（水生生物学专业论文）重金属离子对日本（虫寻）毒理学效应的研究.pdf

重金属离子对日本虫寻毒理学效应的研究 摘要 近年来，我国沿海水域环境污染日益加重，尤其是重金属污染非常突出，主 要表现为重金属在沿海底质中的积累，如我国锦州湾的汞( h g ) ，珠江口的h g 、 铜( c u ) 、镉( c d ) ，胶州湾的h g 、c d 等含量均已不同程度地超过了国家海洋 环境标准，对水生动物造成了严重危害。本文研究了3 种重金属( c u 2 + 、h 矿、 c d 2 + ) 对日本虫寻鳃丝、肝胰脏金属硫蛋白( m t ) 浓度、3 种组织抗氧化酶( s o d 、 c a t 、g p x ) 活力、d n a 单链断裂的影响及鳃丝、肝胰脏显微结构的影响，探讨 了重金属离子对日本虫寻的致毒机理，以期为水生甲壳动物生态毒理学的研究提 供资料，也为沿海底质重金属污染监测提供科学依据。 应用h g 饱和法( m s a ) 及原子吸收分光光度计测定了在3 种重金属离子作 用1 5 d 内日本虫寻鳃丝、肝胰脏m t 的浓度变化。结果显示：日本虫寻鳃丝、肝胰 脏m t 含量在3 d 时均显著升高，之后随着离子浓度的升高和作用时间的延长变 化显著( p c u 2 + h 9 2 + 、h 9 2 + c d 2 + c u 2 + ，2 种组 织m t 含量大小为：肝胰脏 鳃丝。 分别用邻苯三酚自氧化法、紫外分光光度法、d t n b 比色法测定了3 0 d 内 重金属离子对日本虫寻3 种组织抗氧化酶( s o d 、c a t 、g p x ) 活力的影响，结果 表明：日本虫寻鳃丝、肝胰脏3 种抗氧化酶( s o d 、c a t 、g p x ) 活力，除o 0 5 、 o 1 m g l c u 2 + 、o 0 0 2 5 m g l h 9 2 + 处理组外均在0 2 5 d 被显著诱导( p o 0 5 ) 。其中c u 2 + 处理组鳃丝 和肝胰脏g p x 活力在实验过程中与重金属离子呈明显的时间剂量效应关系，其 他处理组随时间浓度增大具有明显的峰值变化，并在一定实验时间内具时间剂量 相应。日本虫寻鳃丝、肝胰脏中c a t 、g p x 活力大小为：肝胰脏 鳃丝，而s o d 活力大小为：鳃丝 肝胰脏；在同浓度同时问作用下3 种离子对s o d 、c a t 、g p x 活力的抑制程度均为：h 9 2 + c d 2 + c u 2 + 。 3 种重金属离子对日本虫寻血淋巴s o d 、g p x 活力影响显著( ， 0 0 5 ) 。在低浓度重 金属离子( c u 2 + o 0 5 m g l ，c d 2 + o 5m g - l _ 1 ) s o d 活力在暂时升高后逐渐下降，均在第9 d 后显著 低于对照组( p 0 0 5 ) 或受到显著抑制( p c d 2 。 c u 2 + 。 重金属离子作用1 5 d 内，日本虫寻血细胞、鳃丝和肝胰脏d n a 单链断裂程度 分别通过单细胞凝胶电泳( s c g e ) 、碱解旋方法测定。实验结果显示：与对照 组相比，各重金属离子处理组日本虫寻血细胞、鳃丝和肝胰脏d n a 单链断裂明显 增加( 表现为拖尾率和任意值的增大、f 值的降低) ，并在一定时间内具有时间 剂量效应；之后出现一定程度的d n a 修复现象。其中任意值比拖尾率更敏感反 映血细胞d n a 单链断裂水平，3 种重金属离子对日本虫寻d n a 损伤程度为： h 9 2 + c d 2 + c u 2 + ，同一处理组日本虫寻鳃丝、肝胰脏d n a 损伤程度为鳃丝 肝胰 脏，而修复能力为肝胰脏 鳃丝。 在光镜下观察重金属离子( 2 m e g lc u 2 + 、0 a m g lh 9 2 + 、l m g lc d 2 + ) 作用1 5 d 后，日本虫寻组织显微结构的变化。结果显示：重金属离子作用下，日本虫寻鳃叶 不规则增厚，鳃腔相对增大，并局部有充血现象；其中c d 2 + 处理组鳃丝损伤最严 重，上皮层发生解体，只剩下一层角质层，而o 1 m g lh 孑+ 对鳃丝损伤最小。肝 胰脏中肝管结构紊乱，空泡增加，有的细胞核固缩，其中c u 2 + 处理组肝胰脏损 伤最严重，肝细胞大量溶解，只残留包被在外周的一层结缔组织的被膜，而l m g l c d 2 + 对肝胰脏损伤最小。 关键词：重金属离子；日本虫寻；肝胰脏； 氧化酶( s o d 、c a t 、g p x ) ；d n a 损伤 鳃丝：血液：金属硫蛋白( m ) ；抗 显微结构； e f f e c t so fh e a v ym e t a ii o n so nt o x i c i t y o fc h a r y b d sj a p o ni c a a b s t r a c t r e c e n t l y , e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na l o n gc o a s t a la r e a si nc h i n ai ss e r i o u s i n c r e a s i n g ，e x