（化学工艺专业论文）动物体内汞硒化合物的形态结构及毒性相互作用机理研究.pdf

摘婴 y5 6 9 2 8 9 动物体内汞硒化合物的形态结构及 毒性相互作用机理研究 化学工艺专业 研究生胡晓荣指导教师张允湘教授 汞和硒毒性的相互影响被认为是毒性拮抗作用的典型例证，其机理甚为复 杂。对其机理的研究一直是生物无机化学、环境毒理学等多种学科的重要课题。 探明汞硒生态迁移和生物转化积累及其毒性拮抗机理对汞污染环境的治理和生 物保护具有重要意义。本文以海豚肝脏为对象，研究其积累的高浓度汞硒化合 物的化学形态和结构，并结合动物实验的研究，从汞硒相互作用的总体生物学 表现，汞硒在动物体内分布变化和结合形态的变化以及汞硒化合物的结构等方 面探讨两元素毒性拮抗作用机理。 1 0 个肝脏样品汞硒含量测定结果表明，海豚肝脏中同时积累了高浓度的汞 和硒( 1 = o 8 7 1 。溶剂萃取结果表明，9 0 以上的汞硒化合物存在于肝脏的不溶部 分中( 粉末样品) 。本文首次对肝脏不溶部分蛋白质结合汞硒形态和化学性质进 行了研究。利用7 种蛋白水解酶作用于粉末样品，在i s d s 存在下，碱性蛋 白水解酶可使9 9 的肝脏粉末溶解。约5 0 的汞和硒存在于酶溶解部分，另外 5 0 存在于l 的酶不溶部分。 酶溶解液通过s e p h a d e xg - 7 5 、s e p h a c r y ls - 3 0 0 h r ，s e p h a c r y ls - 5 0 0 h r 凝胶 分离，结果显示，9 6 的汞和8 7 的硒结合在分子量大于1 0 1 0 4 d a ，部分超 过1 5 1 0 6 d a 的蛋白质上，汞硒摩尔比为】9 8 1 9 9 。小分子蛋白质上汞的含 量很少，汞硒摩尔比为o 5 。由于酶溶解液中蛋白质是经过水解得来，故可推断 心川大学博士学位论文 汞硒结合蛋白质分子量将超过1 5 1 0 6 d a 。高分子量蛋白质经还原n - 硫苏糖 醇作用后，部分蛋白质的分子量降低，但在这部分蛋白质中只含有很少量的汞 和硒。高分子量蛋白质与硒代半胱氨酸作用后，汞集中于分子量超过1 5 x 1 0 6 d a 的部分，表明汞在硒的作用下从较低分子量蛋白质上转移到了更高分子量蛋白 质上。二硫苏糖醇、硒代半胱氨酸、二乙基二硫代氨基甲酸钠等配位剂或鳌合 剂均不能从高分子量蛋白质中置换出汞，表明汞硒化合物有足够的稳定性。以 上汞硒化合物的性质表明，酶溶解液中，绝大部分的汞被高分子量蛋白质包围 隔离而不进入生理环境，这是汞毒性降低的重要原因。 应用扫描电镜、x 一射线能谱分析和x 射线衍射法分柝肝脏酶不溶物，确定 了其中主要成分为h g s e 晶体，没有h g s 或h g ( s e 。s 1 x ) 存在。h g s e 晶体的形成 被认为是硒使汞解毒的最后阶段，虽然硫与汞之间有很强的亲和性，但并不与 汞形成h g s 或h g ( s e 。s i x ) ，表明了硒在汞毒性降低过程中独特而重要的作用。 本文推测h g s e 晶体由高分子量蛋白质汞硒化合物分解代谢而来。 建立了w i s t a r 大鼠急性灌胃染毒试验模型，得到了h g c l 2 、n a 2 s e 0 3 单独作 用和联合作用的l d 5 0 ，l d 5 0 表明汞和硒之间毒性作用为典型的拮抗作用，雌性 大鼠拮抗作用更强。 在急性毒性试验的基础上，建立了2 4m g k gh g c l 2 ，o 4 m g k gn a 2 s e 0 3 和 2 4m g k gh g c l 2 + ( o 4 ，o 8 ，1 6 ) m g k gn a 2 s e 0 3 单独剂量组和联合低、中、高 剂量组亚慢性灌胃毒性试验模型。实验中，大鼠总体表现为抑制状态，中毒类 型为消化系统中毒，肝、肾、胃、肠、胸腺、脾、肺等器官都是毒物的效应器 官。通过对各剂量组大鼠中毒症状、死亡率、体重、食物利用率、脏器系数的 研究和比较可知，联合作用在大鼠总体生物学效应中表现为毒性的拮抗作用。 通过对肝脏和肾脏的组织病理学检验和肝脏超微结构的透射电镜研究得到， n a 2 s e 0 3 能明显降低h g c l 2 引起的肝脏和肾脏组织病理学改变和超微结构变化， 联合中剂量组和高剂量组组织已趋于正常。透射电镜下，在联合中、高剂量组 肝细胞中可见电子致密颗粒物，推测为i - i g s e 颗粒。 运用微波消解冷原子吸收法和石墨炉原子吸收法测定了各剂量缎大鼠1 4 种 组织器官中汞和硒的含量，结果表明：单独h g c l 2 作用下，汞主要积累在肾脏 中，其浓度远远高于其它器官，这是肾脏成为h g c l 2 靶器官的原因。联合作用 与单独作用相比，汞硒彼此增加了在大鼠体内的积累，肝脏、回肠、胃和脾脏 i l 摘錾 中的含量增加非常显著，肾脏、胸腺、心脏、肺、睾丸、股骨中也有明显增加， 血液、大脑和肌肉表现出不积累汞和硒的特点。本文首次得出，汞硒含量在除 了血浆和血细胞的1 2 种组织器官中呈高度的正相关( r 0 8 ) 。汞硒浓度的相关 性表明其毒性拮抗作用是通过两元素的同时积累来实现。 通过对1 4 种组织器官中汞硒摩尔比的分析，结合各剂量组毒性效应可以判 断，联合作用汞硒同时积累并随积累量的增加呈l ：l 摩尔比的趋势是毒性拮抗 作用的特征表现。雌鼠体内积累的汞和硒含量普遍高于雄鼠，l ：1 摩尔比的关 系更为普遍，表现了雌鼠对汞和硒更大的耐受性和更为敏感的毒性拮抗作用。 采用差速离心和蔗糖密度梯度离心方法分离了汞组，联合中、高剂量组肝 和肾的亚细胞成分，并测定了各成分中汞和硒的含量。结果表明，汞和硒在肝 肾细胞成分中分布不均匀。肝脏可溶部分汞含量很小，肾脏较高，并且汞组高 于联合剂量组。不溶部分中，汞主要分布在肝脏细胞核、线粒体和溶酶体中。 肾脏汞组主要分布在线粒体、高尔基体和细胞核中：联合剂量组主要分布在线 粒体、溶酶体和细胞核中。汞硒含量和汞硒摩尔比在汞组和联合剂量组亚细胞 结构中有变化。