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，劉永紅棗莊學院生命科學學院，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
棗莊學院生命科學學院，山東 棗莊 277160

為探討鈣對鎘致鯽魚毒性效應的影響，以鯽魚為材料，試驗分 5組，分別為空白對照Ⅰ組，單獨染鎘Ⅱ組（鎘 0.05 mg·L-1），鎘鈣聯合組（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、鰓中鎘質量分數，肝胰臟中T-AOC、CAT、T-SOD活性及MDA質量摩爾濃度。結果表明，染鎘組和鎘-鈣聯合組鯽魚肉、鰓Cd2+的質量分數均顯著（P＜0.05）高于對照組，而鎘-鈣聯合組鯽魚肉、鰓中Cd2+的質量分數均低于單獨染鎘組，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活性表現為單獨染鎘組均顯著低于（P＜0.05）對照組；而鎘-鈣聯合組其活性均高于單獨染鎘組，其中T-AOC、CAT活性在兩個處理間的差異均達顯著水平（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質量摩爾濃度表現為染鎘組和鎘-鈣聯合組均顯著高于（P＜0.05）對照組，而鎘-鈣聯合組又顯著低于（P＜0.05）單獨染鎘組。由此可見，在水體中補充適量的鈣劑可降低鎘在鯽魚體內的蓄積，并且對鎘致鯽魚肝胰臟抗氧化系統損傷有修復作用。

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］. 生態環境學報， 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.

鎘是環境和食物鏈中最常見的重金屬污染物，具有穩定、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（劉蒙南等，2016），對生物體造成多器官、組織和細胞毒害（張娉娉等，2014），可引發人體腎、肺、肝、骨骼、血液、神經、免疫系統等一系列損傷（王雨昕等，2015）。抗氧化防御系統可因污染的脅迫而發生活性成分或含量的改變，可間接反映環境中的污染狀況（卓麗玲等，2014）。研究也發現，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的含量呈負相關變化（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的活性有誘導作用，高濃度呈抑制作用（胡蓉等，2011）。鈣能抑制鎘的吸收，并認為魚鰓上具有鎘和鈣競爭吸收的位點（Rogers et al.，2004），而在蚤狀鉤蝦體內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損傷有無緩解效應等問題的研究均未見報道。因此，本實驗以鯽魚為材料，在低濃度Cd脅迫下添加不同質量濃度Ca處理，檢測鯽魚肉、鰓中Cd的質量分數，肝胰臟內T-AOC、T-SOD、CAT活性和MDA質量摩爾濃度，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毒性的機制，以期為魚類重金屬污染毒性機理研究提供參考資料。

1　材料與方法

1.1實驗材料

CdCl2、CaCl2·2H2O、HNO3、HClO4為分析純。鯽魚購自棗莊市水產批發市場，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5 d后，挑選活潑、表面無損傷的健康鯽魚，隨機分成5組，每組10條，養于室內玻璃水族箱（120 cm×45 cm×70 cm，長×寬×高）中，24 h供氧，每天早晨投喂魚料（鴻達魚用膨化配合飼料）1次（以1～2 min吃完為宜）。實驗期間每天換2/3染毒液以保持濃度穩定。每天觀察記錄實驗魚情況。

1.2實驗方法

依據前期檢測淡水環境中鎘含量（0.001 mg·L-1），參照鄧思平等（2012）鎘實驗濃度的設置方法，本實驗設置慢性鎘中毒質量濃度為 0.05 mg·L-1（根據無公害食品淡水養殖用水水質標準NY5051─2001，鎘≤0.005 mg·L-1，實驗濃度是該標準濃度的 10倍），對應添加鈣質量濃度分別為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預冷的生理鹽水，冰上研磨，離心取上清，采用考馬斯亮藍法檢測蛋白質含量；用南京建成生物工程研究所生產的T-AOC、CAT、T-SOD、MDA試劑盒檢測其抗氧化酶活性及脂質過氧化指標。

表1　Cd2+和Ca2+的質量濃度Table 1　The mass concentrations of Cd2+and Ca2+

1.3數據處理

實驗所得數據均采用平均值±標準差（Mean±SD）表示，實驗數據采用SPSS 15.0軟件進行單因素方差分析。

圖1　單獨染鎘鯽魚體內Cd2+的質量分數Fig. 1　The mass fraction of Cd2+in crucian carp under Cd stress