p e c i a l l yh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o ni ns e d i m e n t s ，f o re x a m p l et h a t m e r c u r y ( n g ) c o n c e n t r a t i o ni nj i n z h o ub a y , h g ，c a d m i u m ( c d ) a n dc o p p e r ( c u ) c o n c e n t r a t i o ni ne s t u a r yo fz h ur i v e r , h ga n dc a d m i u mc dc o n c e n t r a t i o ni nj i a o z h o u b a ye x c e e d st h ee n v i r i o n m e n t a la l l o w a b l ec o n t e n ta n dc o d dd os e r i o u sh a r mt ot h e a q u a t i ca n i m a l s t h i sp a p e rs t u d i e de f f e c t so fh e a v ym e t a li o n s ( c u 2 + ，h 9 2 + ，c d 2 + ) o n m e t a l l o t h i o n e i n ( m d c o n c e n t r a t i o no ft h e g i l l s a n dh e p a t o p a n c r e s ，a n t i o x i d e e n z y m e sa c t i v i t i e so ft h r e et i s s u e si n c l u d i n gs u p e r o x i d ed i s m u s e ( s o d ) ，c a t a l a s e ( c a t ) a n dg l u t a t h i o n ep e r o x i d a s e ( g p x ) ，d n as t r a n db r e a ki nt h r e et i s s u e sa n d m i c r o s t r u c t u r eo fg i l lf i l a m e n t sa n dh e p a t o p a n c r e ao fc h a r y b d i s j a p o n i c a ，m e a n w h i l e d i s c u s s e dt h et o x i ca n dd e t o x i c f i e dc o u r s e so f h e a v ym e t a li o n si nc h a r y b d i s j a p o n i c a ， i no r d e rt op r o v i d es c i e n t i f i cd a t af o rt o x i c o l o g yr e s e a r c ho nm a r i n ec r e a s c u r e a sa n d m o n i t o r i n gt h eh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o ni nc o a s t a ls e d i m e n t e f f e c t so ft h r e ek i n d so fh e a v ym e t a li o n so nm tc o n c e n t r a t i o ni nt h eg i l l sa n d h e p a t o p a n c r e a so fc h a r y b d i sj a p o n i c ad u r i n g15d a y sw e r es t u d i e du s i n gu s i n g m e r c u r y s a t u r a t i o n a s s a ym e t h o da n da a s t h er e s u l t si n d i c a t e d ：t h em t c o n c e n t r a t i o ni nt h eg i l l sa n dh e p a t i o p a n c r e a si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yi n3d a y , t h e n c h a n g e ds i g n i f i c a n t l y w i t l lt h e i n c r e a s i n g o fm e t a li o n sc o n c e n t r a t i o n sa n d p r o l o n g a t i o no f e