运用s e p h a c r y ls 3 0 0 h r 凝较过滤研究了大鼠肝脏和肾脏可溶部 分以及血浆中汞和硒在分子水平上的分布，结果表明在硒的作用下汞向高分子 量蛋白质转移，结合在小分子量物质上的汞减少或消失。汞和硒在亚细胞成分 中含量和摩尔比的变化与细胞毒性的减轻有关，是硒使汞毒性降低的原因之一。 汞硒毒性拮抗作用在动物整体生物学效应、器官损伤等方面表现出来，其 毒性拮抗机理可解释为：汞硒同时作用下，汞和硒在动物体内各组织器官中同 时积累，并随摄入硒量的增加而增加，同时汞硒摩尔比接近1 ：l ；汞和硒在组 一织器官中含量分布的变化和在亚细胞结构和分子水平上的变化，使汞从相对敏 感的组织或具有重要生理作用的细胞成分上转移到相对不敏感和生理作用较少 的成分上，从而降低和减弱了汞的毒性效应。硒作用下汞向高分子量蛋白质转 移，特别是在肝脏中，大部分汞稳定结合在分子量大于1 5 x1 0 6 d a 的蛋白质上 而被固定下来，最终矿化为h g s e 晶体而脱离动物生理环境，是汞硒毒性拮抗 作用中汞毒性降低的分子基础。 关键词：汞硒化学形态毒性效应毒性拮抗肝脏海豚大鼠 i u 四川大学博士学位论文 s t u d y o nt h ec h e m i c a l s p e c i a t i o no fm e r c u r y a n ds e l e n i u mi n a n i m a la n dt o x i ci n t e r a c t i o nb e t w e e nt h et w oe l e m e n t s m a j o r c h e m i c a lt e c h n o l o g y g r a d u a t eh u x i a o r o n gs u p e r v i s o rp r o f z h a n gy u n x i a n g t h em u t u a la n t a g o n i s mb e t w e e nm e r c u r ya n ds e l e n i u mh a sb e e nc o n s i d e r e do n e o ft h es t r o n g e s ta n dt h em o s t g e n e r a le x a m p l e so f i n t e r a c t i o nb e t w e e nh e a v ym e t a l s t h ee x a c tm e c h a n i s m so fi n t e r a c t i o nb e t w e e nt h et w oe l e m e n t sa r ei n t r i c a r eb u tn o t w e l l u n d e r s t o o d e x p l o r i n gt h ep o s s i b l em e c h a n i s m s i sa ni m p o r t a n tc o n t e n to f b i o i n o r g a n i cc h e m i s t r y a n d e c o t o x i c o l o g y , w h i c h h a s s i g n a l i t y i n m o d i f y i n g c o n t a m i n a t i o ne f f e c tt oa n i m a l s t i l i st h e s i ss t u d i e so nt h ec h e m i c a ls p e c i a t i o no f m e r c u r ya n ds e l e n i u mi nd o l p h i nl i v e r s ，s u b - c h r o n i ct o x i ce f f e c to fw i s t a rr a t so f s o d i u ms e l e n i t ea n dm e r c u r i cc h l o r i d ea n di n v e s t i g a t e st h ea n t a g o n i s mm e c h a n i s m f r o mt h e r ea s p e c t s ：1 r e d i s t r i b u t i o no fm e r c u r yi nt h e p r e s e n c eo fs e l e n i u m ，2 t r a n s f o r m a t i o no fm e r c u r yi nt h ep r e s e n c eo fs e l e n i u m ，3 f o r m a t i o no fm e r c u r y s e l e n i u mc o m p l e x e so rc o m p o u n d s t h ec o n c e n t r a t i o n so fm e r c u r ya n ds e l e n i u mi nt e n d o l p h i n l i v e r sw e r e d e t e r m i n e d m e r c u r ya n ds e l e n i u me x i s ti nt h el i v e r sa sa b n o m a lh i g hc o n c e n t r a t i o n s a ta p p r o x i m a t e1 ：lm o l a rr a t i oo f m e r c u r y t os e l e n i u m 1 1 1 ee f f i c i e n c yo f e x t r a c t i n g m e r c u r ya n ds e l e n i u mf i o m l i v e r s h o m o g e n a t e b ya