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    鎘和汞兩種重金屬離子對(duì)四角蛤蜊血細(xì)胞DNA損傷的初步研究

    2011-09-24 08:11:44楊紅生
    海洋科學(xué) 2011年2期
    關(guān)鍵詞:玻片蛤蜊彗星

    房 燕, 楊紅生

    (1.中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2.中國(guó)科學(xué)院 研究生院,北京 100049)

    鎘和汞兩種重金屬離子對(duì)四角蛤蜊血細(xì)胞DNA損傷的初步研究

    房 燕1,2, 楊紅生1

    (1.中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2.中國(guó)科學(xué)院 研究生院,北京 100049)

    利用彗星電泳技術(shù), 研究了不同脅迫濃度和脅迫時(shí)間下, Cd2+和 Hg2+對(duì)四角蛤蜊(Mactra veneriformis)血細(xì)胞DNA損傷的情況。研究結(jié)果顯示, 50、100和200 μg/L Cd2+脅迫14天不能造成四角蛤蜊血細(xì)胞DNA損傷。10、20和40 μg/L Hg2+脅迫均能明顯損傷血細(xì)胞DNA, 并且DNA損傷程度分別與Hg2+脅迫時(shí)間、脅迫濃度具有一定正相關(guān)性。200 μg/L Cd2++20 μg/L Hg2+復(fù)合脅迫組, 四角蛤蜊血細(xì)胞 DNA損傷程度隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng)而增加, 并且大于 Hg2+脅迫組。上述結(jié)果表明對(duì)于四角蛤蜊而言, Hg2+潛在的遺傳毒性大于Cd2+; Cd2+和Hg2+對(duì)DNA的損傷具有協(xié)同作用。

    四角蛤蜊(Mactra veneriformis); Cd2+; Hg2+; DNA損傷; 彗星電泳

    工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展以及人口的急劇增加, 特別是沿海地區(qū)工業(yè)的快速發(fā)展, 導(dǎo)致了近海海洋環(huán)境污染日益突出。調(diào)查結(jié)果顯示, 我國(guó)近岸海域部分海水和沉積物樣品中重金屬鎘(Cd)、汞(Hg)含量超標(biāo)[1]。重金屬是一類毒性較大的污染物, 可以被水生生物大量富集, 引起生物體代謝的紊亂、疾病甚至死亡, 還可以通過(guò)食物鏈的生物放大作用危害人類健康[2]。而且, 許多重金屬污染物具有潛在的遺傳毒性,能夠?qū)е翫NA損傷, 引起疾病, 并危害子代健康。

    雙殼貝類是監(jiān)測(cè)水域污染物的常用指示生物,同時(shí), 污染物對(duì)貝類的毒理學(xué)研究也成為研究熱點(diǎn)。目前, 這些研究多集中于貽貝和牡蠣。由于缺乏附著基, 在灘涂區(qū)域, 貽貝和牡蠣的分布量非常小。隨著該區(qū)域生態(tài)與環(huán)境狀況惡化, 開(kāi)發(fā)其他貝類用于灘涂污染物檢測(cè)和毒理學(xué)研究是十分必要的。四角蛤蜊(Mactra veneriformis)是一種典型的埋棲型灘涂貝類, 廣泛分布在我國(guó)、韓國(guó)和日本沿海, 是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)貝類之一。它能夠大量富集重金屬, 具有作為污染物指示物種的潛力[3]。但是有關(guān)四角蛤蜊的毒理學(xué)研究還較少, 尤其是污染物導(dǎo)致四角蛤蜊DNA損傷的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本研究開(kāi)展了室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn),利用彗星電泳技術(shù)評(píng)價(jià)了 Cd2+和 Hg2+對(duì)四角蛤蜊DNA損傷的情況。為重金屬毒性評(píng)價(jià)體系的建立提供技術(shù)支持, 為闡明重金屬對(duì)生物體的毒性機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

    1 材料與方法

    1.1 實(shí)驗(yàn)生物的馴養(yǎng)和脅迫實(shí)驗(yàn)

