镉胁迫下钙对鲫鱼镉吸收和抗氧化酶活性的影响

卓丽玲，唐森，王灿灿，崔志明，李磊，于小丽，刘永红枣庄学院生命科学学院，山东 枣庄 277160

镉胁迫下钙对鲫鱼镉吸收和抗氧化酶活性的影响

卓丽玲*，唐森，王灿灿，崔志明，李磊，于小丽，刘永红
枣庄学院生命科学学院，山东 枣庄 277160

为探讨钙对镉致鲫鱼毒性效应的影响，以鲫鱼为材料，试验分 5组，分别为空白对照Ⅰ组，单独染镉Ⅱ组（镉 0.05 mg·L-1），镉钙联合组（Ⅲ组：镉0.05 mg·L-1+钙40 mg·L-1；Ⅳ组：镉0.05 mg·L-1+钙80 mg·L-1；Ⅴ组：镉0.05 mg·L-1+钙120 mg·L-1），水体染毒处理35 d后，检测鲫鱼肌肉、鳃中镉质量分数，肝胰脏中T-AOC、CAT、T-SOD活性及MDA质量摩尔浓度。结果表明，染镉组和镉-钙联合组鲫鱼肉、鳃Cd2+的质量分数均显著（P＜0.05）高于对照组，而镉-钙联合组鲫鱼肉、鳃中Cd2+的质量分数均低于单独染镉组，且鱼鳃中Ⅳ和Ⅴ组差异显著（P＜0.05）。鲫鱼肝胰脏T-AOC、T-SOD和CAT活性表现为单独染镉组均显著低于（P＜0.05）对照组；而镉-钙联合组其活性均高于单独染镉组，其中T-AOC、CAT活性在两个处理间的差异均达显著水平（P＜0.05），T-SOD活性仅在Ⅳ和Ⅴ组间差异显著（P＜0.05）。肝胰脏中MDA质量摩尔浓度表现为染镉组和镉-钙联合组均显著高于（P＜0.05）对照组，而镉-钙联合组又显著低于（P＜0.05）单独染镉组。由此可见，在水体中补充适量的钙剂可降低镉在鲫鱼体内的蓄积，并且对镉致鲫鱼肝胰脏抗氧化系统损伤有修复作用。

鲫鱼；镉；丙二醛；总超氧化物歧化酶

引用格式：卓丽玲， 唐森， 王灿灿， 崔志明， 李磊， 于小丽， 刘永红. 镉胁迫下钙对鲫鱼镉吸收和抗氧化酶活性的影响［J］. 生态环境学报， 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.

镉是环境和食物链中最常见的重金属污染物，具有稳定、积累和不易消除等特性（刘周莉等，2013），可通过体表渗透、呼吸以及食物链的放大等途径蓄积于体内（刘蒙南等，2016），对生物体造成多器官、组织和细胞毒害（张娉娉等，2014），可引发人体肾、肺、肝、骨骼、血液、神经、免疫系统等一系列损伤（王雨昕等，2015）。抗氧化防御系统可因污染的胁迫而发生活性成分或含量的改变，可间接反映环境中的污染状况（卓丽玲等，2014）。研究也发现，镉能使溪蟹肝胰腺和鳃中丙二醛（MDA）的含量显著增加，且超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性与MDA的含量呈负相关变化（李涌泉等，2008）；对鲫鱼肝组织过氧化氢酶（CAT）活性的影响呈抛物线形状；低浓度镉对鲫鱼 CAT的活性有诱导作用，高浓度呈抑制作用（胡蓉等，2011）。钙能抑制镉的吸收，并认为鱼鳃上具有镉和钙竞争吸收的位点（Rogers et al.，2004），而在蚤状钩虾体内钙也能竞争性抑制镉的吸收（Wright et al.，1981）；增加日粮钙水平，虹鳟鱼对镉的吸收及毒性作用降低（Baldisserotto et al.，2004）。目前，有关增加水体钙能否抑制鲫鱼对镉的吸收，钙对镉致鲫鱼肝胰脏的抗氧化防御系统损伤有无缓解效应等问题的研究均未见报道。因此，本实验以鲫鱼为材料，在低浓度Cd胁迫下添加不同质量浓度Ca处理，检测鲫鱼肉、鳃中Cd的质量分数，肝胰脏内T-AOC、T-SOD、CAT活性和MDA质量摩尔浓度，探索Cd胁迫下Ca对鲫鱼镉吸收及抗氧化酶活性损伤的影响，试图阐明Ca缓解Cd毒性的机制，以期为鱼类重金属污染毒性机理研究提供参考资料。

