常见有毒物质对水生动物微核形成机制研究进展

吴 帅，陈炎旗，马文文，赵俊兰，周传江

（河南师范大学水产学院，河南省水产动物养殖工程技术研究中心，水产动物疾病控制河南省工程实验室，河南新乡 453007）

常见有毒物质对水生动物微核形成机制研究进展

吴 帅，陈炎旗，马文文，赵俊兰，周传江

（河南师范大学水产学院，河南省水产动物养殖工程技术研究中心，水产动物疾病控制河南省工程实验室，河南新乡 453007）

微核是真核类生物细胞中的一种异常结构，是染色体畸变的一种表现形式。微核检测技术是用来检测动物细胞受有毒物质损害程度的简便、快速、有效的方法。本文主要综述微核的形成机理、常见有毒物质对水生动物微核形成的影响、微核形成的预防和干预及微核检测技术的进展，这将有助于对微核形成机制开展深入研究。

水生动物；微核；有毒物质；形成机理

随着工农业的迅速发展，大量重金属、农药及其他有害物质进入水体，不仅严重污染水环境，也对水生动物产生诸多危害。大量研究以微核试验来表征生物所受到的毒害作用[1-14]。本文综述微核形成的原理、常见有毒物质对水生生物微核形成的影响、微核的预防及干预和其相关检测技术，以期为之后的深入研究提供有益参考。

1 微核及其形成原理

1.1 微核的发现

微核试验创建于20世纪70年代初，首先由Heddle和Schmid利用啮齿类骨髓细胞建立了微核测定方法。它是检测细胞遗传损伤的指标和检测化学物质毒性的一种常规方法[1]。它主要是通过微核率的变化情况反映化学物质的遗传毒性。

1.2 微核的界定和表现形式

微核(micronucleus，MN)也叫卫星核，是指位于生物细胞的细胞质中独立于主核，直径小于主核1/3以下，完全与主核分开的圆形或椭圆形的微小核。它可以是整条染色体，也可以是染色体断片，染色性与主核一致。微核是由于外界损害因素使染色体发生断裂，细胞进入下一次分裂时，染色体不能随有丝分裂进入子细胞，而导致染色体丢失或断裂，从而形成一个或数个小核[2]。

2 常见有毒物质对微核形成的影响

2.1 重金属对微核形成的影响

离子态重金属的毒害最大。目前，水体中的重金属主要有Cd2+、Cu2+、Hg2+、Pb2+、Cr6+、Zn2+、Mn2+等。其中Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+为必需金属，在水生态系统中起着重要作用，而Cd2+、Hg2+等则对鱼类具有较强的毒性效应。目前研究多集中在汞、铅、铬、镉等对水生生物的毒害作用上。刘敬禹[3]通过试验分析，在较低的Cr6+浓度环境中，鱼体可对抗外部不良环境，但其本身也将受到重金属铬的毒害作用，当浓度增加或染毒时间延长，均会引起其微核率增加，而且高浓度(160-200mg/L)和长时间染毒(8d)和对照组相比均出现了显著差异。何理平[4]等通过实验表明重金属镉对鲫鱼具有一定的遗传毒性，对血红细胞的微核率、核异常率和总核异常率有较大的影响。Cd2+对鲫鱼和泥鳅具有明显的微核诱变作用，并呈现一定的剂量-效应和时间-效应关系[5]。姚俊杰[6]等研究表明铅离子对建鲤红细胞微核率的影响具有浓度效应和时间效应关系。李倩[7]等发现不同浓度Cu2+均能不同程度地引起泥鳅红细胞微核率和核异常细胞率等遗传指标的上升，其中，部分浓度组较对照组差异显著（P＜0.05）或极显著（P＜0.01），Cu2+浓度和暴露时间与微核率或核异常率无明显剂量-效应关系和时间-效应关系。

