趙升，耿曉，孫蓓蓓，張晶，韓龍江,#，潘玉龍,*

1. 國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，青島 266033 2. 國(guó)家海洋局海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266033

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重質(zhì)原油和輕質(zhì)原油水溶性組分對(duì)紫貽貝(Mytilus edulis)毒理效應(yīng)的研究

趙升1,2，耿曉1,2，孫蓓蓓1,2，張晶1,2，韓龍江1,2,#，潘玉龍1,2,*

1. 國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，青島 266033 2. 國(guó)家海洋局海洋溢油鑒別與損害評(píng)估技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266033

近年來(lái)，海洋石油開(kāi)采與運(yùn)輸泄漏、石油及產(chǎn)品離岸排放等事故逐年增多，對(duì)近海海域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了巨大破壞。為探究重質(zhì)原油和輕質(zhì)原油對(duì)紫貽貝(Mytilus edulis)毒理效應(yīng)，測(cè)定了不同濃度重質(zhì)原油和輕質(zhì)原油暴露下紫貽貝鰓和外套膜中過(guò)氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性及體內(nèi)石油烴的含量變化。結(jié)果顯示，石油污染暴露下，紫貽貝腮和外套膜中CAT和SOD活性變化明顯，與暴露濃度和暴露時(shí)間有關(guān)。CAT活性在輕質(zhì)原油組隨著濃度的增大，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)；在重質(zhì)原油暴露組，隨著濃度的增大，呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，且隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)。SOD活性在輕質(zhì)原油與重質(zhì)原油暴露組，隨著濃度的增大，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)并存在一定的劑量-效應(yīng)關(guān)系。重質(zhì)原油和輕質(zhì)原油暴露168 h后紫貽貝體內(nèi)總石油烴含量呈線性遞增，生物富集系數(shù)(BCF)隨著暴露濃度的增加不斷減小并最終趨于平穩(wěn)。結(jié)果表明，以紫貽貝腮和外套膜中SOD和CAT活性作為石油烴污染的生物標(biāo)志物具有一定應(yīng)用前景，紫貽貝對(duì)原油溶液中石油烴的生物富集作用可用來(lái)判斷污染原油的來(lái)源和性質(zhì)。

輕質(zhì)原油；重質(zhì)原油；紫貽貝；CAT；SOD；生物富集

海洋是石油的重要開(kāi)采地和運(yùn)輸渠道，伴隨著海上石油勘探開(kāi)發(fā)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和海上石油運(yùn)輸高速發(fā)展，海上溢油污染事故頻發(fā)，海洋石油污染日趨嚴(yán)重[1]。在石油開(kāi)采、運(yùn)輸和使用過(guò)程中，有相當(dāng)數(shù)量的石油類物質(zhì)廢棄在海洋中。據(jù)報(bào)導(dǎo)，全世界每年經(jīng)河流和海上事故進(jìn)入海洋的石油污染物總量在1 000萬(wàn)t以上，中國(guó)每年排入海洋的石油達(dá)1.15×108kg，并且呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)[2]。這對(duì)人類及海洋的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。如近期發(fā)生的康菲公司的蓬萊19-3油田溢油事故，中石油大連新港石油儲(chǔ)備庫(kù)輸油管道爆炸漏油引起的海洋污染等，再次引起了人們對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的關(guān)注。原油成分復(fù)雜，按照密度可以分為常規(guī)石油(輕質(zhì)油)、中質(zhì)油和重質(zhì)原油3類，重質(zhì)原油與輕質(zhì)原油相對(duì)，但兩者在組分含量上有所不同[3-4]。海上溢油事故發(fā)生后，滯留于海洋及其周邊海岸帶的溢油，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生毒性危害[5]，進(jìn)而對(duì)受污海域的浮游生物、貝類、魚(yú)類、無(wú)脊椎動(dòng)物、海鳥(niǎo)、紅樹(shù)林和大型哺乳動(dòng)物等產(chǎn)生毒害，乃至最終通過(guò)食物鏈作用于人體[6]。國(guó)外學(xué)者開(kāi)展石油烴類對(duì)海洋生物毒理效應(yīng)的研究較早。Milinkovitch等[7]研究了石油和消油劑對(duì)金黃鯔魚(yú)(Mugil cephalus Limmaeus)仔魚(yú)不同組織中的毒理效應(yīng)。美國(guó)生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)石油污染對(duì)蟹類的損害主要體現(xiàn)在生長(zhǎng)緩慢、發(fā)育畸形、動(dòng)作遲緩等[8]。我國(guó)學(xué)者研究石油烴類對(duì)海洋生物的毒理效應(yīng)起步較晚，但隨著海上溢油事故的頻發(fā)，近年來(lái)相關(guān)研究不斷增加。余群等[9]研究了不同濃度的柴油污染對(duì)真鯛(Pagrosomus major)幼體抗氧化酶活性的影響，表現(xiàn)為拋物線型劑量-效應(yīng)作用形式。陳榮等[10]發(fā)現(xiàn)僧帽牡蠣(Ostrea cucullata Born)消化腺和鰓谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)活性隨柴油分散液污染時(shí)間的延長(zhǎng)先被誘導(dǎo)后逐漸下降，且DNA有不同程度的損傷。劉美華[11]研究馬糞海膽(Hemicentrotus pulcherrimus)在暴露于不同濃度的柴油分散液不同時(shí)間后體內(nèi)DNA甲基化調(diào)控作用受到顯著影響。