    實(shí)驗(yàn)用二齡四角蛤蜊[殼長(zhǎng)(3.27 ± 0.23)cm, 殼高(2.95 ± 0.31)cm, 殼寬(2.17 ± 0.17)cm, 濕質(zhì)量(12.07 ± 1.56) g], 于2009年6月購(gòu)自日照養(yǎng)殖場(chǎng)。在實(shí)驗(yàn)室馴養(yǎng) 14 d[水溫(20±2)℃, 溶解氧 7.7~8.3mg/L, pH 7.9~8.1, 鹽度 33], 將四角蛤蜊轉(zhuǎn)移至聚乙烯箱內(nèi)開(kāi)始正式脅迫實(shí)驗(yàn)。每只箱內(nèi)海水體積為50 L, 放養(yǎng)100只四角蛤蜊。根據(jù)課題組前期研究中得到的Cd2+、Hg2+對(duì)四角蛤蜊96h LC50[4], 結(jié)合參考文獻(xiàn)中常用的 Cd2+、Hg2+對(duì)雙殼貝類亞致死濃度[5,6], 設(shè)置了以下 7個(gè)脅迫組 50 μg/L Cd2+、100 μg/L Cd2+、200 μg/L Cd2+、10 μg/L Hg2+、20 μg/L Hg2+、40 μg/L Hg2+、200 μg/L Cd2++20 μg/L Hg2+, 并設(shè)對(duì)照組, 每組均設(shè)2個(gè)平行。配備1.35 g/L HgCl2和2.03 g/L CdCl2·2.5H2O母液, 加入到海水中以達(dá)到相應(yīng)的Cd2+、Hg2+濃度, 對(duì)照組不加Cd2+、Hg2+。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行14 d, 整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程持續(xù)充氣, 并監(jiān)測(cè)水體理化參數(shù),每天固定時(shí)間換水, 換水后補(bǔ)加相應(yīng)濃度的重金屬溶液。投餌在換水前2 h進(jìn)行。

    1.2 血淋巴的采集

    在脅迫的第0、1、4、7、11、14天, 用1mL注射器從四角蛤蜊的閉殼肌中抽取血淋巴, 及時(shí)存放于4℃冰箱。第11天Cd2+、Hg2+復(fù)合脅迫組和第14天 200 μg/L Cd2+脅迫組, 四角蛤蜊已全部死亡, 無(wú)血淋巴可取。每組隨機(jī)取9只四角蛤蜊, 每3只混合為一個(gè)樣本。用臺(tái)盼藍(lán)染色法檢測(cè)血細(xì)胞存活率。存活率大于 95%的樣本才可以用于后續(xù)的彗星電泳實(shí)驗(yàn)。

    1.3 彗星電泳實(shí)驗(yàn)流程

    本實(shí)驗(yàn)在Singh等[7]的方法上稍做改進(jìn), 具體程序如下: (1)膠板制備(烤膠法): 在燒杯里配置100mL 0.6%正常熔點(diǎn)瓊脂糖, 煮沸后, 放入磨砂玻片并取出, 室溫涼干。37℃下, 取75μL低熔點(diǎn)膠與25μL血淋巴混勻, 用槍直接把凝膠吹到玻片上, 4℃放置 10 min。(2)裂解: 將玻片放入裂解液(2.5 mmol/L NaCl、100 mmol/L Na2EDTA、10 mmol/L Tris-base, pH10,用前加TritonX-100和DMSO), 4℃裂解2 h, 取出玻片, 用0.2 mol/L pH7.4的磷酸鈉緩沖液漂洗。(3)解旋: 將玻片放入水平電泳槽中, 倒入新鮮的電泳緩沖液(0.3 mol/L NaOH、1 mmol/L Na2EDTA, pH>13),4℃避光放置 20 min以解旋。(4)電泳: 調(diào)整電壓為25V, 調(diào)整液面高度使電流達(dá)到300 mA, 4℃避光電泳20 min。電泳結(jié)束, 用磷酸鈉緩沖液漂洗玻片。(5)中和: 用預(yù)冷的中和液(0.4 mmol/L Tris-base, pH 7.5), 4℃漂洗3次, 每次10 min。(6)染色和觀察: 在膠板上滴加核酸染料gene finder, 染色15 min后, 在Nikon80i熒光顯微鏡 200倍下, 觀察并拍照。(7)圖像分析, 用 CASP軟件分析彗星圖像。Olive尾矩(OTM值)是彗星細(xì)胞尾長(zhǎng)與尾部 DNA含量的乘積,與 DNA損傷有很好的正相關(guān)性[8], 作者選擇該指標(biāo)用于DNA損傷的評(píng)價(jià)。

