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重金屬銅暴露對吉富羅非魚組織殘留及抗氧化酶活性的影響

2016-05-30 22:02:13單丹鐘歡郭忠寶周毅肖俊黃一帆黃和明羅永巨
南方農(nóng)業(yè)學(xué)報 2016年10期

單丹 鐘歡 郭忠寶 周毅 肖俊 黃一帆 黃和明 羅永巨

摘要:【目的】探討重金屬銅在魚體內(nèi)的蓄積情況,并從抗氧化酶活性強弱變化分析銅暴露對魚體組織造成的損害及其規(guī)律,為發(fā)展羅非魚健康養(yǎng)殖提供參考依據(jù)?!痉椒ā糠謩e設(shè)0(CK)、1.0、2.0、4.0和6.0 mg/L不同銅暴露濃度的養(yǎng)殖水體,進行為期40 d的暴露試驗后,取羅非魚的鰓、肝臟、腎臟、肌肉和腸道組織測定其銅離子含量和抗氧化酶活性?!窘Y(jié)果】各銅暴露處理組羅非魚的肝體比均顯著高于CK組(P<0.05,下同)。在相同銅暴露濃度下,羅非魚各組織富集銅離子的能力排序為肝臟>腸道>腎臟>鰓>肌肉。隨著銅暴露濃度的升高,羅非魚肝臟超氧化物歧化酶(SOD)活性先降低后升高,而腎臟SOD活性先升高后降低;在不同組織中,以腎臟過氧化氫酶(CAT)活性最強,且隨銅暴露濃度升高呈先升高后降低的變化趨勢,在2.0 mg/L暴露濃度下其活性最強;丙二醛(MDA)含量在肝臟、腎臟中的變化規(guī)律與SOD活性一致,但轉(zhuǎn)折的銅暴露濃度為4.0 mg/L?!窘Y(jié)論】銅暴露能夠使其富集在羅非魚的不同組織中,其中以肝臟組織中的富集量最高,肌肉組織中的富集量較低,即對商品羅非魚主要食用部分影響不明顯。銅暴露對羅非魚的毒害作用主要表現(xiàn)為肝臟和腎臟受損、體內(nèi)代謝紊亂。

關(guān)鍵詞: 吉富羅非魚;銅;組織殘留;抗氧化酶活性

中圖分類號: S965.125 文獻標(biāo)志碼:A 文章編號:2095-1191(2016)10-1784-06

0 引言

【研究意義】隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,水體環(huán)境中重金屬的殘留水平也逐年增加。其中,銅及其化合物污染主要由銅鋅礦的開采和冶煉、機械制造、塑料電鍍銅化合物、金屬加工等環(huán)節(jié)產(chǎn)生(Schnick,1988;潘科等,2014)。另外,硫酸銅是目前水產(chǎn)養(yǎng)殖中最常用的殺蟲、除藻和消毒劑(羅福廣等,2016),但盲目用藥也可能毒死養(yǎng)殖魚類或?qū)е卖~類產(chǎn)品中重金屬銅殘留量超標(biāo)。因此,探究重金屬銅對魚類組織產(chǎn)生的損傷程度及其累積規(guī)律,可為人工養(yǎng)殖魚類產(chǎn)品質(zhì)量安全控制提供理論依據(jù)。【前人研究進展】至今,有關(guān)重金屬銅對魚類養(yǎng)殖生產(chǎn)及養(yǎng)殖水體的影響已有較多研究報道。Pourang和Dennis(2005)研究發(fā)現(xiàn),銅在蝦體各組織內(nèi)的積累差異明顯,表現(xiàn)為內(nèi)臟>鰓>肌肉。Hoyle等(2007)研究表明,基礎(chǔ)餌料中添加過量銅會抑制革胡子鯰的生長發(fā)育。Wang等(2011)首次報道了由于銅污染出現(xiàn)的藍牡蠣現(xiàn)象。崔欣(2013)研究表明,日糧中添加高濃度的銅離子會降低吉富羅非魚的存活率、攝食量和增重,但對其消化功能無明顯影響;此外,高銅處理組吉富羅非魚的肝臟銅離子累積量最高,其形態(tài)結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)相應(yīng)的病變。種香玉(2014)通過對比研究高濃度銅餌料對不同食性魚的影響,結(jié)果顯示,草食性魚類對銅代謝較好、耐受性較強,雜食性次之,肉食性最差。綜上所述,銅暴露一段時間后,會對機體的組織造成一定損傷,可降低肝臟中的酶活性,促進脂質(zhì)過氧化作用從而形成脂肪肝(Liu et al.,2010);并形成病理損傷,主要表現(xiàn)為組織細(xì)胞變性、裂解、壞死、溶解、腫大或增生,且毛細(xì)血管擴張充血(王利和汪開毓,2008,2009)。重金屬銅在機體肝臟、鰓、腎臟、肌肉和腸道組織中的積累,尤其在肌肉中的積累與食品安全及人體健康息息相關(guān)。【本研究切入點】目前,我國已成為世界上最大的羅非魚生產(chǎn)國與出口國,而廣西作為我國羅非魚的主產(chǎn)區(qū),其產(chǎn)業(yè)潛力巨大、增長迅猛,具有其他省份無法比擬的優(yōu)勢,但有關(guān)重金屬銅暴露對羅非魚組織殘留及抗氧化酶活性的影響研究鮮見報道?!緮M解決的關(guān)鍵問題】將吉富羅非魚長時間暴露在不同銅濃度水體中,探討銅在魚體內(nèi)的蓄積情況,并從抗氧化酶活性強弱變化分析銅暴露對魚體組織造成的損害及其規(guī)律,以期為發(fā)展羅非魚健康養(yǎng)殖提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

