@TOXIC EFFECTS OF HEAVY METALS CONTAMINATED SITE ON MALEGONAD OF BUFO RADDEIHUANG Tao 2,3,4,LIU Ju-mei 1,PENG Qin 2,YU Qiu 4,ZAN Xiao-hui 4,WANG Zhi-yong 4,CAO You-ming 1,SI Wan-tong 1∗,CHEN Hui-xia 2,3∗(1.Chongqing Key Laboratory of Environmental Materials &Remediation Technologies,College of Chemistry and EnvironmentalEngineering,Chongqing University of Arts and Sciences,Chongqing 402160,China;2.CAS Key Laboratory of Green Process andEngineering,Institute of Process Engineering,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China;3.National EngineeringLaboratory for Hydrometallurgical Cleaner Production Technology,Institute of Process Engineering,Chinese Academy ofSciences,Beijing 100190,China;4.School of Life Science and Technology,Inner Mongolia University of Science &Technology,Baotou 014010,China)Abstract :In this study,Bufo Raddei was taken as the research object,and the polluted water wetland and the relativelypollution-free Yellow River Wetland Reserve on the south side of the tailing wetland in Baotou,were taken as the researchsites.Through analysis of morphological indexes,testis organ coefficient,sperm dynamic parameters,sperm deformity rate,sex hormone,micro-nucleus rate,and DNA damage of different male B.raddei ,the toxic effect of compound pollution of tailing wetland on male gonads of B.raddei was studied.The results showed that the condition factor (CF)and the testisorgan coefficient of B.raddei in tailing wetland was significantly higher than that in Xiaobaihe wetland (P <0.01).In环㊀境㊀工㊀程第38卷addition,the whipping frequency of sperms in the tailing wetland was significantly improved,while the sperm motility was significantly decreased(P<0.05).The sperm deformity rate,erythrocyte micro-nucleus,and DNA damage were obviously higher than that in the Xiaobaihe wetland(P<0.05).The results showed that the compound pollution of tailing wetland resulted in decrease of the sperm quality and increase of the micro-nucleus rate and DNA damage,which influenced the toxicological effect of male gonads.The toxic stress of compound pollution was eased by increasing the condition factor and the coefficient of spermatozoa.The above results had positive effect on the population protection,and ecological balance maintenance of amphibians in the compound pollution site of heavy metals.Keywords:compound pollution;condition factor;sperm quality;micronucleus rate;DNA damage0㊀引㊀言随着工农业㊁城市化不断发展以及国家产业的调整,土壤重金属污染现象非常严重,出现了各类重金属复合污染场地,对当地的生态环境造成了严重威胁[1]㊂内蒙古包头市某尾矿库始建于20世纪60年代,含有各类重金属元素㊁稀土元素及选矿残留的酸性离子,属于典型的重金属复合污染场地㊂大量的重金属复合污染物随着尾矿库渗漏水㊁地表径流和扬尘等在该湿地中不断累积,导致重金属复合污染物的含量度逐年增加,形成了一个极具危险性的污染源[2,3]㊂已有研究表明,该尾矿库周边的地下水和土壤均受到不同程度的污染[4,5],复合污染对玉米和泥鳅造成遗传损伤[6]㊂在尾矿库及周边区域内生存着大量的花背蟾蜍,由于花背蟾蜍特殊的生理结构和独特的生活周期[7-9],是生态环境监测的优良指示物种[10,11]㊂已有相关报道表明,重金属污染会影响花背蟾蜍的跳跃能力和骨骼分化[12,13],通过对蝌蚪组织氧化损伤和红细胞DNA损伤影响其胚后发育[11],导致花背蟾蜍死亡率和畸形率的增加[14],增加繁殖投入[15,16],延缓胚胎发育[17,18]㊂重金属富集能显著影响蝌蚪泳动能力[19,20],造成蝌蚪畸形率和死亡率升高[21],影响蝌蚪正常的生长发育,导致种群数量降低[22]㊂然而,目前关于尾矿库重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒理学效应研究鲜有报道㊂本研究以花背蟾蜍为研究对象,以包头市某尾矿库南侧因渗漏水形成的不连续湿地群为研究样地,以小白河黄河湿地自然保护区作为对照样地,通过对比分析2个样地花背蟾蜍的条件因子㊁脏器系数㊁精子动态参数㊁精子畸形率㊁性激素含量㊁红细胞微核率和DNA损伤等监测指标,探究尾矿库重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒理学效应,以期为对当地两栖类种群的保护和尾矿库污染的生物监控提供数据支持和理论依据㊂1㊀实验部分1.1㊀研究样地本研究以包头市稀土金属冶选尾矿库南侧受污染的水域湿地为研究样地(简称 尾矿库湿地 ),以相对无污染的小白河黄河地保护区湿地为对照样地(简称 小白河湿地 )㊂尾矿库始建于1965年,汇集了选矿厂㊁稀土厂㊁焦化厂的矿渣㊁尾矿和废水,占地约达到11km2,尾矿坝高出地面30m,地势南低北高,地下水流向由东北流向西南,在尾矿库南侧地势低洼处由渗漏水和地表水形成了一片面积约为1ˑ105m2的不连续湿地群[23]㊂尾矿库中由于冶炼残留的重金属和盐离子等通过渗漏和扬尘飘落,大量集聚到其周边湿地水体及底泥中,污染严重㊂而小白河湿地隶属于包头市黄河段的国家自然保护区,远离工业区㊁农业区和居住区,污染相对较轻,且人为干扰小㊂本研究分别在尾矿湿地和小白河湿地内选取面积约为1万m2的水域面积作为实验样地㊂图1㊀研究样地分布Figure1㊀Research sampling sites1.2㊀水体和底泥样品采集与处理参考HJ25.1 2014‘场地环境调查技术导则“㊁HJ25.2 2014‘场地环境监测技术导则“㊁HJ493 2009‘水质采样样品的保存和管理技术规定“㊁HJ/T166 2004‘土壤环境监测技术规范“㊁63第6期黄㊀涛,等:重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒性作用GB15618 1995‘土壤环境质量标准“进行水样㊁土壤和底泥样品采集㊁运输㊁保存与分析㊂在2个样地分别采集9份水体和底泥㊂用湿法酸消解预处理样品,稀释后用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析重金属元素含量㊂1.3㊀花背蟾蜍的抓捕与生理分析正式实验在2018年4月初开始,此时花背蟾蜍冬眠结束并且大量外出活动,至7月中旬繁殖活动结束为止㊂在尾矿库湿地和小白河湿地内各自设置1个样点,样点面积均为10000m2㊂分别在2个样地捕捉9只雄性花背蟾蜍,观察花背蟾蜍有无婚垫㊁体外颜色和鸣叫声来分辨性别㊂用白色带孔塑料桶将花背蟾蜍带回实验室,用鱼缸养殖待用㊂用滤纸将花背蟾蜍体外水分吸干,测量花背蟾蜍的体重和体长,计算条件因子(conditional factor),CF=体重(g)ˑ100/体长(cm)㊂用双毁髓法处死花背蟾蜍(6只,每2只1组,做3组平行),解剖后迅速用一次性真空采血管(抗凝剂)取心脏附近的血液2份㊂一份装入1mL离心管中,低温低速离心10min,1000r/min,取上层黄色血清用于性激素含量测定;另一份用于测定花背蟾蜍的红细胞微核率(微核试验,micronucleus,MN)和DNA 损伤(单细胞凝胶电泳技术,single cell gel eletrophoresis,SCGE)㊂迅速对精巢进行称量计算脏器系数(精巢脏器系数=精巢质量/体重),然后将精巢浸泡在0.65%的生理盐水中,用眼科剪刀纵横两刀剪破精巢,使得精子游离出来,快速使用精子质量自动检测系统(CASA)测定精子的动态参数㊂1.4㊀数据处理与分析实验数据统计结果以MeanʃSE表示㊂采用SPSS17.0进行数据分析和One-way ANOVE进行单因素方差分析㊂2㊀结果与分析2.1㊀尾矿库湿地和小白河湿地水体和底泥重金属元素含量分析将尾矿库湿地和小白河湿地的水体和底泥重金属含量分别与GB3838 2002‘地表水环境质量标准“[24]㊁河套地区土壤背景值[25]和中国土壤背景值[26]进行比较,结果如表1 2所示,尾矿库湿地中底泥和水体重金属含量均显著(P<0.05)高于小白河湿地㊂尾矿湿地水体中Cr㊁Ni㊁Cu㊁As㊁Cd㊁Hg和Pb 