紫貽貝(Mytilus edulis)隸屬于雙殼綱，貽貝目，貽貝科，貽貝屬，作為一種世界性分布的底棲雙殼類海洋動(dòng)物，由于其具有地理分布廣(沿海和河口海區(qū)均有分布)，污染物富集能力強(qiáng)，且能對(duì)多種環(huán)境污染物產(chǎn)生響應(yīng)，因此具備作為指示生物的基本條件[12]。對(duì)貽貝的基礎(chǔ)生物學(xué)特點(diǎn)研究已較為透徹，因而將貽貝作為海洋污染監(jiān)測(cè)的指示生物已普遍被人們接受；Cheung等[13]用GST、超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPx)、谷胱甘肽還原酶(GR)和脂質(zhì)的過(guò)氧化反應(yīng)(LPO)等指標(biāo)來(lái)檢測(cè)多種污染物對(duì)翡翠貽貝(Perna viridis)影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，貽貝組織中多環(huán)芳烴(PAHs)的升高可誘導(dǎo)大多數(shù)抗氧化酶的表達(dá)。上述結(jié)果暗示著一些抗氧化酶生物標(biāo)志物具有作為海洋石油污染早期預(yù)警的潛力，但這些指標(biāo)也受到諸如水溫、生殖活動(dòng)和季節(jié)等一些其他因子的影響[14]。本文重點(diǎn)關(guān)注重質(zhì)原油和輕質(zhì)原油水溶組分暴露下紫貽貝鰓和外套膜中CAT、SOD的活性變化，以及紫貽貝對(duì)重質(zhì)原油和輕質(zhì)原油水溶液的富集能力，探索其隨濃度和時(shí)間的變化規(guī)律，以期為溢油污染生物效應(yīng)快速監(jiān)測(cè)指標(biāo)的篩選和評(píng)估提供理論數(shù)據(jù)和科學(xué)的方法指導(dǎo)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

受試紫貽貝購(gòu)自青島市黃島區(qū)紫貽貝養(yǎng)殖場(chǎng)，實(shí)驗(yàn)室馴養(yǎng)7 d，24 h充氧，自然光周期，期間觀察紫貽貝馴養(yǎng)情況。選擇生長(zhǎng)良好的紫貽貝進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(體長(zhǎng)(3.0±0.5) cm)。

重質(zhì)原油和輕質(zhì)原油由國(guó)家海洋局溢油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，實(shí)驗(yàn)用海水取自青島8號(hào)碼頭近岸60 m深井，海水鹽度為30～31，pH為8.00～8.20。CAT試劑盒(可見(jiàn)光法)、總SOD試劑盒(羥胺法)和總蛋白定量測(cè)試盒(考馬斯亮蘭法)購(gòu)自南京建成生物工程研究所。

