納米Al2O3和Cd聯(lián)合暴露對銅銹環(huán)棱螺體內Cd的生物積累和抗氧化酶活性的影響

龍奕，劉珊珊，王萌，馬陶武

吉首大學生物資源與環(huán)境科學學院，吉首 416000

納米Al2O3和Cd聯(lián)合暴露對銅銹環(huán)棱螺體內Cd的生物積累和抗氧化酶活性的影響

龍奕，劉珊珊，王萌，馬陶武*

吉首大學生物資源與環(huán)境科學學院，吉首 416000

金屬氧化物納米顆粒的廣泛應用導致它們大量地釋放到水環(huán)境中，其獨特的理化性質有可能改變水環(huán)境中其他共存污染物(如重金屬)的生態(tài)毒性。為評價沉積物中納米氧化鋁(Al2O3-NPs)對重金屬Cd生態(tài)毒性的影響，采用底棲生物慢性暴露研究了Al2O3-NPs存在條件下Cd在底棲動物銅銹環(huán)棱螺體內生物積累的變化和Cd對肝胰臟抗氧化防御系統(tǒng)關鍵成分超氧化物歧化酶(SOD)與脂質過氧化指標丙二醛(MDA)以及Ⅱ相反應的關鍵酶谷胱甘肽-S-轉移酶(GST)的影響。結果表明，低Cd濃度(5 μg·g-1)時，Al2O3-NPs對Cd生物積累沒有影響；中、高Cd濃度(25、100 μg·g-1)時，Al2O3-NPs顯著促進Cd的生物積累，Al2O3-NPs對Cd的生物轉運具有明顯的攜帶效應。低Cd濃度時，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的SOD活性與對照組相比均沒有顯著差異；中Cd濃度時，SOD活性顯著升高，而高Cd濃度時，SOD活性顯著下降，而且Al2O3-NPs處理組的SOD活性顯著低于無Al2O3-NPs處理組，Al2O3-NPs的存在加重了Cd對肝胰臟細胞的氧化脅迫或損傷。高Cd濃度時，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的MDA水平均顯著升高，但Al2O3-NPs處理組的MDA水平顯著低于無Al2O3-NPs處理組，進一步證明Al2O3-NPs對Cd氧化損傷的增強作用。中、高Cd濃度時，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的GST活性均顯著下降，但Al2O3-NPs處理組的GST活性均顯著低于無Al2O3-NPs處理組，同樣說明了Al2O3-NPs對Cd毒性的增強作用。本研究提供了在沉積物-底棲動物體系中Al2O3-NPs促進重金屬生物積累的證據(jù)，而且Cd毒性的變化與肝胰臟中Cd的生物積累水平的變化基本一致，在中、高Cd濃度下，由于Al2O3-NPs的存在顯著促進了Cd的生物積累，因而增強了Cd對銅銹環(huán)棱螺的生態(tài)毒性。

Cd；Al2O3-NPs；銅銹環(huán)棱螺；底棲動物；沉積物；SOD；MDA；GST

隨著人工納米顆粒(engineering nanoparticles, ENPs)在生產過程和消費品中日益廣泛的使用，ENPs勢必會大量地進入水環(huán)境中[1]，其對水生生物的潛在威脅已經引起高度關注[2]，了解其環(huán)境生物學效應顯得非常重要。研究顯示，很多ENPs不僅自身對水生生物表現(xiàn)出毒性[3]，而且無論是存在于水相或沉積物中的ENPs，由于其較大的比表面積使得它們能夠與其它污染物(如持久性有機污染物和重金屬)發(fā)生相互作用(如吸附)[4-5]，從而改變與ENPs共存的其它污染物的生物有效性、生物積累特征和生態(tài)毒性[6-7]。因此，在ENPs的水生態(tài)毒理學研究中，探討ENPs與持久性有毒污染物的復合污染的生態(tài)毒理學效應對于正確理解ENPs的潛在生態(tài)風險具有十分重要的意義。目前，一些學者開始關注ENPs與持久性有毒污染物的復合污染的生態(tài)毒理學效應，但這些研究大多是基于水相的[8-9]，而基于沉積物-底棲動物體系的研究相對較少[10]。沉積物不僅是底棲動物的食物來源，而且是各種污染物的最終沉積庫，ENPs進入水環(huán)境中后會快速積聚在沉積物中，因此研究沉積物中ENPs和持久性有毒污染物復合污染對底棲動物的生態(tài)毒性顯得尤為重要。很顯然，沉積物棲居型底棲動物是研究ENPs生態(tài)毒性以及ENPs與其它污染物相互作用的重要測試生物[7-11]。銅銹環(huán)棱螺(Bellamya aeroginosa)是腹足綱田螺科的一種典型的沉積物棲居型底棲軟體動物，廣泛分布在我國淡水水體中，它對一些持久性有毒物質的脅迫表現(xiàn)出較高的敏感性，適于沉積物毒性測試[12-17]。