x p o s u r et i m e ( p o 0 5 ) i na d d i t i o n ，t h ei n d u c t i v ed e 掣e eo ft h r e eh e a v ym e t a l i o n si nt h es a r n ec o n c e n t r i o n sf o 5 m g 几) a n dt i m eo nm e t a l l o t h i o n e i nc o n c e n t r a t i o ni n t h eg i l l sa n dh e p a t o p a n c r e a sw e r ec d 2 + c u z + h 9 2 + a n d h 9 2 + c d 2 + c u 2 + ，r e s p e c t i v e l y a n dt h em tc o n c e n t r a t i o ni nh e p a t o p a n c r e a sw a sm u c h l l i g h e rt h a nt h a ti nt h eg i l l s e f f e c t so ft h r e ek i n d so fh e a v ym e t a li o n so ns o d ，c a ta n dg p xa c t i v i t i e si n t h eg i l l sa n dh e p a t o p a n c r e a so fc h a r y b d i sj a p o n i c ad u r i n g3 0d a y sw e r es t u d i e db y m e t h o d so fa u t o x i d a t i o no fp y r o g a l l o l ，u l t r a v i o l e ts p e c t r o p h o t o m e t r ya n dd t n b c o l o r i m e t r y , r e s p e c t i v e l y t h e r e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ：t h ea c t i v i t i e so ft h r e e a n t i o x i d a n te n z y m e s ( s o d ，c a ta n dg p x ) i nt h e g i l l sa n dh e p a t o p a n c r e a so f c h a r y b d i sj a p o n i c aw e r ea l li n d u c e ds i g n i f i c a n t l yi nd a yo 2 5e x c e p tt h o s ei n0 0 5 o 1 m g l c u 2 + a n d0 0 0 2 5 m g lh 9 2 + t r e a t e dg r o u p sw e r ei n d u c e da f t e r w a r d ( p o 0 5 ) t h e r e i n t o ，a l lt h eg p xa c t i v i t i e si n c u 2 + t r e a t e dg r o u p sr e p r e s e n t e dad i s t i n c td o s e t i m er e s p o n dr e l a t i o n s h i pw i t ht h e h e a v ym e t a li o n s ，w h e a r e a st h o s ei no t h e rg r o u p sc h a n g e dl i k eap e a kv a l u ea n d r e p r e s e n t e dad o s e t i m er e s p o n dr e l a t i o n s h i pd u r i n gc e r t a i ne x p e r i m e n t a lt i m e c a t a n dg p xa c t i v i t i e si nh e p a t o p a n c r e a so fc h a r y b d i s j a p o n i c aw e r em u c hh i g h e rt h a n t h o s ei nt h eg i l l s ，b u ts o da c t i v i t i e si nh e p a t o p a n c r e a sw e r el o w e r i na d d i t i o n , t h e r a n ko f i n h i b i t e dd e g r e eo f h e a v ym e t a li o n sw h i c ha tt h es a n l ee o n c e n t r i o n sa n dt i m e o na n t i o x i d a n te n z y m ea c t i v i e sw a s ：h 9 2 + c d 2 + c u 2 + 。 