c e t o n e ，8 0 e t h a n o l ，a n d a m m o n i u ma c e t a t ea l lw e r ev e r yl o w m o r et h a n9 0 o f m e r c u r ya n ds e l e n i u mw e r e i nt h ei n d i s s o l u b l ef r a c t i o no ft h el i v e r ( 1 i v e rp o w d e r ) s e v e np r o t e a s e sw e r eu s e dt o d i s s o l v et h el i v e rp o w d e r , e s p e c i a l l ya l k a l i n ep r o t e a s ew i t hi s d sm a d e9 9 o f l i v e rp o w d e r d i s s o l v e a p p r o x i m a t e5 0 o fm e r c u r ya n ds e l e n i u mp r e s e n t e di nt h e s u p e m a t a n t ( 1 i v e rh y d r o l y s a t e ) a n d t h eo t h e r si nt h e1 r e s i d u e 摘要 g e lf i l t r a t i o nc h r o m a t o g r a p h yo ft h eh y d r o l y s a t eo ns e p h a d e xg 一7 5 ，s e p h a c r y l s - 3 0 0 h r ，s e p h a c r y ls 一5 0 0 h rc o l u m n ss h o w e dt h a t9 6 o fm e r c u r ya n d8 7 o f s e l e n i u mw e r ec o m b i n e dw i t l lt h eh i g hm o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n s ( m o s to fi to v e r 1 0 1 0 0 d a la t1 9 8 1 9 9m o l a rr a t i oo f m e r c u r yt os e l e n i u m o nt 1 1 ec o n t r a r y , t h e o t h e r sw e r ec o m b i n e dw i t hl o wm o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n s ( 1 0 w e rt h a n1 0 10 4 d a ) a t0 5m o l a rr a t i oo fi t t h eh i g hm o l e c u l a rw e i g h tf r a c t i o nw a ss u b j e c t e dt o d i t h i o t h r e i t o la n ds e l e n o c y s t e i n er e s p e c t i v e l y m o l e c u l a rw e i g h td i m i n i s h e da f t e r t r e a t m e n t b y d t ti ns o m eo fi t ，i nw h i c hm e r c u r ya n ds e l e n i u mw e r en o t d e t e r m i n a t e d m e r c u r y t r a n s f e r r e df r o ml o wm o l e c u l a rw e i g h t p r o t e i n s t o h i g h m o l e c u l a rw e i g h t ( 1 0 1 0 6 d a ) p r o t e i n sa f t e rt r e a t m e n tb ys e l e n o c y s t e i n e m e r c u r y c a nn o tb e r e p l a c e db y t h e c o m p l e x i n g r e a g e n t o fd i t h i o t h r e i t o l ，s o d i u m d i e t h y l - d i t h i o c a r b a m a t ea n ds e l e n o c y s t e i n e n l er e s u l t si n d i c a t et h a tm o s tm e r c u r y a r ec o m b i n e d 、v i 也h i g hm o l e c u l a rw e i 曲tp r o t e i n ss t a b l y , a n ds e l e n i u mp l a y sa n i m p o r t a n tr o l ei nt h ep r o c e d u r e so ft r a n s f e r r i n gm e r c u r yt oh i g hm o l e c u l a rw e i g h t p r o t e i n s ，w h i c h h a sa s i g n i f i c a n t e f f e c to n r e d u c i n gm e r c u r yt o x i c i t y b e c a u s e m e r c u r yi sf i x e di nt h eh i g