均不同程度超出限值,分别是限值的97,64,4.27, 108.6,54,600,2倍㊂尾矿库湿地底泥中Cr㊁Cu㊁Zn㊁As㊁Cd㊁Hg和Pb 含量均高于内蒙古河套地区土壤背景值,其中Cu㊁Zn㊁As㊁Cd和Hg分别是河套地区土壤背景值的2, 4.7,7,42,55倍㊂尾矿库的重金属复合污染程度也显著高于小白河(P<0.05)㊂尾矿库内汇集了选矿厂㊁稀土厂㊁焦化厂的矿渣㊁尾矿和工业废水,含有各类重金属元素㊁稀土元素及选矿残留的酸性离子,且含量在逐年升高[27]㊂尾矿库的地势北高南低,早期尾矿库坝体防水设施不完善以及矿渣露天堆放,各类重金属通过渗漏水㊁地表水和风力作用汇聚积累在湿地水体中,并经过数十年沉降在底泥中,导致底泥重金属含量远高于水体[28]㊂表1㊀尾矿湿地和小白河湿地水体中重金属元素含量Table1㊀Concentration of heavy metals in water of tailing wetland and Xiaobaihe wetland mg/L 样地ω(Cr)ω(Ni)ω(Cu)ω(Zn)ω(As)ω(Cd)ω(Hg)ω(Pb)尾矿库湿地 4.85ʃ0.02a 1.28ʃ0.02a 4.27ʃ0.14a0.32ʃ0.47b 5.43ʃ0.04a0.27ʃ0.01a0.06ʃ0.01a0.10ʃ0.01a 小白河湿地0.51ʃ0.01b0.57ʃ0.02b0.59ʃ0.03b0.05ʃ0.07b 1.10ʃ0.02b0.19ʃ0.00b0.05ʃ0.00a0.10ʃ0.00a 水质标准0.050.02 1.00 1.000.050.0050.00010.05㊀㊀注:水质标准为GB3838 2002㊂重金属浓度数据以平均数ʃ标准差(n=9)表示;不同字母表示不同样地之间同一重金属浓度差异显著(P<0.05)㊂下同㊂表2㊀尾矿湿地和小白河湿地底泥中重金属元素含量Table2㊀Concentrations of heavy metals in sediment of tailing wetland and Xiaobaihe wetland mg/kg 样地ω(Cr)ω(Ni)ω(Cu)ω(Zn)ω(As)ω(Cd)ω(Hg)ω(Pb)尾矿库湿地64.36ʃ9.24a17.24ʃ2.69a38.16ʃ8.72a263.31ʃ55.61a72.2ʃ10.79a 5.11ʃ0.11a 1.67ʃ0.14a24.21ʃ2.92a 小白河湿地30.57ʃ3.48b12.27ʃ1.32b16.51ʃ6.39b50.56ʃ7.94b25.27ʃ1.99b 4.80ʃ0.02b 1.39ʃ0.19a14.22ʃ3.28a HSBV56.6324.5519.3056.009.710.120.0319.02 CSBV53.1023.4020.0067.708.200.070.0423.60㊀㊀注:HSBV为河套地区土壤背景值,CSBV为中国土壤背景值㊂2.2㊀重金属复合污染花背蟾蜍形态学指标的影响尾矿库湿地中水体和底泥中重金属元素大量累积,这些元素会通过捕食㊁呼吸和高渗透性的皮肤进入花背蟾蜍体内富集,最终导致花背蟾蜍的各组织器官受到损伤[29]㊂为了探索重金属污染对花背蟾蜍形态学的影响,对比分析了尾矿库湿地和小白河湿地花73环㊀境㊀工㊀程第38卷背蟾蜍的体重㊁体长㊁体宽和条件因子(CF)等指标,结果见表3㊂尾矿库湿地花背蟾蜍的体重㊁体长和体宽均高于小白河湿地㊂CF值一般表示健康状况并形成总健康指数[30],尾矿库湿地的CF值显著低于黄河湿地,表明尾矿库湿地花背蟾蜍受到了更为严重的污染胁迫,花背蟾蜍在受到重金属污染胁迫时对生存环境恶化的响应,而改变形态学状况,增加体内金属硫蛋白含量,通过金属硫蛋白将重金属进行储存㊁传递和解毒[31]㊂此外,在抓捕花背蟾蜍的过程中,发现尾矿库花背蟾蜍的泳动能力和跳跃能力明显弱于小白河湿地,这与冯磊等[12]的研究结果一致㊂表3㊀尾矿湿地和小白河湿地花背蟾蜍形态学和条件因子(CF)分析Table3㊀Morphology and condition factor(CF)analysisresults of B.raddei区域体重/g体长/cm体宽/cm CF尾矿库湿地22.85ʃ3.64 6.68ʃ0.47 4.29ʃ0.477.66ʃ1.45b 小白河湿地19.02ʃ3.0 5.75ʃ0.49 3.34ʃ0.2710.00ʃ1.27a 2.3㊀重金属复合污染对花背蟾蜍脏器系数的影响通过精巢的脏器系数对比分析了尾矿库湿地重金属污染对花背蟾蜍雄性生殖器官的毒性效应㊂脏器系数是器官对毒性污染物的综合响应程度,正常状况下,脏器系数是一个相对恒定的值,当动物受到污染物毒性胁迫时,受到损伤的脏器重量会随之发生变化,脏器系数增大,表示脏器充血㊁水肿或增生肥大等;脏器系数减小,表示脏器萎缩及其他退行性改变[32]㊂尾矿库湿地中花背蟾蜍的精巢脏器系数(0.002927ʃ0.000259)显著高于黄河花背蟾蜍的精巢脏器系数(0.00147ʃ0.000396)(P<0.01)㊂表明尾矿库湿地花背蟾蜍的精巢受到重金属复合污染综合毒性的影响远高于小白河样地,从生物监测的角度证实了尾矿库湿地的污染程度㊂2.4㊀重金属复合污染对花背蟾蜍的精子质量的影响综合分析精子的平均路径速度㊁精子的鞭打频率㊁精子的向前运动力㊁精子的非向前运动力和精子总活力,评价尾矿库湿地和小白河湿地花背蟾蜍精子的动态参数(表4),以探究重金属复合污染对花背蟾蜍精子动态参数的影响㊂尾矿库花背蟾蜍精子的平均路径速度与小白河湿地差异不显著㊂尾矿库花背蟾蜍精子的鞭打频率和非向前运动力显著高于小白河湿地(P<0.05),这与精子畸形率提高有直接关系,导致原地打转的精子数量增加㊂然而,小白河花背蟾蜍的精子向前运动力和总活力显著高于(P<0.05)尾矿库湿地,这非常有助于提高受精率㊂研究表明,诸多重金属元素如汞㊁铅㊁镉等均具有生殖毒性㊂长时间接触这些重金属能够导致睾丸萎缩㊁阻碍精子生成㊁导致精子活力下降㊁畸形精子比例增加以及精子坏死等现象[33]㊂本研究结果表明,该尾矿库重金属复合污染对花背蟾蜍的精子质量产生了明显的负面影响,导致尾矿库湿地中花背蟾蜍的精子畸形率(6.72ɢ)显著高于小白河湿地(3.05ɢ)(P<0.05)㊂表4㊀尾矿库湿地和小白河湿地花背蟾蜍的精子动态参数Table4㊀The sperm dynamic parameters of B.raddei in tailing pond wetland and Xiaobaihe wetland样地平均路径速度VAP/(μm/s)鞭打频率BCF/Hz向前运动力PR/%非向前运动力NP/%精子总活力PR+NP/%畸形率/ɢ小白河12.79ʃ1.62 6.67ʃ0.73b32.36ʃ0.12a 5.12ʃ0.04b37.48ʃ0.11a 3.05ʃ0.19b 尾矿库11.70ʃ1.228.22ʃ1.56a15.76ʃ0.11b12.41ʃ0.09a28.17ʃ0.15b 6.72ʃ0.20a2.5㊀重金属复合污染花背蟾蜍的性激素的影响尾矿库湿地花背蟾蜍的雌二醇水平显著低于小白河湿地(P<0.05)(表5)㊂尾矿库湿地花背蟾蜍的睾酮水平显著高于小白河湿地(P<0.05)㊂尾矿库湿地花背蟾蜍的促卵泡生成素的水平与小白河湿地无显著差异㊂性激素在花背蟾蜍的繁殖和求偶过程中具有关键作用[34],重金属会导致性激素的分泌水平失衡[29]㊂本研究中尾矿库湿地的花背蟾蜍体内性激素含量与小白河湿地相比出现了明显差异,这与长期受到尾矿库重金属复合污染胁迫致使性激素分泌紊乱有直接关系,也是造成当地花背蟾蜍的精子质量降低的潜在原因之一㊂表5㊀花背的性激素含量Table5㊀The sexual stimulation contents of B.raddei样地雌二醇/(μg/L)睾酮/(μg/L)促卵泡生成素/(IU/L)尾矿库10.67ʃ1.53b16.10ʃ1.85a0.21ʃ0.02a 黄河21.00ʃ2.00a11.08ʃ1.13b0.19ʃ0.02a 2.6㊀重金属复合污染花背蟾蜍红细胞微核率和DNA损伤的影响为了研究尾矿库重金属复合污染对花背蟾蜍红细胞基因的毒性影响,对比分析了尾矿库湿地和小白河湿地中花背蟾蜍红细胞的微核率和DNA损伤程83第6期黄㊀涛,等:重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒性作用度,如表6所示㊂可知:尾矿库花背蟾蜍红细胞的微核率和DNA损伤程度均显著高于小白河湿地(P<0.05)㊂长期的重金属胁迫会导致花背蟾蜍体内重金属富集和氧化应激异常,最终会增加红细胞核DNA的损伤程度和遗传物质变化,通常可以利用DNA损伤和微核率来检测㊂细胞核的损害会改变遗传物质,造成两栖类的致突变性和致癌性[35,36]㊂表6㊀花背蟾蜍红细胞的微核率和DNA损伤程度Table6㊀Micronucleus rates and DNA damage degree ofB.raddei样地微核率/ɢDNA损伤/%尾矿库湿地71.6ʃ8.3a26.8ʃ0.89a小白河湿地 6.1ʃ2.2b7.4ʃ0.38b3㊀结㊀论尾矿库湿地污染程度显著高于小白河湿地,其中尾矿库湿地水体中主要重金属污染元素为Cr㊁Cu㊁As㊁Cd和Hg,而尾矿库湿地底泥中主要重金属污染元素为Cu㊁Zn㊁As㊁Cd和Hg㊂重金属复合污染通过扰乱性激素分泌㊁增加细胞微核率和DNA损伤程度对花背蟾蜍雄性性腺造成显著的毒害作用,从而降低精子质量,增加生殖细胞畸形率㊂同时,花背蟾蜍通过提高自身条件因子和生殖腺脏器系数来对抗和缓解复合污染的毒性胁迫㊂本研究从DNA等不同生物学水平上探究了重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒性作用效应及其潜在的作用机制,其数据可为重金属复合污染场地中两栖类种群保护和湿地污染的生物监测提供理论和技术支撑㊂参考文献[1]㊀王艳伟,李书鹏,康绍果,等.中国工业污染场地修复发展状况分析[J].环境工程,2017,35(10):175-178.[2]㊀黄涛.包头市典型湿地复合污染的生物监测与评价[D].包头:内蒙古科技大学,2019.[3]㊀韩瑞杰,求瑞娟,任逸晨,等.尾矿库湿地重金属污染的生物富集特征及风险评价[J].生态与农村环境学报,2019,35(1):22-27.[4]㊀司万童,代静,赵雪波,等.稀土尾矿库湿地土壤重金属污染生态风险评价[J].人民黄河,2017,39(8):71-75,89. [5]㊀韩瑞杰,任逸晨,黄涛,等.包头市三类湿地中重金属污染程度及生物富集研究[J].环境工程,2019,37(1):29-34. [6]㊀苗菲菲,司万童,刘菊梅,等.尾矿库渗漏水导致泥鳅氧化损伤与DNA损伤的研究[J].广东农业科学,2012,39(16):162-164.[7]㊀李成,江建平.无尾两栖类在不同生活史阶段的栖息环境[J].四川动物,2016,35(6):950-955.[8]㊀何一帆.云南8种无尾两栖类呼吸和水分调节器官的环境适应性研究[D].昆明:云南师范大学,2018.[9]㊀米志平,廖文波.林蛙属3物种皮肤的组织结构比较[J].动物学杂志,2016,51(5):844-852.