鎘脅迫下鈣對鯽魚鎘吸收和抗氧化酶活性的影響

卓麗玲，唐森，王燦燦，崔志明，李磊，于小麗，劉永紅棗莊學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東 棗莊 277160

鎘脅迫下鈣對鯽魚鎘吸收和抗氧化酶活性的影響

卓麗玲*，唐森，王燦燦，崔志明，李磊，于小麗，劉永紅
棗莊學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，山東 棗莊 277160

為探討鈣對鎘致鯽魚毒性效應(yīng)的影響，以鯽魚為材料，試驗(yàn)分 5組，分別為空白對照Ⅰ組，單獨(dú)染鎘Ⅱ組（鎘 0.05 mg·L-1），鎘鈣聯(lián)合組（Ⅲ組：鎘0.05 mg·L-1+鈣40 mg·L-1；Ⅳ組：鎘0.05 mg·L-1+鈣80 mg·L-1；Ⅴ組：鎘0.05 mg·L-1+鈣120 mg·L-1），水體染毒處理35 d后，檢測鯽魚肌肉、鰓中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)，肝胰臟中T-AOC、CAT、T-SOD活性及MDA質(zhì)量摩爾濃度。結(jié)果表明，染鎘組和鎘-鈣聯(lián)合組鯽魚肉、鰓Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著（P＜0.05）高于對照組，而鎘-鈣聯(lián)合組鯽魚肉、鰓中Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于單獨(dú)染鎘組，且魚鰓中Ⅳ和Ⅴ組差異顯著（P＜0.05）。鯽魚肝胰臟T-AOC、T-SOD和CAT活性表現(xiàn)為單獨(dú)染鎘組均顯著低于（P＜0.05）對照組；而鎘-鈣聯(lián)合組其活性均高于單獨(dú)染鎘組，其中T-AOC、CAT活性在兩個(gè)處理間的差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），T-SOD活性僅在Ⅳ和Ⅴ組間差異顯著（P＜0.05）。肝胰臟中MDA質(zhì)量摩爾濃度表現(xiàn)為染鎘組和鎘-鈣聯(lián)合組均顯著高于（P＜0.05）對照組，而鎘-鈣聯(lián)合組又顯著低于（P＜0.05）單獨(dú)染鎘組。由此可見，在水體中補(bǔ)充適量的鈣劑可降低鎘在鯽魚體內(nèi)的蓄積，并且對鎘致鯽魚肝胰臟抗氧化系統(tǒng)損傷有修復(fù)作用。

鯽魚；鎘；丙二醛；總超氧化物歧化酶

引用格式：卓麗玲， 唐森， 王燦燦， 崔志明， 李磊， 于小麗， 劉永紅. 鎘脅迫下鈣對鯽魚鎘吸收和抗氧化酶活性的影響［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2016， 25（6）: 1001-1005.

ZHUO Liling， TANG Sen， WANG Cancan， CUI Zhiming， LI Lei， YU Xiaoli， LIU Yonghong. Effects of Ca on Cd Uptake and Antioxidant Enzymes Activities of Crucian carp under Cd Stress ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（6）: 1001-1005.

鎘是環(huán)境和食物鏈中最常見的重金屬污染物，具有穩(wěn)定、積累和不易消除等特性（劉周莉等，2013），可通過體表滲透、呼吸以及食物鏈的放大等途徑蓄積于體內(nèi)（劉蒙南等，2016），對生物體造成多器官、組織和細(xì)胞毒害（張娉娉等，2014），可引發(fā)人體腎、肺、肝、骨骼、血液、神經(jīng)、免疫系統(tǒng)等一系列損傷（王雨昕等，2015）?？寡趸烙到y(tǒng)可因污染的脅迫而發(fā)生活性成分或含量的改變，可間接反映環(huán)境中的污染狀況（卓麗玲等，2014）。研究也發(fā)現(xiàn)，鎘能使溪蟹肝胰腺和鰓中丙二醛（MDA）的含量顯著增加，且超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性與MDA的含量呈負(fù)相關(guān)變化（李涌泉等，2008）；對鯽魚肝組織過氧化氫酶（CAT）活性的影響呈拋物線形狀；低濃度鎘對鯽魚 CAT的活性有誘導(dǎo)作用，高濃度呈抑制作用（胡蓉等，2011）。鈣能抑制鎘的吸收，并認(rèn)為魚鰓上具有鎘和鈣競爭吸收的位點(diǎn)（Rogers et al.，2004），而在蚤狀鉤蝦體內(nèi)鈣也能競爭性抑制鎘的吸收（Wright et al.，1981）；增加日糧鈣水平，虹鱒魚對鎘的吸收及毒性作用降低（Baldisserotto et al.，2004）。目前，有關(guān)增加水體鈣能否抑制鯽魚對鎘的吸收，鈣對鎘致鯽魚肝胰臟的抗氧化防御系統(tǒng)損傷有無緩解效應(yīng)等問題的研究均未見報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)以鯽魚為材料，在低濃度Cd脅迫下添加不同質(zhì)量濃度Ca處理，檢測鯽魚肉、鰓中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，肝胰臟內(nèi)T-AOC、T-SOD、CAT活性和MDA質(zhì)量摩爾濃度，探索Cd脅迫下Ca對鯽魚鎘吸收及抗氧化酶活性損傷的影響，試圖闡明Ca緩解Cd毒性的機(jī)制，以期為魚類重金屬污染毒性機(jī)理研究提供參考資料。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

