（生物化学与分子生物学专业论文）金属离子与鱼类dna的作用关系.pdf

金履高了，鱼类【) n a 的作川天系 - p 上摘一坐 金属离子与鱼类d n a 的作用关系 中文摘要 重金属污染是近年来我国渔业环境污染的公害之，且形势十分严峻。某些重金 属离子如c d 2 + 、h 9 2 、p b 2 + 等具有强遗传毒性，可通过食物链进入鱼体内富集，导致 重金属中毒，严重影n 向产量并直至危害人类健康。但重金属对鱼类的毒害机制尚不明 朗，尤其是作为急性损伤所引起的凋亡的主要特征之d n a 链断裂或解螺旋的 作用机制尚需深入研究，而如何减轻重金属在鱼体内的毒害作用更是鲜见报道。钙是 生命的必需元素，稀土对生物圈中诸多植物和动物包括人体有极其广泛的生物学效 应。鉴于此，我们将研究重金属离子c d 2 + 、h 9 2 - 、p b h ，稀土离子l a 3 + 、c e 3 + 以及c a 2 + 与鱼类d n a 的直接和间接作用关系，尝试从生理生化各水平阐明重金属对鱼类毒害 d n a 的作用机制，并研究钙及稀土这些有益金属元素能否减轻重金属对鱼类d n a 的 破坏作用，从而为环境污染的治理提供理论依据。 论文主要涉及以下内容： ( 1 ) 通过各种手段研究p b “与鱼肠d n a 的直接作用关系。紫外吸收光谱测试表明 随着p b 2 + 的加入，d n a 的2 6 0n m 特征吸收峰强度下降，同时d n a2 0 7 n m 吸收峰明 显蓝移，表明p b ”与d n a 有强烈的键合作用；荧光发射光谱结果表明p b 2 + 的加入并 未使d n a 发射峰产生位移，但能降低其荧光强度，说明p b 2 + 的作用并未使d n a 荧 光生色团的极性环境发生明显变化，但其对d n a 内源荧光有猝灭作用，且属于静态 猝灭：真空紫外圆二色谱结果表明外源p b 2 + 导致了d n a 分子收缩，构象变化：荧光 扩展x 射线吸收精细构光谱( e x a f s ) 测试表明p b “能直接结合到d n a 上，并与 d n a 链中的磷酸基上的氧或碱基氮配位，配位数为4 ，p b o 或p b - n 键长为2 6 4a ， 认为这导致了d n a 构象变化，对二级结构产生一定的破坏作用：电泳结果表明不同 浓度的外源p b ”与d n a 直接作用后，d n a 仍然保持完整，未发生断裂。 ( 2 ) 通过光谱学手段研究稀土离子l a 3 + 、c e 3 + 缓和h 9 2 + 对d n a 毒害以及c a 2 + 缓和 c d “对d n a 毒害的作用机制。紫外吸收光谱测试表明稀土离子l a 3 - 、c e 3 + 均可缓和 h g 。对d n a 的减色效应和构象的影响，c a 2 + 可缓解c d 2 + 对d n a 的减色效应和构象 的影响。荧光发射光潜结果表明l a 3 + 和c e h 都能缓和h 9 2 + 对d n a 的内源荧光猝灭作 用，c a 2 能缓和c d ”对d n a 的内源荧光猝灭作用。在d n a 上的结合位点数、高亲 余屈离了i j 鱼类d n a 的作用关系 中义摘要 和位点的结合常数大小顺序表明l a 3 + 、c e 3 十以及c a ! + 能与h g 。、c d 2 + 在d n a 上竞争 结合位点，减少h9 1 + 、c d ”与d n a 结合的机率，月：降低h g 和c d 2 十在d n a 上结合 的稳定性，从而缓解h g ”和c d ”对体外鱼肠d n a 构象的破坏作用。 ( 3 ) 电泳分析表明不同浓度的c d ”注射到鲫鱼体内后可诱导肝、。肾组织d n a 出现 典型的梯状断裂，生化指标测试表明随着c d ”注射浓度的增加，肝、肾组织脱氧核 糖核酸酶( d n a s e ) 活性显著提高，活性氧自由基( r o s ) 产生速率明显加快，抗氧 化酶系统超氧化物岐化酶( s o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 、过氧化物酶( p o d ) 活性急 剧下降，膜脂过氧化作用( 丙二醛含量) 明显加剧，认为c d ”能迅速提高肝、肾组织 d n a s e 活性，抑制s o d ，c a t ，p o d 等抗氧化酶的活性，导致r o s 自由基积累，从 而增强了对肝、。肾组织d n a 的水解作用和氧化性损伤作用，致使d n a 断裂。在c d 2 + 毒害期间，注射了c a 2 + 、c e 3 + 后能抑制c d 2 + 对d n a s e 的活化作用，减轻c d 2 + 对抗氧 化酶活性的抑制，并减少r o s 自由基积累，鲫鱼肝、肾组织细胞自由基的产生与清 除重又恢复平衡，d n a 断裂被修复。c e 3 + 也可通过4 f 电子层和可变价态来直接清除 自由基，从而修复d n a 断裂。 