6 L圓形玻璃缸；FJ—200高速分散均質(zhì)機(jī)(上海標(biāo)本模型廠)多功能均質(zhì)器；TECAN F200型全自動(dòng)酶標(biāo)儀；HITACHI CT15RE型小型冷凍離心機(jī)；上海雙捷實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司DRHH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋；Scientific Industries生產(chǎn)的Vortex Genie型渦旋混勻器；ACO-001型充氧泵購(gòu)自深圳市興日生實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

紫貽貝毒性試驗(yàn)參照Wang等[15]和Fritts等[16]的試驗(yàn)方法，按照1 L海水加25 g原油的比例將原油加入到海水中，攪拌24 h，靜置1 h，取下清液，即得重質(zhì)原油和輕質(zhì)原油的水溶組分(WAF)母液，采用紫外分光光度法[17]測(cè)定母液中的總石油烴濃度，其中輕質(zhì)原油母液濃度為82.34 mg·L-1，重質(zhì)原油濃度為8.34 mg·L-1。原油母液經(jīng)稀釋后作為有毒物質(zhì)作用于紫貽貝，以探求其體內(nèi)活性氧成分的含量變化。根據(jù)母液總石油烴濃度進(jìn)行梯度稀釋，稀釋后的石油烴濃度亦采用紫外分光光度法[17]進(jìn)行測(cè)定，輕質(zhì)原油濃度梯度為：0.00(對(duì)照)、1.51、7.55、13.59和22.65 mg·L-1，重質(zhì)原油濃度梯度為：0.00(對(duì)照)、0.18、0.88、1.58和2.63 mg·L-1，具體步驟及操作流程均參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》進(jìn)行。每個(gè)濃度組設(shè)3個(gè)平行樣，每個(gè)6 L玻璃缸中放入12只紫貽貝，試驗(yàn)期間進(jìn)行充氧，溫度為23 ℃±1 ℃，自然光周期。試驗(yàn)開(kāi)始后第24、120和168小時(shí)從每個(gè)玻璃缸中隨機(jī)取3頭紫貽貝，去除外殼，分離出鰓和外套膜，并用蒸餾水沖洗3遍，濾紙吸干表面水分后稱重，裝入凍存管，做好標(biāo)記，進(jìn)行SOD和CAT活性測(cè)定。

取等量的紫貽貝鰓和外套膜組織，按1∶9(質(zhì)量/體積)比例加入4 ℃預(yù)冷的生理鹽水(0.86%)，均質(zhì)器勻漿2 min，即制備成10%組織勻漿，于4 ℃、2 500 r·min-1的冷凍離心機(jī)中離心20 min，取上清液，用于酶活性的測(cè)定。本試驗(yàn)采用可見(jiàn)光分光光度法測(cè)定CAT活力[18]，采用羥胺法測(cè)定SOD活力[19]，每次取100 μL上清液測(cè)定其抗氧化指標(biāo)，每個(gè)樣本設(shè)3個(gè)重復(fù)。

暴露168 h后將各暴露濃度剩余紫貽貝全部取出去殼，蒸餾水沖洗3遍后制成勻漿，做好標(biāo)記，采用紫外分光光度法[17]測(cè)定組織上清總石油烴含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用單因素方差分析進(jìn)行各濃度組間的顯著性分析，顯著性分析通過(guò)Duncan’s多重比較，顯著性水平設(shè)為P<0.05。數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Means±SD)(n=3)。生物富集系數(shù)(BCF)=富集達(dá)平衡時(shí)生物體內(nèi)石油烴的含量(mg·kg-1)/實(shí)驗(yàn)水體中石油烴的含量(mg·kg-1)。

2 結(jié)果(Results)

2.1 輕質(zhì)原油對(duì)紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性的影響

輕質(zhì)原油暴露下紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性變化如圖1所示，由圖可以看出，隨著輕質(zhì)原油暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，且在24 h后達(dá)到最大值，當(dāng)輕質(zhì)原油作用時(shí)間為120 h時(shí)，各濃度試驗(yàn)組紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性與對(duì)照組差異不顯著，之后在168 h時(shí)，隨著輕質(zhì)原油濃度的上升，其CAT活性呈緩慢下降趨勢(shì)。不同輕質(zhì)原油濃度對(duì)紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性影響不同，在較低輕質(zhì)原油濃度下(1.51 mg·L-1)，其鰓和外套膜中CAT活性較高，之后隨著原油濃度的上升，CAT活性變化不大。所呈現(xiàn)的時(shí)間-劑量-效應(yīng)關(guān)系為非線性。

圖1 輕質(zhì)原油暴露下紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性變化注：相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。Fig. 1 The effect of light crude oil exposure on CAT activities in gill and mantle of Mytilus edulisNote: Same letters indicate no significant difference (P>0.05), different letters indicate a significant difference (P <0.05). The same below.