試驗用魚為吉富羅非魚(GIFT tilapia),取自廣西水產(chǎn)科學(xué)研究院武鳴基地,平均體重180±20 g。試驗前暫養(yǎng)1周,使其適應(yīng)實驗室內(nèi)的養(yǎng)殖環(huán)境。銅暴露濃度設(shè)0(CK)、1.0、2.0、4.0和6.0 mg/L 4個處理組,每組60尾羅非魚(雌雄各半)。

1. 2 飼養(yǎng)管理

各處理組羅非魚每天投喂2次,投喂量為魚體重的3.0%~3.5%,投喂后及時清理糞便和殘餌。在整個試驗期間,每隔3 d換水1次,換水量為2/3,養(yǎng)殖用水為曝氣后調(diào)過銅離子濃度的自來水,pH 7.0~7.8、溶解氧為5.5 mg/L、水溫(29±1)℃。試驗開始40 d后,分別隨機選取雌、雄魚各6尾進行取樣(鰓、腸道、肝臟、腎臟和肌肉),用于測定銅離子含量和抗氧化酶活性。所有羅非魚在試驗結(jié)束時均測量全長、體長和肝重,并計算其肝體比(肝臟重量/體重)。

1. 3 銅離子殘留測定

稱取各組織樣品1.0 mg,加入1.0 mL硝酸(65%~ 68%)在EP管中硝化24 h;然后將硝化液轉(zhuǎn)移至石英試管中,加超純水定容至3.0 mL,放入石墨消解儀(超純水120 ℃硝化);中途加0.5 mL H2O2以加快消解進程,并根據(jù)反應(yīng)程度決定其添加次數(shù)(H2O2≥30%),直至液體清亮透明,無其他雜物,取出冷卻后加超純水定容至10.0 mL。靜置過夜,再用ICP-MS質(zhì)譜儀測定組織樣品的銅離子含量。

1. 4 抗氧化酶活性測定

按9∶1比例向各組織樣品(肝臟、腎臟、鰓和腸道)中加入PBS,組織勻漿后3000 r/min離心30 min,取上清液,然后測定各組織中的抗氧化酶活性??寡趸富钚詼y定步驟:①制作標(biāo)準(zhǔn)曲線;②加樣:設(shè)置空白孔(不加樣品和酶標(biāo)試劑)、待測樣品孔(每孔先加40.0 μL樣品稀釋樣和10.0 μL待測樣品,混勻);③溫育:蓋上封板膜,置于37 ℃恒溫箱內(nèi)溫育30 min;④洗滌:揭掉封板膜,甩掉液體,每孔加滿洗滌液,靜置30 s后棄除,反復(fù)5次,拍干;⑤加酶:每孔加50.0 μL酶標(biāo)試劑,空白孔除外;⑥再溫育:同③;⑦再洗滌(分離游離的和結(jié)合的酶標(biāo)記物);⑧顯色:每孔先加顯色劑A 50.0 μL,再加顯色劑B 50.0 μL,混勻后溫育15 min;⑨終止:每孔加終止液50.0 μL(顏色由藍變黃);⑩測定:用酶標(biāo)儀在450 nm處測定吸光值,要求在加入終止液后15 min內(nèi)完成測定。