关键词：重金属：稀土元素：钙：鱼类d n a ；光谱特征：电泳：生化作用机制 研究生： 导师： 吴呈 洪法水 龠属，岛丁7j 鱼类d n a 的作用关系 a b s 【r a c l i n t e r a c t i o n sb e t w e e nm e t a ii o i l sa n dd n ao ff i s h a b s t r a c t h e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o ni s o n eo ft h em o s t f i s h e r ye n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni n r e c e n ty e a r sa n dt h es i t u a t i o ni sv e r ys e r i o u s s o m eh e a v ym e t a li o n s ，s u c ha sc d h ，h g 斗， p b “a n ds oo n ，h a v es t r o n gg e n e t i ct o x i c i t y t h e yg oi n t of i s ha n de n r i c hi nt h ef o o dc h a i n ， l e a dh e a v ym e t a lt o x i c o s i s ，s e r i o u s l yd e c r e a s et h eo u t p u ta n da tl a s th a r mp e o p l e sh e a l t h b u tt h e p o i s o n o u sm e c h a n i s mo fh e a v ym e t a lr e m a i n s s t i l l u n c l e a r ，e s p e c i a l l yt h e m e c h a n i s mo fd n ac h a i n s f r a g m e n t a t i o na n du n t w i s t i n g ，w h i c hi s o n eo ft h em a j o r c h a r a c t e r so fa p o p t o s i sm a d eb ya c u t ei n j u r y , s t i l ln e e d sm o r er e s e a r c h e s a n dh o wt o r e l i e v et h et o x i c i t yo fh e a v ym e t a li nf i s hh a sb e e nr a r e l yr e p o r t e d i ti sw e l lk n o w nt h a t c a l c i u m ( c a ) i sa ne s s e n t i a le l e m e n tt oo r g a n i s m s ；r a r ee a r t he l e m e n t s ( r e e s ) a l s oh a v e e x t e n s i v e l yb i o l o g i c a le f f e c t so np l a n t s ，a n i m a l sa n dh u m a nb e i n g si nt h eb i o s p h e r e 8 0w e s t u d i e dt h ed i r e c ta n di n d i r e c ti n t e r a c t i o n sa m o n g h e a v ym e t a li o n s ，s u c ha sc d 2 + ，h 9 2 + a n d p h 2 + ，r a r ee a r t hi o n s ，s u c ha sl a 3 + a n dc e 3 + ，c a 2 + a n df i s hd n a ，t r y i n gt oc l a r i f yt h e p o i s o n i n gm e c h a n i s mo ff i s hd n ac a u s e db yh e a v ym e t a lf r o mp h y s i o l o g i c a la n d b i o c h e m i c a li e v e l ，i n v e s t i g a t ew h e t h e rc a l c i u ma n dr e e sc o u l dr e d u c et h et o x i ce f f e c to f f i s hd n ac a u s e db yh e a v ym e t a l ，p r o v i d i n ga ni m p o r t a n tt h e o r e t i c a lb a s i sf o rp r e v e n t i n g t h ee n v i r o n m e n tp o l l u t i o n t h r e em a i na s p e c t sa r ei n v o l v e d ( 1 ) d i r e c ti n t e r a c t i o nb e t w e