[10]㊀司万童,蒋海明,栗利曼,等.花背蟾蜍性腺抗氧化酶对稀土尾矿库污染胁迫的响应[J].生态毒理学报,2017,12(2):209-215.[11]㊀黄涛,求瑞娟,兰宗宝,等.稀土尾矿库渗漏水污染对花背蟾蜍胚后发育的毒性作用[J].南方农业学报,2019,50(2):412-417.[12]㊀冯磊.重金属富集及对花背蟾蜍跳跃能力的影响[D].兰州:兰州大学,2012.[13]㊀CALEVRO F,CAMPANI S.Tests of toxicity and teratogenicity inbiphasic verteberatios treated with heavy metal(Cr3+,AI3+,Cd2+)[J].Chemosphere,1998,37:301-305.[14]㊀黄德军,张迎梅,赵东芹,等.重金属镉对花背蟾蜍蝌蚪生长发育的影响[J].兰州大学学报(自然科学版),2004,40(2):81-83.[15]㊀GUO R,ZHANG W Y,YANG Y,et al.Variation of fitness andreproductive strategy in male Bufo raddei under environmentalheavy metal pollution[J].Ecotoxicology and EnvironmentalSafety,2018,164:253-260.[16]㊀ZHANG W Y,GUO R,AI S W,et al.Long-term heavy metalpollution varied female reproduction investment in free-livinganura,Bufo raddei[J].Ecotoxicology and environmental safety,2018,159:136-142.[17]㊀李艳斌.Cr6+慢性暴露对中华大蟾蜍胚胎和蝌蚪的毒理效应研究[D].西安:长安大学,2019.[18]㊀EGEA-SERRANO A,RELYEA R A,TEJEDO M,et al.Understanding of the impact of chemicals on amphibians:a meta-analytic review[J].Ecology and Evolution,2012,2(7):1382-1397.[19]㊀李万江.重金属铅㊁汞对花背蟾蜍蝌蚪毒性作用的初步研究[D].西安:西北师范大学,2015.[20]㊀耿宝荣,姚丹,纪冰,等.重金属铬离子对两种无尾两栖类蝌蚪的急性毒性影响[C]ʊ中国动物学会两栖爬行动物学分会2005年学术研讨会,2005.[21]㊀贾秀英,董爱华,马小梅.镉致蟾蜍肝㊁肾脂质过氧化损伤[J].应用与环境生物学报,2004,10(1):92-94.[22]㊀DAVIDSON C,SHAFFER H B,JENNINGS M R.Declines of theCalifornia red legged frog:climate,UV2B,habitat,and Pesticideshypotheses[J].Ecol Appl,2001,11:464-479.[23]㊀郭伟,付瑞英,赵仁鑫,等.内蒙古包头白云鄂博矿区及尾矿区周围土壤稀土污染现状和分布特征[J].环境科学,2013,34(5):1895-1900.[24]㊀国家环境保护总局.地表水环境质量标准:GB3838 2002[S].北京:中国标准出版社,2002.[25]㊀魏复盛,陈静生,吴燕玉,等.中国土壤环境背景值研究[J].环境科学,1991,12(4):12-19.[26]㊀顾永瑞,张彤,白红玉.内蒙土壤环境背景值属性分类[J].内蒙古环境保护,1995,7(1):6-9.(下转第74页)93。
单细胞凝胶电泳检测镉对中华倒刺钯肝细胞DNA的损伤
有限公司 ） ， 水 平电泳槽 和电泳仪 （ 北京六一 仪器厂） ， 荧光显 微镜 （ Ｎ ｉ ｋ ｏ ｎ ９ ０ ｉ ） 等。
１ ． ３ 试 验 方 法
无水氯化镉（ Ｃ ｄ Ｃ １ ， ＞９ Ｉ ９ ％， Ａ ｌ ｆ ａ Ａ ｅ ｓ ａ ｒ ） 、 低 熔点琼脂糖 、 Ｔ ｉ ｒ ｔ ｏ ｎ—Ｘ １ ０ ０ （ 聚乙二醇辛基苯基醚 ） 、 二 甲基亚砜 （ Ｄ Ｍ Ｓ Ｏ） 、 溴化 乙锭 （ Ｅ Ｂ） 、 Ｅ Ｄ Ｔ Ａ、 ｒ ｉ ｆ ｓ （ 上海 生工生 物工 程股份 有 限公
１ ． ３ ． １ 毒性试验
试 验 温 度设 为 （ ２ ５± １ ）ｏ Ｃ， 采 用 静 水 法 生
物测试 ， 试 验 期 间不 更 换 药 液 。
我 国《 渔业水质标准》 镉 含量标准为 ≤０ ． ０ ５ ｍ ｇ ／ ｋ ｇ ； 我 国 《 地表水环境质量标准》 镉 含量标准 为：Ｉ 类 ≤Ｏ ． ０ ０ １ ｍｇ ／ ｋ ｇ ，
中图分类号 ： Ｘ１ ７ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ２—１ ３ ０ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ２ ７ ５— ０ ２
２ ０ １ ２年广西龙 江镉 污染事件影 响很大 ， 部分水体镉 含量 严重超标 。在污染 严 重水 域 ， 镉含 量超 《 地 表水 环 境质 量标
摘要 ： 以 中华倒刺鲤为研究对象 ， 利用单细胞凝胶 电泳技术检测不 同浓度 的氯化镉 对倒刺鲍 肝细胞 Ｄ Ｎ Ａ的损伤
作用 ， 检测指标包括尾部 Ｄ Ｎ Ａ含量 、 尾长 、 尾矩 、 Ｏ ｌ ｉ ｖ ｅ 尾矩 。结果显 示 ， 低 浓度 的镉虽然 并不会 引起试验 鱼 明显 的中 毒症状 ， 但 已经对肝脏 Ｄ Ｎ Ａ产 生损伤 。０ ． ０ １ ｍ ｇ ／ ｋ ｇ组 ４个指标 与对照组无显著差 异 ； ０ ． ０ ５ ｍ ｇ ／ ｋ ｇ组尾部 Ｄ Ｎ Ａ含量 、
硫酸铜暴露对牛蛙心缩能力及神经冲
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第17卷第5期2022年10月V ol.17,No.5Oct.2022㊀㊀基金项目:四川省自然科学基金青年基金项目(2022NSFSC1723)㊀㊀第一作者:杨鑫(1997 ),男,硕士研究生,研究方向为水生动物生态学,E -mail:*****************㊀㊀*通讯作者(Corresponding author ),E -mail:**************.cnDOI:10.7524/AJE.1673-5897.20210924001杨鑫,胡靖蕊,黄坤,等.硫酸铜暴露对牛蛙心缩能力及神经冲动传导影响的研究[J].生态毒理学报,2022,17(5):418-424Yang X,Hu J R,Huang K,et al.Effects of CuSO 4exposure on bullfrog heart activity and its nerve conduction velocity [J].Asian Journal of Ecotoxicolo -gy,2022,17(5):418-424(in Chinese)硫酸铜暴露对牛蛙心缩能力及神经冲动传导影响的研究杨鑫,胡靖蕊,黄坤,武佳韵*四川农业大学生命科学学院,雅安625014收稿日期:2021-09-24㊀㊀录用日期:2021-12-19摘要:铜离子作为工业废水中最常见的重金属离子,对两栖动物的生存及发育有重要的影响㊂为研究工业废水中重金属Cu 2+对两栖动物的毒害作用,本试验采用不同浓度CuSO 4对美国牛蛙的离体蛙心以及坐骨神经干进行处理㊂通过以浓度梯度为0.01㊁0.1㊁1.0㊁10.0和100.0mg ㊃L -1的CuSO 4溶液进行蛙心灌流和神经干浸泡,使用生物机能实验系统测定离体蛙心肌张力和心率的变化,以及坐骨神经干动作电位传导速度的变化㊂试验结果表明,美国牛蛙暴露于较低浓度的CuSO 4溶液(0.01mg ㊃L -1)中时心缩张力即显著降低(P <0.01);在较低浓度的Cu 2+影响下,心率呈现出上升的趋势,暴露于1.0mg ㊃L -1CuSO 4中时心率达到最大值(109.73ʃ13.54)次㊃min -1,显著高于对照组(P <0.01),再增加CuSO 4浓度,心率逐渐降低,但依旧显著高于对照组(P <0.01),在实验暴露剂量下没有观察到显著性改变;牛蛙坐骨神经干经较低浓度CuSO 4溶液处理后其传导速度呈现出上升的趋势,当暴露于0.1mg ㊃L -1CuSO 4溶液中时出现了最大值(7.56ʃ1.29)m ㊃s -1,再增大CuSO 4溶液的浓度,传导速度显著降低,当暴露于1.0mg ㊃L -1CuSO 4溶液中时即表现出了明显的抑制作用(P <0.01)㊂本研究发现当牛蛙暴露于不同浓度的CuSO 4溶液中时,各种生理特性均呈现出明显的变化,整体呈现出抑制作用,可为工业废水中Cu 2+的排放标准的制定提供数据参考㊂关键词:CuSO 4;离体蛙心;心缩能力;心率;神经传导速度文章编号:1673-5897(2022)5-418-07㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AEffects of CuSO 4Exposure on Bullfrog Heart Activity and Its Nerve Con-duction VelocityYang Xin,Hu Jingrui,Huang Kun,Wu Jiayun *College of Life Sciences,Sichuan Agricultural University,Ya an 625014,ChinaReceived 24September 2021㊀㊀accepted 19December 2021Abstract :As the most common heavy metal ion in industrial wastewater,Cu 2+has adverse effects on the survival and development of amphibians.In order to examine the toxic effects of heavy metal Cu 2+exposure on amphibians.Different concentrations of CuSO 4were used to poison the American bullfrog s heart and the sciatic nerve trunk.The CuSO 4solutions with a concentration gradient of 0.01,0.1,1.0,10.0,100.0mg ㊃L -1were used for perusing the bullfrog s heart and soaking the nerve trunk.The biological function experimental system was used to determine the heart tension and