圖2　鯽魚肉中Cd的質量分數Fig. 2　The mass fraction of Cd in crucian carp muscle

2　結果

2.1鯽魚體內Cd2+的蓄積規律

單獨染 Cd2+組鯽魚體內不同組織（鮮重）對Cd2+的蓄積質量分數規律見圖 1，表現為魚腸＞血液＞魚鰓＞魚籽＞魚肉。

2.2鯽魚肉、鰓中Cd2+的質量分數

由圖2～3可知，染Cd2+和Cd2+-Ca2+聯合組鯽魚肉、鰓中Cd2+的質量分數均顯著（P＜0.05）高于對照組；Cd2+-Ca2+聯合組鯽魚肉、鰓中Cd2+的質量分數均低于單獨染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的質量分數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活性表現為單獨染 Cd2+組均顯著低于（P＜0.05）對照Ⅰ組。而Cd2+-Ca2+聯合組其活性均高于單獨染Cd2+組，且兩組間T-AOC、CAT活性的差異均達顯著水平（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的質量摩爾濃度表現為染Cd2+和Cd2+-Ca2+聯合組均顯著高于（P＜0.05）對照Ⅰ組，而Cd2+-Ca2+聯合組又顯著低于（P＜0.05）單獨染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在生物體內的吸收、積累和分布，還會影響 Cd在體內的毒性作用（崔玉靜等，2004）。本實驗單獨染Cd2+組鯽魚體內 Cd2+質量分數均明顯高于對照，且表現為魚腸＞血液＞魚鰓＞魚籽＞魚肉。添加不同質量濃度的Ca2+（40～120 mg·L-1）后，鯽魚肉內Cd2+的質量分數均低于單獨染 Cd2+組，但差異不顯著；魚鰓中Cd2+的質量分數均低于單獨染Cd2+組，且隨著Ca2+質量濃度的增加呈顯著變化，表明適當增加水體Ca2+含量能抑制鯽魚對Cd2+的吸收，這或許與Rogers et al.（2004）報道的鎘和鈣在魚鰓上存在競爭吸收的位點有關。隨著Ca2+、Cd2+吸收進入機體的循環，Ca2+、Cd2+競爭抑制性吸收減弱，這或許與肌細胞膜上二價離子的吸收機制有關。

3.2Ca2+對Cd2+致抗氧化系統損傷的影響

鎘進入生物體能使細胞發生氧化還原反應并產生活性氧（ROS），過量的ROS會引起機體的氧化損傷。超氧化物歧化酶（SOD）是廣泛存在于生物體內的抗氧化防御系統關鍵酶之一，能催化超氧陰離子自由基發生歧化反應，從而與過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化氫酶（GPX）一起達到清除O2、H2O2和OH-等活性氧的作用，使機體免受氧化傷害。T-AOC水平則是用于衡量機體抗氧化系統功能的綜合性指標，其活性變化可反映機體氧化損傷情況，并被作為環境污染早期預警指標（劉浩明等，2012）。MDA是自由基攻擊生物膜中不飽和脂肪酸引發脂質過氧化作用，并由此形成的脂質過氧化物（史靜等，2013），也是反應機體氧化損傷的最具代表性的指標之一。本實驗發現單獨染鎘（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含量對應增加，與鄧思平等（2012）、王凡等（2011）和劉浩明等（2012）結果相似，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），造成鯽魚體內抗氧化系統損傷，清除自由基的能力降低，脂質過氧化作用增強。與單獨染 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含量相應降低，表明機體內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，脂質過氧化程度得以減弱。

4　結論

鯽魚暴露在0.05 mg·L-1鎘中35 d后，鯽魚肉、鰓中 Cd2+的質量分數顯著增加，T-SOD、CAT和T-AOC活性降低，MDA含量增加。在染Cd2+的基礎上同時添加Ca2+處理時，鯽魚肉、鰓中Cd2+的質量分數與單獨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

棗莊市科技攻關項目（201024-1）；棗莊學院國家級基金預研究項目（2014YY09）；國家大學生創新創業訓練計劃項目（31190901）

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

2015-12-27