飲用水源地底棲生物抗氧化預警系統

姚玲霞+王為木+劉慧+等

摘要：通過調查南京市飲用水源地中山水庫及入庫河道水質指標的變化，分析底棲生物螺螄（Bellamya aeruginosa）的抗氧化酶活性和丙二醛含量差異，探討螺螄抗氧化系統與水質指標之間的相關性。結果表明：中山水庫及周邊入庫河道不同監測點的抗氧化酶活性、丙二醛含量變化具有差異性；抗氧化系統與水質指標之間存在一定的相關性，其中SOD活性與CODMn呈顯著正相關（P<0.05），丙二醛含量與總磷濃度呈極顯著正相關（P<0.01）。可以認為總磷及有機污染是造成抗氧化酶活性和丙二醛含量變化的原因之一；底棲生物的抗氧化系統可以作為生物標志物，指示飲用水源地的水質變化。

關鍵詞：螺螄；生物標志物；水質指標；水質評價；相關性

中圖分類號： X832文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2014）06-0317-03

收稿日期：2013-09-30

基金項目：國家自然科學基金（編號：51109060）；中央高校基本科研業務費專項資金（編號：2009B09114）。

作者簡介：姚玲霞（1986—），女，甘肅天水人，碩士研究生，研究方向為土壤環境保護。E-mail：ylx517659095@163.com。水生底棲生物是水生生態系統的重要組成部分，它們長期生活在水體或沉積物中，對水環境中發生的物理、化學和生物類變化反應靈敏[1]。理化分析是監測污染的一個重要手段，但單一利用理化分析手段難以反映污染物對生物體和生態系統影響的綜合效應，也無法說明環境中生物的受危害程度。生物標志物是生物體受到嚴重損害之前，在不同水平（分子、細胞、個體等）上因受環境污染物影響而異常化的信號指標[2]，因此生物標志物能有效反映生物體對污染物的可利用性及生理上的綜合反應，彌補環境化學分析及傳統毒理學試驗的不足[3]，此外生物標志物能綜合反映環境的質量狀況，從而判斷水體中污染物的潛在影響和實際毒性[4]。

本研究選用南京市飲用水源地中山水庫及其周邊常見的生物螺螄（Bellamya aeruginosa）作為試驗材料，通過設置河流水質監測點及取樣分析，結合水質單因子評價法[5]和生物監測技術，分析了螺螄內臟抗氧化酶活性與水質指標的相關性。

1材料與方法

1.1樣品采集

2012年5月于中山水庫采集螺螄，作為對照；在其入庫河道采集大小均勻的健康螺螄個體作為試驗組，螺殼長為（21.48±2.57） mm，體質量為（2.15±0.50） g，以螺螄內臟作為酶液提取的材料，測定其抗氧化系統的含量及活性。

1.2蛋白質含量及抗氧化系統的測定

1.2.1蛋白含量測定采用 Bradford的方法[6]，以牛血清蛋白（BSA）作為標準蛋白。考馬斯亮藍 G-250 在游離狀態下呈紅色，當它與蛋白質結合時變成青色，蛋白質與色素的結合物在595 nm下的吸光度與蛋白含量成正比。

1.2.2超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用改進后的鄰苯三酚自氧化法[7]。酶活性單位的定義為：1 mL反應液中，1 min 抑制鄰苯三酚自氧化速率達50%的酶量。

1.2.3丙二醛（MDA）的測定采用TBA比色法。以1 mg蛋白中所含TBARS的量（nmol）表示，克分子消光系數ε=156×105 m-1·cm-1[8]。

1.2.4過氧化氫（CAT）活性測定采用徐鏡波等的方法[9]，在室溫（21.0±2） ℃的條件下，用紫外分光光度計測吸光度值。

1.3水樣采集和水質測定

水樣采集按照《水和廢水監測分析方法》中的有關要求進行采集[10]，總氮（TN）、銨態氮、總磷（TP）的濃度及高錳酸鉀指數（CODMn）均在河海大學南方地區高效灌排與農業水土環境教育部重點實驗進行分析測定。

1.4數據處理與分析

數據采用 Excel 和 SPSS 13.0 進行統計分析。

1.5水質評價方法

采用《水資源保護規劃技術大綱》中推薦的單因子評價法。現行國家水質標準中已確定悲觀評價原則，即以水質最差的單項指標所屬類別來確定水體綜合水質類別[11]。方法是用水體中感觀性、毒物和生物學等單因子的監測結果對照各自評價標準，確定各項目的水質類別，在所有項目的水質類別中，選取水質最差的類別作為水體水質類別，評價結果以“類”表示。