e np b 2 + a n df i s hi n t e s t i n a ld n aw a ss t u d i e d u l t r a v i 0 1 e t a b s o r p t i o ns p e c t r as h o w e dt h a ta st h ea d d i t i o no fp b 斗，t h ec h a r a c t e r i s t i cp e a ko ff i s h i n t e s t i n a ld n aa t2 6 0n md e c r e a s e d ，m e a n w h i l e ，t h ep e a ko fd n aa t2 0 7n mo b v i o u s l y b l u es h i f t e d ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h es t r o n gb o n d i n ga c t i o nh a p p e n e db e t w e e np b ”a n d d n a f l u o r e s c e n c ee m i s s i o n s p e c t r as h o w e dt h a t w i t ht h ea d d i t i o no fp b “，t h e f l u o r e s c e n c ee m i s s i o np e a kd i d n to b v i o u s l yc h a n g ew h i l et h ef l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y r e d u c e dg r a d u a l l y ，i n d i c a t i n gt h a tp b 2 + d i d n to b v i o u s l yc h a n g et h ep o l a r i t ye n v i r o n m e n to f d n af l u o r e s c e n c ec h r o m o p h o r e ，b u ti tc o u l dc a u s et h ei n t r i n s i cf l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go f d n a ，a n dt h eq u e n c h i n gw a ss t a t i cq u e n c h i n g v a c u u mu l t r a v i o l e tc i r c u l a rd i c h r o i s m 金属离了鱼类d n a 的作用关系 a b s t r a c t ( v u v - c d ) s p e c t r as u g g e s t e dt h a tp b ”c a u s e d d n am o l e c u l es t r u c t u r es h r i n ka n d c o n t b r m a t i o n a lc h a n g e ，b u td i d n tt o t a l l yd e s t r o yt h es e c o n d a r ys t r u c t u r eo fd n a t h e e x t e n d e dx r a ya b s o r p t i o nf i n es t r u c t u r e ( e x a f s ) s p e c t r ai n d i c a t e dt h a tp bc o u l dd i r e c t l y b o u n dt od n a ，a n dp bi sb o u n dw i t hf o u ro x y g e no rn i t r o g e na t o m so nd n ai ni t sf l e s h s h e l la tt h ed i s t a n c e so ft h ep b 一0 ( n ) b o n do f2 6 4a i ti sa l s op r o v e dt h a tp bm i g h tb e b o u n dw i t ht h eo x y g e no fp h o s p h oo rn i t r o g e no fb a s ep a i r si nd n a g e le l e c t r o p h o r e s i s r e s u l ts u g g e s t e dt h a tt h ed i r e c ti n t e r a c t i o nb e t w e e np b 2 + a n dd n ad i d n tg e n e r a t ed n a c l e a v a g ei nv i t r o ( 2 ) m e c h a n i s m so fl a 3 + ，c e 3 + a n dc a 2 + r e l i e v e dt o x i c i t yo fh 9 2 + a n dc d 2 + o nd n aw e r e s t u d i e db ys p e c t r o s c o p y u l t r a v i o l e ta b s o r p t i o ns p e c t r as h o w e dt h a tl a 3 + c e 3 + a n dc a 2 + c o u l dr e l i e v et h eh y p o c h r o m i c i t ya n di n f l u e n c eo ft h ed n as t r u c t u r ec a u s e db yh 9 2 + a n d c d 2 + f l u o r e s c e n c ee m i s s i o ns p e c t r ai n d i c a t e dt h a tl a 3 + c e 3 + a n dc a 2 + c o u l dr e l i e v et h e i n t r i n s i cf l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go fd n ac a u s e db yh 9 2 + a n dc d 抖t h es e q u e n c eo ft h e b i n d i n gn u m b e r so nd n a a n dt h eb i n d i n gc o n s t a n t so fh i g hb i n d i n gs i t e ss h o w e dt h a tl a ”， c e 3 + a n dc a 2 + c o u l dc o m p e t ef o rt h eb i n d i n gs i t e so fr i 9 2 + a n dc d 2 + o nd n ad e c r e a s et h e b i n d i n gp r o b a b i l i t ya n db i n d i n gs t a b i l i t yo fh 9 2 + a n dc d 2 + o nd n a t h e r e f o r e ，l a 3 + ，c e 3 + a n dc a 2 + c o u l dr e l i e v et h ed e s t r u c t i o nc a u s e db yh 9 2 + a n dc d 2 + o nt h es t r u c t u r eo ff i s h i n t e s t i n a ld n ai nv i t r o ( 3 ) e l e c t r o p h o r e s i sa n a l y s i sp r o v e d t h a tc d 2 + i nv a r i o u sc o n c e n t r a t i o n si n d u c e dt h e c l a s s i c a ll a d d e r i n gd e g r a d a t i o no fd n ai nl i v e r , k i d n e yo fs i l v e rc r u c i a nc a r p ( c a r a s s i u s a u r a t u sg i b e l i o ) b i o c h e m i c a li n d e x e ss h o w e dt h a ta l o n gw i t ht h ei n c r e a s i n go fc d 2 + i n j e c t i o nc o n c e n t r a t i o n s ，d e o x y r i b o n u c l e a s e ( d n a s e ) a c t i v i t ys h a r p l yi n c r e a s e d ，r e a c t i v e o x y g e ns p e c i e s ( r o s ) g e n e r a t i n gr a t eo b v i o u s l ya c c e l e r a t e d ，a n t i o x i d a n te n z y m ea c t i v i t i e s o fs u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) ，c a t a l a s e ( c a t ) a n dp e r o x i d a s e ( p o d ) d e c r e a s e dq u i c k l y a n dm a l o n d i a i d e h y d e ( m d a ) i n c r e a s e dq u i c k l y t h er e s u l t ss u g g e