金屬氧化物納米顆粒是應用最廣泛的一類ENPs，其潛在生態(tài)風險受到廣泛關注[2]。迄今為止，已有一些有關納米二氧化鈦(TiO2-NPs)和重金屬Cd復合污染對一些水生生物(如大型溞、四膜蟲和魚類等)的生態(tài)毒理學效應的研究報道，這些研究顯示在無毒性濃度TiO2-NPs存在的條件，Cd的生物有效性、生物積累和毒性受到明顯的影響[7, 18-21]。然而，在沉積物-底棲動物體系中，有關金屬氧化納米顆粒與重金屬復合污染對沉積物棲居型底棲軟體動物的生態(tài)毒理學研究還很少報道。不同的金屬氧化物納米顆粒往往具有不同理化性質，因此它們與其它污染物相互作用后可能表現(xiàn)出不同的生態(tài)毒理學效應。納米氧化鋁(Al2O3-NPs)在工業(yè)上應用較多，如在光學器件和珠寶拋光中用作涂層和磨料[21]以及用在微電子器件上和作為化學催化劑[23]。

本研究以Al2O3-NPs作為研究對象，用銅銹環(huán)棱螺作為實驗動物，選擇Cd作為模型污染物，采用沉積物慢性生物測試的方法，研究在無毒性濃度Al2O3-NPs存在時沉積物中Cd在銅銹環(huán)棱螺體內的生物積累規(guī)律和Cd對肝胰臟抗氧化防御系統(tǒng)關鍵成分超氧化物歧化酶(SOD)與脂質過氧化指標丙二醛(MDA)以及Ⅱ相反應的關鍵酶谷胱甘肽-S-轉移酶(GST)的影響，以期為合理評價沉積物中Al2O3-NPs與Cd復合污染的生態(tài)風險提供科學依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 儀器與試劑

UV-757CRT紫外可見分光光度計(上海精科)；TGL-16M臺式高速冷凍離心機(長沙平凡)；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES，iCAP6300 Radial，Thermo Fisher Scientific，USA)；玻璃勻漿器，小型攪拌機。納米氧化鋁(Al2O3-NPs，購自北京博宇高科新材料技術有限公司)：粒徑13 nm，純度99.9%；醋酸鎘(Cd(CH3COO)2·2H2O，分析純)購自天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 試驗材料

本實驗所用的實驗動物為采自武漢植物園干凈池塘內的銅銹環(huán)棱螺成螺。按Ma等的方法[14]在光溫氧可控的循環(huán)水培養(yǎng)系統(tǒng)中馴化培養(yǎng)60 d后，挑選大小均勻的健康個體，殼長為(20.72 ± 1.77) mm，體重為(2.10 ± 0.33) g。實驗所用沉積物為以采自湖南吉首市德夯自然保護區(qū)內的無污染土壤制作的人工沉積物，采集與處理方法見文獻[14]。

1.3 沉積物生物測試

實驗共設8個處理組，每個處理設3個重復，包括Cd單獨處理組(5、25、100 μg·g-1，以沉積物干重計)、Al2O3-NPs(無毒性添加濃度0.05 g·kg-1)[22]單獨處理組以及分別與3種Cd濃度的組合處理、以及1個空白對照組。

