刘伍香等 1,2,4-三氯苯对成年斑马鱼和幼鱼几种酶活性的影响 1,2,4一三氯苯对成年斑马鱼和幼鱼 几种酶活性的影响* 刘伍香 杜青平 李彦旭 彭 润 (1.广东工业大学环境科学与工程学院,广东广州510006;2.中山大学环境科学与工程学院,广东 广州510006) 摘要 实验室条件下,通过1,2,4-三氯苯(1,2,4-TCB)染毒对成年斑马鱼及幼鱼体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶 (CAT)和碱性磷酸酶(AKP)活性进行测定和比较,从而确定1,2,4-TCB暴露对斑马鱼的毒性机制。结果发现,低质量浓度(2、4、8 mg/I )1,2,4-TCB处理对SOD活性有~定的应激作用,且在第8天明显高于对照组;16 mg/I 1,2,4-TCB对SOD活性明显抑制。 4~10 d时4 mg/I玻 理组CAT活性与对照组呈显著差异,2、4、8 mg/L处理组CAT活性随时间延长先升高后降低。各处理组AKP 活性在前4 d基本无显著变化,2、4 mg/I 处理组AKP活性在第8天与对照组呈极显著差异;16 mg/I 处理组AKP活性低于对照 组。斑马鱼胚胎暴露1,2,4-TCB孵化第6天后,3.46 mg/I 处理组幼鱼蛋白质与对照组呈显著差异,其他处理组与对照组无显著差 异。各处理组幼鱼体内SOD、CAT和AKP活性与对照组基本无显著变化。幼鱼比成年斑马鱼对1,2,4-TCB影响更加敏感。 关键词 1,2,4-三氯苯 超氧化物歧化酶 过氧化氢酶碱性磷酸酶斑马鱼 Several enzyme activities in adult zebrafish and embryo exposed to 1,2,4-trichlorobenzene LH Wuxiang .DU Qing— ping ,LI Yanxu ,PENGRun .(1.Faculty of Environmental Science and Engineering,Guangdong University of Technology,GuangzhouGuangdong 510006;2.School of Environmental'Science and Engineering,Sun Yat—sen U- niversity,Guangzhou Guangdong 510006) Abstract:The toxicity of 1,2,4-Trichlorobenzene(1,2,4-TCB)to adult zebrafish and embryo was studied bv static test method.Severa1 enzyme activities,such as superoxide dismutase(SOD),catalase(CAT)and alkaline phosphatase(AKP),in adult zebrafish and embryo under the exposure of different concentrate 1,2,4-TCB were de tected to analyze the toxicant mechanism.Results showed that low concentrate 1,2,4 TCB(2,4,8 rag/L)had cer- tain stress effect on SOD activity;the SOD activity in treatment groups were higher than that in control groups on 8 d post—exposure.High concentrate 1,2,4 TCB(1 6 mg/L)had significant inhibition effect on SOD activity.CAT activi— ties in 4 mg/I treatment groups had significant difference with control groups during 4-10 d;CAT activities in 2,4, 8 mg/L treatment groups was increased first and then decreased with prolonging the exposure time.AKP activity presented no significant difference with control group on 4 d post exposure。