s t e dt h a tc d 2 + c o u l d q u i c k l yi n c r e a s ed n a s ea c t i v i t y , i n h i b i ta c t i v i t i e so fs o d ，c a t , a n dp o d ，l e a dt or o s a c c u m u l a t i o n ，w h i c hp r o m o t eh y d r o l y s i sa n do x i d a t i v ed a m a g eo fd n a ，a n dc a u s ed n a c l e a v a g e h o w e v e r , c a 2 + c o u l di n h i b i ta c t i v a t i o no fc d 2 + o nd n a s ea c t i v i t y , r e l i e v e i n h i b i t i o no fc d 斗o na c t i v i t i e so fa n t i o x i d a n te n z y m e ，a n dr e d u c er o sa c c u m u l a t i o n ， l v 金属离了。鱼类d n a 的作用关系 t h e r e f o r e d n ac l e a v a g ew a sr e p a i r e du n d e rv a r i o u sc d hc o n c e n t r a t i o n s c e 3 + a l s oc o u l d i n h i b i ta c t i v a t i o no fc d 2 + o nd n a s ea c t i v i t y , r e l i e v ei n h i b i t i o no fc d 2 + o na c t i v i t i e so f a n t i o x i d a n te n z y m e ，a n dd i r e c t l yr e m o v er o sb yh a v i n g4 fe l e c t r o na n da l t e r n a t i o n v a l e n c e ，t h e r e t b r e ，d n ac l e a v a g ew a sr e p a i r e du n d e rv a r i o u sc d nc o n c e n t r a t i o n s k e y w o r d s ：h e a v ym e t a l ；r e e s ；c a l c i u m ；f i s hd n a ；s p e c t r a l c h a r a c t e r i z a t i o n e l e c t r o p h o r e s i s ；b i o c h e m i c a li n d e x e s v w r i t t e nb y ：w uc h e n g s u p e r v i s e db y ：h o n gf a s h u i 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 谚9 5 6 5 4 4 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 v ，￥ 研究生签名：盖丑f t 期：口岁，1 2 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 超圣 目期：! ：! 兰 导师签名：边主笙蜘期：芝：丛 金属离了_ 鱼类d n a 的作用关系i , j f y 背景 研究背景 重金属对鱼类毒性效应及其分子机理的研究进展 重金属污染是近年渔业环境污染的公害之一，随着工农业的发展，大量的重金属 污染物通过多种途径释放进入水体而造成污染，浓度严重超标的一些重金属离子对鱼 类有毒害作用，常常扰乱鱼类的正常生命活动，引起鱼类的中毒和死亡。由于重金属 在水生生态系统中呈现较为复杂的形态和相对较高的活性，以及对鱼类较强的毒性和 鱼类承受重金属毒害的机理复杂性，有关重金属在水生生态系统中的形态、分布、转 化和毒害机理等尚不明朗，多数重金属对鱼类生长发育影响的研究集中在毒性研究方 面。我们将扼要综述重金属对鱼类毒性效应及其分子机理的研究概况。 l 水体中的重金属及鱼类对重金属的吸收途径、机理 1 1 水体中的重金属 水体中的重金属可以是离子态、可交换态、吸附态、化学沉淀态和难溶络合态等 形态。它们随环境条件的变动而相互转化。目前水体中的重金属主要有c d ，c u ，h g ， p b ，c r ，z n ，m n ，n i ，f e ，a s 等，其中f e ，c u ，z n ，m n 为必需金属，在水生生态 系统中起着重要作用，而c d ，h g ，c r ，p b ，n i ，a s 为非必需金属，有较强的毒性。 其中，c d ，h g 对鱼类具有很强的毒性效应 1 3 。