rate,as well as the sciatic nerve action potential conduction velocity.The results showed that the systolic tension decreased (P <0.01)when the bullfrog was exposed to low concentration CuSO 4solution (0.01第5期杨鑫等:硫酸铜暴露对牛蛙心缩能力及神经冲动传导影响的研究419㊀mg㊃L-1).The beating rate of the heart showed an upward trend with the gradual increase of CuSO4concentration and reached the maximum(109.73ʃ13.54)order㊃min-1at1.0mg㊃L-1CuSO4(P<0.01).With a further increase ofCuSO4concentration,the heart rate gradually decreased,but it was still higher than control group(P<0.01).Simi-larly,the conduction velocity of bullfrog sciatic nerve trunk showed an upward trend when exposed to low concen-tration of CuSO4solutions,and reached the maximum value(7.56ʃ1.29)m㊃s-1at0.1mg㊃L-1CuSO4,and thereaft-er the value decreased with a further increase of the concentration.Our results suggest that exposure to various con-centrations of industrial wastewater containing CuSO4would adversely affect various physiological characteristics of bullfrog,which thus can provide reference for formulation and revision of Cu2+discharge standard. Keywords:CuSO4;isolated bullfrog heart;contraction tension;heart rate;nerve conduction velocity㊀㊀两栖动物具有特殊的水陆两栖的生活特性及皮肤呼吸的生理特性,生长与繁殖都十分依赖水源,对水体环境的改变极其敏感[1]㊂近年来,大量的农业㊁工业废水的排放严重破坏了生态环境,也直接对两栖类动物的生存造成了不利影响,水体中的重金属进入蛙蟾体内后会沉积到细胞和器官之中,长时间生活在受重金属污染的水源中,两栖动物将在行为表现㊁生长发育㊁生理生化和形态组织等各方面发生显著变化,甚至导致死亡[2-3]㊂长时间受到重金属污染的两栖动物会出现出膜时间明显缩短㊁体型偏小甚至畸形等现象,黄德军等[4]在使用不同质量浓度的镉(Cd2+)处理花背蟾蜍(Bufo raddei)蝌蚪的研究中发现了经过处理的个体有明显的出膜时间缩短的现象,并且随着镉的质量浓度升高,花背蟾蜍的致畸率也升高,表现为头大身小㊂汪学英等[5]在多种重金属离子对黑斑蛙(Rana nigromaculata Hallowell)胚胎期及蝌蚪期的毒性作用的研究中发现重金属离子对黑斑蛙胚胎期中的孵化期和开口期的毒性作用最为明显,比较不同重金属离子的毒性作用发现汞离子在胚胎期及蝌蚪期的影响作用最为明显,Cu2+次之㊂重金属污染的毒性作用还表现出可遗传性,蔡玲玲等[6]通过将中华大蟾蜍(Bufo bufogargarizans)暴露于不同浓度的Cu2+㊁Pb2+以及铜铅复合溶液中,探究重金属对中华大蟾蜍蝌蚪的DNA损伤情况发现Cu2+与Pb2+对中华大蟾蜍的DNA均有不同程度的损伤,随着溶液浓度的升高损伤程度也升高,并且一定浓度的铅离子在复合溶液中会加强Cu2+的损伤作用,2种重金属离子对两栖动物存在遗传毒性作用㊂在污水的重金属离子中,Cu2+等对两栖动物肌肉和循环系统㊁神经系统造成破坏性影响㊂Na+-K+-ATPase酶在动物的肌肉收缩和神经冲动传导过程中至关重要,邱吉和贾秀英[7]研究了镉㊁铜及2种重金属的复合污染对中华大蟾蜍(B.bufogargarizans)蝌蚪的Na+-K+-ATPase酶活性的影响,发现重金属离子影响过后的中华大蟾蜍蝌蚪Na+-K+-ATPase酶活性显著高于对照组,随着浓度的不断升高,蝌蚪Na+-K+-ATPase酶活性又逐渐降低,甚至被抑制,铜㊁镉复合污染在Na+-K+-ATPase酶水平上表现出一定的协同作用㊂李红敬等[8]通过制备牛蛙(Rana catesbiana Shaw)的坐骨神经干,将其浸泡于不同浓度的重金属离子溶液之中,发现Hg2+可以增大牛蛙坐骨神经干的动作电位阈值,并且不同处理组的动作电位传导速度也出现了不规律的变化㊂在冯磊[9]的研究中发现重金属污染严重的花背蟾蜍(B.rad-dei)的跳跃能力显著低于正常花背蟾蜍,在受污染的花背蟾蜍个体的腓肠肌石蜡切片中发现,被重金属严重污染的花背蟾蜍的腓肠肌肌肉纤维出现了断裂的现象,这可能是其跳跃能力显著下降的关键原因㊂作为最为常见的重金属污染物之一,Cu2+在工业废水排放标准为0.5~2.0mg㊃L-1[10],远超于地表水中的Cu2+浓度限值(0.01mg㊃L-1)[11],如果工业废水中Cu2+浓度超标或随意排放,将对自然环境尤其是水环境造成严重的污染,目前在绿蟾蜍(Bufo viri-dis)[12]㊁中华大蟾蜍(B.bufogargarizans)[13]㊁黑眶蟾蜍(Bufo melanostictus)[14-15]㊁中国林蛙(Rana chensinen-sis)[16]㊁泽蛙(Rana limnocharis)[17]和黑斑蛙(R.nigro-maculata Hallowell)[5]等的研究中均已证明高浓度的Cu2+会显著提高两栖动物的半致死率,对两栖动物及水生动物的生存造成毁灭性的影响,因此探究其对两栖动物及水生动物的影响对于保护环境㊁治理环境有突出的意义㊂为了解Cu2+对两栖动物神经㊁肌肉及心脏的影响,本研究通过不同浓度的CuSO4溶液对离体蛙心进行灌流,观察并记录离体心脏收缩张力和心博频率的变化,同时测定不同浓度CuSO4胁迫下牛蛙的420㊀生态毒理学报第17卷坐骨神经干的兴奋传导速度的变化,以探讨两栖动物受到急性铜胁迫时神经㊁肌肉和心脏等所受到的影响㊂本研究可为两栖动物的保护及水体重金属离子污染排放标准的制定提供参考依据㊂1㊀材料与方法(Materials and methods )1.1㊀材料实验使用的美国牛蛙(R.catesbeiana Shaw)共36只购自四川省雅安市农贸市场,体质量300g 左右,活性良好,雌雄各半,空腹处理24h 后用于实验㊂1.2㊀试验仪器BL -420生物机能实验系统(成都泰盟科技有限公司),张力换能器(JH -B),神经屏蔽盒,引导电极,刺激电极,台式计算机(联想),信号输入线,刺激输出线,离体蛙心灌流装置,培养皿㊂1.3㊀试验试剂CuSO 4㊃5H 2O ㊁NaCl ㊁KCl ㊁CaCl 2㊁NaHCO 3㊁NaH 2PO 4㊃H 2O ㊁葡萄糖等,均为国产分析纯㊂1.4㊀试验方法1.4.1㊀牛蛙离体蛙心灌流将CuSO 4㊃5H 2O 配制为浓度为0.01㊁0.1㊁1.0㊁10.0和100.0mg ㊃L -1的灌流液㊂使用双毁髓法处死牛蛙,使蛙仰卧固定于蛙板后暴露心脏,以斯式插管法制备离体蛙心,及时用吸管吸取任氏液换洗余血避免血液凝固堵塞套管,套管内灌流液不再有残留血液后,保持套管内液面恒定,约1.5cm 高,用蛙心夹夹住部分心尖部肌肉约1mm ,将蛙心夹上的细线连接固定在双凹夹的张力换能器悬梁臂上,调整蛙心与张力传感器距离,防止细线过紧或过松㊂通过BL -410生物机能实验系统记录正常心率与收缩张力曲线㊂待离体心脏在任氏液中稳定一段时间后,再从低浓度向高浓度进行换置灌流液,每种浓度灌流待心脏心肌收缩稳定后记录数据与波形,结束后用任氏液换洗,待心搏恢复正常平稳状态,再进行下一个浓度的实验观察,记录心率和收缩张力的变化㊂1.4.2㊀牛蛙离体坐骨神经干传导速度的测定用双毁髓法处死牛蛙,让后肢肌肉完全松弛,剪开蛙肚皮,将从上往下数第3节脊柱两侧的所有内脏㊁头㊁胸部剪除,保留后肢㊁骶脊柱和脊柱两侧坐骨神经㊂用玻璃针和眼科剪小心剥离神经,眼科剪勿触碰神经,剥离时避免拉扯神经,尽量避免神经损伤㊂神经由脊椎处的主干到下腓总神经与胫神经一直分离到踝关节附近㊂剥离过程保持标本活性良好,时常用任氏液润湿㊂剥离的神经用细线结扎两端,放入盛有任氏液的培养皿浸泡10min ,用镊子夹住神经上的细线,用滤纸片吸取神经上多余的任氏液,减小干扰,放入清洁干燥的屏蔽盒中,使坐骨神经干与银电极接触良好,将中枢端连接刺激电极,外周端连接引导电极,并按相应连接刺激输出线和信号输入线㊂在确定标本活性后,刺激神经中枢端,由外周端导出动作电位波形,计算其传导速度,作为对照㊂将上述神经干分别浸泡在0.01㊁0.10㊁1.00㊁10.00和100.00mg ㊃L -1的CuSO 4溶液中10min ,然后刺激神经干,导出各浓度下的动作电位波形,记录数据,计算出动作电位传导速度㊂1.5㊀数据处理实验数据采用SPSS 统计软件进行统计学分析并使用t 检验法对所获得的数据进行差异显著性分析㊂通过BL -410生物机能实验系统获得牛蛙离体蛙心搏动振幅加速度(g )和蛙心心跳频率(次㊃min -1),动作电位传导速度的测定方法为测量神经干接受刺激到冲动产生所需的时间(t )和两引导点之间的距离(S ),根据公式:动作电位传导速度=S/t ,计算动作电位传导速度(m ㊃s -1)㊂2㊀结果(Results )2.1㊀不同浓度CuSO 4对牛蛙离体蛙心搏动的影响由表1和图1可知,使用CuSO 4处理过的蛙心搏动振幅加速度为(0.86ʃ0.092)g ~(0.32ʃ0.051)g ,均小于对照组的(1.16ʃ0.038)g 且差异显著(P <0.01)㊂随着CuSO 4溶液浓度的不断升高,对离体蛙心搏动振幅加速度的抑制程度逐渐加强,蛙心搏动幅度逐渐减弱;CuSO 4浓度为100mg ㊃L -1时,蛙心搏动幅度最弱,为(0.32ʃ0.051)g ,相比对照组的(1.16ʃ0.038)g 降低了72%,差异显著(P <0.01)㊂2.2㊀不同浓度CuSO 4对牛蛙离体蛙心心率的影响由表1㊁图1和图2可知,当使用低浓度的Cu -SO 4溶液处理离体蛙心时,其心跳频率出现了明显的增加(P <0.01),当CuSO 4的浓度增加到1.0mg ㊃L -1时,牛蛙蛙心的心跳频率达到最大值,为(109.73ʃ13.54)次㊃min -1,此时再增大CuSO 4的浓度,心跳频率逐渐下降至(79.02ʃ5.28)次㊃min -1~(86.30ʃ7.03)次㊃min -1,但仍然显著高于对照组的(66.38ʃ2.46)次㊃min -1(P <0.01)㊂第5期杨鑫等:硫酸铜暴露对牛蛙心缩能力及神经冲动传导影响的研究421㊀表1㊀不同浓度的CuSO4对牛蛙离体蛙心搏动㊁心率及坐骨神经干传导速度的影响Table1㊀Effect of CuSO4on the pulsation,heart rate and the conduction velocity of isolatedfrog heart with different concentrationsCuSO4浓度/(mg㊃L-1)Concentration of CuSO4/(mg㊃L-1)00.010.1 1.010.0100.0心博振幅加速度/gAmplitude of heart pulsation/g1.16ʃ0.0380.86ʃ0.092*0.77ʃ0.076*0.66ʃ0.061*0.62ʃ0.035*0.32ʃ0.051*心率/(次㊃min-1)Rate of heart attack/(order㊃min-1)66.38ʃ2.4673.32ʃ6.6578.92ʃ4.99*109.73ʃ13.54*86.30ʃ7.03*79.02ʃ5.28*动作电位传导速度/(m㊃s-1)Conduction velocity ofsciatic nerve trunk/(m㊃s-1)5.84ʃ0.107.56ʃ1.29 4.28ʃ0.36 3.13ʃ0.63 3.20ʃ0.97注:*与对照组相比,差异显著性P<0.01㊂Note:*compared with the control group,the difference was significant(P<0.01).图1㊀CuSO4对牛蛙离体蛙心搏动㊁心率及坐骨神经干传导速度的影响注:黑色线条为蛙心搏动振幅ˑ10(g);红色线条为心跳频率ˑ0.1(次㊃min-1);蓝色线条为坐骨神经干传导速度ˑ1(m㊃s-1)㊂Fig.1㊀Effect of CuSO4on the heart pulsation,heart rate and the conduction velocity of isolated frog heartNote:Black line is the amplitude of heart pulsationˑ10(g);red line is the rate of heart attackˑ0.1(order㊃min-1);blue line is the conduction velocity of sciatic nerve trunkˑ1(m㊃s-1).2.3㊀不同浓度CuSO4对牛蛙坐骨神经干传导速度的影响由表1和图1可知,低浓度的CuSO4对于牛蛙坐骨神经干动作电位传导速度有促进作用,当Cu-SO4浓度为0.1mg㊃L-1时动作电位传导速度存在最大值,为(7.56ʃ1.29)m㊃s-1,当CuSO4的浓度继续增加后发现传导速度呈现出下降的趋势,当浓度为10.0mg㊃L-1及以上时逐渐稳定至(3.13ʃ0.63)m㊃s-1 ~(3.20ʃ0.97)m㊃s-1㊂3㊀讨论(Discussion)当水体环境中的重金属含量超过一定标准时会对水生动物的生存与繁殖产生显著的影响,两栖动物因其特殊的皮肤呼吸的生理特性,对环境中的重金属离子的含量变化十分敏感㊂在本研究中发现牛蛙离体蛙心对Cu2+十分敏感,随CuSO4浓度的升高,蛙心收缩张力显著下降,而心率明显呈现出先升后降的趋势,但整体均高于对照组㊂在低浓度条件下,蛙心出现的心率升高现象可能是由于程度较低的重金属胁迫会激发生物的自我调节能力,从而产生了 毒物兴奋效应 ,在高浓度的重金属胁迫下则可能会因心率过高而诱发心率衰竭而导致生物死亡[18]㊂心率主要是由心肌自律细胞膜电位去极化和复极化的速度共同决定,而心脏的收缩是由Ca2+介导的兴奋-收缩耦联完成的,实验中Cu2+通过竞争性地阻断Ca2+由细胞外向膜内的内流,从而抑制了蛙心心搏幅度[19]㊂由于影响牛蛙心率和心搏幅度的机制具有明显差异,故而不同浓度CuSO4的处理对离体蛙心的心率和收缩幅度的影响并不同步呈现㊂动作电位的形成主要依赖Na+-K+-ATPase完成细胞膜两侧的K+和Na+的转运形成可以传播的电位波动,众多研究表明水生动物的Na+-K+-ATPase422㊀生态毒理学报第17卷图2㊀不同浓度的CuSO 4灌流后蛙心心缩曲线注:(a)0mg ㊃L -1;(b)0.01mg ㊃L -1;(c)0.10mg ㊃L -1;(d)1.00mg ㊃L -1;(e)10.0mg ㊃L -1;(f)100mg ㊃L -1㊂Fig.2㊀The curve of frog heart contraction after CuSO 4perfusion at different concentrationsNote:(a)0mg ㊃L -1;(b)0.01mg ㊃L -1;(c)0.10mg ㊃L -1;(d)1.00mg ㊃L -1;(e)10.0mg ㊃L -1;(f)100mg ㊃L -1.泵对于重金属的污染十分敏感,重金属离子会影响ATP 酶的活性,进而抑制动作电位的形成[20-21]㊂在本研究中发现,在低浓度的CuSO 4环境中,牛蛙坐骨神经干动作电位的传导速度存在小幅的上升,这一结果与邱吉和贾秀英[7]的研究结果一致,Dhavale 等[22]对青蟹(Scylla serrata )的研究结果也出现了类似的现象,即生物通过自我调节作用产生的兴奋反应;当溶液中Cu 2+浓度增大后,其动作电位传导速度急剧下降直至趋于稳定,Cu 2+影响了细胞膜内外电位差的变化导致传导速度下降,当大量Cu 2+进入时牛蛙坐骨神经干已经失去生理活性,但仍旧保持较低水平的动作电位传导,这与赵录英等[23]关于Mn 2+对蛙心心缩能力的影响的研究结果一致㊂研究表明,重金属离子对于神经系统的毒性作用是一个缓慢的过程[24],相较于对心脏的损伤作用需要更长的时间,在本研究中,Cu 2+对神经传导速度的影响并不仅仅是直接对神经细胞造成的损伤,有可能与神经细胞表面蛋白相互作用或影响自由基的形成而间接对神经细胞造成伤害㊂由于这种间接损伤需要一定时间和强度的累积作用,本研究亦将在后期对此作用进行慢性毒理作用探讨,以对本研究的结果进行进一步的补充㊂综上,本实验从离体蛙心搏动幅度㊁心跳频率以及动作电位传导速度的角度探讨了CuSO 4对美国牛蛙的毒性作用,结果显示牛蛙对环境中的Cu 2+十分敏感,整体表现为受到抑制,各种生理特性在不同浓度的CuSO 4溶液中均有明显的变化㊂在实际生产活动中,大量未经处理的含铜工业废水的滥排将会严重威胁到蛙蟾类的生存状况,基于本研究的实验结果可以为工厂排放工业废水标准的制定提供理论参考㊂通讯作者简介:武佳韵(1986 ),女,博士,讲师,主要研究方向为水生动物保护生物学㊂参考文献(References ):[1]㊀江建平,谢锋,臧春鑫,等.中国两栖动物受威胁现状第5期杨鑫等:硫酸铜暴露对牛蛙心缩能力及神经冲动传导影响的研究423㊀评估[J].生物多样性,2016,24(5):588-597Jiang J P,Xie F,Zang C X,et al.Assessing the threat sta-tus of amphibians in China[J].Biodiversity Science,2016,24(5):588-597(in Chinese)[2]㊀赵红霞,周萌,詹勇,等.重金属对水生动物毒性的研究进展[J].中国兽医杂志,2004,40(4):39-41[3]㊀周虹,路爱平,黄来旺,等.重金属污染对蛙蟾类毒性的研究进展[J].四川动物,2009,28(5):785-793Zhou H,Lu A P,Huang L W,et al.A review on the toxic-ity of heavy metal pollution to Anura[J].Sichuan Journalof Zoology,2009,28(5):785-793(in Chinese)[4]㊀黄德军,张迎梅,赵东芹,等.重金属镉对花背蟾蜍蝌蚪生长发育的影响[J].兰州大学学报,2004,40(2):81-83Huang D J,Zhang Y M,Zhao D Q,et al.Effect of cadmi-um on the development of tadpoles of the Bufo raddei[J].Journal of Lanzhou University,2004,40(2):81-83(inChinese)[5]㊀汪学英,卢祥云,李春梅,等.重金属离子对黑斑蛙胚胎及蝌蚪的毒性影响[J].四川动物,2001,20(2):59-61Wang X Y,Lu X Y,Li C M,et al.Toxicity of heavy met-al irons to embryos and larvae of Rana nigromaculata[J].Sichuan Journal of Zoology,2001,20(2):59-61(in Chi-nese)[6]㊀蔡玲玲,汪美贞,贾秀英.Cu2+Cd2+及其复合污染对中华大蟾蜍蝌蚪DNA的影响[J].农业环境科学学报,2007,26(4):1361-1364Cai L L,Wang M Z,Jia X Y.Impact of Cu2+,Cd2+singleand combined pollution on DNA of Bufo gargarizans tad-poles[J].Journal of Agro-Environment Science,2007,26(4):1361-1364(in Chinese)[7]㊀邱吉,贾秀英.铜㊁镉及其复合作用下中华大蟾蜍蝌蚪Na+-K+-ATPase酶的变化[J].动物学杂志,2007,42(2):102-106Qiu J,Jia X Y.Response of the Na+-K+-ATPase activityof Bufo gargarizans tadpole to Cu2+,Cd2+single and com-bined pollution exposure[J].Chinese Journal of Zoology,2007,42(2):102-106(in Chinese)[8]㊀李红敬,李晓杰,王雅平,等.Hg2+㊁Pb2+对牛蛙坐骨神经干动作电位阈值及传导速度的影响[J].湖北农业科学,2016,55(20):5316-5319Li H J,Li X J,Wang Y P,et al.Effect of Hg2+,Pb2+onaction potential threshold and conduction velocity of bull-frog sciatic nerve-trunk[J].Hubei Agricultural Sciences,2016,55(20):5316-5319(in Chinese)[9]㊀冯磊.重金属富集及对花背蟾蜍跳跃能力的影响[D].