常見有毒物質對水生動物微核形成機制研究進展

吳 帥，陳炎旗，馬文文，趙俊蘭，周傳江

（河南師范大學水產學院，河南省水產動物養殖工程技術研究中心，水產動物疾病控制河南省工程實驗室，河南新鄉 453007）

常見有毒物質對水生動物微核形成機制研究進展

吳 帥，陳炎旗，馬文文，趙俊蘭，周傳江

（河南師范大學水產學院，河南省水產動物養殖工程技術研究中心，水產動物疾病控制河南省工程實驗室，河南新鄉 453007）

微核是真核類生物細胞中的一種異常結構，是染色體畸變的一種表現形式。微核檢測技術是用來檢測動物細胞受有毒物質損害程度的簡便、快速、有效的方法。本文主要綜述微核的形成機理、常見有毒物質對水生動物微核形成的影響、微核形成的預防和干預及微核檢測技術的進展，這將有助于對微核形成機制開展深入研究。

水生動物；微核；有毒物質；形成機理

隨著工農業的迅速發展，大量重金屬、農藥及其他有害物質進入水體，不僅嚴重污染水環境，也對水生動物產生諸多危害。大量研究以微核試驗來表征生物所受到的毒害作用[1-14]。本文綜述微核形成的原理、常見有毒物質對水生生物微核形成的影響、微核的預防及干預和其相關檢測技術，以期為之后的深入研究提供有益參考。

1 微核及其形成原理

1.1 微核的發現

微核試驗創建于20世紀70年代初，首先由Heddle和Schmid利用嚙齒類骨髓細胞建立了微核測定方法。它是檢測細胞遺傳損傷的指標和檢測化學物質毒性的一種常規方法[1]。它主要是通過微核率的變化情況反映化學物質的遺傳毒性。

1.2 微核的界定和表現形式

微核(micronucleus，MN)也叫衛星核，是指位于生物細胞的細胞質中獨立于主核，直徑小于主核1/3以下，完全與主核分開的圓形或橢圓形的微小核。它可以是整條染色體，也可以是染色體斷片，染色性與主核一致。微核是由于外界損害因素使染色體發生斷裂，細胞進入下一次分裂時，染色體不能隨有絲分裂進入子細胞，而導致染色體丟失或斷裂，從而形成一個或數個小核[2]。

2 常見有毒物質對微核形成的影響

2.1 重金屬對微核形成的影響

離子態重金屬的毒害最大。目前，水體中的重金屬主要有Cd2+、Cu2+、Hg2+、Pb2+、Cr6+、Zn2+、Mn2+等。其中Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+為必需金屬，在水生態系統中起著重要作用，而Cd2+、Hg2+等則對魚類具有較強的毒性效應。目前研究多集中在汞、鉛、鉻、鎘等對水生生物的毒害作用上。劉敬禹[3]通過試驗分析，在較低的Cr6+濃度環境中，魚體可對抗外部不良環境，但其本身也將受到重金屬鉻的毒害作用，當濃度增加或染毒時間延長，均會引起其微核率增加，而且高濃度(160-200mg/L)和長時間染毒(8d)和對照組相比均出現了顯著差異。何理平[4]等通過實驗表明重金屬鎘對鯽魚具有一定的遺傳毒性，對血紅細胞的微核率、核異常率和總核異常率有較大的影響。Cd2+對鯽魚和泥鰍具有明顯的微核誘變作用，并呈現一定的劑量-效應和時間-效應關系[5]。姚俊杰[6]等研究表明鉛離子對建鯉紅細胞微核率的影響具有濃度效應和時間效應關系。李倩[7]等發現不同濃度Cu2+均能不同程度地引起泥鰍紅細胞微核率和核異常細胞率等遺傳指標的上升，其中，部分濃度組較對照組差異顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01），Cu2+濃度和暴露時間與微核率或核異常率無明顯劑量-效應關系和時間-效應關系。

