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届本科毕业设计(论文)文献综述 题 目 学 院 年 级 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 职 称 重金属对鱼类胚胎发育的毒性影响 近年来环境污染成为世人最关注的间题之一。随着工业、农业的发展,工业的三废、农业的杀虫剂以及城市的废弃物等排放,使相应水域的重金属污染日趋严重,导致水生生物特别是鱼类的生存受到威胁,水生生物对重金属的富集和累积作用,超过它们的承受能力,从而给它们的繁殖、发育、生长、生理机能等方面带来毒性危害;同时还造成它们遗传基因发生变异和突变,面临生存、物种多样性、免疫抵抗力等方面的挑战,也会对水产养殖业造成很大损失;重金属在水生生物的富集和积累并通过食物链最终传递给人,给人们身体健康带来危害。所以,研究重金属对水生生物的毒性作用有很大的理论价值和经济意义,本文主要就重金属对鱼类的毒性作用机理以及研究进展作一综述。1重金属进入水生生物体内的途径通常认为经过三条主要途径:一是通过母体富集(幼体);二是经过食道吸入;三是经过鳃不断吸收水中的重金属,然后经过血液循环输送到体内各个部位;另外,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,这个应该是主要途径。目前关于可溶重金属进入水生生物表皮细胞的可能途径主要有以下两种模型:(1)高亲和力的重金属与蛋白结合是金属摄入。(2)重金属离子通过活性泵输送进入体内1。受精卵在胚胎发育过程中外面有卵膜保护可减轻毒物的作用。2 毒性作用机理2.1表面吸附重金属被吸附在器官表面,影响了器官的正常生理功能。例如在重金属污染的水中,鱼鳃的鳃丝之间的空隙被含重金属的粘液所堵塞,阻碍了鳃丝于水的接触,就会抑制其呼吸运动2。柴民娟等3研究了次致死浓度(0.5、 1mg/l)hg2+对石斑鱼呼吸运动的影响,结果表明,当鱼置于0.5 mg/l hg2+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60min时,出现了咳嗽反应,280min后驱逐反射取代了咳嗽,且较频繁,6-7次/min,置于1mg/l hg2+溶液1min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40min左右,频率和振幅均减少50%以上。40min之后,频率虽有所恢复,但始终低于正常,仅为正常值的60%左右。400min后频率迅速减少,振幅的变化较单一。自80min后,几乎维持于较低的水平(为正常值的20%-30%)。提示该浓度的hg2+对鱼呼吸运动具更明显的抑制作用。推测其机理可能是因为hg2+可以抑制鳃上ca2+-atpase酶的活性,从而使鳃盖运动受阻;另外hg2+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;鳃组织的被破坏是hg2+抑制呼吸的第三个原因。柴民娟等4研究了zn2+对罗非鱼呼吸运动的影响。将罗非鱼分别置于含有1、4、8、12mg/l的znso4的软、硬质水中,研究15d中不同的亚致死浓度对鱼呼吸和咳嗽反应频率的影响。结果表明,呼吸频率的变化和咳嗽反应明显受zn2+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。2.2诱发细胞畸形重金属会诱发细胞畸形,以致细胞凋亡等。例如淋巴、生殖、血细胞等发生畸变,就会影响生物体的免疫、繁殖、血液循环等功能。项黎新5以草鱼zc7901细胞为研究模型,选用6种重金属离子进行胁迫诱导鱼类细胞凋亡试验。结果显示,在cd2+、cr2+、hg2+、cu2+、as5+、pb2+的胁迫作用下,zc7901细胞荧光显微镜观察出现了明显的染色质凝集、趋边化、形成凋亡小体等凋亡形态特征,核酸电泳显示dna发生特异性降解而呈现电泳阶梯,tunel标记的dna末端断裂,检测到dna的3-oh断端均被原位特异性标记,表明6种重金属离子均能诱导鱼类细胞发生典型的凋亡。