微塑料聯合鎘對菲律賓蛤仔抗氧化生理的影響

李國新 李斌 黃鶴 蔣清富

摘要：微塑料（100nm～5mm）作為一種新型環境污染物，具有潛在的生態風險，受到廣泛的關注，但尚缺乏微塑料與重金屬協同作用下水生生物的生理應激響應研究。本文研究了在5 ?m聚苯乙烯微塑料和Cd的單一及組合脅迫下，菲律賓蛤仔（Ruditapes philippinarum）消化腺和鰓部的生理響應。結果表明：在微塑料濃度50和500 ?g/L條件下，菲律賓蛤仔消化腺和鰓部的MDA含量上升，表明微塑料能對生物體產生氧化脅迫，同時組合暴露實驗表明二種污染物存在協同效應。單一微塑料處理提高了鰓部SOD、CAT活力。消化腺CAT活性上升，而SOD活性受到抑制。相比單一Cd處理，微塑料協同作用下鰓和消化腺內SOD、CAT等抗氧化酶活力均提高。

關鍵詞：微塑料;鎘;菲律賓蛤仔;抗氧化酶

中圖分類號：X171.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）12-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.050

Single and combined influence of microplastics and cadmium on antioxidant system of Ruditapes philippinarum

Li Guoxin， Li Bin， Huang He， Jiang Qingfu

（College of Environmental Sciences and Engineering，Xiamen University of Technology，Xiamen Fujian 361024，China）

Abstract：As a new environmental pollutant， microplastic has been received extensive attention for its potential ecological risks. However， the physiological responses for aquatic organisms under the effects of microplastic and heavy metal was still unclear. This study investigate the physiological and innate immune response for Ruditapes philippinarum under the single and combined effect of microplastic and cadmium. The MDA contents in gill and digestive gland were increased under the effect of microplastic with the concentrations of 50 and 500 μg/L， which indicated that microplastic could increase oxidative stress on organisms. The combined impacts showed that the microplastic and cadmium have synergistic effect on the degree of oxidative stress on R. philippinarum. Microplastic could increase the activities of SOD and CAT in the gills. In the digestive gland， the activities of CAT were increased， and the SOD activities were decreased. The SOD and CAT activities in the gill and digestive gland were up-regulated under the effects of microplastic compared to the tissues exposed to single cadmium ions.

Key words：Microplastic;Cadmium;Ruditapes philippinarum;Antioxidant system

微塑料（MPs）通常是指尺寸在5 mm以下的塑料碎片或顆粒。由于微塑料較難降解，會較長時間存在于環境中，對生態系統產生潛在的危害，目前已引起廣泛的關注[1]。微塑料在海洋環境中分布廣泛，目前在海水和沉積物中均有微塑料檢出，如在北太平洋副熱帶環流區域海水中濃度可達3 276個·m-3 [2]，且其污染水平呈逐年增加的趨勢。微塑料顆粒廣泛存在于生物體內，目前共有約220種不同營養級的海洋生物體內檢測到微塑料[3]。

微塑料被海洋生物攝入后，可能會產生消化道阻塞、誘發炎癥、攝食行為改變等一系列生態效應，且MPs極有可能吸附環境中的其他污染物，形成復合污染[4]。重金屬是海洋環境中的典型污染物，具有易蓄積、難降解、易于沿食物鏈富集等特點，具有高危害性和難治理性。全球眾多近岸海域重金屬污染水平相對較高，如南黃海海域表層海水中鎘離子（Cd2+）的濃度可達0.186μg·L-1。海洋環境中的微塑料顆粒會吸附重金屬，隨后微塑料顆粒被海洋生物攝食可能會增加重金屬的生態風險。