hm o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n i nt h e p r e s e n ts t u d y , h a l fo fm e r c u r ya n ds e l e n i u mw e r er e c o v e r e di n t h e i n s o l u b l ep o w d e rw h i c hc o u l d n tb ed i g e s t e db ya l k a l i n ep r o t e a s e h g s ec r y s t a lw a s c o n f i r m e di ni tb y s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e ，e n e r g yd i s p e r s i o no f x - r a ya n a l y s i s ， a n d x r a yd i f f r a c t i o na n a l y s i s h o w e v e r , h g s o rh g ( s e x s t x ) i sd e n i e dt h o u g hs u l f u r h a sah i g ha f f i n i t yw i t hh 9 2 + f o r m a t i o no f h g s ec r y s t a li sc o n s i d e r e da su l t i m a t e s t a g eo n t h ed e t o x i f i c a t i o nb ys e l e n i u m t h ef a c tt h e r ea r e n tf o r m a t i o no f h g s a n d h g ( s e x s l - x ) s h o w ss p e c i a la n dv i t a lf u n c t i o no fs e l e n i u mi nt h ed e t o x i f i c a t i o no f m e r c u r y i na c u t e t o x i c i t yt e s t , m a l ea n df e m a l ew i s t a r r a t sr e c e i v e ds o d i u ms e l e n i t ea n d m e r c u r i cc h l o r i d es i n g l yo ra s s o c i a t i v e l y t h ev a l u e so ft h el d s os h o wa l lo b v i o u s a n t a g o n i s mb e t w e e nm e r c u r ya n ds e l e n i u m , a n dt h el d s 0o f t h ef e m a l e sa r eh i g h e r t h a nt h a to ft h em a l e si na s s o c i a t e dd o s eb u tc o n t r a r yi nt h e s i n g l e d o s e i nt h e s u b - c h r o n i ct o x i c i t yt e s t , w i s t a rr a t sw e r ed i v i d e di n t os i xg r o u p sr a n d o m l y ( 1 0m a l e a n d1 0f e m a l ep e rg r o u p ) ，i nw h i c ho n ec o n t r o lg r o u p ，t w og r o u p sr e c e i v e ds o d i u m v 刚川大学博l 二学位论义 s e l e n i t e ( o 4 m g & g ) a n d m e r c u r i cc h l o r i d e ( 2 4m g & g ) i n d i v i d u a l l y , a n dt h r e eg r o u p s r e c e i v e da s s o c i a t e d d o s e ( 2 4m g k g h g c l 2 + 0 2 m g k gn a 2 s e 0 3 ，2 4m g k g h g c l 2 + 0 4 m g k gn a z s e 0 3 ，2 4 m g k gh g c l 2 + 0 8 m g k gn a 2 s e 0 3 ) f o rt h r e em o n t h s i nt h et e s t ，r a t sb e h a v er e s t r a i n e d l y l i v e r , k i d n e y , t h y m u s e ，h e a r t , s p l e e n ，l u n g ， s t o m a c ha n dt e s t i c l eo fr a t sa r et h ee f f e c to r g a n s ，b u tk i d n e yi st h et a r g e to r g a n i n t h e p r e s e n c e o fs o d i u m s e l e n i t e ，t h em o r t a l i t yr a t e ，t h em a c r o s c o p i cc h a n g e ， h i s t o l o g i c a ld a m a g eo fk i d n e ya n dl i v e ra n dt h ec h