2.3 对基因、功能蛋白分子等结构的影响重金属会使dna、功能蛋白分子等结构破坏和活性失活等,使遗传、代谢等功能遭到破坏 6 。铜、锌是生物必需元素,它们是生物体内许多酶的辅酶,参与生物体内酶催化的生化反应。小剂量的重金属离子对代谢有一定的“促进”作用8,9,然而,一旦超过体内必需浓度,则会对细胞产成毒性作用,抑制细胞内酶的活性,同时可产生大量活性氧、超氧阴离子自由基、氢过氧自由基、过氧化氢、羟基自由基以及单线态氧,引发细胞膜的脂质过氧化作用,使得细胞膜的完整性受到破坏,细胞结构和功能受到影响。镉、铅为非生物必需元素,它们在低浓度时同样能产生各种自由基,这些自由基能攻击生物大分子,引起dna的损伤,高浓度时影响核酸内切酶、聚合酶的活性,干扰复制的精确性,以至引发dna突变。重金属元素能够抑制dna的合成、抑制细胞代谢及na/k-atpase等能量代谢,这在对鱼类的研究中得到证实7。周新文等10研究了铜、锌、镉、铅四种混合重金属对鲫鱼na/k-atpase活性及dna合成作用的影响。结果表明,鱼鳃、鱼脑和肝脏的na/k-atpase活性与混合重金属的浓度呈显著的负线性相关关系。周新文11等研究发现,在重金属离子的暴露作用下,鲫鱼dna总甲基化水平发生变化。结果表明,铜、锌、镉、铅及其混合重金属离子极大地提高了鲫鱼肝脏dna的总甲基化水平;铜、锌两种生物元素对dna总甲基化水平的改变要小于铅和镉两种非生物元素;随着混合重金属离子浓度的增加,鲫鱼肝脏dna的总甲基化水平也有所增高;混合重金属离子对不同组织dna总甲基化水平的影响不同,肝脏鱼鳃肾脏。2.4对酶活性的影响重金属离子通过与酶的活性中心结合或者取代其中的金属离子,影响和改变该酶的活性,例如贾秀英、陈志伟的实验结果表明在低浓度的cu2+、cd2+的毒害下,鲫组织的sod酶活性提高,随着cu2+、cd2+浓度的增大,鲫组织的sod酶活性呈明显下降趋势。当然,考虑到对重金属类的活体内物质所具有的官能团的反应,受其影响的除特定酶以外,其他多种酶多半会同时受到一定程度的影响12。除此之外还与其他类型的必需金属元素辅酶发生作用在人们分离出来的近1/3的酶有某种特定金属作为构成成分,或作为辅助因子存在,这是酶表现活性所必需的。一旦它被其他金属置换,这种酶多半会失去活性,从而对机体机能造成损伤。例如铅对卜氨基哪一酮戊酸脱水酶活性的阻害,认为是由于与构成该种酶的活性中心的sh基结合存在的锌,被铅置换的原故13。2.5对鱼类免疫的影响水体中的重金属离子引起鱼类免疫性的改变是显而易见的, 国内外很多研究都注意到了重金属离子对鱼类免疫的影响。anderson等14测得cu2+可使虹缚脾脏抗体分泌细胞的活性受到抑制,rongier等15的实验得到0.2 倍 ld50(半致死浓度)浓度的zn2+可促进淋巴细胞分裂,增进机体的免疫机能;同样低浓度的cu2+可促进鱼类的抗菌作用,而高浓度则起抑制作用。cd2+是许多水体污染物的重要成分,它对许多哺乳动物来说是一种致癌因子和免疫毒害物;对鱼类来讲,2mg/l的cd2+就可抑制巨噬细胞的活性16。而极微量的hg2+可使trichogaster trichopterus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0.045mg/l和0.09mg/l的hg2 +可使上述的化学发光反应水平比对照分别下降10%和50% 17。3重金属毒性大小的影响因素3.1温度对重金属毒性的影响一般金属污染物质的毒性随温度的升高而增大。通常温度每升高10,生物的存活时间可能减半。3.2 ph 对重金属毒性的影响在ph升高时,因在水中重金属会生成氢氧化物或碳酸盐等难溶物质沉淀或配合物,使得水中游离金属离子浓度降低,毒性降低。反之ph降低时,水中游离重金属离子的浓度增大,毒性增强。3.2无机物对重金属毒性的影响硬度和碱度是改变重金属生物有效性的重要因素。溶液中ca2+、mg2+ 等离子浓度的增加能降低重金属的毒性18。3.4生物学因素影响水中重金属离子毒性的生物学因素包括生物年龄、大小、重量、生长期、耐受性等19。3.5重金属的化学形态与毒性重金属因其形态而在活体内被氧化或还原。