重金属对鱼类的毒性，不是与水域 中金属总浓度相关，而是主要取决于游离的金属离子，如对于c d 则主要取决于游离 c d ”浓度，c u 取决于游离c u ”及其氢氧化物。 1 2 鱼类对重金属的吸收途径、机理 重金属在体内的积累，通常认为经过下列途径：是经过鳃不断吸收溶解在水中 的重金属离子，然后通过血液输送到体内的各个部位，或积累在表面细胞之中；二是 在摄食时，水体或残留在饵料中的重金属通过消化道进入体内；此外，体表与水体的 渗透交换作用也可能是重金属进入体内的一个途径。重金属是以溶解态和颗粒态方式 被鱼类摄入的。在重金属离子的吸收机理方面，尽管很多金属离子的透膜机理被用于 解释重会属离子穿过鱼鳃上皮的过程，但是对控制重金属穿过鱼鳃上皮的机理尚不甚 明了。在重金属离子的吸收机理方面，早期研究认为，金属穿过鱼鳃上皮被假定是从 水到血液梯度驱动e i j 被动扩散，但后来的研究观察到可饱和的过程控制二价金属穿过 金桶高了。j 鱼类i ) n a 的作j n 关系 叭亢什墨 呼吸上皮，表j ：了一种司饱和的鳃吸收机制。v e r b o s t 4 对虹蹲( s a h n og a i r d n e r i ) 吸 收镉的研究发现镉离子从水相到鳃部的移动是被动扩散或易化扩散穿过鳃细胞钙通 道的过程，在鳃与血液之间的分配往往成正相关关系。 2 鱼类对重金属的蓄积 鱼类因种类、规格、重金属形态、来源及生存水体质量等条件相异，其对重金属 的蓄积情况也不同。以浮游动植物为食的鱼的体内砷和镉的含量高，以固着藻类和腐 屑为食的鱼类总铬、铜的含量高，以底栖无脊椎动物为食的鱼类锌的含量高，铅和镍 的残留则是以杂食性鱼类为高。梁涛 5 等的研究认为，不同形态的c u 在鱼体和鱼鳃 中的积累量均随水相游离c u 浓度增高、暴露时间增长而增加。r o m e o 6 矛dz a u k e 7 报道：对于浮游鱼类，c d ，c u ，z n 和h g 在其肌肉中的蓄积量较低：对于底栖鱼类， c d ，c u ，z n 等在肌肉中的蓄积量较低，但c d ，c u 在肝脏中的蓄积量较高，z n 在鳃 中蓄积量较高；h g 在浮游鱼类肌肉和鳃中的蓄积量较低，但是在底栖鱼类肝脏中的 含量较高。这可能是由于陆地径流排入海洋的重金属在河口浅海区大量沉积于淤泥 中，由于动物本身的特性以及重金属的理化状态，使底栖动物具有选择性的摄取重金 属的能力，重金属通过复杂的食物链再被鱼类富集。 由于鱼体内各组织器官生理功能、代谢水平的差异，重金属在鱼类体内各组织的 分布和积累也随之差异。肾脏和肝脏由于可以快速大量合成金属硫蛋白使重金属得以 大量蓄积，所以成为重会属蓄积的重要靶器官。汞、锌、砷主要积累分布于鱼鳞，铅、 铬、铜则主要积累分佃于内脏。汞、铅、铬、锌这4 种重金属元素的积累分布，在鱼 肉中含量均为最低，而砷则在内脏中含量最低 8 。罗国钧 9 】对鲫鱼的鱼鳞、肌肉和 内脏中的汞、铅、砷、铜、铬和锌等的分布和积累规律进行了研究，结果表明：汞、 锌在鲫鱼体内的分布为鱼鳞 内脏 鱼肉；砷的分布为鱼鳞 鱼肉 内脏；铜在内脏 中含量较高；铅和铬的分布为内脏 鱼鳞 肌肉，不同重量级间及各组织i 刮的含量差 异显著。c h e n 1 0 等报道铜、锰、铁、锌、镉等重金属在鱼体中的分布和积累，发现 在肌肉和鱼鳃中这些重金属的蓄积量明显高于对照组，而在肝脏中以铜的蓄积量为 高，在肠道中以锌的含量为高。z h o u 1 1 1 等调查重金属污染水体中罗非鱼各组织中重 金属蓄积量，结果表明，铅、镉、铬在鳃、皮肤、内脏中的含量远高于肌肉。n a i r 1 2 1 和k a r a d e d e 13 】也报道铜、铁、锰、锌4 种金属离子在肝脏中蓄积量最大，在肌肉中 余属离了。j 鱼类d n a 的作用关系 l j f 究背曩 的蓄积量最小。阮晓等 1 4 测定罗非鱼、淡水白鲳及鲤鱼的鳃、肝、肾、肌肉等部位 中铁、铜、锌、铅、镉、铬、镍、砷等重金属蓄积量，结果表明重金属主要蓄积于3 种鱼的鳃、儿十、肾等器官组织，肌肉中重金属蓄积量明显低于鳃、肝、肾部位的蓄积 量，其中鲤鱼肌肉中的重金属蓄积明显高于其它鱼种：热带鱼种与鲤鱼重金属解毒机 制差异明显，冬季鲤鱼内源性重金属解毒能力明显劣于热带鱼种罗非鱼和淡水白鲳， 重金属向肌肉转运加快，是鲤鱼肌肉中重金属蓄积量有所增加的原因。郭永灿等1 5 研究发现铅在鱼类肌肉中的富集量为黄贷 砌鱼 鲤鱼，但在同种鱼中肌肉的富集量 最低，如鲤鱼的富集量是脾脏 肾脏 精巢 肌肉。刘长发等 1 6 】研究结果表明，金 鱼鳃中铅、镉含量与血液含量以及血液铅、镉含量与肾、肝中的含量呈正相关关系， 而且肾脏对铅、镉的蓄积量高于其他器官。 水体环境条件的改变也可以改变重金属在鱼体内的积累规律。李书霞1 7 等测定 了不同p h 和盐度条件下三丁基锡( t b t ) 在罗非鱼( t i l a p i a ) 体内的生物富集系数 ( b c f ) 及其在f 辛醇一水体系的分配系数( n o 。) 和人工合成生物膜一水体系的分 配系数( d 。) ，并对其相关关系进行了探讨。