a n g eo f v i s c e r ac o e f f i c i e n t so f k i d n e y , l i v e r , t h y m u s ，s p l e e na n dt e s t i c l ew e r er e d u c e d ，i nc o n t r a s tt o r a t st r e a t e d o n l yw i t hm e r c u r i cc h l o r i d e i nt h ep r e s e n c eo f m e r c u r i cc h l o r i d e ，t h ed e p r e s s i o no f b o d yw e i g h tb e g o t t e nb y s o d i u ms e l e n i t ew a sa l l e v i a t e d m e r c u r ya n ds e l e n i u mc o n c e n t r a t i o n i n1 4k i n d so fo r g a n so rt i s s u e sw e r e d e t e r m i n a t e db yc o l da t o ma b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r ya n dg r a p h i t ea t o ma b s o r p t i o n s p e c t r o m e t r yr e s p e c t i v e l y i nh g c l 2g r o u p ，k i d n e yi st h ep r i m a r ya c c u m u l a t e do r g a n ， t h eh i g hc o n c e n t r a t i o no fm e r c u r yi st h ec a u s a t i o no fk i d n e y sl e s i o n i nt h e a s s o c i a t e dg r o u p s ，m e r c u r ya n ds e l e n i u ma c c u m u l a t e ds i m u l t a n e o u s l yi nm o s to f r a t s o r g a n s ，e s p e c i a l l yi nl i v e r , i l e u m ，s p l e e na n ds t o m a c h ，l o w e r l yi nk i d n e y , l u n g ， t h y m u s ，h e a r t ，t e s t i c l ea n dt h i g h b o n e ，a n dh a r d l y i n b r a i n ，m u s c l e ，p l a s m aa n d h e m o c y t e ah i g hp o s i t i v ec o r r e l a t i o n ( r 0 8 ) i nt h e a l l o r g a n sb u tp l a s m aa n d h e m o c y t ew a sd i s c o v e r e df i r s t l y i nt h ep r e s e n tr e s e a r c h i ts h o w st h et o x i c i t yo f m e r c u r y o rs e l e n i u mi sr e d u c e db ya c c u m u l a t i o n s i m u l t a n e o u s l yo f t h e t w oe l e m e n t s a n dt h ea s y m m e t r yd i s t r i b u t i o na m o n gd i f f e r e n t o r g a n s i na na s s o c i a t e dg r o u p ，i nw h i c hd o s ew a s1 ：2m o l a rr a t i oo fh g c l 2 n a 2 s e 0 3 ， t h ec o n c e n t r a t i o n so fm e r c u r ya n ds e l e n i u mw e r eh i g h e s ti na l lt h eg r o u p s ，o fw h i c h t h em o l a rr a t i oi nm a n y o r g a n sw a s1 ：1o r n e a r1 ：1 ，b u tt h et o x i ce f f e c ti nt h i sg r o u p w a sl o w e s t i ts h o w s r e l a t i v i t ya m o n g t h ea c c u m u l a t i o na m o u n to f t h et w oe l e m e n t s ， m o l a rr a t i oa n dd e t o x i f i c a t i o ne f f e c t , a n di n d i c a t e st h a tt h em o r es e l e n i u mi n g e s t e d b yr a t , t h em o r ea d v a n t a g e o u s t od e t o x i f i c a t i o n o f m e r c u r y t h es u b c e l l u l a rf r a c t i o n so fr a t s l i v e ra