t h es o da n dg p xa c t i v i t i e s c h a n g e ds i g n i f i c a n t l y ( p l m g l 1 ，h 矿 0 0 5m g l 1 ，c d 2 + 0 5m g l q ) ，w h i c h i n c r e a s e dt e m p o r a r i l ya n dt h e nd e c r e a s e dw i t hp r o l o n g e de x p o s u r e ，w e r ei n h i b i t e d s i g n i f i c a n t l ya f t e r9d a y s ( p c u 2 + t h ed e g r e e so fd n a s i n g l es t r a n db r e a ki n d u c e db yt h r e ek i n d so fh e a v ym e t a l d u r i n g1 5d l y sw e r em e a s u r e db yu s i n go fs i n g l ec e l lg e le l e c t r o p h o r e s i sa s s a yi n h a e m o l y m p hc e l l sa n dd n aa l k a l i n eu n w i n d i n ga s s a yi ng i l l sa n dh e p a t o p a n c r e a s ， r e s p e c t i v e l y t h er e s u l ts u g g e s t e d ：t h el e v e l so fd n as i n g l es t r a n db r e a ki na l lt h e e x p e r i m e n t a lg r o u p si n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l yw h i c hs u g g e s t e db yt h ei n c r e a s i n gc o m e t r a t i oa n da r b i t a r yv a l u ei n h a e m o l y m p ha n dd e c r e a s i n gf - v a l u ei ng i l l s a n d h e p a t o p a n c r e a s ，m e a n w h i l er e p r e s e n t e dad o s e - t i m er e s p o n s er e l a t i o n s h i pi nc e r t a i n t i m e d n ar e p a i rp h e n o m e n o nw a ss h o w e da f t e r w a r d t h e r i n t o ，a r b i t a r yv a l u ew a s m o r es e n s i t i v ef o rr e f l e c t i n gt h el e v e lo fd n as t r a n db r e a ki nh a e m o l y m p hc e l l ； t h er a n ko ft h el e v e l so fd n a d a m a g ei nt i s s u e so fc h a r y b d i sj a p o n i c ai n d u c e db y t h r e ek i n d so fh e a v ym e t a li o n sw a sh 9 2 * c d 2 + c u 2 + ；d n ad a m a g el e v e l si ng i l l s w e r eh i 。g h e rt h a nt h o s ei nh e p a t o p a n c r e si nt h es a m ee x p e r i m e n t a lg r o u pw h i l et h e d n a r e p a i r i n ga b i l i t i e sw e r em u c hh i g h e ri nh e p a t o p a n c r e s 。 