    1.4 數(shù)據(jù)處理

    每個(gè)玻片上隨機(jī)選擇30個(gè)細(xì)胞進(jìn)行分析, 結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。采用 SPSS13.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)作單因素方差分析, Turkey檢驗(yàn)比較每個(gè)取樣點(diǎn)不同實(shí)驗(yàn)組間的差異, 顯著水平為0.05。

    2 結(jié)果

    2.1 Cd2+脅迫對(duì)四角蛤蜊血細(xì)胞DNA的損傷

    圖 1A顯示的是四角蛤蜊血細(xì)胞內(nèi)未受損傷的DNA電泳后的圖片。圖 1B顯示的是細(xì)胞內(nèi)損傷的DNA電泳后的圖片, 彗尾即是斷裂的DNA碎片。由圖2可見(jiàn), Cd2+脅迫期間, 四角蛤蜊血細(xì)胞OTM值沒(méi)有發(fā)生顯著的變化, 表明在本實(shí)驗(yàn)脅迫濃度和時(shí)間下, Cd2+未能造成四角蛤蜊血細(xì)胞DNA明顯的損傷。

    2.2 Hg2+脅迫對(duì)四角蛤蜊血細(xì)胞DNA的損傷

    圖1 四角蛤蜊血細(xì)胞DNA電泳Fig. 1 The comet assay ofMactra veneriformishaemocyte

    由圖3可知, Hg2+脅迫第1天, 血細(xì)胞OTM值即開(kāi)始顯著升高, 10 μg/L Hg2+脅迫組OTM值在第7和11天下降, 14天又上升; 20 μg/L Hg2+和40 μg/L Hg2+脅迫組第7天下降, 之后又上升。10μg/L Hg2+、20 μg/L Hg2+和 40 μg/L Hg2+脅迫組, OTM 值最高值均出現(xiàn)在第 14天, 分別為 9.12±0.14、13.09±2.11和15.95±3.48。OTM 值分別與 Hg2+脅迫時(shí)間、脅迫濃度具有一定的正相關(guān)性。上述結(jié)果表明 Hg2+能夠顯著誘導(dǎo)四角蛤蜊血細(xì)胞DNA損傷。Hg2+脅迫組與對(duì)照組OTM值的差值與脅迫時(shí)間的回歸曲線表明, 20 μg/L Hg2+和40 μg/L Hg2+脅迫組OTM值與脅迫時(shí)間具有較好的線性相關(guān)性, 相關(guān)系數(shù)分別為0.907 2和0.825; 而10 μg/L Hg2+脅迫組OTM值與脅迫時(shí)間相關(guān)性較差, 相關(guān)系數(shù)為0.564 2(圖4)。

    圖2 Cd2+脅迫對(duì)四角蛤蜊血細(xì)胞DNA的損傷Fig. 2 DNA damage in haemocytes ofM. veneriformisexposed to Cd2+

    圖 3 Hg2+脅迫和 Cd2++Hg2+復(fù)合脅迫對(duì)四角蛤蜊血細(xì)胞DNA的損傷Fig. 3 DNA damage in haemocytes ofM. veneriformisexposed to Hg2+and the combination of Cd2+and Hg2+

    2.3 Cd2+和 Hg2+復(fù)合脅迫對(duì)四角蛤蜊血細(xì)胞DNA的損傷

    由圖 3可見(jiàn), Cd2+和 Hg2+復(fù)合脅迫組血細(xì)胞OTM 值在第 1天即顯著上升, 隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng),OTM 值逐漸增加。OTM 最大值出現(xiàn)在第 7天, 為15.17±2.94。同一時(shí)間點(diǎn), 該組 OTM 值高于 Hg2+脅迫組。

    圖 4 Hg2+脅迫組四角蛤蜊血細(xì)胞 OTM 值與脅迫時(shí)間的回歸曲線Fig. 4 Correlation between OTMs in haemocytes ofM.veneriformisin Hg2+-treated groups and duration of exposure

    3 討論

    彗星電泳是在一種在單細(xì)胞水平上檢測(cè)DNA損傷與修復(fù)的方法, 能夠評(píng)價(jià)外源污染物對(duì)細(xì)胞潛在的遺傳毒性和致癌性。由于其簡(jiǎn)便、快速、靈敏等的特點(diǎn), 被廣泛應(yīng)用于遺傳毒理學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