底棲生物對海洋生態系統的物質循環、能量生產和傳遞均有重要作用。然而，廣泛使用的聚苯乙烯（PS）是否能作為重金屬的載體增加其對底棲動物的毒性效應尚不明確。菲律賓蛤仔（Ruditapes philippinarum）是我國沿海地區重要的灘涂貝類，分布廣泛，對污染物具有高蓄積性特點，被廣泛應用于環境預警研究中。本實驗通過海水直接暴露方式，分析微塑料脅迫及微塑料+Cd脅迫下菲律賓蛤仔鰓和消化腺組織的丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）等生理生化指標，探討PS微球與Cd2+對底棲生物生理生化過程的交互作用，以期為正確評價微塑料及重金屬對海洋生物的毒性效應提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

成體蛤仔殼長（3.4±0.13） cm，殼寬（2.0±0.12） cm，采購于福建省廈門市集美區水產品批發市場，實驗開始前于實驗室馴養1周。實驗中所用到的海水采集于遠離工業和生活區的近海海域，經過濾后采用。

實驗所用氯化鎘（CdCl2·2.5H2O）為分析純，購自天津市科密歐化學試劑公司;5 ?m PS微球分散液購自天津倍思樂色譜技術開發中心，濃度為2.5% w/v。

1.2 實驗方法

1.2.1 脅迫實驗

設置3個微塑料濃度（0，50，500 ?g/L），2個Cd2+濃度（0，25 ?g/L）。每組設置3個平行組，海水總體積為5 L。每個實驗組隨機投放20只菲律賓蛤仔。飼養期間溫度保持在20～25℃，鹽度25‰～30‰，pH 7.7～8.5。連續充氧，且24 h更換1次實驗海水。每日正常投放綠藻粉，投放量占菲律賓蛤仔體重的0.6‰。

1.2.2 樣品的制備及測定

實驗于第10天取樣，采樣后分立即分組織取出菲律賓蛤仔的鰓和消化腺，拭干，稱取組織樣1 g，加入預冷的貝類生理鹽水[5]（0.02 mol·L-1 HEPES緩沖液，0.4 mol·L-1 NaCl，0.1 mol·L-1 MgSO4，0.01 mol·L-1 KCl，0.01 mol·L-1 CaCl2，pH 7.4），勻漿（組織質量（g）：貝類生理鹽水體積（mL）=1：9），在4℃下2 500 r·min-1離心10 min后立即取上清液，凍存于-80℃超低溫冰箱中，留待蛋白質含量和生理活性指標測定。SOD、CAT活性和蛋白質含量均采用南京建成生物工程研究所試劑盒方法測定。

1.3 數據分析

所有數據均用3個平行組數據的平均值±標準差（Mean ± SD）表示。采用SPSS 11.0軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA）、Duncan檢驗法統計分析，當P<0.05時，即認為差異顯著。

2 結果與討論

2.1 單一及組合脅迫下蛤仔鰓和消化腺MDA含量變化

不同暴露處理下蛤仔鰓和消化腺組織的MDA含量如圖1所示。在單一MPs處理下，蛤仔鰓和消化腺組織MDA含量相比對照顯著上升，分別在MPs 50 ?g/L時達到峰值，為對照的22.75倍和24.50倍。在50和500 ?g/L MPs和25 ?g/L Cd組合暴露時，相比單一Cd處理，鰓組織內部MDA含量分別上升了29.33%和18.84%，消化腺組織則上升了56.74和47.07倍。Cd及MPs的單一和組合處理均顯著增加鰓和消化腺體內的MDA含量，且消化腺組織內的MDA含量均低于同處理下的鰓組織。