2.2 農藥對微核形成的影響

張維建[8]等研究表明伴隨氧樂果濃度升高，蟾蜍蝌蚪紅細胞微核及核異常率明顯升高，并存在劑量-效應關系，且氧樂果單獨作用時對蟾蜍蝌蚪有明顯的致突變作用。武煥陽[9]等的研究顯示草魚(Ctenopharyngodon idellus)紅細胞微核率、核異常率及總核異常率隨硫丹暴露濃度的增加而逐漸上升。耿德貴[10]等研究了除草劑精克草星、苯磺隆、使它隆和乙草胺單獨及聯合作用時對中華大蟾蜍蝌蚪紅細胞微核及核異常的影響，發現處理24h時，單獨作用的除草劑均可不同程度地引起微核率及核異常細胞率等遺傳指標的上升。而且在一定的濃度下各指標分別有高峰期，其中微核率與對照組差異顯著（p＜0.05）或極顯著（p＜0.01）。四種除草劑聯合作用的微核率等指標反而低于單獨暴露作用而呈拮抗作用。

2.3 其他有毒物質對微核形成的影響

氮素肥料對蝌蚪活動行為、存活率、發育速率、肝臟顯微和亞顯微結構以及甲狀腺和白細胞數量等方面有明顯的損傷現象[11]。花背蟾蜍不同發育時期的蝌蚪，對生境中不良因素的抵抗能力存在著明顯的差別，且微核和核異常與復合肥濃度之間沒有明顯的劑量-效應關系[12]。陳靜[13]等在水溫22℃下研究不同濃度孔雀石綠致泥鰍外周血紅細胞微核形成的影響表明：泥鰍外周血紅細胞微核的形成率隨孔雀石綠溶液濃度的升高而增加，孔雀石綠對水產生物有明顯的遺傳毒性，故在水產養殖中已經被禁用。陳細香[14]等采用紅細胞微核和核異常測試法研究了五種不同品牌、不同體積分數的洗發劑對泥鰍紅細胞微核的影響。結果表明洗發劑所誘導的泥鰍紅細胞微核率在品牌與體積分數上均存在極顯著差異（P＜0.01），而且與兩者之間的交互作用有關（P＜0.01）。

3 微核形成的預防和干預

微核形成是生物對各種毒害因子的綜合反映。目前普遍接受的微核理論是，DNA損傷導致細胞有絲分裂時染色體發生斷裂，在細胞間期，喪失著絲粒的染色體片斷滯留在主核外形成微小染色質塊。生理因素、化學誘變劑、電離輻射、抗氧化因子缺乏等都與微核的形成有關。微核形成的預防和干預在水產養殖中起著不可或缺的作用。研究表明抗氧化劑和自由基清除劑對化學誘變劑所引起的DNA損傷，微核率升高有明顯的抑制作用，間接的增強DNA修復復制能力。許多抗氧化劑(包括多種維生素)對重金屬造成生物有機體損傷具有保護作用。陳建華等實驗結果顯示在斑馬魚生活的草甘膦實驗水中加入適量維生素C，極顯著降低斑馬魚紅細胞中微核率和核異常率的產生，表明維生素C的存在降低了斑馬魚水體中草甘膦遺傳毒性的損傷作用[15]。熊斌[16]等。研究表明維生素C對鎘導致鯽紅細胞微核率升高的現象有明顯的干預作用。

4 微核檢測技術進展

自微核技術創建以來，由于其方法簡單快捷和有效性得到了全球研究機構的認可，已被確定為新藥、食品添加劑、農藥、化妝品等毒理安全性評價的必做實驗之一。隨著微核檢測范圍的拓展，檢測樣品需求也大大增加，普通微核試驗難以滿足快速高量檢測需要，微核檢測新技術成為研究的新趨勢。目前，國內外微核檢測技術主要有常規微核檢測方法、細胞分裂阻滯微核分析技術、熒光原位雜交技術、抗著絲粒抗體染色技術、原位啟動DNA合成微核分析技術、自動化檢測技術。已建立的微核自動化檢測方法有：流式細胞術檢測、計算機圖像分析系統檢測、激光掃描細胞儀檢測和高內涵微核檢測等。單細胞凝膠電泳(SCGE)又稱彗星試驗(Comet assay)，可在單細胞水平上檢測DNA的損傷，因而被廣泛應用于生物學、臨床和毒理學等科研領域，但是該方法現在仍處于進一步完善階段。

5 水生動物微核研究展望

隨著微核試驗檢測范圍的進一步拓寬，新微核試驗也在不斷開展，我們應加強對這一方法的研究和完善，加大新技術示范與推廣的力度，以縮小與國際同行研究的差距。隨著微核理論的深入研究和新材料的開發拓展以及新型檢測儀器和軟件的不斷出現，微核試驗必將在醫藥產品、食品添加劑、工農業產品、化妝產品、環境污染物和化療后的細胞學損傷觀察等遺傳損害的檢測、特定人群的突變損傷檢測和早期預報、外來物種的化感效應研究等方面得到更廣泛的應用。

[1]杜啟艷,李寧寧,崔俊麗,等.檸檬黃對大鱗副泥鰍的急性毒性及遺傳毒性實驗[J].水生態學雜志,2009,2 (3):81-84.

