劉蒙南，劉 娜，李涌泉，井維鑫，王 蘭

（山西大學生命科學學院，山西太原030006）

鎘對背角無齒蚌消化腺和鰓組織SOD活力的影響

劉蒙南，劉 娜，李涌泉，井維鑫，王 蘭

（山西大學生命科學學院，山西太原030006）

研究鎘對背角無齒蚌（Anodonta woodiana）消化腺和鰓超氧化物歧化酶（SOD）活力的影響，探究各組織SOD活力對鎘的響應(yīng)機制。試驗設(shè)1個對照組和3個鎘（Cd2+，0.5，5.0，50.0 mg/L）暴露組。鎘脅迫14 d后檢測背角無齒蚌消化腺和鰓SOD活力；剩余的背角無齒蚌移入清水中飼養(yǎng)1 d后檢測SOD活力。結(jié)果顯示，14 d鎘脅迫可顯著抑制消化腺SOD活力，鰓SOD活力只在50 mg/LCd2+組被顯著誘導(dǎo)；清水飼養(yǎng)1 d后，0.5 mg/LCd2+組消化腺SOD活力較脅迫14 d時有明顯回升，但仍顯著低于對照組，5，50 mg/LCd2+組消化腺SOD活力顯著低于對照組，50 mg/LCd2+組鰓SOD活力回落至對照組水平。鎘脅迫對背角無齒蚌消化腺和鰓SOD活力影響顯著，消化腺反應(yīng)更靈敏；清水處理對鎘引起的SOD活力變化有一定的恢復(fù)作用。

鎘；清水恢復(fù)；超氧化物歧化酶；背角無齒蚌

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，水環(huán)境污染問題也日益凸顯，其中水體重金屬污染已成為全球性問題[1]。對此，國外已廣泛開展了利用雙殼類軟體動物檢測環(huán)境的研究[2-3]。然而，我國淡水水體污染情況復(fù)雜且具有區(qū)域性，針對這種現(xiàn)象，有研究指出，使用本土淡水軟體動物作為水質(zhì)指示生物具有重要意義[4]。背角無齒蚌（Anodonta woodiana）是一種廣泛分布于我國淡水水體的經(jīng)濟貝類，濾食性，個體較大，壽命較長，且具有比斑馬貽貝（Dreissena polymorpha）更強的富集重金屬能力，因而，其已被用來研究一定區(qū)域內(nèi)水體中重金屬的含量[5]。盡管水體中的重金屬離子濃度較低，但通過體表滲透、呼吸以及食物鏈的放大等途徑富集于體內(nèi)，對生物體的影響卻是深遠的[6-7]。進入生物體內(nèi)的重金屬能使細胞內(nèi)發(fā)生氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生活性氧（ROS）[8]，過量的ROS會引起機體的氧化損傷。超氧化物歧化酶（SOD）是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶之一，是抗氧化防御系統(tǒng)的第一道防線，對多種環(huán)境脅迫因子都十分敏感，可催化超氧陰離子，緩解活性氧引起的氧化損傷[9-10]。

本試驗擬通過研究鎘脅迫以及短期凈水處理對背角無齒蚌消化腺和鰓組織超氧化物歧化酶活力的影響，以探明淡水貝類對重金屬鎘脅迫的響應(yīng)及解毒代謝機制，為貝類毒理學研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為建立水體重金屬污染的生物監(jiān)測技術(shù)提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗中所用背角無齒蚌殼（長（10.1±1.6）cm，寬（6.6±1.2）cm，高（4.5±1.2）cm），購自太原市五龍口水產(chǎn)市場。在實驗室馴養(yǎng)21 d，室溫16～20℃，每48 h換水一次，養(yǎng)殖用水為曝氣48 h自來水（pH值7.5，溶氧量8.0～8.3 mg/L），每次換水結(jié)束之后，投喂約為背角無齒蚌軟體部濕質(zhì)量0.6%的商品飼料。

1.2 主要儀器及試劑

儀器：F6/10型電動勻漿機，德國FLUKO；5804R型高速冷凍離心機，德國Eppendorf；HHS型電熱恒溫水浴鍋，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；Spectra MaxM5型多功能酶標儀，美國Molecular Devices。