n dk i d n e yw e r es e p a r a t e db yd i f f e r e n t s p e e dc e n t r i f u g a t i o n a n ds u c r o s eg r a d su l t r a e e n t r i f u g a t i o n ，a n dt h ed i s s o l v a b l e f r a c t i o n so fl i v e r , k i d n e ya n dp l a s m aw e r es u b j e c t e dt o s e p h a c r y ls - 3 0 0 h rg e l 摘毪 f i l t r a t i o nc o l u m n t h ec o n c e n t r a t i o n so f m e r c u r ya n ds e l e n i u mi nd i f f e r e n tf r a c t i o n s w e r ed e t e r m i n e d t h er e s u l t ss h o wa l l a p p a r e n tm o d i f i c a t i o no ft h ed i s t r i b u t i o n p a t t e r no fm e r c u r ya n ds e l e n i u mi nt h es u b c e l l u a rf r a c t i o n s o n l yal i t t l em e r c u r y a n ds e l e n i u me x i s ti nl i v e rd i s s o l v a b l ef r a c t i o n b u t3 0 4 0 i nk i d n e y , a n dt h e p e r c e n t so fd i s s o l v a b l em e r c u r ya n ds e l e n i u mi nh gg r o u pw e r em o r et h a ni ti n a s s o c i a t e dg r o u p s t h ec o n c e n t r a t i o n so ft h et w oe l e m e n t sv a r i e di nm a n y o r g a n e l l e s b e t w e e ns i n g l ea n da s s o c i a t e dg r o u p s ，e v e ni ns a m eg r o u pt h e yv a r i e di nd i f f e r e n t o r g a n e l l e s t h er e s u l t so ng e lf i l t r a t i o nc o l u m ns h o wt h a te i t h e ri nt h el i v e r , k i d n e y , o r p l a s m a , i nt h e t w oe l e m e n t sp r e s e n c e s i m u l t a n e o u s l y , m e r c u r ya n ds e l e n i u m t r a n s f e r r e df r o ml o wm o l e c u l a rw e i g h t p r o t e i n s t ot h e h i g h m o l e c u l a r w e i g h t p r o t e i n s t h ed i s t r i b u t i o nc h a n g eo fm e r c u r y i ns u b e e l l u a rf r a c t i o n sm a k e sm e r c u r y t o x i c i t y w e a k e nb e c a u s em e r c u r yl e a v ef r o ms o m es e n s i t i v i t yf r a c t i o n so rs o m e m o l e c u l e sw i 血b a s i l i cp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n i ns u m m a r y ，t h em u t u a la n t a g o n i s mb e t w e e nm e r c u r ya n ds e l e n i u mb e h a v e di n m u l t i p l eb i o l o g i c a l f u n c t i o n s t h e p o s s i b l e m e c h a n i s mc a nb ec o n s i d e r e da s f o l l o w i n g ：1 m e r c u r ya n ds e l e n i u ma c c u m u l a t e ds i m u l t a n e o u s l yi nt h ea n i m a l sa n d t h ea m o u n ti n c r e a s ew i t hm o r es e l e n i u m i n g e s t e d ，m o r e o v e ri nt h ea c c u m u l a t i o n p r o c e s st h em o l a rr a t i oo f t h et w oe l e m e n t sa p p r o a c h1 ：1 2 r e d i s t r i b u t em e r c u