CdCl2、CaCl2·2H2O、HNO3、HClO4為分析純。鯽魚購自棗莊市水產(chǎn)批發(fā)市場，平均體重（250±10.26）g，購回后用3%食鹽水浸泡消毒2 min，在盛有自來水（曝氣3 d以上）的玻璃水族箱中馴養(yǎng)5 d后，挑選活潑、表面無損傷的健康鯽魚，隨機(jī)分成5組，每組10條，養(yǎng)于室內(nèi)玻璃水族箱（120 cm×45 cm×70 cm，長×寬×高）中，24 h供氧，每天早晨投喂魚料（鴻達(dá)魚用膨化配合飼料）1次（以1～2 min吃完為宜）。實(shí)驗(yàn)期間每天換2/3染毒液以保持濃度穩(wěn)定。每天觀察記錄實(shí)驗(yàn)魚情況。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

依據(jù)前期檢測淡水環(huán)境中鎘含量（0.001 mg·L-1），參照鄧思平等（2012）鎘實(shí)驗(yàn)濃度的設(shè)置方法，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置慢性鎘中毒質(zhì)量濃度為 0.05 mg·L-1（根據(jù)無公害食品淡水養(yǎng)殖用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)NY5051─2001，鎘≤0.005 mg·L-1，實(shí)驗(yàn)濃度是該標(biāo)準(zhǔn)濃度的 10倍），對應(yīng)添加鈣質(zhì)量濃度分別為40、80、120 mg·L-1，見表1。染毒處理35 d后，分別取鯽魚肉、鰓、魚腸、魚籽、血液，用純凈水清洗，吸干水分，稱取適量，剪碎，用HNO3-HClO4濕熱消解至澄清，定容后用火焰原子吸收分光光度法檢測重金屬鎘含量。取鯽魚肝胰臟1 g，加入9 mL預(yù)冷的生理鹽水，冰上研磨，離心取上清，采用考馬斯亮藍(lán)法檢測蛋白質(zhì)含量；用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的T-AOC、CAT、T-SOD、MDA試劑盒檢測其抗氧化酶活性及脂質(zhì)過氧化指標(biāo)。

表1　Cd2+和Ca2+的質(zhì)量濃度Table 1　The mass concentrations of Cd2+and Ca2+

1.3數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）表示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 15.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。

圖1　單獨(dú)染鎘鯽魚體內(nèi)Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 1　The mass fraction of Cd2+in crucian carp under Cd stress

圖2　鯽魚肉中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 2　The mass fraction of Cd in crucian carp muscle

2　結(jié)果

2.1鯽魚體內(nèi)Cd2+的蓄積規(guī)律

單獨(dú)染 Cd2+組鯽魚體內(nèi)不同組織（鮮重）對Cd2+的蓄積質(zhì)量分?jǐn)?shù)規(guī)律見圖 1，表現(xiàn)為魚腸＞血液＞魚鰓＞魚籽＞魚肉。

2.2鯽魚肉、鰓中Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

由圖2～3可知，染Cd2+和Cd2+-Ca2+聯(lián)合組鯽魚肉、鰓中Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著（P＜0.05）高于對照組；Cd2+-Ca2+聯(lián)合組鯽魚肉、鰓中Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于單獨(dú)染Cd2+（Ⅱ）組，且魚鰓中Ⅳ和Ⅴ組差異顯著（P＜0.05）。