2.2 农药对微核形成的影响

张维建[8]等研究表明伴随氧乐果浓度升高，蟾蜍蝌蚪红细胞微核及核异常率明显升高，并存在剂量-效应关系，且氧乐果单独作用时对蟾蜍蝌蚪有明显的致突变作用。武焕阳[9]等的研究显示草鱼(Ctenopharyngodon idellus)红细胞微核率、核异常率及总核异常率随硫丹暴露浓度的增加而逐渐上升。耿德贵[10]等研究了除草剂精克草星、苯磺隆、使它隆和乙草胺单独及联合作用时对中华大蟾蜍蝌蚪红细胞微核及核异常的影响，发现处理24h时，单独作用的除草剂均可不同程度地引起微核率及核异常细胞率等遗传指标的上升。而且在一定的浓度下各指标分别有高峰期，其中微核率与对照组差异显著（p＜0.05）或极显著（p＜0.01）。四种除草剂联合作用的微核率等指标反而低于单独暴露作用而呈拮抗作用。

2.3 其他有毒物质对微核形成的影响

氮素肥料对蝌蚪活动行为、存活率、发育速率、肝脏显微和亚显微结构以及甲状腺和白细胞数量等方面有明显的损伤现象[11]。花背蟾蜍不同发育时期的蝌蚪，对生境中不良因素的抵抗能力存在着明显的差别，且微核和核异常与复合肥浓度之间没有明显的剂量-效应关系[12]。陈静[13]等在水温22℃下研究不同浓度孔雀石绿致泥鳅外周血红细胞微核形成的影响表明：泥鳅外周血红细胞微核的形成率随孔雀石绿溶液浓度的升高而增加，孔雀石绿对水产生物有明显的遗传毒性，故在水产养殖中已经被禁用。陈细香[14]等采用红细胞微核和核异常测试法研究了五种不同品牌、不同体积分数的洗发剂对泥鳅红细胞微核的影响。结果表明洗发剂所诱导的泥鳅红细胞微核率在品牌与体积分数上均存在极显著差异（P＜0.01），而且与两者之间的交互作用有关（P＜0.01）。

3 微核形成的预防和干预

微核形成是生物对各种毒害因子的综合反映。目前普遍接受的微核理论是，DNA损伤导致细胞有丝分裂时染色体发生断裂，在细胞间期，丧失着丝粒的染色体片断滞留在主核外形成微小染色质块。生理因素、化学诱变剂、电离辐射、抗氧化因子缺乏等都与微核的形成有关。微核形成的预防和干预在水产养殖中起着不可或缺的作用。研究表明抗氧化剂和自由基清除剂对化学诱变剂所引起的DNA损伤，微核率升高有明显的抑制作用，间接的增强DNA修复复制能力。许多抗氧化剂(包括多种维生素)对重金属造成生物有机体损伤具有保护作用。陈建华等实验结果显示在斑马鱼生活的草甘膦实验水中加入适量维生素C，极显著降低斑马鱼红细胞中微核率和核异常率的产生，表明维生素C的存在降低了斑马鱼水体中草甘膦遗传毒性的损伤作用[15]。熊斌[16]等。研究表明维生素C对镉导致鲫红细胞微核率升高的现象有明显的干预作用。

4 微核检测技术进展

自微核技术创建以来，由于其方法简单快捷和有效性得到了全球研究机构的认可，已被确定为新药、食品添加剂、农药、化妆品等毒理安全性评价的必做实验之一。随着微核检测范围的拓展，检测样品需求也大大增加，普通微核试验难以满足快速高量检测需要，微核检测新技术成为研究的新趋势。目前，国内外微核检测技术主要有常规微核检测方法、细胞分裂阻滞微核分析技术、荧光原位杂交技术、抗着丝粒抗体染色技术、原位启动DNA合成微核分析技术、自动化检测技术。已建立的微核自动化检测方法有：流式细胞术检测、计算机图像分析系统检测、激光扫描细胞仪检测和高内涵微核检测等。单细胞凝胶电泳(SCGE)又称彗星试验(Comet assay)，可在单细胞水平上检测DNA的损伤，因而被广泛应用于生物学、临床和毒理学等科研领域，但是该方法现在仍处于进一步完善阶段。