人工沉積物加標處理方法：對于每個處理，先將1 800 g干沉積物(過100目尼龍篩)和90 mg Al2O3-NPs粉末混合在一起，在攪拌機中連續(xù)攪拌1 h，然后轉入帶蓋小塑料桶中。然后用Cd(CH3COO)2·2H2O配制2 mg·mL-1(以純Cd計)的Cd儲備液，按沉積物與Cd溶液1:1的體積比進行混合(Cd儲備液的體積不足部分以去離子水補足)，用干凈的小木鏟攪拌至少24 h。對照組沉積物除不加Cd及Al2O3-NPs外，按相同方式處理。加標完成后在室溫下靜置14 d。

將每組處理好的沉積物均分到3個重復測試缸(4 L)中，按沉積物與上覆水1: 4的體積比，沿缸壁小心加入去離子水，然后將所有測試缸置于1個水浴控溫的有機玻璃容器中，靜置3 d。暴露開始時，將所選實驗螺隨機分組，放入測試缸中，每個測試缸內放10只，以靜水充氧的方式暴露21 d，光照周期為12 h(白晝)∶12 h(黑暗)，水溫為(24 ± 1)℃，對每個測試缸加蓋尼龍網，中間留1個直徑為5 cm的圓孔，方便喂食。每3天更新1次上覆水并投喂少許觀賞魚餌料(三元牌)。暴露結束后，取出實驗螺，用鉗子夾破螺殼，從內臟團中分離出肝胰臟，稱重，一部分立即放入液氮中保存，用于生化測定，另一部分放入烘箱中80 ℃下烘干至恒重，用于Cd含量的測定。

1.4 測定

1.4.1 肝胰臟中Cd含量的測定

采用HNO3-HClO4消解法消解銅銹環(huán)棱螺的肝胰臟樣品，然后采用ICP-OES測定Cd含量[12]。采用相同程序分析生物成分分析標準物質貽貝(GBW08571，北京世紀奧科生物技術有限公司)以進行分析方法的質量控制，結果表明該方法具有良好的準確度和精密度。

1.4.2 生化測定

取冷凍的、已知重量的肝胰臟樣品，按1: 9(g: mL)的比例加入含0.0001 mol·L-1EDTA-2Na、0.01 mol·L-1蔗糖和0.8%(質量百分數(shù))NaCl的Tris-HCl緩沖液(0.01 mol·L-1、pH=7.4)，同時加入0.001 mol·L-1蛋白酶抑制劑PMSF溶液。用玻璃勻漿器在冰浴下制成勻漿，然后轉入0.5 mL離心管，于4 ℃、2 500 r·min-1，離心10 min，先取上清液20 μL(即10%勻漿上清液)，用勻漿介質稀釋到1%，用于測SOD活性；再取上清液220 μL，用于測GST活性；剩余的勻漿液在10 000 r·min-1繼續(xù)離心20 min，取上清液，稀釋到1%，用于測定MDA含量。SOD活性采用氯化硝基四氮唑藍(NBT)光化還原法測定，以活力單位表示SOD活性值，在550 nm下測吸光度，以50%抑制率的酶量為1個活力單位(U·mg-1蛋白)；GST活性采用CDNB法測定，在340 nm下測吸光度，活力單位以U·mg-1蛋白表示；MDA含量采用硫代苯巴比妥酸(TBA)比色法測定，在532 nm下測定吸光值，活力單位以nmol·mg-1蛋白表示；采用考馬斯亮藍染色法在595 nm下測定蛋白含量[14]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS20.0進行統(tǒng)計分析。對實驗數(shù)據(jù)先進行正態(tài)分布檢驗，然后利用單因素方差分析法(ANOVA)和多重比較檢驗法(LSD)進行組間差異顯著性檢驗，差異顯著性水平為0.05。

2 結果與分析(Results and analysis)

2.1 Al2O3-NPs對銅銹環(huán)棱螺肝胰臟中Cd生物積累的影響

Cd和Al2O3-NPs加標沉積物21 d暴露后銅銹環(huán)棱螺肝胰臟中Cd生物積累的變化如圖1所示。無論是在無Al2O3-NPs的處理組還是在Al2O3-NPs的處理組，銅銹環(huán)棱螺肝胰臟中Cd的生物積累均顯著高于對照組，而且隨沉積物Cd濃度的增加而顯著升高。在低Cd(5 μg·g-1)濃度下，Al2O3-NPs對Cd生物積累沒有影響。在中、高Cd(25、100 μg·g-1)濃度下，Al2O3-NPs顯著促進Cd的生物積累，Al2O3-NPs處理組的Cd生物積累分別比無Al2O3-NPs處理組提高了約35%和62%。

圖1 Cd和Al2O3-NPs加標沉積物21 d暴露后 銅銹環(huán)棱螺肝胰臟中Cd的含量注：各處理間無相同字母表示差異顯著，P<0.05，下同。Fig. 1 Hepatopancreatic Cd contents in Bellamya aeruginosa following 21-d exposure to Cd- and Al2O3-NPs-spiked sedimentsNote: Treatments labeled with different letters differed significantly, P<0.05. The same below.