1　材料与方法

1.1实验材料

CdCl2、CaCl2·2H2O、HNO3、HClO4为分析纯。鲫鱼购自枣庄市水产批发市场，平均体重（250±10.26）g，购回后用3%食盐水浸泡消毒2 min，在盛有自来水（曝气3 d以上）的玻璃水族箱中驯养5 d后，挑选活泼、表面无损伤的健康鲫鱼，随机分成5组，每组10条，养于室内玻璃水族箱（120 cm×45 cm×70 cm，长×宽×高）中，24 h供氧，每天早晨投喂鱼料（鸿达鱼用膨化配合饲料）1次（以1～2 min吃完为宜）。实验期间每天换2/3染毒液以保持浓度稳定。每天观察记录实验鱼情况。

1.2实验方法

依据前期检测淡水环境中镉含量（0.001 mg·L-1），参照邓思平等（2012）镉实验浓度的设置方法，本实验设置慢性镉中毒质量浓度为 0.05 mg·L-1（根据无公害食品淡水养殖用水水质标准NY5051─2001，镉≤0.005 mg·L-1，实验浓度是该标准浓度的 10倍），对应添加钙质量浓度分别为40、80、120 mg·L-1，见表1。染毒处理35 d后，分别取鲫鱼肉、鳃、鱼肠、鱼籽、血液，用纯净水清洗，吸干水分，称取适量，剪碎，用HNO3-HClO4湿热消解至澄清，定容后用火焰原子吸收分光光度法检测重金属镉含量。取鲫鱼肝胰脏1 g，加入9 mL预冷的生理盐水，冰上研磨，离心取上清，采用考马斯亮蓝法检测蛋白质含量；用南京建成生物工程研究所生产的T-AOC、CAT、T-SOD、MDA试剂盒检测其抗氧化酶活性及脂质过氧化指标。

表1　Cd2+和Ca2+的质量浓度Table 1　The mass concentrations of Cd2+and Ca2+

1.3数据处理

实验所得数据均采用平均值±标准差（Mean±SD）表示，实验数据采用SPSS 15.0软件进行单因素方差分析。

图1　单独染镉鲫鱼体内Cd2+的质量分数Fig. 1　The mass fraction of Cd2+in crucian carp under Cd stress

图2　鲫鱼肉中Cd的质量分数Fig. 2　The mass fraction of Cd in crucian carp muscle

2　结果

2.1鲫鱼体内Cd2+的蓄积规律

单独染 Cd2+组鲫鱼体内不同组织（鲜重）对Cd2+的蓄积质量分数规律见图 1，表现为鱼肠＞血液＞鱼鳃＞鱼籽＞鱼肉。

2.2鲫鱼肉、鳃中Cd2+的质量分数

由图2～3可知，染Cd2+和Cd2+-Ca2+联合组鲫鱼肉、鳃中Cd2+的质量分数均显著（P＜0.05）高于对照组；Cd2+-Ca2+联合组鲫鱼肉、鳃中Cd2+的质量分数均低于单独染Cd2+（Ⅱ）组，且鱼鳃中Ⅳ和Ⅴ组差异显著（P＜0.05）。

图3　鲫鱼鳃中Cd的质量分数Fig. 3　The mass fraction of Cd in crucian carp gill

2.3鲫鱼肝胰脏匀浆液中T-AOC、T-SOD、CAT活性

由图4～6可知，鲫鱼肝胰脏中T-AOC、T-SOD 和 CAT活性表现为单独染 Cd2+组均显著低于（P＜0.05）对照Ⅰ组。而Cd2+-Ca2+联合组其活性均高于单独染Cd2+组，且两组间T-AOC、CAT活性的差异均达显著水平（P＜0.05），T-SOD活性在Ⅳ和Ⅴ组间差异显著（P＜0.05）。