r y f r o ms e n s i t i v eo r g a n so ro r g a n e l l e st ol e s ss e n s i t i v es i t e s 3 m e r c u r yt r a n s f e r sf r o m l o wm o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n st o h i g hm o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n s ，b e c a u s eh i g h m o l e c u l a rw e i g h tp r o t e i n sc a l lf i xm e r c u r ya n dd e c r e a s ei t st o x i c i t ya n dh a v el e s s s e n s i t i v et h a nl o w 4 f o r m a t i o no f am e r c u r y s e l e n i u m c o m p l e x d i m i n i s h e sm e r c u r y t o x i c i t y 5 i nt h ef i n a l l ys t a g eo fm e t a b o l i s m ，m e r c u r ya n ds e l e n i u mf o r mh g s e c r y s t a lt od i s e n g a g ef r o mp h y s i o l o g i c a le n v i r o n m e n t k e y w o r d s ：m e r c u r y s e l e n i h l n t o x i ca n t a g o n i s m c h e m i c a l s p e c i a t i o n t o x i ce f f e c t l i v e r d o l p h i n r a t v i i 前言 1 前言 汞是一种高毒性重金属元素，但是由于其特殊的物理化学性质，在工业上又 有着多种重要用途而被大量生产和使用，给环境带来了严重的影响。汞在环境 中主要以单质汞( h g ) 、无机汞( h r 、h 9 2 + 盐及其配合物) 和有机汞( 烷基汞、 苯基汞) 的形态存在。各种形态在自然环境中可以发生多种生物转化和化学转 化，并通过食物链富集，对人类和动物造成极大的危害。在生物体内，各种形 态的汞可转化成h 9 2 + ，h 9 2 + 与巯基( s h ) 、二巯基( 。s s 一) 具有很强的亲和性。 h g s 键的形成是汞产生毒性的分子基础，由于生物体内一些具有重要生物活性 的酶，其活性中心是巯基，汞与巯基结合而使酶的活性丧失。 硒是生命的必须元素，作为谷胱甘肽过氧化物酶的组成因子在生物体中具有 重要的生理作用。由于硒与硫属同族元素，二者具有相似的软碱性质，因而硒 能代替硫化合物中的硫原子，这使得硒在体内可与多种重金属反应，对其毒性 产生拮抗作用，但同时亦可抑制体内的氧化过程而对多种酶和含硫氨基酸有抑 制作用。这是硒生化反应的分子基础。 2 0 世纪7 0 年代初，人们发现虽然汞对动物体有极大的毒性，但是，在一些 海洋哺乳动物体内却积累了异常高浓度的汞而不表现出明显的中毒症状。同时 人们还发现，在这些海洋哺乳动物体内，硒也以异常高的浓度积累，并且汞和 硒之间呈现出了1 ：1 摩尔比的关系。同时p a r i z e k 和他的合作者通过动物实验发 现了硒对汞毒性的拮抗作用。随着生物化学和生物无机化学的发展，汞硒积累 机制和毒性拮抗机理一直是生态环境学、环境生物毒理学等领域的重要研究课 题，三十多年来，取得了一系列重要的成果。下面对自上世纪7 0 年代以来，汞 和硒在生物群落中的积累特点的调查，汞、硒相互作用的实验研究进展及毒性 拮抗机理的研究结果作一综述，并在此基础上提出该课题的可能研究方向，以 及本论文的研究内容和目标。 1 1 动物体内汞和硒的积累特征 由于汞在世界范围内的扩散，已对环境造成了严重的影响，这种影响尤以河 流和海洋污染为重，因此，为调查汞污染对各种生物的影响，各国就汞和其它 多种重金属在生物体内的积累和分布以及对生物健康状况的影响进行了广泛的 调查。 四川_ 人学博j ：学位论文 1 1 1 哺乳动物体内的积累 哺乳动物处在食物链的顶端，在汞积累的生物放大系统中，受到最大的潜 在威胁。调查结果显示，哺乳动物体内有着最高的汞浓度。汞主要分布在肝肾 中，肌肉、血液、大脑、肺等其它组织中含量相对较少。在汞和硒的积累关系 上，很多统计结果呈现出1 ：1 摩尔比的结果，但在很多情况下大于或小于这个 结果。汞硒摩尔比似乎与汞污染的程度、动物种类、动物的年龄或身体长度、 性别及生理状态有关。在肝和肾中汞主要以无机形态存在，在肌肉中主要以甲 基汞形态存在。 1 9 7 3 年，k o e m a n l l 】等报道了海豚和海豹肝脏中汞和硒的含量高达2 5 卜3 2 6 “g 和4 6 1 3 4 u g ( 湿重) ，而其它元素如镉、砷、锌、锑的浓度都不高。 汞和硒的浓度呈现出很高的相关性，线性回归方程为： h g = 2 7 s e + 1 4 6 ，相关 系数达o 9 3 2 ，斜率2 7 表明汞和硒的摩尔比近似为l ：l 。相似的结果在不同海 域的多种哺乳动物的肝中发现【2 ”。大量的调查发现：汞和硒的含量与动物年龄 或长度成正比关系，说明汞的生物积累贯穿动物生命：在生物积累过程中，汞 的浓度存在一阀值，低于这一数值汞硒摩尔比小于1 ，大于这个数值则接近l ， 甚至大于1 。6 0 只加拿大西北部独角鲸( n a r w a l ) 的肝、肾和肌肉中汞的含量 较低( 分别为6 1 、1 7 和0 8 5pg g ，湿重) ，相应汞硒摩尔比为0 5 9 、0 2 1