2.2 Al2O3-NPs存在條件下Cd對銅銹環(huán)棱螺肝胰臟SOD活性的影響

Cd和Al2O3-NPs加標沉積物21 d暴露后銅銹環(huán)棱螺肝胰臟SOD活性的變化如圖2所示。在無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組，銅銹環(huán)棱螺肝胰臟SOD活性隨沉積物Cd濃度的增加均表現(xiàn)為先升后降的變化趨勢。在低Cd(5 μg·g-1)濃度下，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的SOD活性與對照組相比均沒有顯著差異。在中Cd(25 μg·g-1)濃度下，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的SOD活性均被顯著誘導，與對照組相比，分別上升了約56%和41%，Al2O3-NPs處理組的SOD活性顯著低于無Al2O3-NPs處理組。在高Cd(100 μg·g-1)濃度下，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的SOD活性均被顯著抑制，與對照組相比，分別下降了約32%和43%，Al2O3-NPs處理組的SOD活性同樣顯著低于無Al2O3-NPs處理組。

圖2 Cd和Al2O3-NPs加標沉積物21 d暴露后 銅銹環(huán)棱螺肝胰臟SOD活性Fig. 2 Hepatopancreatic SOD activities in Bellamya aeruginosa following 21-d exposure to Cd- and Al2O3-NPs-spiked sediments

2.3 Al2O3-NPs存在條件下Cd對銅銹環(huán)棱螺肝胰臟MDA含量的影響

Cd和Al2O3-NPs加標沉積物21 d暴露后銅銹環(huán)棱螺肝胰臟MDA水平的變化如圖3所示。由圖可知，在低、中Cd(5、25 μg·g-1)濃度下，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的MDA水平與對照組相比均沒有顯著差異。在高Cd(100 μg·g-1)濃度下，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的MDA水平均顯著升高，與對照組相比，分別上升了約283%和170%，Al2O3-NPs處理組的MDA水平顯著低于無Al2O3-NPs處理組。

2.4 Al2O3-NPs存在條件下Cd對銅銹環(huán)棱螺肝胰臟GST活性的影響

Cd和Al2O3-NPs加標沉積物21 d暴露后銅銹環(huán)棱螺肝胰臟GST活性的變化如圖4所示。可以看出，除低Cd濃度(5 μg·g-1)下，Al2O3-NPs處理組的GST活性與對照組相比顯著升高外，其他處理組的GST活性隨沉積物Cd濃度的增加均表現(xiàn)為顯著下降的變化趨勢。在中、高Cd(25、100 μg·g-1)濃度下，無Al2O3-NPs處理組的GST活性與對照組相比分別下降了約23%和35%；Al2O3-NPs處理組的GST活性與對照組相比分別下降了約30%和48%，Al2O3-NPs處理組的GST活性均顯著低于無Al2O3-NPs處理組。

圖3 Cd和Al2O3-NPs加標沉積物21 d 暴露后銅銹環(huán)棱螺肝胰臟MDA水平Fig. 3 Hepatopancreatic MDA levels in Bellamya aeruginosa following 21-d exposure to Cd- and Al2O3-NPs-spiked sediments

圖4 Cd和Al2O3-NPs加標沉積物21 d 暴露后銅銹環(huán)棱螺肝胰臟GST活性Fig. 4 Hepatopancreatic GST activities in Bellamya aeruginosa following 21-d exposure to Cd- and Al2O3-NPs-spiked sediments

3 討論(Discussion)