兰州:兰州大学,2012:23-28Feng L.The bioaccumulation and the effect of heavy met-als on the jumping performance of Bufo[D].Lanzhou:Lanzhou University,2012:23-28(in Chinese)[10]㊀国家环境保护总局.污水综合排放标准:GB89781996[S].北京:中国标准出版社,1998[11]㊀国家环境保护总局,国家质量监督检验检疫总局.地表水环境质量标准:GB3838 2002[S].北京:中国环境科学出版社,2002[12]㊀王爱民.四种重金属对绿蟾蜍蝌蚪的急性毒性研究[J].新疆大学学报(自然科学版),1990,7(1):60-64Wang A M.Acute toxicity of4heavy metals on the tad-poles of Rufo viridis laurenti[J].Journal of Xinjiang Uni-versity(Natural Science Edition),1990,7(1):60-64(inChinese)[13]㊀卢祥云,张燕萍,吴海东,等.汞离子和铜离子对中华大蟾蜍蝌蚪联合毒性研究[J].四川动物,2006,25(2):379-381Lu X Y,Zhang Y P,Wu H D,et al.Study on joint toxici-ty of mercury ion and copper ion to Bufo gargarizans tad-pole[J].Sichuan Journal of Zoology,2006,25(2):379-381(in Chinese)[14]㊀Khangarot B S,Ray P K.Sensitivity of toad tadpoles,Bufo melanostictus(Schneider),to heavy metals[J].Bulle-tin of Environmental Contamination and Toxicology,1987,38(3):523-527[15]㊀何米雪,陈沃洪,刘木养,等.几种化学物质对蟾蜍蝌蚪生存及生长发育的影响[J].生命科学研究,2006,10(2):156-161He M X,Chen W H,Liu M Y,et al.Effect of severalchemicals on survival and growth of tadpole of toad(Bufo melanostictus Schneider)[J].Life Science Research,2006,10(2):156-161(in Chinese)[16]㊀马丽,吴民耀,王宏元.7种金属离子对中国林蛙和中华大蟾蜍蝌蚪的急性毒性比较研究[J].生态毒理学报,2015,10(3):230-237Ma L,Wu M Y,Wang H parison study on the a-cute toxicity of7metal ions on the Rana chensinensis andBufo gargarizans tadpoles[J].Asian Journal of Ecotoxi-cology,2015,10(3):230-237(in Chinese)[17]㊀贾秀英,董爱华,杨亚琴.铜㊁锌和三唑磷对泽蛙蝌蚪的毒性研究[J].环境科学研究,2005,18(5):26-29,48Jia X Y,Dong A H,Yang Y Q.Acute and joint toxicitiesof copper,zinc and triazophos to Rana limnocharis Boietadpole[J].Research of Environmental Sciences,2005,18(5):26-29,48(in Chinese)[18]㊀Stebbing A R D.Hormesis The stimulation of growthby low levels of inhibitors[J].Science of the Total Envi-ronment,1982,22(3):213-234[19]㊀吕良矩,赵扬,王重刚.4种重金属离子对离体蛙心搏424㊀生态毒理学报第17卷动的影响[J].厦门大学学报(自然科学版),2004,43(S1):136-138Lv L J,Zhao Y,Wang C G.Effects of four heavy metal i-ons on pulsation of isolated frog heart[J].Journal of Xia-men University(Natural Science),2004,43(S1):136-138(in Chinese)[20]㊀Pinkney A E,Wright D A,Jepson M A,et al.Effects oftributyltin compounds on ionic regulation and gill ATPaseactivity in estuarine fish[J].Comparative Biochemistryand Physiology C,Comparative Pharmacology and Toxi-cology,1989,92(1):125-129[21]㊀Morgan I J,Henry R P,Wood C M.The mechanism of a-cute silver nitrate toxicity in freshwater rainbow trout(Oncorhynchus mykiss)is inhibition of gill Na+and Cl-transport[J].Aquatic Toxicology,1997,38(1-3):145-163 [22]㊀Dhavale D M,Masurekar V B,Giridhar B A.Cadmiuminduced inhibition of Na+/K+ATPase activity in tissues ofcrab Scylla serrata(Forskal)[J].Bulletin of EnvironmentalContamination and Toxicology,1988,40(5):759-763 [23]㊀赵录英,陈建鸣,支建明.Mn2+对离体蛙心收缩功能的影响[J].山西医科大学学报,2002,33(1):81[24]㊀高波,李河,鲜思萍,等.重金属Pb2+对牛蛙生理活性的影响[J].西南农业学报,2015,28(4):1834-1839Gao B,Li H,Xian S P,et al.Effect of heavy metal Pb2+on physiological activity of Rana catesbiana[J].South-west China Journal of Agricultural Sciences,2015,28(4): 1834-1839(in Chinese)Ң。
镉(Cd)作为一种高度有毒且生物累积性强的重金属污染物
镉（Cd）作为一种高度有毒且生物累积性强的重金属污染物，对植物生态系统构成了严重威胁。
在土壤-植物连续体中，镉因其显著的毒性和流动性，引起了土壤科学家和植物营养学家的广泛关注。
为了深入探究镉对植物生长发育及生理机能的影响，本研究以年轻嫩叶蔬菜品种Eruca sativa（芝麻菜）为对象，通过设计盆栽试验，模拟了不同浓度Cd（0、1.5、6和30 μmol/L）对幼苗的施用情境，对其形态、生理及生化适应性进行了详尽的研究。
研究结果显示，在高镉胁迫下，E. sativa幼苗叶片中镉积累显著增加，这种积累可能会对植物细胞结构和生理功能造成严重干扰。
进一步的分析表明，镉胁迫使光合作用受到了显著抑制，表现为光合速率明显下降，同时，叶绿素a、b以及其他色素含量也出现了不同程度的降低。
这暗示镉可能通过损害光合器官结构、抑制光合色素合成以及破坏光合电子传递链，从而削弱了植物的光合能力。
此外，镉胁迫对植物抗氧化防御系统产生了重大影响。
抗氧化酶活性检测结果显示，抗坏血酸过氧化物酶（APX）、愈创木酚过氧化物酶（GPX）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化酶活性在镉处理后均呈现出显著降低的趋势。
这些酶在正常情况下起着清除活性氧、维持细胞内氧化还原平衡的关键作用，其活性的降低表明镉胁迫使植物抗氧化防御系统遭受了严重破坏。
与此形成对比的是，植物体内总抗坏血酸（TAS）的浓度在所有Cd施用水平上均有上升，这可能是植物在响应镉胁迫时的一种自然保护机制，试图通过提高抗坏血酸的含量来抵御镉引起的氧化应激。
然而，抗坏血酸（ASA）和脱氢抗坏血酸（DHA）的变化趋势较为复杂，在1.5μmol/L镉处理时不显著增加，而在6和30 μmol/L处理时表现出显著上升，但在最高浓度30 μmol/L镉处理下并未观察到显著下降。
综上所述，面对镉胁迫，E. sativa幼苗被迫将大量能量从生长转移至抗氧化代谢物和渗透调节物质的合成中，以期对抗镉的毒性效应。
单细胞凝胶电泳检测镉对中华倒刺鲃肝细胞DNA的损伤宋超
宋超，贾旭淑，陈家长．单细胞凝胶电泳检测镉对中华倒刺鲃肝细胞DNA 的损伤［J ］．江苏农业科学，2013，41（1）：275－277．单细胞凝胶电泳检测镉对中华倒刺鲃肝细胞DNA 的损伤宋超1，贾旭淑1，2，陈家长1，2（1．中国水产科学研究院淡水渔业研究中心/中国水产科学研究院内陆渔业生态环境和资源重点开放实验室，江苏无锡214081；2．南京农业大学无锡渔业学院，江苏无锡214081）摘要：以中华倒刺鲃为研究对象，利用单细胞凝胶电泳技术检测不同浓度的氯化镉对倒刺鲃肝细胞DNA 的损伤作用，检测指标包括尾部DNA 含量、尾长、尾矩、Olive 尾矩。
结果显示，低浓度的镉虽然并不会引起试验鱼明显的中毒症状，但已经对肝脏DNA 产生损伤。
0．01mg /kg 组4个指标与对照组无显著差异；0．05mg /kg 组尾部DNA 含量、尾长与对照组相比差异显著（P ＜0．05）；0．1mg /kg 组4个指标均与对照组差异显著（P ＜0．05）。
在试验浓度范围内，存在明显的剂量－效应关系（P ＜0．05）。
关键词：镉；中华倒刺鲃；单细胞凝胶电泳；DNA 损伤中图分类号：X17文献标志码：A文章编号：1002－1302（2013）01－0275－02收稿日期：2012－05－30基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS －49）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（编号：2011JBFA16）。
作者简介：宋超（1985—），男，江苏溧阳人，硕士，研究实习员，主要从事渔业生态环境方面的研究工作。
E －mail ：songc@ffrc．cn 。
通信作者：陈家长，硕士，研究员，主要从事渔业生态环境方面的研究工作。
E －mail ：chenjz@ffrc．cn 。