現有研究表明，微塑料對斑馬魚[6]、海水青鳉魚[7]、貽貝[8]等均能產生氧化脅迫。MDA是脂質過氧化作用的最終產物，常作為生物遭受逆境脅迫的重要指標。本研究中，在MPs和Cd單一脅迫時，鰓和消化腺組織內MDA含量相比對照顯著上升，表明此時生物體內部脂質過氧化程度加劇。Wang等[7]研究了PS微塑料對海水青鳉魚的氧化脅迫效應，表明魚體內的鰓、腸道、肝臟、睪丸各組織中，MDA含量相比對照顯著增加，與本研究結果相一致。MPs和Cd的組合脅迫實驗表明，相比單一脅迫，鰓和消化腺組織內MDA含量呈協同效應，表明微塑料能提高污染物對生物體的氧化脅迫效應。另外，消化腺組織內MDA上升幅度較小，表明相比鰓，消化腺組織有著更強的抗氧化性能。

2.2 單一及組合脅迫下蛤仔鰓和消化腺抗氧化酶活性變化

單一及組合脅迫時，蛤仔鰓及消化腺的SOD活性變化如圖2a所示。在MPs單一脅迫下，鰓部SOD活性相比對照顯著上升，在50 ?g/L處理時達到最高。在組合脅迫時，相比Cd的單一處理，MPs的添加提高了鰓部的SOD活性，在50和500 ?g/L時，活性分別提高了44.32%和50.47%。對消化腺組織而言，在MPs單一處理下，SOD活性相比對照分別降低了18.04%和23.23%。相對單一Cd處理而言，微塑料的添加有助于誘導SOD活性的升高。在50 ?g/L MPs協同作用時，SOD活性提高了7.11%。

各脅迫下蛤仔鰓及消化腺的CAT活性變化如圖2b所示。MPs單一處理提高了蛤仔鰓和消化腺組織的CAT活性，在50 ?g/L時達到最高，分別為對照的5.71倍和3.73倍。單一Cd處理誘導了CAT活性的增強。在組合暴露時，相比單一25 ?g/L Cd處理，50 ?g/L的MPs誘導CAT活性增強，鰓部和消化腺內CAT活性分別提高了1.46倍和1.13倍。而在更高濃度100 ?g/L微塑料組合脅迫時，CAT活性則相比受到抑制。

SOD-CAT系統通常被認為是生物體逆境脅迫下抵抗活性氧毒性的第一道防線[9]。本實驗中，單一Cd處理抑制了鰓部SOD活性，但對消化腺組織影響不大。單一MPs處理顯著提高了鰓部的SOD活性，但降低了消化腺組織的SOD活性，同時，單一微塑料處理顯著提高了鰓部及消化腺的CAT活性，且MPs提高了Cd脅迫下消化腺組織的CAT活性，鰓部CAT活性也呈現先增加后減少的趨勢。Qu等研究了微塑料介導下文拉法辛（venlafaxine）對泥鰍SOD活性的影響，結果表明：在50 mg/L MPs影響下，泥鰍肝臟SOD活性相比未添加MPs時上升了3倍[10]，與本研究結果較相似。相比單一Cd處理，MPs的添加顯著提高了Cd脅迫下菲律賓蛤仔鰓部的SOD活性。

3 結論

（1）單一PS微塑料暴露對菲律賓蛤仔產生較強的氧化脅迫效應，50 ?g/L處理10 d后鰓和消化腺組織MDA含量分別為對照的22.75倍和24.51倍。微塑料單一及與Cd組合脅迫下，消化腺組織內的MDA含量均低于同處理下的鰓組織，消化腺有著較為強大的抗氧化能力。

（2）單一微塑料脅迫可以誘導菲律賓蛤仔體內SOD、CAT活性發生變化。微塑料脅迫下鰓和消化腺中CAT活性均上升，而SOD活性則存在組織差異。相比單一Cd處理，組合脅迫下鰓和消化腺組織的SOD和CAT活性增加，表明生物體可以通過調節自身的抗氧化酶活性以應對微塑料及復合脅迫環境。

參考文獻

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收稿日期：2020-10-11

基金項目：福建省自然科學基金項目（2016J01695）;大學生創新實驗項目（201811062216）

作者簡介：李國新（1981-），男，博士，副研究員，研究方向為環境生態與修復。