3.1 Al2O3-NPs對Cd生物積累的影響

ENPs與常規(guī)材料相比具有小尺寸、大表面積和高表面能等特點，導致它們對其他污染物具有強烈的吸附能力，隨之可能改變其他污染的生物有效性和生態(tài)毒性[24]。目前對Al2O3-NPs潛在生態(tài)風險的研究主要關注Al2O3-NPs自身的毒性[25-26]，而關于Al2O3-NPs對其他污染物的生物積累和生態(tài)毒性的影響則未見報道。

在本研究中，我們通過沉積物生物測試研究了Al2O3-NPs存在情況下Cd在底棲動物銅銹環(huán)棱螺肝胰臟中的生物積累和氧化脅迫的變化規(guī)律。結果發(fā)現(xiàn)，低Cd濃度(5 μg·g-1)時，Al2O3-NPs對Cd的生物積累沒有影響，當沉積物中的Cd處于中、高水平(25、100 μg·g-1)時，Al2O3-NPs顯著促進Cd的生物積累，Al2O3-NPs對Cd的生物轉運具有明顯的攜帶效應。本研究的結果與一些研究者針對TiO2-NPs基于水介質的生物測試結果是相似的，Zhang等[6]發(fā)現(xiàn)在水介質中由于TiO2-NPs對Cd具有較強的吸附作用，極大地增強了Cd在鯉魚(Cyprinus carpio)體內的生物積累，積累的Cd包括游離的Cd和與TiO2-NPs結合的Cd，增加的Cd積累主要來自后者；Tan等[18]的研究表明當Cd和Zn被TiO2-NPs吸附后，大型溞(Daphnia magna)對Cd和Zn的吸收顯著增加；Tan等[19]進一步指出，TiO2-NPs能夠促使大型溞從溶解相中吸收的Cd顯著增加，主要是由于進入大型溞腸道中的TiO2-NPs為Cd離子提供了大量的結合位點，即當大型溞從水中吸收溶解Cd時，腸道中的TiO2-NPs吸附這些Cd離子，導致更多的Cd離子積累在大型溞體內，因此認為TiO2-NPs不僅作為載體將Cd轉運到體內，而且在腸道中TiO2-NPs還提供Cd吸附結合位點；同樣，Yang等[20]的研究也表明，TiO2-NPs可以充當Cd在原生動物四膜蟲(Tetrahymena thermophila)體內積累的載體，Cd可以以自由離子或Cd-TiO2-NPs復合物的形式被吸收，其中以復合體形式吸收的占46.3%。然而還有一些研究顯示，TiO2-NPs對Cd的生物積累沒有影響，例如，TiO2-NPs不影響Cd在海生紫貽貝(Mytilus galloprovincialis)組織中Cd的積累[27]，這與淡水生物不同，可能與測試介質的理化性質有關，如由于ENPs的團聚和沉淀作用并不顯著增加對Cd的吸附；此外，Vale等[28]指出TiO2-NPs對Cd在淡水雙殼類河蜆(Corbicula fluminea)體內的生物積累沒有影響，這可能與河蜆的取食方式(濾食)有關。因此，在水介質中，金屬氧化物ENPs促進重金屬生物積累的潛在機制至少體現(xiàn)在3個方面：一是，ENPs吸附重金屬離子形成復合體物，這種吸附了大量ENPs的復合物更容易被水生生物攝取，因而引起重金屬離子積累增加；二是，由于ENPs容易被生物吸收，進入腸道的ENPs可以吸附更多的重金屬離子，增加其生物積累；三是，雖然ENPs可以吸附重金屬離子，但由于ENPs在水環(huán)境中能夠快速聚集并沉降(特別是受到離子強度的影響)[29]，并不能有效地吸附重金屬離子，抑或即使吸附了一些重金屬離子，但測試生物并不能有效地攝取，當測試介質中重金屬離子濃度較低時，ENP不會對重金屬產生影響，而當重金屬離子濃度相對較高時，ENPs的吸附作用降低測試介質中重金屬離子濃度，反而會降低生物積累，如TiO2-NPs的存在使Cu在大型溞體內的積累量降低14倍[30]。銅銹環(huán)棱螺是1種沉積物棲居型、以鰓呼吸的底棲動物，主要從沉積物中取食[14]，在本研究中采用的上覆水是去離子水，因而離子強度的影響可以忽略，因此在沉積物測試介質中，銅銹環(huán)棱螺可能同時從間隙水和包含有大量Al2O3-NPs與Cd的復合體中攝取Cd，而增加的Cd積累主要來自復合體。本研究提供了在沉積物-底棲動物體系中Al2O3-NPs促進重金屬生物積累的重要證據(jù)，但Al2O3-NPs存在時重金屬的生物轉運機制還有待進一步考證。