2.2 重質(zhì)原油對(duì)紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性的影響

重質(zhì)原油暴露下紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性變化如圖2所示，由圖2可以看出，在重質(zhì)原油作用不同時(shí)間紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性變化與輕質(zhì)原油作用下CAT活性變化相似，亦呈現(xiàn)一種先下降后上升的趨勢(shì)。但不同濃度重質(zhì)原油組紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性不同。當(dāng)作用時(shí)間為24 h時(shí)，其CAT活性呈現(xiàn)一種先上升后下降趨勢(shì)，且在總石油烴濃度為1.58 mg·L-1時(shí)達(dá)到最大值((10.70±1.04) U·mg-1prot)，顯著高于其他各濃度組(P<0.05)；當(dāng)作用時(shí)間為120 h時(shí)，其CAT活性呈現(xiàn)一種緩慢下降趨勢(shì)，且在總石油烴濃度為2.63 mg·L-1時(shí)達(dá)到最小值((1.29±0.55) U·mg-1prot)；當(dāng)作用時(shí)間為168 h時(shí)，其CAT活性呈現(xiàn)一種先緩慢上升后緩慢下降趨勢(shì)，且在總石油烴濃度為1.58 mg·L-1時(shí)達(dá)到最大值((6.14±0.79) U·mg-1prot)，顯著高于其他各濃度組(P<0.05)，其所呈現(xiàn)的時(shí)間-劑量-效應(yīng)關(guān)系亦為非線性。

圖2 重質(zhì)原油暴露下紫貽貝鰓和外套膜中CAT活性變化Fig. 2 The effect of heavy crude oil exposure on CAT activities in gill and mantle of Mytilus edulis

圖3 輕質(zhì)原油暴露下紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性變化Fig. 3 The effect of light crude oil exposure on SOD activities in gill and mantle of Mytilus edulis

圖4 重質(zhì)原油暴露下紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性變化Fig. 4 The effect of heavy crude oil exposure on SOD activities in gill and mantle of Mytilus edulis

圖5 輕質(zhì)原油和重質(zhì)原油暴露168 h后紫貽貝體內(nèi)石油烴含量變化Fig. 5 The petroleum hydrocarbon contents in Mytilus edulis body after exposure to light crude oil and heavy crude oil for 168 h

2.3 輕質(zhì)原油對(duì)紫貽貝鰓和外套膜中SOD含量的影響

輕質(zhì)原油暴露下紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性變化如圖3所示，由圖可以看出，隨著輕質(zhì)原油作用時(shí)間的增加，紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性呈上升趨勢(shì)。當(dāng)作用時(shí)間為24 h時(shí)，不同輕質(zhì)原油濃度下紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性變化不大，且與對(duì)照組差異不顯著(P>0.05)；當(dāng)作用時(shí)間為120 h時(shí)，不同輕質(zhì)原油濃度下紫貽貝鰓和外套膜中SOD呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，且在7.55 mg·L-1濃度下達(dá)到最大值((10.45±1.76) U·mg-1prot)，顯著高于其他濃度各組(P<0.05)；當(dāng)輕質(zhì)原油作用時(shí)間為168 h時(shí)，隨著輕質(zhì)原油濃度的上升，紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性呈緩慢下降趨勢(shì)，且在22.65 mg·L-1濃度下顯著低于其他濃度各組(P<0.05)。SOD活性變化同暴露時(shí)間呈一定的正相關(guān)。