t h ee f f e c t so fh e a v ym e t a li o n so nt h eh i s o l o g i c a ls t r u c t u r e so fg i l la n d h e p a t o p a n c r e a so fc h a r y b d i sj a p o n i c ad u r i n g1 5d a y sw e r eo b s e r v e db ym e a n so f l i g h tm i c r o s c o p e t h er e s u l ts h o w e d ：t h eg i l lf i l a m e n t so fc h a r y b d i sj a p o n i c aw e r e t h i c k e n e di r r e g u l a r l y ，砸也t h eh a e m o t y m p hs p a c e se n l a r g i n gc o m p a r a t i v e l ya n d e n g o r g e m e n to fh a e m o l y m p hc e l l sa p p e a r i n gi np a r t so fg i l lf i l a m e n t s ；t h e r e i n t o ， s t r u c t u r e so fg i l lw e r ed a m a g e dm o r es e r i o u s l yi nc + t r e a t e dg r o u p sw h e r et h e e p i t h e l i u mw a sd i s a g g r e g a t e dw i t hc u t i nl e f to n l y , w h e r e a st h ee f f e c to f0 1 m e c lh 9 2 + o ng i l lm i c r i o s t r u c t u r ew a sl e a s t t h em i c r o s t u r c t u r eo fh e p a t o p a n c r e a so fc h a r y b d i s j a p o n i c ae x p o s e dt oe u 2 + a n dh 9 2 + w a si n o r d i n a t e w i t ht h ei n c r e a s i n ga p p e a r a n c eo f v a c u o l e sa n ds o m e p y c n o t i c c e l l n u c l e u s ；t h e r e i n t o ，t h em i c r o s t r u c t u r eo f h e p a t o p a n c r e a si n2 m 班c u z + e x p e r i m e n t a lg r o u p sh a d - t h em o s ts e r i o u sd a m a g e # t h a t t h eh e p a t o p a n c r e a sd i s s o l v e da n do n l ya e n v e l o p eo fc o l l e c t u a lt i s s u ew a sl e f ta r o u n d t h eh e p a t o p a n c r e a sd u c t , w h e a r e a st h ee f f e c to ft m g le d ”0 1 3 t h em i c r i o s t r u c t u r eo f h e p a t o p a n c r e a sw a s1 e a s t k e y w o r d s ：h e a v y m e t a l i o n s ；c o p p e r ；m e r c u r y ；c h a r y b d i sj a p o n i c a ； h e p a t o p a n c r c a s ；g i n ；h a e m o l y m p h ；m e t a i l o t m o n e i n ；a n t i o x i d a n te n z y m e s ( s o d ，c a t , c p x ) ；d n a d a m a g e ；m i e r o s t r u e t u r e ； 重金属离子对日本虫寻毒理学效应的研究 第一章前言 近年来，随着工农业生产的快速发展，我国沿海水域环境污染日益加重，尤 其是重金属污染非常突出。重金属污染具有范围广，持续时间长，不易在生物物 质循环和能量交换中分解，而且能沿食物链转移等特点，对海洋生态系统产生了 严重危害。随着海洋污染的日趋加剧以及人们对海洋生态系统保护意识的日益加 强，海洋生态毒理学研究在近几十年内取得了突飞猛进的发展。 甲壳动物在水生生态系统中分布广泛，对水环境中发生的物理、化学和生物 性的各种变化反应十分灵敏，在毒理学和生态风险评价中具有重要的实用价值。 在此，本文就重金属对水生生物特别是甲壳动物的毒理学研究做一概述。 