3.2 Al2O3-NPs對Cd毒性的影響

當生物機體受到外源性化學物質脅迫時，作為機體抗氧化防御系統(tǒng)的重要組分的SOD可以通過將O2-·歧化為H2O2來降低或消除氧化脅迫以維持活性氧自由基的平衡，是機體對抗活性氧自由基的第一道防線，但過多的活性氧自由基則會激活或抑制SOD活性；MDA水平是衡量機體脂質過氧化程度和細胞氧化損傷的指示，因此，細胞SOD活性和MDA含量的改變體現(xiàn)了機體保護自身免受毒害的1種防護機制，因此它們常常被當作指示和評價污染物潛在生態(tài)毒性的良好生物標志物[31-32]。本研究表明，低Cd濃度(5 μg·g-1)時，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的SOD活性與對照組相比均沒有顯著差異，說明沒有造成活性氧自由基積累和氧化脅迫；中Cd濃度(25 μg·g-1)時，SOD活性顯著升高，表明已經引起明顯的氧化脅迫；高Cd濃度(100 μg·g-1)時，SOD活性顯著下降，則表明已經引起嚴重的氧化損傷，而且，與無Al2O3-NPs處理組相比，Al2O3-NPs處理組的SOD活性顯著下降，說明Al2O3-NPs加重了Cd對肝胰臟細胞的氧化脅迫或損傷，在高Cd濃度時，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的MDA水平均顯著升高，且Al2O3-NPs處理組的MDA水平顯著低于無Al2O3-NPs處理組，進一步證明了Al2O3-NPs對Cd氧化損傷的增強效應。

GST是一種在機體Ⅱ代謝中參與親電性化合物解毒的關鍵酶，它同時也參與細胞的抗氧化防御，污染脅迫時GST活性的改變體現(xiàn)了機體對污染物的生物轉化和抗氧化功能，GST同樣可以作為指示和評價污染物潛在生態(tài)毒性的敏感生物標志物[33]。本研究顯示，中、高Cd(25、100 μg·g-1)濃度時，無Al2O3-NPs處理組和Al2O3-NPs處理組的GST活性均顯著下降，說明在較高濃度Cd長期脅迫下，細胞中GST活性直接被抑制或在對Cd的解毒過程中被大量消耗[34]；而且Al2O3-NPs處理組的GST活性均顯著低于無Al2O3-NPs處理組，也說明了Al2O3-NPs對Cd毒性的增強作用。其他一些有關金屬氧化物ENPs對重金屬毒性影響的研究也顯示ENPs的確可以通過增加重金屬的生物積累而顯著增強生物毒性，例如，在浮游動物中，TiO2-NPs可以使Ag對大型溞幼體的毒性增加40%[30]；TiO2-NPs同樣可以顯著增強Cu對大型溞的毒性[35]；TiO2-NPs顯著增強As對網紋溞(Ceriodaphnia dubia)的毒性[36]。然而在浮游植物中得到的結果卻相反，TiO2-NPs降低Cd對淡水綠藻月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)的毒性[7]；TiO2-NPs可以降低Cd對萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)的生物積累和毒性[37-38]；TiO2-NPs同樣降低Cd對銅綠微囊藻的毒性[39]，這可能與不同類型生物吸收TiO2-NPs和Cd的方式不同有關，在浮游植物測試體系中，由于TiO2-NPs對Cd離子的吸附作用，水中游離態(tài)Cd離子濃度降低，而Cd與TiO2-NPs的復合物難以被浮游植物吸收，從而降低毒性對Cd離子對藻的毒性明顯降低。