例如金属汞可引起中枢神经障害,而2价汞则不能。另外,有机金属化合物一般比无机金属化合物容易通过血液一脑的屏障和胎盘。4重金属对鱼类早期生长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,胚胎期和幼鱼早期发育阶段对重金属污染最为敏感。4.1 鱼类胚胎的致毒试验必须从原肠中期开始张瑞涛等20认为鱼类胚胎的致毒试验必须从原肠中期开始。原因有两方面:其一是某些未受精的鱼卵也可进行细胞分裂,发育到原肠前期,以后就不能继续发育了,其二是原肠形成过程中,胚胎对外界环境因素特别敏感,稍有变化,即死亡。为了避免这些因素的影响,采用原肠中期的鱼卵,效果较好。否则鱼卵在原肠期以前,成活率较高,而在原肠形成过程中,胚胎大量死亡。4.2 统计与计算方法记录各组幼鱼24 、48 、72 、96 h 死亡数,计算平均死亡率,再转换成概率单位,计算出试验液质量浓度对数, 用spss软件求出概率单位与试验液质量浓度对数的回归方程.求出各重金属的半数致死质量浓度(lc50) 及各自的95 %置信区间,采用常规方法21安全浓度=24hlc500.324hlc5048hlc503 (1)安全浓度=48hlc500.324hlc5048hlc502 (2)安全浓度=96 h lc50 0.1(或0.1-0.01) (3)计算安全质量浓度22。4.3 研究进展4.3.1重金属毒性大小的研究何斌22等依据不同金属对淡水石斑胚胎及仔鱼成活率影响,得出4种金属对淡水石斑胚胎和仔鱼的毒性大小均为为: hg2 + cd2 + cu2 + pb2 +,对淡水石斑仔鱼的96h lc50分别为0. 069、0.481、0.978 、3.421 mg/l ,安全质量浓度为0. 00069、0. 00481、0.00978、0.0342 mg/l。卢健民等23用hg、cd、cu、zn四种重金属,按国家渔业水质标准所规定的浓度为基数,配置成超标5、10、20、50、100倍的单因子、双因子、三因子、四因子实验组。对草鱼胚胎发育和鲤鱼苗进行毒性实验。结果表明重金属均对鱼肧和鱼苗有致畸变和致死作用。毒性顺序为cuzncdhg。超标5倍的单因子重金属均影响鱼肧孵化。超标50倍以上绝大多数鱼肧(自原肠-鳔形成期)和鱼苗7天内致死率达100%。鱼苗对毒物比鱼肧敏感。4.3.2胚胎发育、受精卵孵化率、初孵仔鱼畸形的研究有研究表明:hg,cu ,zn 和cr 四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24。杨再福25采用人工配制成的不同浓度溶液研究了汞hg2+ 和钴co2+对草鱼受精卵孵化的影响。结果表明:hg2+和co2+的浓度分别低于0.03 mg/l 和0.10mg/l时,草鱼卵子的孵化率与对照组无显著差异;当hg2+的浓度在0.06-0.15mg/l 时,孵化率随hg2+浓度的升高而递减,在0.15 m g/l 时,孵化率为0。co2+的浓度达0.10-0.26mg/l时,孵化率随co2+的浓度上升而降低,达0.26 mg/l时,孵化率为010。重金属对黑绷鱼卵胚胎发育的影响急性中毒实验26结果表明:重金属污染对黑绸胚胎发育的毒性表现为致卵胚胎死亡、延长卵胚胎孵化时间,致孵出的仔鱼畸形。不同的条件下种中毒现象程度大小不一。在当地黑鳃生殖季节常见的盐度和温度条件下,汞和铜的毒性大,通常使卵胚胎死亡,镉离子主要导致孵出的仔鱼畸形,锌离子则对受污染的囊胚期卵孵出起阻碍作用延长孵出时间最明显。陈其晨27等研究了五种不同浓度的单因子重金属溶液对草鱼胚胎的毒性作用,结果表明四种单因子重金属对草鱼胚胎都有较强的致畸、致死作用。在超标50-100倍的浓度下, 胚胎急性死亡并大量崎形, 即使个别出膜, 也不久夭亡。超标5-20倍的浓度下, 已有严重的毒性反映, 影响正常孵化。随着实验浓度的提高, 其致畸、致死作用增强, 致畸、致死的时间也相应提前。但四种重金属对胚胎的毒性作用的强弱, 致畸、致死率的高低有一定的差异。实验表明, 在超过国家渔业水质标准相同倍数下, 镉对胚胎的致死作用与锌大致相似, 但镉对胚胎的致畸作用较为明显。