2.4 重質(zhì)原油對(duì)紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性的影響

重質(zhì)原油暴露下紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性變化如圖4所示，由圖可以看出，較低濃度下(0.18～0.88 mg·L-1)，隨著重質(zhì)原油作用時(shí)間的增加，紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性呈上升趨勢(shì)，較高濃度下(1.58 mg·L-1)隨著重質(zhì)原油作用時(shí)間的增加，紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性呈先上升后下降趨勢(shì)。當(dāng)作用時(shí)間為24 h時(shí)，隨著重質(zhì)原油濃度的增加，紫貽貝鰓和外套膜中SOD活性呈現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)，與對(duì)照組差異不顯著(P>0.05)；當(dāng)作用時(shí)間為120 h時(shí)，不同重質(zhì)原油濃度下紫貽貝鰓和外套膜中SOD呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，且在0.88 mg·L-1濃度下達(dá)到最大值((14.65±1.83) U·mg-1prot)，與1.58 mg·L-1濃度組差異不顯著(P>0.05)，顯著高于其他濃度各組(P<0.05)；當(dāng)重質(zhì)原油作用時(shí)間為168 h時(shí)，隨著重質(zhì)原油濃度的上升，紫貽貝鰓和外套膜中SOD含量呈緩慢下降趨勢(shì)，且在2.63 mg·L-1濃度下顯著低于其他濃度各組(P<0.05)。SOD活性變化同暴露時(shí)間呈一定的正相關(guān)。

2.5 重質(zhì)原油和輕質(zhì)原油暴露下紫貽貝對(duì)石油烴的生物富集

不同濃度輕質(zhì)原油和重質(zhì)原油暴露168 h后紫貽貝體內(nèi)總石油烴含量如圖5所示，已有研究表明，經(jīng)過(guò)3～4 d，不同濃度石油烴污染物在養(yǎng)殖水體和貝體之間均達(dá)到了分配穩(wěn)態(tài)平衡[20]，所以在富集的第168小時(shí)，紫貽貝對(duì)海水中的石油烴的富集已達(dá)到平衡，基本上不隨時(shí)間變化而發(fā)生顯著變化。由圖5可以看出，不同濃度輕質(zhì)原油和重質(zhì)原油暴露168 h后紫貽貝體內(nèi)總石油烴含量隨原油濃度的增加不斷增加，輕質(zhì)原油暴露168 h后，0.00、1.51、7.55、13.59、22.65 mg·L-1實(shí)驗(yàn)組的紫貽貝對(duì)石油烴的吸收量為22.4、50.3、53.8、85.5、103 mg·kg-1。貝類對(duì)石油烴的吸收速率隨著暴露濃度的增加而增加，與暴露石油烴濃度呈正相關(guān)關(guān)系。重質(zhì)原油暴露168 h后，0.00、0.18、0.88、1.58、2.63 mg·L-1實(shí)驗(yàn)組的紫貽貝對(duì)石油烴的吸收量為22.4、33.8、37.2、39.6、49.2 mg·kg-1。貝類對(duì)石油烴的吸收速率隨著暴露濃度的增加而增加，與暴露石油烴濃度呈正相關(guān)關(guān)系。

不同濃度輕質(zhì)原油和重質(zhì)原油暴露168 h后紫貽貝體內(nèi)總石油烴的生物富集系數(shù)如表1所示，由表1可以看出，經(jīng)過(guò)168 h的富集，1.51、7.55、13.59、22.65 mg·L-1輕質(zhì)原油實(shí)驗(yàn)組的紫貽貝的BCF分別為18.48、4.16、4.64、3.56，暴露海水中輕質(zhì)原油濃度與BCF呈顯著負(fù)相關(guān)，隨著暴露海水中石油濃度的增加，BCF逐漸減小。當(dāng)暴露海水中石油濃度大于7.55 mg·L-1，紫貽貝BCF減小的趨勢(shì)減慢。這表明隨著暴露海水中輕質(zhì)原油濃度的增加，紫貽貝對(duì)海水中輕質(zhì)原油的富集水平增加，但富集能力下降。當(dāng)海水中重質(zhì)原油濃度為0.18、0.88、1.58、2.63 mg·L-1時(shí)，紫貽貝的BCF分別為65.14、16.91、10.92、10.21，暴露海水中重質(zhì)原油濃度與BCF呈顯著負(fù)相關(guān)，隨著海水中暴露石油濃度的增加，BCF逐漸減小。當(dāng)海水中暴露石油濃度大于1.58 mg·L-1，紫貽貝BCF減小的趨勢(shì)減慢。這表明隨著海水中重質(zhì)原油濃度的增加，紫貽貝對(duì)海水中重質(zhì)原油的富集水平增加，但富集能力下降。