2 結(jié)果與分析

2. 1 不同銅暴露濃度下羅非魚的生長狀況

由表1可以看出,在不同銅暴露濃度養(yǎng)殖水體中,羅非魚的各項生長指標(biāo)無顯著變化(P>0.05,下同),但各銅暴露處理組羅非魚的肝體比顯著高于CK組(P<0.05,下同),說明水體中銅離子對羅非魚肝臟有顯著影響。

2. 2 銅離子在羅非魚各組織中的殘留量

在相同銅暴露濃度下,羅非魚各組織的銅富集能力排序為肝臟>腸道>腎臟>鰓>肌肉。其中,銅離子在肝臟組織中的積累量最高,肌肉組織中的積累量最低。不同銅暴露濃度下,銅離子在羅非魚各組織中的殘留趨勢相似,但以銅暴露濃度為4.0 mg/L時最明顯(圖1),該濃度下除鰓和肌肉組織間的銅離子殘留量無顯著差異外,其他組織間的銅離子殘留量均存在顯著差異。

在相同的暴露時間下,各銅暴露處理組與CK組羅非魚肌肉組織中的銅離子積累量差異不顯著;而在其他組織中,各銅暴露處理組的銅離子積累量均顯著高于CK組(圖2)。

2. 3 銅離子對羅非魚各組織酶活性的影響

羅非魚暴露在銅離子水體中,其肝臟超氧化物歧化酶(SOD)活性均比CK組低(除6.0 mg/L),且以2.0 mg/L暴露濃度下的SOD活性最低,與CK組及6.0 mg/L組間存在顯著差異;腎臟SOD活性則以2.0 mg/L暴露濃度組最高,與CK組及1.0 mg/L暴露濃度組間存在顯著差異;而腸道和鰓組織的SOD活性變化規(guī)律不明顯(圖3)。

羅非魚暴露在銅離子水體中,其腎臟過氧化氫酶(CAT)活性最強,且以2.0 mg/L暴露濃度下的腎臟CAT活性最高,與CK組的差異顯著;肝臟CAT活性以6.0 mg/L暴露濃度組最高,顯著高于其他暴露濃度組及CK組;鰓組織CAT活性以6.0 mg/L暴露濃度組最低,顯著低于其他銅暴露濃度組;各處理組的腸道CAT活性差異不顯著(圖4)。

在羅非魚肝臟內(nèi),隨著銅暴露濃度的升高,丙二醛(MDA)含量呈先降低后上升的變化趨勢,以4.0 mg/L暴露濃度下的肝臟MDA含量最低,與CK組及1.0、6.0 mg/L暴露濃度組差異顯著;而鰓組織中以4.0 mg/L暴露濃度組的MDA含量最高,顯著高于6.0 mg/L暴露濃度組;各處理組的腎臟和腸道MDA含量無顯著差異(圖5)。

3 討論

《中國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況公報》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)ρ(Cu2+)不能超過0.01 mg/L,但隨著工業(yè)的發(fā)展,水體環(huán)境中的銅離子濃度已超過該標(biāo)準(zhǔn)(劉勝玉等,2014;潘科等,2014)。水生動物長期生活在銅離子超標(biāo)的水體中,其正常活動會受到明顯影響。肝臟是機體攝食毒物后的主要解毒和排毒器官(高春生等,2008),當(dāng)其生活在銅暴露水體中,肝臟中就會積累高濃度的銅離子。肝體比在不同魚類及其不同健康狀況下會增大或減小,且已有研究表明肝體比和肝臟代謝呈正相關(guān)(Stephensen et al.,2000)。本研究結(jié)果表明,羅非魚在銅暴露水體環(huán)境下,其肝臟明顯變大,說明肝臟代謝已受到嚴(yán)重影響。