1 重金属的分布、来源及危害 重金属是一类典型的环境污染物，主要指汞( h g ) 、铅( p b ) 、铬( c r ) 和类 金属砷( a s ) 等生物毒性显著的重元素，也指具有一定毒性的一般金属如锌( z n ) 、 铜( c u ) 、钴( c o ) 、镍( n i ) 等。重金属普遍存在于岩石、土壤、大气、水体 和生物体内，并不断的进行自然环境中的迁移循环。水体中的重金属污染主要是 冶金、金属加工，机器制造、有机合成及其它工业排放含重金属废水造成的。重 金属在水体中不能被微生物降解，只能发生各种形态之间的相互转化及分散和富 集过程而进行重金属迁移。水体对重金属离子及其化合物有一定的净化作用，这 种作用是水体、淤泥及生物群落等物理、化学、生物多因素共同作用的结果( 郝 向英，2 0 0 0 ；陈志澄等，1 9 9 4 ) 。 重金属能被生物吸收，并与生物体内的蛋白质和酶等高分子物质结合，产生 不可逆转的变性，导致生理或代谢过程的障碍，或者与脱氧核糖核酸等相互作用 而致突变。对不同的官能团，各种重金属有相对不同的亲和能力( 张笑一等， 1 9 9 7 ) 。有些重金属是生物体必需的微量营养元素，是细胞结构和酶化合物的重 要组成部分，在机体代谢中有着重要的作用。如铜是血、肝等铜蛋白的组成部分， 有3 0 种以上的蛋白和酶中含有铜，它起着维持生命正常发育和新陈代谢的作用。 锌也是多种酶的组成成分，还可以影响某些非酶的有机分子配位基的结构构型。 铬是机体内葡萄糖利用的一种必需成分。机体内缺乏这些营养元素，可引起器官 重金属离子对日本虫寻毒理学效应的研究 功能下降，导致病变( 何邦平等，2 0 0 2 ；史清河等，1 9 9 8 ) 但它们又是有毒元素， 其浓度超过生物的生态幅度时，则会引起中毒( 王俊等，1 9 9 3 ) 。另外，有部分 重金属不是生物体的必需元素，对生物体完全无益，是一种有害金属，如镉和汞 等可与含巯基、羟基及氨基的蛋白质分子结合，从而抑制一些酶系统的活性。 2 甲壳动物对重金属的吸收和累积 2 1 甲壳动物对重金属的吸收 甲壳动物对重金属的吸收通常认为经过下列途径：一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 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( 蓝伟光等， 1 9 9 0 ) 。在重金属离子的吸收机理方面，很多金属离子的透膜机理被用于解释重 金属离子穿过鳃上皮的过程。v e r b o s t ( 1 9 8 9 ) 对虹鳟( s a l m 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氯细胞钙 通道的过程，在鳃与血液间的分配往往成正相关关系。 2 2 甲壳动物对重金属的累积 重金属进入生物体内可与生物大分子如核酸、酶、蛋白质等结合，积累在体 内各个组织器官中。不同的重金属在同种动物类群中的含量存在差异，同种重金 属在同种生物体不同器官或不同动物类群即使是亲缘关系很近的生物种体内的 积累量亦存在差异。而且生物体内的金属含量还受到体重、年龄、生殖等影响 ( r a i n b o w ，1 9 9 2 ) 。 海洋生物对重金属的累积实际上取决于金属进出生物体的速率。相对速率变 化决定了生物对特定金属的积累策略，重金属积累策略可以从调节型直排型 净累积型，各类型间都有过渡形式( r a i n b o w ，1 9 9 0 ) 。调节型生物在生理控 制下平衡重金属摄入和排出的速率，如果生物摄入金属后没有排出，则体内重金 属含量与金属的摄入速率成正比同时也与金属的生物利用性相关。 l i a o ( 1 9 8 8 ) 研究了c u 、c d 、z n3 种重金属在日本对虾( m a r s u p e n a e u s j a p o n i c u s ) 体内不同组织中的积累和分布规律发现，环境水体中重金属浓度越高， 其浓缩系数越低；不同的重金属有不同的浓缩系数，同一种重金属在对虾体内不 4 重金属离子对日本虫寻毒理学效应的研究 同组织中的积累以头胸部的积累量最高，外壳次之，腹部最低；积累速度亦随对 虾的不同组织部位，重金属的种类和浓度而异。大部分在暴露于含有重金属的海 水中8 一1 6 天时达到积累的最高峰，以后便趋于稳定或逐渐降低；实验结果还表 明，在每一组织中c u 和z n 的积累量均比c d 高得多。吴玉霖等( 1 9 8 8 ) 研究了 o 1m g ，l c u 在中国对虾( f e n n e r o p e n a e u sc h i n e n s m ) 体内的累积，发现在6 d 后 达到动态平衡状态，第1 0d 可达到累积的最高峰，随后便略有下降。刘发义( 1 9 9 0 ) 将铜添加到中国对虾的饵料中，发现当铜浓度高于5 3 m g k g 时，铜会在肝胰腺中 大量蓄积，而肌肉中的铜含量却没有变化。 3 重金属对甲壳动物的毒性作用研究 3 1 重金属对甲壳动物急性毒性的影响 甲壳动物对水环境的变化反应十分灵敏，当水体中的污染物达到一定浓度时， 就会引起一系列中毒反应，例如行为异常、生理功能紊乱、组织细胞病变，直至 死亡。