5 水生动物微核研究展望

随着微核试验检测范围的进一步拓宽，新微核试验也在不断开展，我们应加强对这一方法的研究和完善，加大新技术示范与推广的力度，以缩小与国际同行研究的差距。随着微核理论的深入研究和新材料的开发拓展以及新型检测仪器和软件的不断出现，微核试验必将在医药产品、食品添加剂、工农业产品、化妆产品、环境污染物和化疗后的细胞学损伤观察等遗传损害的检测、特定人群的突变损伤检测和早期预报、外来物种的化感效应研究等方面得到更广泛的应用。

[1]杜启艳,李宁宁,崔俊丽,等.柠檬黄对大鳞副泥鳅的急性毒性及遗传毒性实验[J].水生态学杂志,2009,2 (3):81-84.

[2]曹佳,林真,余争平.微核试验一原理、方法及其在人群监测和毒性评价中的应用[M].北京:军事医学科学出版社,2000:1-9.

[3]刘敬禹.Cr6+对泥鳅外周血细胞微核率的影响[J].水生态学杂志,2011,32(5):119-121.

[4]何理平,曹彩辉,吴端生.镉离子对红鲫鱼血红细胞微核和核异常的影响研究[J].实验动物科学,2012, 29(5):30-32.

[5]王杨科,王琦,路宏朝.镉对鲫鱼和泥鳅外周红细胞微核的诱导效应[J].江苏农业科学,2012,40(3):203 -205.

[6]姚俊杰,王艳艳,苟冬琼,等.Pb2+对建鲤幼鱼外周血红细胞微核及核异常的影响[J].贵州农业科学, 2013,41(1):139-142.

[7]李倩,胡廷尖,王雨辰,等.Cu2+对泥鳅外周血红细胞微核及核异常的影响[J].水产养殖,2011,32(10):44-47. [8]张维建.氧乐果对蟾蜍蝌蚪红细胞微核的影响[J].商品与质量,2011,(S4),249.

[9]武焕阳,丁诗华,唐毅,等.硫丹对草鱼外周血红细胞微核及核异常的影响[J].淡水渔业，2011,41(5):28-34.

[10]耿德贵,张大生,程伟,等.四种除草剂对中华大蟾蜍蝌蚪红细胞微核及核异常的影响[J].动物学杂志,2000,35(1):12-16.

[11]李贞,李丕鹏,徐齐艳,等.农药和化肥对无尾两栖类蝌蚪的毒性效应研究进展[J].生态毒理学报.2010, 5(2):287-294.

[12]王懿,李丕鹏,陆宇燕,等.复合肥对花背蟾蜍蝌蚪红细胞微核及核异常的影响[J].生态学杂志,2011, 30(12):2843-2848.

[13]陈静,吴欢欢,林雪娇.孔雀石绿诱导泥鳅外周血红细胞微核的形成[J].水产学杂志,2014,27(4):23-25,45.

[14]陈细香,卢昌义,黄荣昌.5种洗发剂对泥鳅红细胞微核的影响[J].淡水渔业,2007,37(5):19-22.

[15]陈建华,李智,周志华.维生素C对草甘膦诱发的斑马鱼外周血红细胞微核及核异常的缓解作用[J].淡水渔业,2013,43(6):45-50.

[16]熊斌,王杨科,解雷,等.维生素C对镉导致鲫红细胞微核的干预作用[J].淡水渔业,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

河南省科技厅科技攻关重点项目（142102110057）；河南省教育厅科学技术研究重点项目（14B240001）；河南师范大学大学生创新创业训练项目（201410476092）

吴帅（1994-），女，汉族，河南周口人，水产养殖专业本科生

周传江，E-mail:chuanjiang88@163.com