3 討論(Discussion)

在生物機(jī)體內(nèi)，過(guò)氧化氫是一種有毒的產(chǎn)物，它可以通過(guò)氧化作用生成大量的過(guò)氧化物，造成機(jī)體組織生物膜損傷，磷脂功能障礙，細(xì)胞核中DNA斷裂等[21]。生物體內(nèi)存在抗氧化酶系統(tǒng)，主要包括過(guò)SOD、CAT、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-PX)、GST等可以通過(guò)一系列抗氧化作用，將有毒的過(guò)氧化氫轉(zhuǎn)化成一系列無(wú)毒的產(chǎn)物。在該系統(tǒng)中，SOD主要通過(guò)破壞脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的起始因子·O2-，使之形成H2O2，阻止脂質(zhì)過(guò)氧化而保護(hù)機(jī)體免受損傷[22]。CAT主要通過(guò)催化歧化作用，使細(xì)胞內(nèi)高濃度的H2O2分解為H2O和O2，從而保護(hù)機(jī)體免受過(guò)氧化損傷，是機(jī)體內(nèi)的非常重要的抗氧化防御性功能酶，在生物體的抗氧化防御系統(tǒng)中占有重要地位。CAT和SOD均是是機(jī)體抗氧化防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶，能夠聯(lián)合清除生物體內(nèi)過(guò)高濃度的過(guò)氧化物，保持細(xì)胞正常的代謝不受破壞。大量研究表明，海洋生物在受到原油等污染脅迫時(shí)，其體內(nèi)抗氧化酶活性往往發(fā)生改變，以使機(jī)體適應(yīng)生存環(huán)境的改變，體內(nèi)抗氧化酶活性的改變既可以作為污染物暴露的指示，也可以作為生物受到脅迫的標(biāo)記。蔡立哲等[23]在研究蒽、菲、芘等對(duì)菲律賓蛤仔(Ruditapes philippinarum)抗氧化酶活性的影響時(shí)提出可以將菲律賓蛤仔機(jī)體內(nèi)SOD活性的變化作為海洋生物污染的預(yù)警。任加云等[24]研究了苯并芘和苯并熒蒽混合物對(duì)櫛孔扇貝(Chlamys (Azumapecten) farreri)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，扇貝在高濃度有機(jī)污染物脅迫下，SOD活性被抑制，通過(guò)測(cè)定SOD活性的變化可以指示有機(jī)污染物對(duì)海洋生物的毒性效應(yīng)。楊濤等[25]在研究翡翠貽貝(Perna viridis Linnaeus)內(nèi)臟團(tuán)對(duì)菲脅迫的毒理響應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，菲脅迫下貽貝內(nèi)臟團(tuán)SOD及CAT活性呈現(xiàn)被抑制-誘導(dǎo)的變化趨勢(shì)，且隨著濃度的增大變化明顯，故可以通過(guò)翡翠貽貝SOD及CAT活性的變化反映PAHs對(duì)貝類的氧化脅迫程度，指示生物毒性。呂福榮等[26]的研究表明，將馬糞海膽暴露在溢油分散劑中，其體內(nèi)CAT活性先被誘導(dǎo)后被抑制，污染解除后CAT活性得到恢復(fù)，通過(guò)結(jié)合其他指標(biāo)可以作為檢測(cè)石油污染的早期預(yù)警的生物標(biāo)志物。蔣鳳華等[27]的研究表明，在原油水溶性成分脅迫下，隨時(shí)間的延長(zhǎng)櫛孔扇貝鰓和消化腺中CAT活性變化和SOD變化大致相同，表現(xiàn)為誘導(dǎo)-抑制-誘導(dǎo)的趨勢(shì)。近年來(lái)，機(jī)體內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于溢油污染毒理學(xué)領(lǐng)域，抗氧化酶能夠比較靈敏地反映水生生物的生化指標(biāo)，進(jìn)而成為海洋油污染的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)，原油污染對(duì)紫貽貝腮和外套膜中CAT和SOD活性具有顯著影響：SOD活性在輕質(zhì)原油與重質(zhì)原油暴露組，隨著濃度的增大，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；CAT活性在輕質(zhì)原油組隨著濃度的增大，呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，在重質(zhì)原油暴露組，隨著濃度的增大，呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，且隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，并存在一定的劑量-效應(yīng)關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)中不同種類的原油與CAT的劑量-效應(yīng)關(guān)系為短時(shí)間被顯著誘導(dǎo)，長(zhǎng)時(shí)間被抑制，最終又被誘導(dǎo)的過(guò)程。輕質(zhì)與重質(zhì)原油水溶組分對(duì)紫貽貝SOD活性表現(xiàn)出不同程度的誘導(dǎo)作用，隨水體中原油濃度的增大，SOD被抑制作用加強(qiáng)，但SOD活性隨時(shí)間呈持續(xù)誘導(dǎo)的趨勢(shì)。劑量-效應(yīng)反應(yīng)形式是生物體對(duì)外源性污染物最常見(jiàn)的反應(yīng)形式[28]，它表明隨著污染濃度的升高，生物的解毒系統(tǒng)先是表現(xiàn)為正誘導(dǎo)反應(yīng)，然后是負(fù)誘導(dǎo)反應(yīng)，最后則是抑制反應(yīng)。生物體內(nèi)的解毒系統(tǒng)對(duì)污染有一定的適應(yīng)能力，正誘導(dǎo)反應(yīng)說(shuō)明其解毒能力隨著濃度的升高而升高，負(fù)誘導(dǎo)反應(yīng)說(shuō)明其解毒能力隨著污染濃度的升高而降低，二者總的都表現(xiàn)為對(duì)污染的適應(yīng)性反應(yīng)，抑制性反應(yīng)說(shuō)明污染對(duì)生物的毒性效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，超過(guò)解毒系統(tǒng)的功能水平，并使之產(chǎn)生中毒反應(yīng)。生物體內(nèi)抗氧化指標(biāo)與污染物暴露濃度和暴露時(shí)間有關(guān)，所呈現(xiàn)的變化比較復(fù)雜，以紫貽貝腮和外套膜中SOD和CAT活性作為石油烴污染的生物標(biāo)志物具有一定應(yīng)用前景，探究其變化規(guī)律具有重要意義。