試劑：氯化鎘（CdCl2·H2O）為國產(chǎn)AR級；SOD活力和蛋白含量檢測試劑盒均購自南京建成生物技術(shù)研究所。

1.3 試驗設(shè)計

根據(jù)Cd2+對背角無齒蚌96hLC50（134.9mg/L）[11]及《漁業(yè)水質(zhì)標準（GB 11607—92）》中鎘含量標準（＜0.005mg/L），Cd2+質(zhì)量濃度設(shè)置為0.5，5，50mg/L，對照組加入曝氣48 h的自來水，每個試驗組均設(shè)3個平行。試驗期間的養(yǎng)殖條件與馴養(yǎng)期間完全相同，換水時各染毒組分別加入相應(yīng)濃度的Cd2+溶液。試驗共分為2個階段：Cd2+暴露階段，將背角無齒蚌暴露于不同濃度的Cd2+溶液14 d；凈水恢復(fù)階段，將Cd2+暴露處理的背角無齒蚌移入清水中飼養(yǎng)1 d。

1.4 樣品制備

分別剖取2個試驗階段的背角無齒蚌消化腺和鰓組織，每個平行隨機取3只，稱質(zhì)量后按1∶4（m∶V）的比例在組織中加入預(yù)冷的生理鹽水（0.86%），將組織置于冰上勻漿并4℃離心，取上清液，即為待測酶液，根據(jù)試劑盒說明檢測SOD活力和蛋白含量。SOD活力單位為U/mg，表示每毫克蛋白中的酶活力。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗結(jié)果以3個平行組數(shù)據(jù)的平均值±標準差（Mean±SD）表示，利用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析（One-WayANOVA）。

2 結(jié)果與分析

從圖1-A，C，E可以看出，不同濃度Cd2+脅迫14 d后，消化腺SOD活力被顯著抑制（P＜0.01）；經(jīng)過1 d的清水飼養(yǎng)后，0.5 mg/L Cd2+的消化腺SOD活力較脅迫14 d時有明顯回升（P＝0.043），但仍顯著低于對照組（P＝0.040），5，50 mg/LCd2+組經(jīng)清水恢復(fù)1 d后，消化腺SOD活力較脅迫14 d時無明顯變化（P＝0.343，P＝0.212），且仍顯著低于對照組（P＝0.000，P＝0.000）。

在鰓組織中，0.5 mg/L Cd2+組經(jīng)脅迫14 d和清水處理1 d，SOD活力均未發(fā)生顯著變化（P＝0.591，P＝0.709）；而5，50 mg/L Cd2+組脅迫14 d后SOD活力顯著升高（P＝0.007，P＝0.000），清水飼養(yǎng)后SOD活力明顯下降，其中，5 mg/L Cd2+組鰓SOD活力明顯低于對照組和脅迫14 d組（P＝0.001，P＝0.000），50 mg/LCd2+鰓SOD活力顯著低于染毒14 d組（P＝0.000），但與對照組間差異不顯著（P＝0.306）（圖1-B，D，F(xiàn)）。

3 討論與結(jié)論

在正常的生理條件下，機體代謝所產(chǎn)生的活性氧能夠在自身的抗氧化系統(tǒng)的作用下穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，維持機體的正常生理狀態(tài)。然而，當生物體受到外源脅迫時，可能引起機體內(nèi)ROS的大量增加，此時，抗氧化系統(tǒng)將發(fā)揮重要的代謝調(diào)節(jié)作用。酶活性變化能簡單、有效地反映環(huán)境重金屬對機體的毒害作用[12]。SOD作為一種重要的抗氧化酶，在清除自由基、控制膜質(zhì)過氧化水平以及減少對膜的傷害等方面起到重要作用[13]，SOD可將超氧陰離子歧化為H2O2，而H2O2又可被機體其他抗氧化酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)镠2O和O2，從而起到解毒作用。有研究表明，低濃度的重金屬能夠誘導(dǎo)SOD活性，然而低濃度長期脅迫以及高濃度脅迫都將造成SOD活性被明顯抑制[14-15]。本試驗結(jié)果表明，經(jīng)過14 d的Cd2+脅迫，消化腺的SOD活力明顯被抑制，表明重金屬鎘引起了背角無齒蚌體內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)，大量氧自由基的產(chǎn)生，抑制了SOD的合成和活性，這與中國蛤蜊（Mactra chinensis）的鰓和消化腺SOD活力被Cd2+顯著抑制的研究結(jié)果一致[16]。然而，經(jīng)過1 d的清水飼養(yǎng)后，0.5 mg/L試驗組中消化腺SOD活力有所回升，這可能是由于組織中的Cd2+富集達到一定程度，抗氧化酶被抑制，但隨著ROS的清除及Cd2+的釋放，鎘對抗氧化酶活性的抑制作用有所緩解[17]。而5，50 mg/L試驗組中消化腺出現(xiàn)SOD活力持續(xù)下降，這可能是因為雖然Cd2+這一外源脅迫因子突然被解除，但是機體內(nèi)仍有大量活性氧自由基，并且短時間內(nèi)蓄積在體內(nèi)的Cd2+不足以被機體完全清除，因而對抗氧化酶SOD仍具有很大的干擾作用。