總的來看，在本研究中，沉積物中Al2O3-NPs存在的情況下，Cd對銅銹環(huán)棱螺肝胰臟SOD活性、MDA含量和GST活性的影響與肝胰臟中Cd的生物積累水平的變化是一致的，在中、高Cd濃度下，Al2O3-NPs顯著促進了Cd的生物積累，因而增強了Cd的生態(tài)毒性。因此，在以后的研究中，不僅要關注Al2O3-NPs本身的環(huán)境轉歸和毒性，更要關注Al2O3-NPs與其他污染物共存時對其他污染物的協(xié)助轉運和聯(lián)合毒性效應，同時還要考慮環(huán)境因子的影響，這樣才能全面了解Al2O3-NPs的潛在生態(tài)風險。

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Effects of Cd and Al2O3-NPs Co-exposure on Bioaccumulation of Cd and Antioxidase Enzyme Activities inBellamyaaeroginosa

Long Yi, Liu Shanshan,Wang Meng, Ma Taowu*

College of Biology and Environmental Science, Jishou University, Jishou 416000, China

16 October 2014 accepted 21 November 2014

The widespread applications of metal oxide nanoparticles lead to unintentional release of these materials into aquatic environments, the unique physico-chemical properties may potentially alter the ecotoxicity of co-existing contaminants, such as heavy metals. In this work, the dynamics of Cd accumulation and the effects of Cd on two key components of antioxidant defense system, superoxide dismutase (SOD) and lipid peroxidation index malondialdehyde (MDA), and phase Ⅱ biotransformation enzyme glutathione-S-tansferase (GST) in the hepatopancreas of Bellamya aeroginosa, a benthic macroinvertebrate, were investigated in the presence of aluminum oxide nanoparticles (Al2O3-NPs) by applying chronic exposure to assess the impacts of Al2O3-NPs on ecotoxicity of Cd. The results showed that Al2O3-NPs had no significant effect on Cd bioaccumulation at low Cd concentration (5 μg·g-1). By contrast, Cd bioaccumulation was significantly enhanced by Al2O3-NPs at medium and high Cd concentration (25 and 100 μg·g-1), indicating obvious carrier effect of Al2O3-NPs on Cd biotransport. At low Cd concentration, SOD activities in treatments with or without Al2O3-NPs, had no significant difference compared to the controls; at medium Cd concentration, SOD activities in all treatments significantly increased. But at high Cd concentration SOD activities significantly decreased, and moreover SOD activities in treatments with Al2O3-NPs were statistically lower than those in treatments without Al2O3-NPs, indicating the presence of Al2O3-NPs aggravated oxidative stress or damage caused by Cd. For MDA, at high Cd concentration, MDA levels in treatments with or without Al2O3-NPs significantly increased, but MDA levels in treatments with Al2O3-NPs were lower than those in treatments without Al2O3-NPs, which further testified the enhancement of Al2O3-NPs on oxidative damage by Cd. As for GST, at medium and high Cd concentration, GST activities in treatments with or without Al2O3-NPs significantly decreased, but GST activities in treatments with Al2O3-NPs were significantly lower than those in treatments without Al2O3-NPs, which also confirmed above enhancement effects. Overall, our study provided the evidence that Al2O3-NPs enhanced Cd bioaccumulation in the sediment-zoobenthos system, and the change of Cd toxicity coincided with the body burden of Cd, at medium and high Cd concentration, high levels of Cd bioaccumulation enhanced ecotoxicity of Cd on B. aeroginosa.

Cd; Al2O3-NPs; Bellamya aeruginosa; zoobenthos; sediment; SOD; MDA; GST

國家自然科學基金項目(41171383)

龍奕(1989-)，女，碩士，研究方向為生態(tài)毒理學，E-mail: long12202008@163.com；

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: mtw922@163.com

10.7524/AJE.1673-5897.20141016001

2014-10-16 錄用日期：2014-11-21

1673-5897(2015)2-216-08

X171.5

A

馬陶武(1968-)，男，博士，教授，主要研究方向為水生態(tài)毒理學，發(fā)表論文40余篇。

龍奕, 劉珊珊, 王萌, 等. 納米Al2O3和Cd聯(lián)合暴露對銅銹環(huán)棱螺體內Cd的生物積累和抗氧化酶活性的影響[J]. 生態(tài)毒理學報, 2015, 10(2):216-223

Long Y, Liu S S, Wang M, et al. Effects of Cd and Al2O3-NPs co-exposure on bioaccumulation of Cd and antioxidase enzyme activities in Bellamya aeroginosa [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2015, 10(2): 216-223 (in Chinese)