while significant difference of AKP activi— ty were found in 2 and 4 mg/L treatment groups on 8 d.The activities of AKP in 16 mg/L exposure were significantly lower than that of control groups.The zebrafish embryos exposed to 1,2,4 TCB were studied after hatching for 6 d. The proteins in embryos were no significantly activated except 3.46 mg/L treatment groups.The activities of SOD, CAT and AKP in treatment groups showed no significant difference with control groups.The embryo was more sensi— rive to 1,2,4-TCB than adult zebrafish. Keywords: 1,2,4-trichlorobenzene;superoxide dismutase;catalase;alkaline phosphatase;zebrafish l,2,4一三氯苯(1,2,4一TCB)是典型持久性有机 一定的急性毒性,同时也不能忽视其亚慢性毒性效 污染物之一,由于具有高脂溶性,且不易降解,在自 应。报道称,斑马鱼暴露于l,2,4-TCB 24 h的半数 然环境和工业生产中广泛存在,主要用于纺织工业 致死质量浓度(LC 。)为4.33 mg/L。能引起成年斑 与染料的合成,该类企业废水的大量排放,造成水体 马鱼呼吸急促、反应迟钝等症状,甚至死亡;能引起 中1,2,4-TCB污染相当严重,目前国内外还没有统 斑马鱼胚胎发育畸形或抑制胚胎发育;还能引起蚯 一的环境排放标准。1,2,4-TCB已被发现对鱼类有 蚓氧化损伤及超微结构损伤[3]。虽然在水中检测到 较高毒性l_1]和生物蓄积性l_2]。1,2,4-TCB对鱼类有 1,2,4-TCB浓度不高,但是通过食物链在生物体内 第一作者:刘伍香,女,1985年生,硕士研究生,研究方向为水污染控制。 *国家自然科学基金资助项目(No.40971251)。 ・ 27 ・ 环境污染与防治 第34卷 第6期2012年6月 1.3试验方法 可被生物富集及生物放大。因此,对水生生物低剂 量长期暴露可导致不可逆损伤。 毒性实验大都通过测定酶活性来标定毒性影 响。碱性磷酸酶(AKP)广泛存在于各种生物体内, 具有机体防御、离子分泌和免疫调节等重要生理作 成年斑马鱼急性染毒:每一水族缸中加人4 I 药液,设4个质量浓度(2、4、8、16 mg/I )处理组及1 个对照组,每组受试鱼25尾,试验期间不喂食,每 24 h更换一半试验溶液,在染毒后的第2、4、6、8、10 天分别从各组随机取5尾,用双蒸水清洗3次,用滤 纸吸干表面水分后称量,加人4℃PBS缓冲液(每 克鱼加10 mI )冰浴中高速匀浆,在4℃、10 000 用 }。超氧化物歧化酶(SOD)活性与生物体的免疫 水平密切相关,对增强吞噬细胞的防御能力和整个 机体的免疫功能有重要作用,常用来评判免疫调节 剂对机体非特异性免疫力的影响。过氧化氢酶 (CAT)是一种酶类清除剂,它可促使H ()。分解为分 子氧和水,清除体内的H。O。,从而使细胞免于遭受 H O 的毒害,是生物防御体系的关键酶之一[5]。 本研究通过测定成年斑马鱼及幼鱼体内几种免 疫相关的SOD、CAT和AKP活性,估计不同浓度 1,2,4-TCB对成年斑马鱼及幼鱼几种重要酶活性的 r/min下离心25 min,取上清液测定。 胚胎毒性:取正常囊胚期的胚胎进行染毒,在预 试验基础上设置浓度梯度为0、1/2 LD 。(半数致死 剂量)、1/4 LD 。、1/8 LD 。、1/10 I D 。,即0、1.38、 1.73、3.46、6.92、13.84 mg/I ,光照培养箱培养(温 度为(28±1)℃,光照周期为14 h光照、10 h黑暗), 由于斑马鱼受精卵经2~3 d可孵出仔鱼,再经2 d 影响,进而探讨1,2,4-TCB对鱼类毒性作用及致毒 机制和估计水体受1,2,4-TCB污染程度。 1材料与方法 1.1 药品与溶液配制 仔鱼开始游动觅食。因此,在第6天取样,匀浆离心 取上清液测定。 1.4 生化指标测定 蛋白质含量采用考马斯亮蓝G一250染色法对蛋 白质含量进行测定 ],以牛血清白蛋白为标准蛋白。 SOD采用终止剂改进超氧化物歧化酶邻苯三酚测 活法 ],酶活性单位为U/mI 。