鰓組織是軟體動物的呼吸器官，鰓的損壞將對其呼吸作用產(chǎn)生重要影響，造成體內(nèi)離子失衡，最終導(dǎo)致生物體死亡。本試驗結(jié)果表明，經(jīng)過14 d的Cd2+脅迫，與對照組相比，僅50 mg/L鰓組織中SOD活力出現(xiàn)了顯著升高，在經(jīng)過1d的清除后，50mg/L Cd2+組鰓SOD活力回落至對照組水平。這可能是由重金屬鎘在不同的組織中毒性作用不同所造成的。鰓作為重要的呼吸器官，雖不具有類似消化腺的解毒機制，但由于長期與外界接觸，使其對重金屬具有一定的耐受性。當重金屬隨水流進入體內(nèi)，在血液循環(huán)的作用下被重新分配，并將有毒物質(zhì)隔離在不同組織中，這是貝類解除重金屬毒性的一種有效途徑[14，17]。此外，一些種類的水生生物能夠根據(jù)水體中重金屬污染程度改變自身的生化和生理狀態(tài)，從而引起吸收率和積累量的改變[18]，細胞在受到外界因素的應(yīng)激刺激之后，其自身會發(fā)生一系列的變化[19]，在Cd2+脅迫下，鰓組織中會出現(xiàn)大量的溶酶體和線粒體，重金屬會在溶酶體內(nèi)聚集，從而通過滯留或者細胞分泌的途徑以解除對細胞的毒害作用[17]。當貝類長時間處于重金屬脅迫環(huán)境中時，出于機體的趨利避害，關(guān)閉進出水孔，減慢呼吸以減少對機體的氧化損傷[20]；然而當環(huán)境中Cd2+含量很高時，仍會有一部分重金屬會進入體內(nèi)，并遠遠超過組織的耐受能力，這樣SOD活力將被誘導(dǎo)以減緩組織中的氧化損傷，這可能是造成高濃度組SOD活力被顯著誘導(dǎo)的原因。本試驗結(jié)果表明，5，50 mg/L Cd2+脅迫14 d后，鰓SOD活力的顯著上升，可能與上述因素有關(guān)。當環(huán)境中Cd2+脅迫被解除時，作為最先與水體接觸的組織鰓，其SOD活力的變化可能是由清水處理緩解了Cd2+對機體的脅迫所致。

長期暴露于Cd2+溶液中，背角無齒蚌消化腺和鰓組織中SOD活力會隨著環(huán)境中鎘含量的改變而改變，而鰓組織的SOD活力對Cd2+脅迫的響應(yīng)不如消化腺組織反應(yīng)靈敏，這可能與2種組織的結(jié)構(gòu)和功能差異有關(guān)。

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Effect of Cadmium on Superoxide Dismutase Activities of Digestive Gland and Gill inAnodonta woodiana

LIUMengnan，LIUNa，LI Yongquan，JINGWeixin，WANGLan
（College ofLife Sciences，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

The aimofthis study was to investigate the effect ofcadmium（Cd2+）on the activity ofsuperoxide dismutase（SOD）of different tissues in the freshwater mussel（Anodonta woodiana）and explore the response mechanismofSOD activityofdifferent tissues to Cd2+stress.The freshwater mussels were exposed to different concentration of Cd2+（0,0.5,5.0,50.0 mg/L）for 14 d and the activities of SOD in digestive gland and gill of the freshwater mussels exposed to Cd2+were measured.Then the remanent mussels which exposed to Cd2+for 14 d were moved to clear water for 1 d and used for SOD activity testing.The results showed that the SOD activities in digestive gland of all treatments were inhibited significantly after Cd2+exposure for 14 d,however,there was no significantly difference in gills except the notable induction of SOD activity in 50 mg/L treatment.After clear water feeding 1 d,SOD activity in digestive gland exposed to 0.5 mg/L Cd2+and SOD activity in gill exposed to 50 mg/L Cd2+were recovered to control level.The digestive gland was much more sensitive to Cd2+exposure than gill.The treatment of clear water was beneficial to the recovery of SOD activity in the tissues of the mussels.

cadmium;clear water recovery;superoxide dismutase;Anodonta woodiana

X174

A

1002-2481（2016）06-0750-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.06.08

2016-01-22

山西省基礎(chǔ)研究計劃項目（2013021022-4）；山西省留學回國人員科技活動擇優(yōu)資助項目（2014）；山西省回國留學人員科研資助項目（2014-016）

劉蒙南（1990-），女，山西陽泉人，在讀碩士，研究方向：水生動物毒理。劉 娜為通信作者。