圖3　鯽魚鰓中Cd的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 3　The mass fraction of Cd in crucian carp gill

2.3鯽魚肝胰臟勻漿液中T-AOC、T-SOD、CAT活性

由圖4～6可知，鯽魚肝胰臟中T-AOC、T-SOD 和 CAT活性表現(xiàn)為單獨(dú)染 Cd2+組均顯著低于（P＜0.05）對照Ⅰ組。而Cd2+-Ca2+聯(lián)合組其活性均高于單獨(dú)染Cd2+組，且兩組間T-AOC、CAT活性的差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），T-SOD活性在Ⅳ和Ⅴ組間差異顯著（P＜0.05）。

圖4　肝胰臟中T-AOC活性變化Fig. 4　The activity of T-AOC in hepatopancreas

圖5　肝胰臟中T-SOD活性變化Fig. 5　The activity of T-SOD in hepatopancreas

2.4鯽魚肝胰臟勻漿液中MDA的含量

見圖7，肝胰臟中MDA的質(zhì)量摩爾濃度表現(xiàn)為染Cd2+和Cd2+-Ca2+聯(lián)合組均顯著高于（P＜0.05）對照Ⅰ組，而Cd2+-Ca2+聯(lián)合組又顯著低于（P＜0.05）單獨(dú)染Cd2+（Ⅱ）。

圖6　肝胰臟中CAT活性Fig. 6　The activity of CAT in hepatopancreas

圖7　肝胰臟中MDA含量Fig. 7　The contents of MDA in hepatopancreas

3　討論

3.1Ca2+對Cd2+蓄積毒性的影響

從食物中攝入Ca的量不僅會影響Cd在生物體內(nèi)的吸收、積累和分布，還會影響 Cd在體內(nèi)的毒性作用（崔玉靜等，2004）。本實(shí)驗(yàn)單獨(dú)染Cd2+組鯽魚體內(nèi) Cd2+質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯高于對照，且表現(xiàn)為魚腸＞血液＞魚鰓＞魚籽＞魚肉。添加不同質(zhì)量濃度的Ca2+（40～120 mg·L-1）后，鯽魚肉內(nèi)Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于單獨(dú)染 Cd2+組，但差異不顯著；魚鰓中Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于單獨(dú)染Cd2+組，且隨著Ca2+質(zhì)量濃度的增加呈顯著變化，表明適當(dāng)增加水體Ca2+含量能抑制鯽魚對Cd2+的吸收，這或許與Rogers et al.（2004）報(bào)道的鎘和鈣在魚鰓上存在競爭吸收的位點(diǎn)有關(guān)。隨著Ca2+、Cd2+吸收進(jìn)入機(jī)體的循環(huán)，Ca2+、Cd2+競爭抑制性吸收減弱，這或許與肌細(xì)胞膜上二價(jià)離子的吸收機(jī)制有關(guān)。

3.2Ca2+對Cd2+致抗氧化系統(tǒng)損傷的影響

鎘進(jìn)入生物體能使細(xì)胞發(fā)生氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生活性氧（ROS），過量的ROS會引起機(jī)體的氧化損傷。超氧化物歧化酶（SOD）是廣泛存在于生物體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)關(guān)鍵酶之一，能催化超氧陰離子自由基發(fā)生歧化反應(yīng)，從而與過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化氫酶（GPX）一起達(dá)到清除O2、H2O2和OH-等活性氧的作用，使機(jī)體免受氧化傷害。T-AOC水平則是用于衡量機(jī)體抗氧化系統(tǒng)功能的綜合性指標(biāo)，其活性變化可反映機(jī)體氧化損傷情況，并被作為環(huán)境污染早期預(yù)警指標(biāo)（劉浩明等，2012）。MDA是自由基攻擊生物膜中不飽和脂肪酸引發(fā)脂質(zhì)過氧化作用，并由此形成的脂質(zhì)過氧化物（史靜等，2013），也是反應(yīng)機(jī)體氧化損傷的最具代表性的指標(biāo)之一。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單獨(dú)染鎘（0.05 mg·L-1）35 d后，肝胰臟中T-AOC、T-SOD 和CAT活性均降低，而MDA含量對應(yīng)增加，與鄧思平等（2012）、王凡等（2011）和劉浩明等（2012）結(jié)果相似，可能是鎘直接取代了這些酶活性中心的金屬元素，從而抑制酶的活性（李賀等，2015），造成鯽魚體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)損傷，清除自由基的能力降低，脂質(zhì)過氧化作用增強(qiáng)。與單獨(dú)染 Cd2+組相比，添加 Ca2+處理后，鯽魚肝胰臟中 T-AOC、T-SOD和CAT活性均有所增高，而MDA含量相應(yīng)降低，表明機(jī)體內(nèi)抗氧化損傷作用減弱，這是Ca2+競爭抑制了 Cd2+對其他陽離子的競爭，使SOD、CAT等抗氧化酶活性得以恢復(fù)，脂質(zhì)過氧化程度得以減弱。