[2]曹佳,林真,余爭平.微核試驗一原理、方法及其在人群監測和毒性評價中的應用[M].北京:軍事醫學科學出版社,2000:1-9.

[3]劉敬禹.Cr6+對泥鰍外周血細胞微核率的影響[J].水生態學雜志,2011,32(5):119-121.

[4]何理平,曹彩輝,吳端生.鎘離子對紅鯽魚血紅細胞微核和核異常的影響研究[J].實驗動物科學,2012, 29(5):30-32.

[5]王楊科,王琦,路宏朝.鎘對鯽魚和泥鰍外周紅細胞微核的誘導效應[J].江蘇農業科學,2012,40(3):203 -205.

[6]姚俊杰,王艷艷,茍冬瓊,等.Pb2+對建鯉幼魚外周血紅細胞微核及核異常的影響[J].貴州農業科學, 2013,41(1):139-142.

[7]李倩,胡廷尖,王雨辰,等.Cu2+對泥鰍外周血紅細胞微核及核異常的影響[J].水產養殖,2011,32(10):44-47. [8]張維建.氧樂果對蟾蜍蝌蚪紅細胞微核的影響[J].商品與質量,2011,(S4),249.

[9]武煥陽,丁詩華,唐毅,等.硫丹對草魚外周血紅細胞微核及核異常的影響[J].淡水漁業，2011,41(5):28-34.

[10]耿德貴,張大生,程偉,等.四種除草劑對中華大蟾蜍蝌蚪紅細胞微核及核異常的影響[J].動物學雜志,2000,35(1):12-16.

[11]李貞,李丕鵬,徐齊艷,等.農藥和化肥對無尾兩棲類蝌蚪的毒性效應研究進展[J].生態毒理學報.2010, 5(2):287-294.

[12]王懿,李丕鵬,陸宇燕,等.復合肥對花背蟾蜍蝌蚪紅細胞微核及核異常的影響[J].生態學雜志,2011, 30(12):2843-2848.

[13]陳靜,吳歡歡,林雪嬌.孔雀石綠誘導泥鰍外周血紅細胞微核的形成[J].水產學雜志,2014,27(4):23-25,45.

[14]陳細香,盧昌義,黃榮昌.5種洗發劑對泥鰍紅細胞微核的影響[J].淡水漁業,2007,37(5):19-22.

[15]陳建華,李智,周志華.維生素C對草甘膦誘發的斑馬魚外周血紅細胞微核及核異常的緩解作用[J].淡水漁業,2013,43(6):45-50.

[16]熊斌,王楊科,解雷,等.維生素C對鎘導致鯽紅細胞微核的干預作用[J].淡水漁業,2014,44(5):54-57.

Research progress ofm icronucleus formation mechanism in aquatic animals of common toxic substances

Wu Shuai,Chen Yan-qi,MaWen-wen,Zhao Jun-lan,Zhou Chuan-jiang
(College of Fisheries,Engineering Technology Research Center of Henan Province for Aquatic Animal Cultivation，Engineering Lab of Henan Province for Aquatic Animal Disease Control，Henan Normal University,Xinxiang 453007,PR China)

As an chromosomal aberration,micronucleus is an abnormal structure in eukaryon cell.Micronucleus detecting techniques are simple,rapid,and effectivemeans in detecting the damage extent of animal cells by toxic substances.In this review,we summarized the research progress of themechanism ofmicronucleus formation, the effect of common toxic substances to the aquatic animals,the precaution and interveningmeasures againstmicronucleus formation,progress of the detecting measures.It would contribute to the further study ofmicronucleus formationmechanism.

aquatic animals;micronucleus;toxic substance;formationmechanism;research progress

河南省科技廳科技攻關重點項目（142102110057）；河南省教育廳科學技術研究重點項目（14B240001）；河南師范大學大學生創新創業訓練項目（201410476092）

吳帥（1994-），女，漢族，河南周口人，水產養殖專業本科生

周傳江，E-mail:chuanjiang88@163.com