急性毒性实验是用来判断污染物毒性的简便而快速的方法，不仅用于测定 化学物质毒性强度、测试水体污染程度、检查废水处理的有效程度，也为制定水 质标准、评价环境质量和管理废水排放提供环境依据。 在国内，重金属对甲壳动物的急性毒性就研究了很多，涉及到多种甲壳动物， 如中国对虾( 吴玉霖等，1 9 8 8 ；吴彰宽等，1 9 8 8 ；王安利等，1 9 9 2 ) 、锯缘青蟹 ( s c y l l as e r r a t a ) ( 翁卫华等，1 9 9 6 ) 、克氏原螯虾( c a m b a r u sc l a l a o ( 孙振中等， 1 9 9 5 ) 、罗氏沼虾( m a c r o b r a c h i u mr o s e n b e r g i o ( 戴习林等，2 0 0 1 ) 、河蟹( e r i o c h e i r s i n e n s i s ) ( 王丹，1 9 9 3 ) 等，和多种重金属污染物( 铜、锌、镉、铬、锰、铅、 汞等) 。无论是人工培养液还是天然水体中，重金属的种类和数量都不可能是单 一的和固定不变的。重金属对甲壳动物的毒性受环境中许多物理、化学以及生物 因素影响，包括p h 值、无机阴离子、水的硬度、其它金属离子、络合物及甲壳 类自身物质等。在酸性条件下( p h5 6 ) ，铅的毒性增强( 王晓蓉，1 9 9 3 ) 。可溶 性有机物，如胰胨、半胱氨酸、琥珀酸、谷胱甘肽可以降低重金属的毒性( 王俊 等，1 9 9 3 ；杨居荣，1 9 9 4 ) 。磷酸盐和碳酸盐能降低铅的毒性，可能是由于形成 难溶的铅盐的结果。水中络合物( 自身代谢产物、天冬氨酸盐等等) 可消除c d 2 + 的致死作用( 王俊等，1 9 9 3 ) 。d h a v a l e ( 1 9 9 0 ) 研究指出，盐度与温度的单项或 重金属离子对日本虫寻毒理学效应的研究 双项改变均明显影响重金属对锯缘青蟹的毒性。 3 2 重金属对甲壳动物解毒系统指标的影响 污染物进入机体后，将诱导机体产生一系列的防护性反应，如金属硫蛋白和 抗氧化物质的诱导等，降低细胞中游离污染物或其代谢产生的有害物质的浓度， 从而防止或限制细胞组成成分发生可能的有害反应，减轻对机体的影响( 孔繁翔， 2 0 0 0 ) 。 3 2 1 对金属硫蛋白的诱导作用 金属硫蛋白( m e t a l l o t h i o n e i n ，m t ) 首次在马肾中被分离，是一种位于胞浆 的低分子蛋白，分子量一般在6 0 0 0 7 0 0 0 道尔顿，对热稳定，金属含量高，多存 在于甲壳动物的中肠腺、鳃丝中。m t 对2 价金属离子有极高的亲和力，因而在 细胞内起着贮存必需的微量金属如z n 、c u 和结合有毒金属如c d 、h g 的作用， 它与必需金属的结合起着调节这些金属在细胞内浓度的作用，而与有毒金属的结 合则可以保护细胞器免受金属毒性影响。它的一个重要特点是可在转录水平被环 境中的金属所诱导，因此可从几个水平对诱导作用进行检测。如可分别用m t 库 中金属含量的增加，m t 蛋白的增加和相应的m r n a 的增加作为指标。每个指 标反映的是不同细胞调节水平上的情况而几个指标又可相互补充、印证。而且 这种诱导与环境中的金属浓度有相关性，可以反映环境中金属的水平，因而是一 种重要的分子生态毒理学指标( 徐立红等，1 9 9 5 ；林艽等，2 0 0 1 ) 。 c o r r e i a 等( 2 0 0 2 ) 报道了4 g l c u 2 + 作用2 d 时，钩虾( g a m m o l l a r u s l o c u s t a ) 体内m t 是对照组的1 3 6 ，且6d 达最高值( 1 5 5 ) ；m a n u e l a 等( 1 9 9 9 ) 研究 表明在1 0m g lc d 2 十和5m g lz n 2 + 作用( 2 4 和4 8h ) t ，卤虫( a r t e m i a p a r t h e n o g e n e t i c a ) 体内m t 浓度随时间延长显著增加，且c d 2 + 诱导i v l t 合成的量 比z n 2 + 的高；据m o k s n e se t a l ( 1 9 9 5 ) 报道，c d 2 + ( 0 2 m e j l ) 作用( o 9 d ) 下， 凡纳滨对虾肝胰脏m t 随时间及浓度的升高而显著升高。这些研究表明了甲壳动 物在环境中金属作用下均能诱导m t 的产生，且有一定的时间、剂量效应。 3 2 2 重金属对抗氧化系统的诱导作用 重金属离子可导致水生生物体内产生大量的活性氧自由基( r e a c t i v eo x y g e n s p e c i e s ，r o s ) ，如不及时清除可造成d n a 断裂、腊质过氧化、酶蛋白失活等， 重金属离子对日本虫寻毒理学效应的研究 对机体诱发多种损害( 徐立红等，1 9 9 5 ) 。在长期进化中，需氧生物发展了防御 过氧化损害的系统，包括水溶性组分如谷胱甘肽( g s h ) 、维生素c ；脂溶性成 分，如维生素e ，b 一胡萝h 素；酶如超氧化物歧化酶( s o d ) ，过氧化氢酶( c a t ) ， 谷胱甘肽过氧化酶( g p x ) 等。