富集实验进行了1 6 8h ，t b t 在p h = 8 时的富集初始速率和1 6 8hb c f 明显高于p h = 6 时，口h 为6 和8 时的b c f 为7 5 4 9 和1 1 3 2 1 。盐度对生物富集也存在较大影响，盐度为o 0 o 、1 5 o o 和2 5 o o 时的b c f 分别为1 0 7 1 8 、8 7 1 8 和2 7 6 6 。t b t 的k 。和d 。也表现为随p h 升高而升高、随盐 度升高而下降的趋势，但d 。能更精确地预测t b t 的b c f 随环境条件的变化。 3 重金属对鱼类的毒害作用 3 1 重金属离子对鱼类免疫的影响 水体中的重金属离子z n 2 十、c u ”、m n 2 + 、m g h 、h 9 2 十、c d 2 + 、p b 2 + 等达到一定浓 度时即会对鱼类会造成一定的毒害，近年来，学者们越来越多地注意到重金属离子对 鱼类免疫的影响，重金属离子引起鱼类免疫性的改变是显而易见的，有关z n ”和c u ” 的影响作用研究最多。a n d e r s o n 等 1 8 测得c u 2 + 可使虹鳟脾脏抗体分泌细胞的活性受 到抑制。r o n g i e r 等 1 9 的实验得出o 2 x l d 5 0 ( 半致死浓度) 浓度的z n ”可促进淋巴 细胞分裂，增强机体的免疫机能：同样低浓度的c u ”可增强鱼类的抗菌作用，而高 浓度则起抑制作用。由于z n 2 + 、c u 2 下、m n 2 + 、m 9 2 + 等是鱼体必需的微量金属元素， 许多实验表明，在低浓度j 状态下，这些微量金属元素可促进鱼类的抗菌能力，高浓度 金属嘲了j 鱼类d n a 的作用关系究背景 则起毒害作用。c d ”是许多水体污染物的重要成分，它对许多哺乳动物来讲是一种致 癌因子和免疫毒害物，对鱼类来讲，2m g l 的c d ”就可抑制巨噬细胞的活性。董书 芸 2 0 等探讨过环境重金属镉对鲫鱼免疫功能的影响。结果表明低镉组( 25g g l ) 鱼 血白细胞数显著高于剥照组，而中、高镉组( 5 0l _ l g l ，1 0 0g g l ) 与对照组相比却无 显著差异。血清溶菌酶含量随镉浓度的增高有升高的趋势，且高镉组明显高于对照组。 此外，各染镉组鱼前肾巨噬细胞的吞噬率、吞噬指数与对照组相比均无差别。提示镉 对鲫鱼的免疫功能有一定的影n 【自，对鲫鱼免疫功能的测定可作为水生环境污染的生 物检测手段。h g ”的毒性也是相当强的。极微量的h g ”可使t r i c h o g a s t e rt r i c h o p t e r u s 幼鱼头肾细胞的酵母聚糖诱导的化学发光反应受抑制，如水体0 0 4 5m g l 和o0 9 m g l 的h 9 2 + 可使上述的化学发光反应水平比对照组分别下降1 0 和5 0 。 3 7 重金属对鱼类呼吸运动和呼吸强度的影响 重金属离子铝、锌、镍、镉等均可与鳃的分泌物结合起来，填塞鳃丝间隙，使鱼 呼吸困难，对鱼类呼吸运动和呼吸强度有很大影响。 柴民娟等 2 1 研究了次致死浓度( o 5 、1m g l ) h 9 2 + 对石斑鱼呼吸运动的影响， 结果表明，当鱼置于o 5m d l h g ”溶液后，其呼吸频率开始减慢，振幅增大，伴有不 规律波形，在约6 0m i n 时，出现了咳嗽反应，2 8 0r a i n 后驱逐反射取代了咳嗽，且较 频繁，6 7 次m i n ，置于lm g lh g ”溶液1m i n 后，呼吸运动频率和振幅就明显减 少，减少的趋势随中毒的加深而加剧。染毒4 0r a i n 左右，频率和振幅均减少5 0 以 上。4 0r a i n 之后，频率虽有所恢复，但始终低于正常，仅为正常值的6 5 左右。4 0 0 r a i n 后频率迅速减少，振幅的变化较单一。自8 0r a i n 后，几乎维持于较低的水平( 为 f 常值的2 0 3 0 ) 。提示该浓度的h 9 2 + 对鱼呼吸运动具更明显的抑制作用。其机 理可能是因为h g ”可以抑制鳃上c a ”a t p 酶的活性，从而使鳃盖运动受阻：另外h g ” 可以刺激鳃对粘液的分泌，并且可以和粘液蛋白结合形成一种不溶性的金属蛋白质化 合物，它阻碍了鳃上皮的气体交换，从而抑制了鱼的呼吸。 柴民娟等 2 2 研究了z n ”对罗非鱼呼吸运动的影响，将罗非鱼分别置于含有1 、4 、 8 、1 2m g l 的z n s 0 4 的软硬质水中，研究1 5d 中不同的亚致死浓度对鱼呼吸和咳嗽 反应频率的影i i i 自。结果表明，呼吸频率的变化和咳嗽反应明显受z n ”浓度的影响，浓 度越大，呼吸频率曲线越偏离对照曲线，咳嗽反应频率越高；并且硬水组鱼受z n ” 余属离了o 鱼类d n a 的作用关系宄背景 毒害明显小于软水组。这是因为鱼置于c a c 0 3 饱和液中，外环境c a ”浓度远比体内 组织细胞大，c a 斗便会顺着离子浓差从外渗透入内，鱼体组织细胞内就先合有较多的 c a 2 - 。c a 2 + 的存在减少了表面膜对z n 2 + 的通透性，或者阻挡了z n 2 + 的进入，由于这种 拮抗作用主要发生于表面膜，因此z n ! + 进入体内的速度减慢，使鱼遭受z n 2 + 毒害的 几率减少。 