图4　肝胰脏中T-AOC活性变化Fig. 4　The activity of T-AOC in hepatopancreas

图5　肝胰脏中T-SOD活性变化Fig. 5　The activity of T-SOD in hepatopancreas

2.4鲫鱼肝胰脏匀浆液中MDA的含量

见图7，肝胰脏中MDA的质量摩尔浓度表现为染Cd2+和Cd2+-Ca2+联合组均显著高于（P＜0.05）对照Ⅰ组，而Cd2+-Ca2+联合组又显著低于（P＜0.05）单独染Cd2+（Ⅱ）。

图6　肝胰脏中CAT活性Fig. 6　The activity of CAT in hepatopancreas

图7　肝胰脏中MDA含量Fig. 7　The contents of MDA in hepatopancreas

3　讨论

3.1Ca2+对Cd2+蓄积毒性的影响

从食物中摄入Ca的量不仅会影响Cd在生物体内的吸收、积累和分布，还会影响 Cd在体内的毒性作用（崔玉静等，2004）。本实验单独染Cd2+组鲫鱼体内 Cd2+质量分数均明显高于对照，且表现为鱼肠＞血液＞鱼鳃＞鱼籽＞鱼肉。添加不同质量浓度的Ca2+（40～120 mg·L-1）后，鲫鱼肉内Cd2+的质量分数均低于单独染 Cd2+组，但差异不显著；鱼鳃中Cd2+的质量分数均低于单独染Cd2+组，且随着Ca2+质量浓度的增加呈显著变化，表明适当增加水体Ca2+含量能抑制鲫鱼对Cd2+的吸收，这或许与Rogers et al.（2004）报道的镉和钙在鱼鳃上存在竞争吸收的位点有关。随着Ca2+、Cd2+吸收进入机体的循环，Ca2+、Cd2+竞争抑制性吸收减弱，这或许与肌细胞膜上二价离子的吸收机制有关。

3.2Ca2+对Cd2+致抗氧化系统损伤的影响

镉进入生物体能使细胞发生氧化还原反应并产生活性氧（ROS），过量的ROS会引起机体的氧化损伤。超氧化物歧化酶（SOD）是广泛存在于生物体内的抗氧化防御系统关键酶之一，能催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，从而与过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化氢酶（GPX）一起达到清除O2、H2O2和OH-等活性氧的作用，使机体免受氧化伤害。T-AOC水平则是用于衡量机体抗氧化系统功能的综合性指标，其活性变化可反映机体氧化损伤情况，并被作为环境污染早期预警指标（刘浩明等，2012）。MDA是自由基攻击生物膜中不饱和脂肪酸引发脂质过氧化作用，并由此形成的脂质过氧化物（史静等，2013），也是反应机体氧化损伤的最具代表性的指标之一。本实验发现单独染镉（0.05 mg·L-1）35 d后，肝胰脏中T-AOC、T-SOD 和CAT活性均降低，而MDA含量对应增加，与邓思平等（2012）、王凡等（2011）和刘浩明等（2012）结果相似，可能是镉直接取代了这些酶活性中心的金属元素，从而抑制酶的活性（李贺等，2015），造成鲫鱼体内抗氧化系统损伤，清除自由基的能力降低，脂质过氧化作用增强。与单独染 Cd2+组相比，添加 Ca2+处理后，鲫鱼肝胰脏中 T-AOC、T-SOD和CAT活性均有所增高，而MDA含量相应降低，表明机体内抗氧化损伤作用减弱，这是Ca2+竞争抑制了 Cd2+对其他阳离子的竞争，使SOD、CAT等抗氧化酶活性得以恢复，脂质过氧化程度得以减弱。

4　结论

鲫鱼暴露在0.05 mg·L-1镉中35 d后，鲫鱼肉、鳃中 Cd2+的质量分数显著增加，T-SOD、CAT和T-AOC活性降低，MDA含量增加。在染Cd2+的基础上同时添加Ca2+处理时，鲫鱼肉、鳃中Cd2+的质量分数与单独染镉组比较均有下降趋势；肝胰脏中T-SOD、CAT和T-AOC活性，与单独染镉组比较均有所回升，MDA含量增加；这表明钙能抑制鲫鱼对镉的吸收，减少肝胰脏的抗氧化损伤，减弱脂质过氧化程度。

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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

枣庄市科技攻关项目（201024-1）；枣庄学院国家级基金预研究项目（2014YY09）；国家大学生创新创业训练计划项目（31190901）

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

2015-12-27