2012年广西龙江镉污染事件影响很大，部分水体镉含量严重超标。
在污染严重水域，镉含量超《地表水环境质量标准》约80倍（Ⅴ类水的镉标准中镉含量应不高于0．01mg /kg ，污染严重水体中镉含量计算结果应为0．8mg /kg ）。
【浙江省自然科学基金】_镉_期刊发文热词逐年推荐_20140811
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
科研热词 镉胁迫 紫茉莉 镉 生长 水稻 光照强度 光合作用 黄酮 鲫鱼 镉积累 铅 配合物 过渡金属 超氧化物歧化酶 胁迫 耐性机制 种子萌发 矿质元素 热性质 木犀草素 晶体结构 抗氧化系统 幼苗生长 复合污染 十二烷基苯磺酸钠 光合特性 二苯甲酰甲烷 zn(ⅱ)配合物 na+-k+-atpase n,n-二甲基丙二胺 cd(ⅱ)配合物
推荐指数 3 3 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
科研热词 推荐指数 镉 4 生殖 2 抑制性差减杂交 2 龙葵 1 鱼类 1 隆线潘 1 隆线溞 1 重金属 1 浙江沿海 1 水稻 1 植物螯合肽 1 抗氧化酶 1 叶面锌肥 1 光强 1 元素含量 1 产量 1 daphnia carinata, cadmium, reproduction, 1 suppress
科研热词 推荐指数 镉 3 东南景天 2 黑斑蛙 1 锌 1 钨酸镉 1 金属硫蛋白 1 重金属超积累植物 1 重金属元素 1 酵母 1 蛋白质氧化损伤 1 耐镉性 1 耐盐性 1 羰基含量 1 电感耦合等离子体发射光谱(icp-oes) 1 生长曲线 1 活性氧自由基 1 氮 1 氧化损伤 1 林木育种学 1 晶体缺陷 1 晶体生长 1 旱柳 1 坩埚下降法 1 坛紫菜 1 土壤 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 1香菇 阻断 钙 重金属 富集 黑斑蛙 雄性生殖细胞 铝 金属,重 胁迫 精巢 精子活力 电焊工 生理 水稻 水杨酸 文蛤 抗氧化酶 微量元素 大麦 化学形态 一氧化氮 gst dna损伤 dna完整性 cyp450
微囊藻毒素对黑斑蛙雄性生殖毒效应与机理分析
杭州师范大学硕士学位论文插图和隋表清单插图和附表清单图１．１Ｍｉｃｒｏｃｙｓｔｉｎ的分子结构式…………………………………………………………………．３图２．】黑斑蛙精巢暴露于不同浓度ＭＣＬＲ６ｂ后生精支持细胞的变化…………………】４图２．２黑斑蛙精巢暴露于不同浓度ＭＣＬＲ６ｈ后生精支持细胞的细胞器变化…………．１５图３．１ＭＣＵ乇对黑斑蛙精巢中的ＲＯＳ影响………………………………………………２３图３．２ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的ＭＤＡ含量影响……………………………………一２３图３．３ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的ＳＯＤ活性影响………………………………………一２４图３．４ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的ＣＡＴ活力影响…………………………………………２４图３．５ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的ＧＳＨ含量影响………………………………………２５图３．６ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的ＧＳＴ活力影响…………………………………………一２５图３．７精巢暴露于ＭＣＬＲＰ４５０芳香化酶基因的影响……………………………………一２６图４．１ＭＣＬＲ暴露对黑斑蛙精子数量的影响……………………………………………．．３１图４．２ＭＣＬＲ暴露对黑斑蛙精子活力的影响……………………………………………一３２图４．３ＭＣＬＲ暴露对黑斑蛙精子畸形率的影响………………………………………．３２图４．４暴露于ｌｏｇ／Ｌ的ＭＣＬＲ０天，７天和１４天对青蛙精子的效应……………………．３４图４．５暴露于不同浓度的ＭＣＬＲ１４天对青蛙精子的效应…………………………………．３５图４．６黑斑蛙体内暴露于Ｉｐｇ／ＬＭＣＬＲ中０、７、１４天后生精支持细胞结果分析……３６图４．７暴露于不同浓度的ＭＣＬＲ１４天对青蛙生精支持细胞的效应………………………３７图５．１ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的ＲＯＳ影响………………………………………………．４４图５．２ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的ＭＤＡ含量影响…………………………………………．４５图５．３ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的ＧＳＨ含量影响………………………………………．４５图５．４ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的ＧＰｘ活力影响……………………………………………４６图５．５ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢中的细胞色素ｃ浓度影响……………………………………．４６图５．６ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢Ｂａｘ和Ｂｃｌ－２蛋白的影响………………………………………．４７图５．７ＭＣＵｔ对黑斑蛙精巢Ｂａｘ和Ｂｃｌ．２蛋白的影响………………………………．４８图５．８黑斑蛙凋亡基因Ｂａｘ和Ｂｃｌ－２的蛋白表达量比值…………………………………一４８图５．９ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢Ｃａｓｐａｓｅ３／８／９蛋白的影响………………………………………．．４９图５．１０ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢Ｃａｓｐａｓｅ３／８／９蛋白的影响…………………………………５０图５．１１ＭＣＬＲ对黑斑蛙精巢ＣＨＯＰ和ＧＲＰ７８蛋白的影响……………………………一５０ＶＩ杭州师范大学硕士学位论文第二章微囊藻毒素对雄性黑斑蛙体夕卜暴露的生殖系统经典指标研究２．２．５统计分析实验所有数据用ｏｒｉｇｉｎ软件处理，每组实验数据用平均数±标准误差表示；处理与对照间的差异比较用单因素方差分析法，处理间的差异比较采用新复极差法（ＳＳＲ），当ｐ＜０．０５或者ｐ＜０．０１时，认为有显著差异。
长期镉胁迫对莱茵衣藻的毒性及对光合系统的影响
单位代码：10019 学 号：S13070773
硕士学位论文
长期镉胁迫对莱茵衣藻的毒性及 对光合系统的影响
Toxic effects of long-term cadmium stress on growth and photosystem of Chlamydomonas reinhardtii
To research the changes in physiology after long-term cadmium stress, we measured the growth curve, the contents of chlorophyll and MDA, and the activity of peroxidase. The results showed that cadmium had no obvious inhibitory effect on the growth and the synthesis of chlorophyll, while the contents of MDA and the activity of POD was increased, indicated that there was occurring oxidative stress.
Ⅰ
Abstract
The problem of cadmium pollutant in the aquatic ecosystem affects the growth and reproduction of microorganisms and algae. Cadmium can be accumulated in the food chain and therefore affects the food safety and humans’ health. There are many researches focus on the effects of cadmium on algae at the short-term stress, but ralely at the long-term stress. In this study, we used the eukaryotic unicellular chlorophyte Chlamydomonas reinhardtii as material. The wild type Chlamydomonas reinhardtii CC125 and the cell wall-deficient mutant CC406 were both grown at the stressed of 10 μg L-1 and 100 μg L-1 CdCl2 for over about 7 months’ subculture. To explore the toxic effects of cadmium on Chlamydomonas reinhardti after the long-term stress, we researched the changes in growth, physiology, photosynthetic system, expression of two key genes and the cadmium adsorption rate.
噻嗪酮对黑斑蛙胚胎发育和蝌蚪生长的影响及血细胞DNA损伤效应
噻嗪酮对黑斑蛙胚胎发育和蝌蚪生长的影响及血细胞DNA损
伤效应
王坤英;赵俊伟;李宁宁;郭鹏超;袁红旭;周大磊;赵艳红;李卫国
【期刊名称】《河南师范大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2007(35)4
【摘要】运用体视学方法和单细胞凝胶电泳(single cell gel electrophoresis,SCGE)技术,分析了不同浓度噻嗪酮溶液对黑斑蛙胚胎发育和蝌蚪生长的影响以及对黑斑蛙(Rana nigromaculata)外周血细胞DNA的损伤效应.结果表明,500 mg.L-1和2 000 mg.L-1的扑虱灵(25%噻嗪酮可湿性粉剂)溶液对黑斑蛙蝌蚪的生长发育具有一定程度的抑制作用,并能诱导黑斑蛙外周血细胞DNA 出现链断裂损伤.