4　結(jié)論

鯽魚暴露在0.05 mg·L-1鎘中35 d后，鯽魚肉、鰓中 Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，T-SOD、CAT和T-AOC活性降低，MDA含量增加。在染Cd2+的基礎(chǔ)上同時(shí)添加Ca2+處理時(shí)，鯽魚肉、鰓中Cd2+的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與單獨(dú)染鎘組比較均有下降趨勢；肝胰臟中T-SOD、CAT和T-AOC活性，與單獨(dú)染鎘組比較均有所回升，MDA含量增加；這表明鈣能抑制鯽魚對鎘的吸收，減少肝胰臟的抗氧化損傷，減弱脂質(zhì)過氧化程度。

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Effects of Ca on Cd Uptake and Antioxidant Enzymes Activities of Crucian carp under Cd Stress

ZHUO Liling， TANG Sen， WANG Cancan， CUI Zhiming， LI Lei， YU Xiaoli， LIU Yonghong
College of Life Sciences， Zaozhuang University， Zaozhuang 277160， China

To explore the effects of calcium （Ca） on cadmium （Cd）-induced toxicity on crucian carp. We chose crucian carp and divided into five groups， i.e.， control group （GroupⅠ）， Cd alone exposed group （0.05 mg·L-1， Group Ⅱ）， and Cd2+combined with Ca2+groups （Group Ⅲ: 0.05 mg ·L-1Cd2++40 mg ·L-1Ca2+； Group Ⅳ: 0.05 mg ·L-1Cd2++80 mg·L-1Ca2+； Group Ⅴ: 0.05 mg ·L-1Cd2++120 mg ·L-1Ca2+） . After exposed for 35 days， mass fraction of Cd2+in the muscle and gill and the total antioxidative capacity （T-AOC） as well as levels of total superoxide dismutase （T-SOD）， catalase （CAT） and malondialdehyde （MDA） in the hepatopancreas were assessed. The results showed that Cd levels in the muscle and gill of GroupⅡ， Group Ⅲ， Group Ⅳ and Group Ⅴ increased （P＜0.05） compared to GroupⅠ. Compared with GroupⅡ， Cd levels in the Group Ⅲ， Group Ⅳ and Group Ⅴ decreased， only in gill of Group Ⅳ and Group Ⅴ significantly （P＜0.05）. The activity of T-AOC， T-AOC and CAT in the hepatopancreas of Cd alone exposed groupwas lower than that in GroupⅠ（P＜0.05）， in Cd2+combined with Ca2+groups that was higher than that in GroupⅡ （P＜0.05）. As for MDA， its content in other four groups （Ⅱ， Ⅲ， Ⅳ and Ⅴ） was higher （P＜0.05） than that in Group I， respectively， while its level in three groups （Ⅲ， Ⅳ and Ⅴ） was lower （P＜0.05） than that in GroupⅡ， respectively. In summary， Ca can lower the accumulation of Cd in the muscle and gill of crucian carp and increase the anti-oxidative ability in the hepatopancreas， which demonstrated that Ca can alleviate the toxic effect of Cd.

crucian carp； cadmium； malondialdehyde； total superoxide dismutase

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.06.013

X503.225； S965.117

A

1674-5906（2016）06-1001-05

棗莊市科技攻關(guān)項(xiàng)目（201024-1）；棗莊學(xué)院國家級基金預(yù)研究項(xiàng)目（2014YY09）；國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（31190901）

卓麗玲（1976年生），女，副教授，博士。E-mail: zhuoll2009@163.com

2015-12-27