铅的致畸、致死作用比锌大。在四种重金属中, 铜对草鱼胚胎的致死作用为最大, 在超标5-100倍的五个不同浓度下, 最低致死率为20%, 最高为。四种重金属对草鱼胚胎毒性的强弱顺序是:cupbcdzn。参考文献1 吴益春,赵元凤,吕景才等.水生生物对重金属吸收和积累研究进展j.生物技术通报,2006,133-137. 2 刘健康.高级水生生物学m.1999.3 柴民娟,黄玉霖.hg2+.抑制石斑鱼呼吸运动的研究j.福建水产,1996,(4):20-24.4 柴民娟,周学成,黄玉霖zn2+对罗非鱼呼吸运动的影响和解毒初探j.水生生物学报,1993,17(1):53-57.5 项黎新,邵健忠,孟真.六种重金属离子胁迫诱导鱼类细胞凋亡的研究j.生物化学与生物物理进展,2001,28(6):866-869.6 赵素达.海洋重金属污染及其对海藻的毒害作用j.青岛教育学院报,1999,(1):40-42.7 孙德文,詹勇,许梓荣.重金属对鱼类的危害作用的研究j.水利渔业,2003,23(2):4-6.8 macnair, m. r., 1993. transley review no. 49; the genetics of metal tolerance in vascular plants. new phytol 124: 541559. 9cumming j r, tomsett a b. metal tolerance in plants: signal transduction and accumulation mechanisms. in:adriano d.d(ed.)biogeochemistry of trace metals. boca raton:lewis publishers,1992,329364.10 周新文,朱国念,孙锦荷.混合重金属离子对鲫鱼na/k-atpase活性的影响及基因毒性的作用研究j.浙江大学学报(农业与生命科学版),2001,27(6):665-669.11 周新文,朱国念,孙锦荷.cu、zn、pb、cd及其混合重金属离子对鲫鱼dna甲基化水平的影响j.中国环境科学,2001,21(6):549-552.12 贾秀英,陈志伟.铜、镉对鲫组织超氧化物歧化酶活性的影响j.水生生物学报,2003,27(3):323-325.13 井村伸正,永沼章,周耀群.重金属环境污染的毒性机理j.农业环境科学学报,1982(04):24-28.14 anderson s r,dixon 0 w ,rodammer j e ,et al .suppresion of antibody-producing cell in mainbow triut spleen section exposed to the copper in vitro j.janim health,1989,1: 57 -61.15 rongier f ,menuchier a ,bosginaud c ,et al . copper and zinc exposure of zebrafish, brachychnio rerio (hamilton-buchaman):effects in experimental listeria infection j. eeotoxicology and environmental safety,1996,34 (2):134140.16 zelikof j t , bowser d ,squibb k s ,et al .immunotoxicity of low level cadmium expesure in fish: an alternative animal model for immunotoxicological studies j.journal of toxicology and environmental health,19 95,45 (3):235248.17 low k w

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