【总页数】4页(P203-206)
【关键词】噻嗪酮;黑斑蛙;外周血细胞;单细胞凝胶电泳;细胞毒性
【作者】王坤英;赵俊伟;李宁宁;郭鹏超;袁红旭;周大磊;赵艳红;李卫国
【作者单位】河南师范大学生命科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】Q958.116;X503.22
【相关文献】
1.大蟾蜍蝌蚪与中国林蛙蝌蚪生长发育的温度效应 [J], 王立志;李晓晨;张春博
2.镉对黑斑蛙蝌蚪生长发育的影响 [J], 黄敏毅;张育辉;段仁燕
3.工业污水对黑斑蛙蝌蚪生长发育及DNA的影响 [J],
4.黑斑侧褶蛙蝌蚪断尾后的补偿生长和发育研究 [J], 樊晓丽; 林植华
5.重金属铬对黑斑蛙胚胎和蝌蚪生长发育的影响及血细胞DNA损伤效应 [J], 王坤英;李卫国;赵艳红;赵俊伟
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
镉胁迫对大型溞的毒性效应
镉胁迫对大型溞的毒性效应李爽;徐镜波【摘要】The acute (48 h) and chronic (21 day) toxic tests of cadmium were done by using Daphnia magna as test organism,and the activities of superoxide dismutase ( SOD) of Daphnia magna exposed to cadmium with different concentrations and various exposure times were measured. Results showed that traditional 48hLC50 was greater than complete48hLC50 and the ecological risk assessment based on the acute toxicity could be owed“protection”. In the chronic test,it was indicated that the growth and fecundity of D. magna were all affected by cadmium exposure. The first birth time and the total number of eggs were the most sensitive parameters for the chronic exposure of cadmium. The activity of SOD was induced initially and inhibited afterwards and responsive. SOD could be used as biomarker of cadmium exposure.%以大型溞为受试生物,进行镉对大型溞48 h急性毒性试验、延迟效应试验和21 d慢性毒性试验,并研究不同质量浓度和处理时间的镉暴露下,大型溞关键抗氧化酶-超氧化物歧化酶( SOD)的活性变化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第31卷第7期2011年7月环境科学学报ActaScientiaeCircumstantiaeVol．31，No．7Jul．，2011
基金项目：浙江省新苗人才计划项目（No．2008R40G2150056）SupportedbytheXinmiaoTalentProjectofZhejiangProvince（No．2008R40G2150056）作者简介：贾秀英（1966—），女，教授；*通讯作者（责任作者），E-mail：XY_Jia@163．comBiography：JIAXiuying（1966—），female，professor；*Correspondingauthor，E-mail：XY_Jia@163．com
贾秀英，施蔡雷，张杭君．2011．镉暴露致黑斑蛙精巢氧化损伤与DNA损伤［J］．环境科学学报，31（7）：1537-1541JiaXY，ShiCL，ZhangHJ．2011．DNAdamageandoxidativedamageintestesofRananigromaculataexposedtocadmium［J］．ActaScientiaeCircumstantiae，31（7）：1537-1541
镉暴露致黑斑蛙精巢氧化损伤与DNA损伤
贾秀英*，施蔡雷，张杭君
杭州师范大学生命与环境科学学院，杭州310036收稿日期：2010-10-05修回日期：2010-11-18录用日期：2010-11-30
摘要：在实验条件下，将健康性成熟黑斑蛙（Rananigromaculata）暴露于0．005、0．01、0．05、0．1、0．5和1．0mg·L－1浓度的镉溶液中30d，采用慧星实验检测其精巢细胞DNA损伤，并测定精巢组织中活性氧自由基（ROS）的水平和脂质过氧化主要终产物丙二醛（MDA）含量，探讨镉暴露对黑斑蛙精巢组织的遗传损伤和氧化损伤作用．结果表明，随镉暴露浓度的增加，黑斑蛙精巢组织中的ROS水平明显升高，0．5、1．0mg·L－1镉染毒组与对照组比较有显著性差异；精巢MDA含量以及精巢细胞尾长和尾相显著增加，0．05、0．1、0．5、1．0mg·L－1镉染毒组与对
照组比较均有显著性差异；ROS水平、MDA含量以及精巢细胞尾长和尾相与镉暴露浓度之间均呈浓度-效应关系．结果启示，诱导产生自由基并导致脂质过氧化损伤作用增强及DNA损伤是镉引起两栖动物雄性生殖毒性的主要机制之一．关键词：镉；活性氧自由基；丙二醛；DNA损伤；黑斑蛙
文章编号：0253-2468（2011）07-1537-05中图分类号：X171．5文献标识码：A
DNAdamageandoxidativedamageintestesofRananigromaculataexposedtocadmium
JIAXiuying*，SHICailei，ZHANGHangjun
CollegeofLifeandEnvironmentalScience，HangzhouNormalUniversity，Hangzhou310036Received5October2010；receivedinrevisedform18November2010；accepted30November2010
Abstract：ToexplorethegeneticdamageandinducedbycadmiumexposureintestesofRananigromaculata，thehealthyadultfrogswereexposedto0.005，0．01，0．05，0．1，0．5and1．0mg·L－1ofcadmiumsolutionfor30days．TheDNAdamageRananigromaculatainthetesteswasexaminedusingcometassay，andtheROSlevelandMDAcontentinthetestesweremeasured．TheresultsshowedthattheROSlevelintestesincreasedwiththeincreaseofcadmiumconcentrationandthereweresignificantdifferencesinthe0．5，1．0mg·L－1cadmium-treatedgroupscomparedwithcontrolgroup．TheMDAcontent，thetaillengthandtailmomentatthedosagesof0．05、0．1、0．5and1．0mg·L－1allsignificantlyincreasedcomparedwiththatofthecontrol，andalldisplayedanobviousconcentration-effectrelationship．Theseresultsshowthattheprimarymechanismofreproductivetoxicityonmalefrogsbycadmiummaybethatcadmiumcaninducefreeradicalgeneration，followedbylipidperoxidationandDNAdamage．Keywords：cadmium；ROS；malondialdehyde；oxidativedamage；DNAdamage
1引言（Introduction）两栖类动物是生态群落的重要组成部分．据报道，两栖动物种群数量在急剧下降，环境化学污染是其重要的影响因素之一（Alfordetal．，2001；Hayesetal．，2002；Kieseckeretal．，2001）．重金属
镉是典型的工业毒物和环境污染物，对机体具有多器官和组织毒性，精巢是镉作用的重要靶器官，对生殖功能具有较大的影响（Stessenetal．，1999；Bymeetal．，2009；Iavicilietal．，2009）．已有研究表明，镉能促进活性氧自由基（Reactiveoxygenspecies，ROS）的产生，使机体处于氧化应激状态（Leeetal．，2006）．脂质过氧化是细胞氧化损伤的一种特殊形式，也是许多毒物对机体组织细胞产生作用的起点（Liuetal．，2009）．脂质过氧化过程可产生多种自由基和小分子产物，如丙二醛（malondialdehyde，MDA），引起各种碱基损伤和DNA链断裂（Nzengueetal．，2008）．目前国内外关环境科学学报31卷于镉对两栖动物的脂质过氧化损伤已开展了不少研究（Wangetal．，2006；Jiaetal．，2010），但主要集中在肝脏、肾脏，有关镉对两栖动物精巢的影响研究报道并不多，尤其是镉诱发DNA损伤的确切机制有待于深入探讨．本实验以黑斑蛙（Rananigromaculata）为供试动物，应用慧星实验（cometassay）检测整体染毒黑斑蛙的精巢细胞DNA损伤，同时测定精巢组织中ROS水平和MDA含量，研究镉暴露对黑斑蛙精巢的遗传毒性与氧化损伤作用及两者之间的关系，为当前探寻两栖类动物种群数量下降的原因提供相应的毒理学资料，也为进一步探讨镉对两栖动物的生殖毒性作用机制提供重要信息．2材料和方法（Materialsandmethods）2．1供试动物健康成年雄性黑斑蛙捕自杭州市郊，平均体长为（5．85±0．32）cm，平均体重为（20．05±3．78）g．在室内盛有2～3cm嚗气自来水（嚗气3d以上）的玻璃水族缸（实验前用10%的稀硝酸浸泡）中暂养7d后，挑选健壮、规格整齐的黑斑蛙进行实验．2．2实验试剂Cd采用CdCl2·2．5H2O（上海金山亭新试剂厂，分析纯），用双蒸馏水配制成1．0g·L－1母液，实验时稀释成所需各浓度．2．3实验方法2．3．1实验处理实验用黑斑蛙随机分成7组，每组20只．根据96h急性毒性实验，参考镉的国家标准污水综合排放标准（GB3838—1988），将染毒组黑斑蛙分别暴露于3cm水深浓度为0．005、0．01、0.05、0．1、0．5、1．0mg·L－1（以镉计，CdCl2·2．5H2O配制）的Cd溶液中，对照组黑斑蛙暴露于3cm深的清洁水溶液中．实验容器为室内玻璃水族箱（60cm×40cm×35cm），实验用水为曝气过的自来水（实验时水温18～22℃，pH值为6．5～7．0，溶氧为6～8mg·L－1），暴露实验持续30d．实验采用静态置换法，每天更换试验溶液，每天投喂蚯蚓（Esiseniafoetida）2次．驯养期间及实验过程中黑斑蛙基本没有出现死亡情况．染毒结束后，用双毁髓法处死取精巢组织待测．2．3．2样品处理取一侧精巢，清洗，吸干，称重．按质量体积比（g∶mL）=1∶19加入预冷的0．65%生理盐水，冰浴匀浆，1000r·min－1，4℃离心5min，
将上清液分装－20℃保存，用于精巢组织ROS、MDA含量的测定．取另一侧精巢，预冷的PBS漂洗，滤纸吸干，称重，放入盛有1mL的50mmol·L－1pH7．4磷酸缓冲液（PBS）的离心管中，用眼科剪剪碎，静置．用PBS调细胞至（4～6）×106·mL－1，得单细胞凝胶电
泳细胞悬浮液．2．4测定指标及方法
2．4．1ROS水平测定ROS水平测定参照Curtin等（2002）的方法稍加改进，单位以荧光强度（FI）值·mg－1（以蛋白计）表示．
2．4．2MDA检测丙二醛（MDA）测定采用硫代
巴比妥酸（TBA）法，测试步骤按试剂盒（购自南京建成生物工程研究所）说明进行．蛋白质含量的测定参考考马斯亮蓝试剂盒．2．4．3DNA损伤测定DNA损伤测定参照Singh等（1998）的方法并加以改进．制备1．0%正常熔点琼脂糖（NMA）（PBS配制）和1．0%低熔点琼脂糖（LMA）（用细胞缓冲液配制），取细胞悬浮液与
1.0%低熔点琼脂糖混匀后加到预处理过的毛玻璃
载玻片上，经细胞裂解和DNA解旋后，于4℃、电压22V、电流220mA条件下，电泳30min，经过中和、EB染色，低温避光并在2d内于荧光显微镜下观察、测定．每片随机观察100个细胞核，每个浓度组制片5～7张．用Image-ProPlus慧星分析软件分析，单位以尾长（taillength，TL）（μm）和尾相（tailmoment，TM）表示．2．5数据处理
实验所得数据采用SPSS11．5统计软件包中的t检验，分析各处理组与对照组之间的差异性，p＜0．05为有显著差异．所有的结果均以平均值±标准
误来表示．
3结果（Results）3．1精巢组织ROS水平与染镉浓度的关系
图1为不同浓度镉暴露30d后黑斑蛙精巢组织ROS水平的变化情况．由图1可知，黑斑蛙精巢组