    本研究發(fā)現(xiàn), 50、100和200 μg/L Cd2+脅迫14 d,不能引起四角蛤蜊血細(xì)胞DNA的損傷。這與普遍認(rèn)為Cd是一種具有較微弱遺傳毒性的重金屬的觀點(diǎn)相一致。據(jù)報(bào)道, 200 μg/L Cd2+脅迫貽貝Mytilus edulis28 d, 100 μg/L Cd2+脅迫海鯛Sparus aurata11 d, 均不能導(dǎo)致血細(xì)胞 DNA的損傷[5,9]。作為生物體的防御機(jī)制, 四角蛤蜊金屬硫蛋白和超氧化物歧化酶在mRNA和蛋白水平可被 Cd2+顯著誘導(dǎo)[10], 有效地保護(hù)了 DNA分子免受 Cd2+毒性的傷害。但是, 大于50μmol/L 的 Cd2+能夠引起大鼠肝細(xì)胞 TRL 1215 DNA 鏈的斷裂[11]; 112 μg/L Cd2+脅迫貽貝Mytilus galloprovinciallis5 d能夠引起血細(xì)胞DNA的損傷[12]。可見(jiàn), Cd2+引起的DNA損傷程度因物種、細(xì)胞類型、作用劑量和作用時(shí)間的不同而不盡相同。本研究中,200 μg/L Cd2+脅迫組, 在第14天, 四角蛤蜊已全部死亡, 表明 Cd2+可能通過(guò)其他的途徑, 而不是直接作用于DNA, 對(duì)四角蛤蜊產(chǎn)生較高的毒性。

    本研究表明 Hg2+能夠明顯導(dǎo)致四角蛤蜊血細(xì)胞DNA的損傷。20 μg/L Hg2+脅迫貽貝M. edulis3 d, 32 μg/L Hg2+脅迫紫貽貝M. galloprovinciallis5 d, 血細(xì)胞DNA損傷的程度顯著增大[12-13], 與本研究結(jié)果一致。據(jù)報(bào)道, 只有當(dāng)污染物在生物體內(nèi)靶組織中的濃度到達(dá)一定閾值時(shí), 才可啟動(dòng)DNA修復(fù)系統(tǒng)[14]。結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中, Hg2+脅迫組血細(xì)胞OTM值在第7天下降的現(xiàn)象, 表明生物體可能啟動(dòng)了DNA修復(fù)機(jī)制,對(duì)斷裂的DNA進(jìn)行一定的修復(fù)。11天 20 μg/L Hg2+和 40 μg/L Hg2+脅迫組與 14 天 10 μg/L Hg2+脅迫組,OTM 值再次上升, 表明四角蛤蜊的 DNA修復(fù)系統(tǒng)被持續(xù)的 Hg2+脅迫所抑制, DNA損傷程度加劇。OTM 值與脅迫時(shí)間線性相關(guān)性分析表明, 10 μg/L Hg2+組的相關(guān)性較差, 僅為0.564 2, 而20 μg/L Hg2+組和 40 μg/L Hg2+組的相關(guān)性均高于 0.8, 可見(jiàn) 10 μg/L Hg2+脅迫組, DNA 修復(fù)能力大于 20 μg/L Hg2+和40 μg/L Hg2+脅迫組。低濃度脅迫組DNA修復(fù)能力大于高濃度脅迫組這一現(xiàn)象, 也在其他的研究中得到證實(shí)[14]。隨著水體中 Hg2+質(zhì)量濃度的升高, 生物體自身修復(fù)的相對(duì)作用變小, DNA損傷程度加劇,對(duì)生物體造成不可逆的損傷。