表1 海水中不同濃度輕質(zhì)原油和重質(zhì)原油暴露168 h后生物富集系數(shù)

傳統(tǒng)的生物富集、釋放動(dòng)力學(xué)模型認(rèn)為污染有機(jī)物在生物體內(nèi)的生物富集可近似看作是污染有機(jī)物在海水和生物體之間的分配過(guò)程。其吸附、釋放過(guò)程可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行描述。由于實(shí)驗(yàn)生物種類及大小、水溫、生物富集初始濃度以及實(shí)驗(yàn)方法等的不同都有可能會(huì)造成生物富集量及BCF值的差異，本實(shí)驗(yàn)測(cè)定值與文獻(xiàn)值總體上比較接近，紫貽貝對(duì)原油的生物富集因子與高萍[29]測(cè)定的菲律賓蛤仔對(duì)勝利原油BCF結(jié)果(30.61～231.20)較為吻合。海洋生物體內(nèi)石油烴富集量及富集系數(shù)，首先取決于有機(jī)物在水中的溶解度。當(dāng)其在水中溶解度減少時(shí)，生物富集系數(shù)將會(huì)增加；其次與生物體內(nèi)的脂肪含量有關(guān)。Hansen等[30]發(fā)現(xiàn)PCBs在魚(yú)體內(nèi)肝臟中濃度最大，其次為鰓，他認(rèn)為這種差異是由于脂肪含量不同引起的，組織中有機(jī)物的濃度與各組織的脂肪含量相關(guān)。Storelli等[31]也在研究中發(fā)現(xiàn)，吸口魚(yú)(Redhorse suckers)對(duì)氯的吸收也與生物的脂肪含量相關(guān)。本研究的結(jié)果顯示：(1)紫貽貝對(duì)不同種類原油的吸收量及生物富集因子BCF都存在較大的差異。其中當(dāng)輕質(zhì)原油濃度為0.00、1.51、7.55、13.59、22.65 mg·L-1時(shí)，紫貽貝對(duì)石油烴的吸收量為22.4、50.3、53.8、85.5、103 mg·kg-1，BCF為4.6～33.3。當(dāng)重質(zhì)原油濃度為0.00、0.18、0.88、1.58、2.63 mg·L-1時(shí)，紫貽貝對(duì)石油烴的吸收量為22.4、33.8、37.2、39.6、49.2 mg·kg-1，BCF為18.7～193.1。(2)2種不同原油的BCF大小順序?yàn)橹刭|(zhì)原油>輕質(zhì)原油?？赡苤饕怯捎诓煌退袡C(jī)物種類不同，重質(zhì)原油中含兩環(huán)、三環(huán)芳烴(如萘、菲等化合物)濃度較高。(3)紫貽貝在不同原油溶液中均表現(xiàn)出較強(qiáng)的生物富集作用，這可能是貽貝能夠被許多學(xué)者提出作為指示生物的重要原因。