其中，s o d 、c a t 、g p x 、g s h 在活性氧的产生 和转化过程中起着重要作用( 浅田浩二，1 9 9 4 ；d o w n se t a l ，2 0 0 1 ；p a r k e ，1 9 8 7 ) 。 目前在重金属离子对水产动物的毒理学研究中，许多学者已经提出把抗氧 化酶作为生物体氧化胁迫和损伤的标志物和敏感的生态污染监测指标 ( w i n s t o n , 1 9 9 1 ；p a r k e ，1 9 8 7 ；w i n s t i o n ，1 9 9 1 ；潘鲁青等，2 0 0 4 ；b a s h ae ta 1 ，2 0 0 3 ； g e r e te ta 1 ，2 0 0 2 ) 。m a r i u s ( 1 9 9 8 ) 研究了铜暴露下蓝蟹( c a l l i n e c t e ss a p i d u s ) 生 化防卫系统对氧化伤害的保护作用，s o d 、c a t 、g p x 均被诱导，表明在重金 属的胁迫下，甲壳动物抗氧化酶系统启动进行保护作用。也有研究表明，当受到 轻度重金属污染时，水产动物鳃丝和肝胰脏中抗氧化酶( s o d 、c a t 和g p x ) 活力升高，而受到重度污染时，酶活力通常会显著降低( b s h ae ta 1 ，2 0 0 3 ；g e r e te t a 1 ，2 0 0 2 ；高晓丽，2 0 0 4 ；潘鲁青等，2 0 0 4 ；吴众望等，2 0 0 5 ) ，表现出明显的时 间、剂量效应关系。除了酶活性，g s h 、活性氧的量( t o s c ) 也可反映氧化应 激的存在( r e g o l ia n dp r i n c i p a t o ，1 9 9 5 ；r e g o l ie ta 1 ，2 0 0 0 ) 。脂质过氧化( l p o ) 重金属离子对日本虫寻毒理学效应的研究 也能证明污染物氧化性损伤作用( p i n h oe ta 1 ，2 0 0 3 ；d ig i u l i oe ta 1 ，1 9 9 3 ；t h o m a s a n dw o f f o r d ，1 9 9 3 ；t e l l ik a r a k o ce ta 1 ，1 9 9 7 ) ， 而且大部分是通过测定组织m d a 含量来衡量l p o 的水平。 3 3 重金属的遗传毒性作用 重金属离子如p b 、c d 、n i 等对生物体具有遗传毒性已早为人们所认识，特 别是重金属离子长期存在于水环境中，对水生生物造成严重威胁，其损害水生生 物d n a 的方式和机制一直是研究的热点问题。 3 3 1 重金属对遗传毒性作用方式及机制 大量研究表明重金属离子可以通过诱导细胞染色体内的同源性基因重组 ( h e l l e d a ye ta 1 ，2 0 0 0 ) ；诱导d n a 单双链的断裂( b o l o g n e s ie ta 1 ，1 9 9 9 ) ；诱发 非程序d n a 的合成( 项翠琴等，1 9 9 5 ；周新文等，2 0 0 1 ) ：改变d n a 序列( 孟 玲等，1 9 9 9 ) 及促进细胞微核的形成( 郑永华，1 9 9 7 ) 等方式破坏d n a 的结构 和功能，产生遗传毒性作用。狭义的遗传毒性主要是指外源污染物对d n a 的损 伤，如d n a 单双链断裂、d n a 链内交联、d n a 链间交联及d n a 与蛋白质的 交联等，其中d n a 单链断裂是d n a 损伤最敏感的终点。 金属离子的遗传毒性，特别是致癌或潜在致癌效应机制尚不明确。目前认为， 重金属离子诱导的活性氧和脂质过氧化作用是产生d n a 损伤的最主要机制。许 多作者的试验结果表明重金属离子进入生物体，诱导机体产生活性氧自由基，这 些自由基攻击d n a 链后，使d n a 发生断裂，若断裂的d n a 不能及时修复，则 会影响d n a 的功能( z h o n ge ta 1 ，1 9 9 0 ) 。其次，重金属诱导生物体内酶失活是 产生d n a 损伤另一种机制。有作者认为c u 、z n 是生物体内许多酶的辅助因子， 在一定浓度下可维持体内各种酶的活性和生理功能，一旦超过生物浓度，则会使 许多酶“中毒”，特别是与d n a 修复相关的酶对重金属离子很敏感。a s m u s s 等 ( 2 0 0 0 ) 研究发现重金属可以通过取代d n a 修复酶锌指结构中z n 离子而抑制 酶的活性，增加对d n a 的损伤作用。 目前国内外对重金属离子对水生生物组织d n a 损伤的研究主要集中在鱼 和贝类上( s a n c h e z - g a l a ne ta 1 ，1 9 9 9 ；c a s t a f i oe ta 1 ，1 9 9 8 ；k o t s a n i s a n d i l i o p o u l o u - g e o r g o u d a k i ，1 9 9 7 ；c h a n d r aa n dk h u d a - b u k h s h , 2 0 0 1 ，2 0 0 4 ；p