2結果與分析

2.1螺螄內臟SOD活性的變化

，與1號中山水庫點相比：除了4、5、8、9號監測點外，其余各點螺螄內臟中的SOD活性均顯著升高，其中2、3、10、11號的SOD活性升高幅度較大，11號點的SOD活性更是達到最大值（50.54±0.26） U/mg，為對照點的7.91倍。4、5號監測點與對照相比無顯著差異。

2.2螺螄內臟MDA含量的變化

5、6號監測點螺螄內臟MDA含量與對照相比無顯著差異。其余各點與對照相比均達到顯著差異，其中9號采樣點的MDA含量最大，為對照的12.84倍；2號與11號、3號與4號、7號與10號等多個監測點之間的MDA含量均無顯著差異。

2.3螺螄內臟中CAT活性的變化

2.4水質類別評價

根據單因子評價方法，各水質指標含量均取全年取樣測定的均值，詳見表1。對比GB 3838—2002《地表水環境質量標準》對各指標進行評價，選取各指標的最差類別作為水體水質類別。

按總磷含量進行評價，4～8號、10號監測點的水質為Ⅲ類；按高錳酸鉀指數進行評價，4號、6～9號點所對應的破壩河、陳塘河、劉家邊河的水質評價為Ⅴ類；其余各監測點的水質均不理想，按指標對水質的評價均為劣Ⅴ類。表1水質各指標的全年測定結果

指標采樣點含量（mg/L）1號2號3號4號5號 6號7號8號9號 10號11號銨態氮濃度5.3212.89.203.941.503.183.831.611.171.282.34總氮濃度7.248.352.863.0310.52.682.434.382.192.763.61總磷濃度0.481.190.890.140.140.080.140.123.580.152.09CODMn31.331.425.910.116.812.313.214.611.819.627.2

2.5抗氧化酶活性、MDA含量與水質指標相關性分析

SOD活性與銨態氮、總磷濃度呈正相關，與總氮濃度呈負相關，與CODMn呈顯著正相關（P<0.05）；MDA含量與銨態氮、總氮濃度呈負相關，與總磷濃度呈極顯著正相關（P<0.01），與CODMn呈負相關；CAT活性與銨態氮、總磷濃度、CODMn呈正相關，與總氮濃度呈負相關。

3結論與討論

3.1抗氧化酶活性和MDA含量變化的分析

當螺螄內臟受到外源性物質脅迫時，其活性會出現不同

表2SOD、MDA、CAT與水質指標的相關性

類別相關系數銨態氮濃度總氮濃度總磷濃度CODMnSOD活性0.304 -0.085 0.2410.610*MDA含量-0.228 -0.315 0.867**-0.215 CAT活性0.340 -0.184 0.0990.467 注：*、**分別表示顯著相關（P<0.05）、極顯著相關（P<001）。

程度的改變。當魚類暴露于被污染環境時，污染物會參與動物體內的氧化還原循環并產生大量的活性氧，致使魚體內的SOD 活性和MDA含量發生規律性的變化[12]，因此可以通過抗氧化酶和脂質過氧化水平的相對變化來判定環境污染對生物的脅迫程度[13]。從本試驗結果可以看出，不同監測點的抗氧化酶活性和MDA含量變化具有差異性，2、3、11號監測點均呈現出較高的酶活性，可能由于農藥等污染造成的，這與水域周邊有排水溝相關，表明有機污染是造成抗氧化酶活性和脂質過氧化水平變化的原因之一。

3.2銨態氮、總氮對抗氧化酶活性和MDA含量的影響

銨態氮是水體中普遍存在的有害物質。一些學者認為，任何可測定出的銨態氮濃度對魚類生存都會產生有害影響[14]。有關銨態氮對水生生物抗氧化酶的影響研究發現，銨態氮能引起水生生物體內活性氧含量的改變[15]，從而影響抗氧化酶活性和MDA含量，使它們發生相應的升高或降低的變化[16-17]。本研究的相關性分析結果顯示：銨態氮與抗氧化酶活性具有正相關性，與MDA含量呈負相關，總氮與抗氧化酶活性和MDA含量均呈現負相關性，說明銨態氮脅迫氧化酶系統，使胞內外活性氧大量積累進而造成氧化損傷。因此銨態氮可以作為抗氧化酶活性的指示指標。

3.3總磷、CODMn對抗氧化酶活性和MDA含量的影響

監測點中的總磷與抗氧化酶活性呈正相關，而與MDA含量呈極顯著正相關（P<0.01），因此在本試驗中總磷是引起抗氧化酶和脂質過氧化變化的主要污染物。而水體中的CODMn反映了水體中有機物含量的高低。本試驗的相關性分析顯示：CODMn與抗氧化酶活性呈正相關，尤其與SOD活性呈顯著正相關（P<0.05），而與MDA含量呈負相關。綜上所述，抗氧化酶的活性能夠指示水質因子變化，螺螄生物標志物可以指示飲用水源地水質狀況，可為水源地的管理提供理論依據。

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