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The Toxicity of Water-soluble Composition of Heavy Crude and Light Crude Oil to Mytilus edulis

Zhao Sheng1,2, Geng Xiao1,2, Sun Beibei1,2, Zhang Jing1,2, Han Longjiang1,2,#, Pan Yulong1,2,*

1. North Sea Environmental Monitoring Center of National Ocean Bureau, Qingdao 266033, China2. Key Laboratory of Marine Spill Oil Identification and Damage Assessment Technology of National Ocean Bureau, Qingdao 266033, China

Received 14 December 2015 accepted 26 January 2016

In recent years, with the rapid development of oil exploitation and transportation, oil spill accidents increased every year which have caused serious damage to offshore ecological environment. To explore the toxic effect of heavy crude and light crude oil on Mytilus edulis, this study measured catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activity in gills and mantle of blue mussel and the concentration of petroleum hydrocarbon in organism under different exposure concentration of heavy and light crude oil. Results showed that CAT and SOD activity changed obviously with the exposure concentration and exposure time. In the light crude oil treatment group, CAT activity declined with the increase of the concentration, and firstly decreased and then increased with the extension of exposure time. In the heavy crude oil group, CAT activity showed a downward trend after the first rise with the increase of exposure concentration, and showed upward trend after the first fall with the extension of exposure time. SOD activity, in both light and heavy crude oil groups, decreased with the increase of exposure concentration, and enhanced with the extension of exposure time in a certain dose-dependent manner. After 168 h exposure to heavy and light crude oil, a linearly increasing relationship was found between the petroleum hydrocarbon content in blue mussel and the exposure concentration of crude oil. The bioconcentration factor (BCF) decreased with the increase of exposure concentration, and then leveled off eventually. It is proposed that SOD, CAT and BCF in gills and mantle of blue mussels will serve as petroleum pollution biomarkers. The bioaccumulation of petroleum hydrocarbon in blue mussel bodies can be used to determine the source and property of crude oil.

light crude oil; heavy crude oil; Mytilus edulis; CAT; SOD; bioconcentration

國(guó)家海洋局北海分局海洋科技項(xiàng)目(2015B01)

趙升(1982-)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楦∮沃参?、赤潮及海水增養(yǎng)殖區(qū)領(lǐng)域的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，E-mail: zhaosheng@bhfj.gov.cn；

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: panyulong@bhfj.gov.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20151214001

2015-12-14 錄用日期：2016-01-26

1673-5897(2016)4-272-08

X171.5

A

簡(jiǎn)介：潘玉龍(1987—)，男，海洋生物學(xué)碩士，工程師，主要研究方向?yàn)楦∮沃参铩?/p>

韓龍江(1989—)，男，水生生物學(xué)碩士，主要研究方向?yàn)楹Ｑ笊锓N質(zhì)資源、微生物及生態(tài)學(xué)。

# 共同通訊作者(Co-corresponding author)， E-mail: hanlongjiang1989@163.com

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