不同魚類及同種魚類不同部位對重金屬的富集能力也不同,會隨暴露接觸時間的延長而增加,一般在40~50 d達到平衡(孟曉紅等,2000)。馬桂云等(2007)研究發(fā)現(xiàn),銅在鯽魚各組織內(nèi)的富集能力差異明顯,其中以內(nèi)臟的富集能力最強,而肌肉的富集能力最弱;李湘萍等(2011)研究表明,銅在對蝦肝胰腺中的積累最多,在肌肉中的積累最少;崔欣(2013)研究表明,魚體內(nèi)肝臟組織對銅離子的富集能力最強,而肌肉組織的富集能力最弱。本研究發(fā)現(xiàn),銅離子在吉富羅非魚體內(nèi)的富集量依次為肝臟>腸道>腎臟>鰓>肌肉,與崔欣(2013)的研究結(jié)果一致。此外,隨著銅暴露濃度的升高,羅非魚各組織中累積的銅離子含量也隨著升高。

SOD是唯一直接以自由基為底物的抗氧化酶,能催化超氧化物陰離子自由基( )發(fā)生歧化反應(yīng),從而消除細(xì)胞內(nèi)過多的 ,以減輕對細(xì)胞的損傷程度(Silvestre et al.,2006)。本研究結(jié)果顯示,羅非魚腎臟SOD活性先升高后降低,在2.0 mg/L暴露濃度下其活性最高;肝臟SOD活性隨銅暴露濃度升高呈先降低后升高的變化趨勢,在2.0 mg/L暴露濃度下其活性最低。楊麗華等(2003)研究發(fā)現(xiàn),SOD清除 的能力與其含量及活性有關(guān),當(dāng)受到輕度脅迫時SOD活性升高,但受到重度脅迫時SOD活性降低。本研究中,羅非魚腎臟的SOD活性變化規(guī)律與楊麗華等(2003)的研究結(jié)果一致,說明銅暴露對腎臟組織已造成損害,導(dǎo)致SOD活性降低。

CAT的主要作用是將H2O2氧化成H2O和O2(劉冰,2007)。腎臟中因SOD結(jié)合自由基產(chǎn)生的H2O2最多,故CAT活性強度最強。錢曉薇(2005)研究發(fā)現(xiàn),銅對黃鱔CAT活性有明顯的影響,且呈雙向性;王凡等(2008)研究發(fā)現(xiàn),水體銅暴露對牙鲆鰓的CAT和SOD活性均有低濃度誘導(dǎo)和高濃度抑制的作用;劉香江(2010)研究表明,矛尾復(fù)蝦虎魚肝臟的SOD和CAT活性隨著銅暴露濃度的升高而顯著降低。在本研究中,羅非魚腎臟CAT活性呈先升高再降低的變化趨勢,在2.0 mg/L暴露濃度下其活性最高。腎臟中CAT活性與SOD活性的變化趨勢基本一致,均隨水體中銅暴露濃度的增加呈先增強后減弱的變化趨勢,表明進入羅非魚體內(nèi)的銅離子產(chǎn)生大量自由基而未能及時被清除,最終發(fā)生氧化損傷。

自由基對魚體產(chǎn)生毒性是通過脂質(zhì)過氧化產(chǎn)生MDA,生成的MDA與蛋白質(zhì)游離氨基產(chǎn)生作用,進而對細(xì)胞產(chǎn)生損害。已有研究表明,銅中毒會引起體內(nèi)MDA含量升高(Chandran et al.,2005)。本研究結(jié)果表明,腎臟中的MDA含量在一定銅暴露濃度下隨著濃度的升高而升高,但超過4.0 mg/L后反而降低;肝臟內(nèi)的MDA含量則相反,呈先降低后上升的變化趨勢,以4.0 mg/L暴露濃度下的肝臟MDA含量最低。MDA含量在腎臟中隨銅暴露濃度的升高而升高,而在肝臟中隨銅暴露濃度的升高而降低,可能與銅離子在這兩個組織內(nèi)累積程度不同有關(guān),但具體原理有待進一步探究。

4 結(jié)論

銅暴露能夠使其富集在羅非魚的不同組織中,其中以肝臟組織中的富集量最高,肌肉組織中的富集量較低,即對商品羅非魚主要食用部分影響不明顯。銅暴露對羅非魚的毒害作用主要表現(xiàn)為肝臟和腎臟受損、體內(nèi)代謝紊亂。

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(責(zé)任編輯 蘭宗寶)

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