呼吸强度是指生物在一定的环境条件下和一定时间内c 0 2 的释放量或0 2 的消耗 量，它是生物生理代谢的一个重要特征，故常用呼吸强度作为环境变化对生物影响的 重要指标。 贾秀英 2 3 研究了铜、铅、汞、锌4 种重金属对泥鳅幼鱼呼吸强度的影响，试验 结果表明，在染毒历时1 0m i n 时，泥鳅幼鱼的呼吸强度明显高于对照组( 见表1 ) ， 说明泥鳅幼鱼对重金属污染的影响十分敏感，致使呼吸强度在短时间内骡增，原因可 能是由于在中毒后，泥鳅必须依靠消耗大量的氧气来维持受损机体的生理代谢。从4 种重金属对泥鳅幼鱼呼吸强度的影响大小来看，以重金属c u 2 + 最为明显，其次为h 9 2 、 z n 2 + 、p b 2 + 。 表重金属种类与混鳅幼鱼呼吸 强度的关甬浓度n “m g ? l ， z 。! 、 3 3 重金属对鱼类嗅觉的毒害作用 鱼类的嗅觉器官直接与水体接触，外无保护屏障，内无有效的解毒机制，极易受 到污染物的损伤，重金属作为异类主要的污染物对鱼类嗅觉器官的影响，f 日益受到 国内外学者的关注。鱼类的嗅电图( e o g ) 是从嗅粘膜上记录的一种生理反应，它由 蛋氨酸分子与感受器膜上受体结合，导致感受器电位产生并扩散到整个细胞体。 陈荣等 2 4 1 以罗非鱼为试验对象，采用电生理学方法系统研究了4 种不同浓度的 h 9 2 + 、c d 2 + 污染液对罗非鱼嗅觉功能和嗅觉器官结构的损伤，。结果表明，h 9 2 + 、c d 2 + 渤生”蛐髂：； j jl l 讹羔三一澍最锌融量薹阮鄹一澍最锌融聪 命履岛丁。，鱼类d n afi,o作用关系t0d背曩 均可抑制罗非鱼e o g 反应，抑制效应随离子浓度的升高和污染时间的延长而增大， 且c d 2 + 的抑制效应大于h 9 2 十。光镜研究显示，分别浸浴在1 0 、5 0g g lh 9 2 + 或c d 2 + 污染液1 5 d 后的罗非鱼嗅上皮均有不同程度的损伤，在低浓度组，损伤主要是非感觉 区粘液细胞出现增生现象：高浓度组的嗅上皮局部出现空泡化，嗅上皮边缘出现缺口 并有细胞溢出，在含8 0g g lh g ”或c d ”混合组中，嗅上皮基本无损伤。 3 4 重金属对鱼脑组织的影响 重金属离子被鱼体组织吸收后，一部分可随血液循环到达各组织器官，引起各组 织细胞的机能变化：另一部分则可与血浆中的蛋白质及红血球等结合，使血红蛋白、 红血球数目减少，妨碍血液机能，造成贫血。重金属离子如c d ”也可直接进入脑组 织而发生影响，造成脑机能障碍，特别是小脑机能的障碍，使中毒鱼失去平衡，引起 侧翻，沉入水底。重金属对大脑的影响主要在于神经元的损伤，引起神经细胞皱缩。 其机理可能是重金属离子与质膜某些阴离子结合造成质膜裂解，原生质外溢，也可能 是重金属离子进入原生质与蛋白质的s h 基结合引起变性凝集，从而神经元变瘪。 3 5 重金属对鱼类早期发育的影响 随着工业生产的迅速发展，大量含有重金属的废水废物不断地排放入海，对海水 鱼类的生存和繁衍构成了严重威胁。在鱼的整个生活周期中，胚胎期和仔稚幼鱼早期 发育阶段对重金属污染最为敏感。 吴玉霖等1 9 9 0 年依据不同金属对褐牙鲆胚胎的滞育、致畸、成活率及孵化率的 综合影响指标，得出5 种金属对褐牙鲆胚胎的毒性大小顺序为：c u z n c d p b c r ，对仔鱼的毒性大小顺序为：c u c d z n p b c r 。另有研究表明：h g ，c u ，z n 和c r4 种重金属离子对黄姑鱼胚胎发育和仔鱼存活有影响，试验组鱼的胚胎发育受 阻，受精卵孵化率显著低于对照组，初孵仔鱼出现不同程度的畸形，这些重金属对黄 姑鱼仔鱼的毒性强弱依次为h g c u z n c r 2 5 。 杨再福 2 6 】等采用人工配制成的不同浓度溶液研究了汞( h g ”) 和钻( c o ”) 对 草鱼受精卯孵化的影响。结果表明，h 9 2 t 和c o ”的浓度分别低于0 0 3m g l 和0lm g l 时，草鱼卵子的孵化率与对照组无显著差异；当h 2 2 + 浓度在o 0 6 o 1 5m g l 时，孵 化率随h g 浓度的升高而递减，在0 1 5m g l 时孵化率为0 。当c o ”浓度在0 1 o2 6 m g l 时，孵化率随c o ”的浓度上升而降低，达o 2 6m g l 时孵化率为0 。 金属高丁j 鱼类d n a 的作用关系f i j | _ 宄背景 卢健民 2 7 1 等将h g ”、c d 2 十、c u ”、z n 2 + 4 种重金属按国家渔业水质标准所规定 浓度为基数，日l 成超标5 、1 0 、2 0 、5 0 、l o o 倍的单因子、双因子、三因子、四因子 试验组以水体染毒法对草鱼胚胎发育和鱼苗进行毒性实验。结果表明，4 种重金属均 对鱼胚和鱼苗有致畸变和致死的毒性作用。其毒性强弱在超标倍数相同情况下顺序依 次为：c u 2 + z n 2 + c d 2 + h 9 2 + ：超标5 倍的单因子重金属均影响鱼胚孵化。超标5 0 倍 以上绝大多数鱼胚和鱼苗7 d 内致死率达1 0 0 ，多因子重金属混合液比单因子都显示 毒性加强，并且鱼苗比鱼胚对毒物敏感。这主要是由于受精卵在胚胎发育过程中外面 有卯膜保护而减轻了毒物的作