    Cd2+和 Hg2+復(fù)合脅迫能夠顯著損傷四角蛤蜊血細(xì)胞DNA, 隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng), DNA損傷程度逐漸增大。在同一時(shí)間點(diǎn), 該組血細(xì)胞DNA損傷程度大于Hg2+脅迫組, 表明Cd2+的存在加重了DNA的損傷, Cd2+和Hg2+對(duì)DNA損傷具有協(xié)同作用。Cd2+能夠加重H2O2對(duì)貽貝M.edulis鰓細(xì)胞DNA的損傷[5]。Cd2+脅迫能夠通過(guò)減緩蝦Paleomonetes pugio胚胎DNA修復(fù)的過(guò)程, 加重 UV輻射和苯并芘導(dǎo)致的DNA損傷[15]。研究發(fā)現(xiàn), Cd2+可以通過(guò)取代DNA修復(fù)過(guò)程中某些關(guān)鍵酶例如8-羥基鳥(niǎo)嘌呤DNA糖苷酶鋅指結(jié)構(gòu)中的 Zn2+, 導(dǎo)致酶活性的喪失, 干擾 DNA修復(fù), 間接引起DNA損傷[16]。綜合本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,推測(cè)Cd2+可能會(huì)干擾四角蛤蜊DNA損傷的修復(fù)過(guò)程,使得DNA損傷不能及時(shí)修復(fù), 從而加重Hg2+脅迫導(dǎo)致的DNA損傷。但具體的作用機(jī)制, 還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)闡明。

    綜上所述, 彗星電泳技術(shù)可以成功地檢測(cè)四角蛤蜊DNA損傷, 能夠應(yīng)用于重金屬對(duì)四角蛤蜊的毒理學(xué)研究領(lǐng)域。200 μg/L Cd2+不能造成四角蛤蜊血細(xì)胞 DNA 損傷, 10 μg/L Hg2+即可顯著誘導(dǎo)血細(xì)胞DNA損傷, 因此, 對(duì)于四角蛤蜊而言, Hg2+潛在的遺傳毒性大于Cd2+。Cd2+和Hg2+復(fù)合脅迫造成的DNA損傷顯著大于 Cd2+、Hg2+單獨(dú)脅迫, Cd2+和 Hg2+對(duì)DNA損傷具有協(xié)同作用。因此, 應(yīng)充分重視我國(guó)近海復(fù)合污染對(duì)貝類的毒性效應(yīng), 開(kāi)展更深入的研究,闡明復(fù)合污染對(duì)貝類的作用機(jī)制。

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    Received: Aug., 12, 2010

    Key words:Mactra veneriformis; Cd2+; Hg2+; DNA damage; comet assay

    Abstract:The objective of this study was to investigate the effects of Cd2+and Hg2+on DNA damage in haemocytes ofMactra veneriformisthat were exposed to different concentrations of Cd2+or/and Hg2+for 14 days.DNA damage was determined by the comet assay. There was no obvious DNA damage in haemocytes caused by 50,100, and 200 μg/L Cd2+during the exposure period. However, Hg2+caused significant DNA damage in haemocytes at doses of 10, 20, and 40 μg/L in a dose- and time- dependent manner. Combination of 200μg/L Cd2+and 20μg/L Hg2+induced a time-dependent increase of DNA damage. The degree of DNA damage in the combined exposure group was severer than that in Hg2+-treated groups. These results indicate that the ranking of genotoxic potential toM.veneriformisis in decreasing order: Hg2+>Cd2+. There is a synergistic effect to DNA damage between Cd2+and Hg2+.

    (本文編輯:梁德海)

    Effects of Cd2+and Hg2+on DNA damage in haemocytes of Mactra veneriformis

    FANG Yan1,2, YANG Hong-sheng1
    (1. Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Graduate University, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

    X171.5

    A

    1000-3096(2011)02-0001-05

    2010-08-12;

    2010-10-21

    國(guó)家基金委創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金項(xiàng)目(40821004); 國(guó)家973計(jì)劃資助項(xiàng)目(2007CB407305); 國(guó)家農(nóng)業(yè)部公益性計(jì)劃資助項(xiàng)目(nyhyzx07-047); 國(guó)家海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)資助項(xiàng)目(200805069)

    房燕(1983-), 女, 山東鄆城人, 博士研究生, 主要從事生態(tài)毒理學(xué)方面的研究, 電話: 0532-82898596, E-mail: fly12689@163.com; 楊紅生, 通信作者, 研究員, 電話: 0532-82898620, E-mail: hshyang@qdio.ac.cn

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    西湖(2022年10期)2022-10-19 03:52:28
    出發(fā)!炸掉那顆彗星
    踩蛤蜊
    彗星
    可移動(dòng)染色和廢液處理裝置的制作
    第十三章彗星撞地球
    教你兩招,讓蛤蜊吐沙又快又徹底
    益壽寶典(2018年28期)2018-01-27 04:16:50
    采用插板法測(cè)試瀝青表面自由能的誤差分析*
    共價(jià)偶聯(lián)法在玻片表面固定適配體的研究
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