CAT测定采用徐镜 波等 的方法,酶活性单位为 g/min。AKP采用对 硝基磷酸苯二钠测定法 ],酶活性单位为U/g。 1.5 数据分析 1,2,4-TCB(纯度>99 )购自Alfa Aesar A Johnson Matthey公司;牛血清白蛋白与考马斯亮蓝 G一250为分析纯;丙酮(分析纯)用作助溶剂。l,2,4一 TCB用丙酮助溶后,用双蒸水配制成1 000 mg/I 储 备液备用,临用时再稀释到所需浓度(丙酮的体积分 数不超过1 )。PBS缓冲液:NaC1 137 mmol/I , KC1 2.7 mmol/L,Na2HPO4 4.3 retool/I ,KH 2PO4 1.4 mmol/L,pH 7.4。 1.2 受试生物 用Excel软件进行数据整理,用SPSS17.0软件 进行单因素方差分析,并进行组问的Q检验。 2结果与分析 2.1 1,2,4一TCB对成年斑马鱼几种酶活性影响 斑马鱼,购自广州市珠江水产研究所,平均体长 (3.25±0.35)em,选择头小体阔、鳞片完整舒展、行 动活泼、反应灵敏、逆水性强、外观正常、个体均匀的 健康鱼。试验前在自然光照下用曝气48 h以上的 自来水驯化7~10 d。斑马鱼每天喂3次市售颗粒 2.1.1 1,2,4-TCB对成年斑马鱼S()D活性的影响 1,2,4一TCB诱导斑马鱼体内SOD活性变化如 表1所示。从表1可见,不同浓度1,2,4-TCB处理 后,斑马鱼体内SOD活性随着时间延长,总体呈现 食物,试验前一天不喂食。 先升高后降低的趋势,且处理第8天后,2、4 mg/L处 表1 1,2。4-TCB对斑马鱼SOD活性的影响” Table 1 Efleets of 1,2,4一TCB on SOD activities in zebrafish U/mI 注:”样本数(N)为5;数值为平均值±标准差;*表示显著性差异(p<O.05),**表示极显著性差异(p<O.O1)。表2和表3同。 ・ 28 ・ 刘伍香等 1,2,4一三氯苯对成年斑马鱼和幼鱼几种酶活性的影响 理组SOD活性与对照组相比,增加3倍左右。16 见图1。 mg/L处理组SOD活性与对照组相差不大。从不同 3.15 处理浓度来看,S0D活性也呈现先升高后降低的趋 —3.10 势,且8 mg/L处理组SOD活性与对照组均呈显著 差异。 望3.05 0 2.1.2 1,2,4-TCB对成年斑马鱼CAT活性的影响 禧3.00 1,2,4-TCB诱导斑马鱼体内CAT活性变化如 Ⅲ 嘲2表2所示。从表2可见,1,2,4-TCB处理后,2、4、8 .95 mg/L处理组CAT活性随时间延长,呈现先升高后 2.90 0 l 38 1.73 3.46 6.92 l3.84 降低的现象,而16 mg/L处理组,CAT活性逐渐下 1,2,4-TCB/(mg・L ) 降。不同浓度1,2,4-TCB处理后,CAT活性随着 (a)蛋白质 1,2,4-TCB浓度的增加先增加,到4 mg/L时达到 口SOD ●AKP ■CAT 最大值,随后降低。16 mg/L处理组4 d后的CAT 活性低于对照组。CAT活性与1,2,4-TCB处理之 间呈现一定的时间一效应和剂量一效应关系。 2.1.3 l,2,4-TCB对成年斑马鱼AKP活性的影响 1,2,4-TCB诱导斑马鱼体内AKP活性变化如 表3所示。从表3可见,低质量浓度(2、4、8 mg/L) 1,2,4-TCB处理后,AKP活性随时问延长呈现先升 高后下降的趋势,但高质量浓度(16 mg/L) l,2,4-TCB/(mg-L-I) 1,2,4-TCB处理后,AKP活性随着时间延长逐渐下 ㈣酶活性 降;2 mg/L处理组在第6天时AKP活性与对照组 图1 1,2,4-TCB对幼鱼蛋白质及SOD、CAT和AKP活性影响 Fig.1 Effects of 1,2,4-TCB on protein content and 呈显著差异,第8天时呈极显著差异;4 mg/L处理 immune activities(SOD,CAT,AKP)in larval zebrafish 组在第6、8天时AKP活性与对照组呈极显著差 由图1(a)可知,幼鱼体内蛋白质含量随1,2,4一 异,AKP活性为对照组的3倍多。 TCB质量浓度的增加先增加后降低,在3.46 mg/L 2.2 1,2,4一TCB对幼鱼蛋白质及几种酶活性影响 时蛋白质含量达到最大,且与对照组呈显著差异 对1,2,4-TCB染毒胚胎后第6天的幼鱼体内 ( <0.05),其他处理组与对照组无显著差异。由 蛋白质及SOD、CAT和AKP活性进行测定,结果 图1(b)可看出,与对照组相比,1,2,4-TCB处理幼 ・ 29 ・ 环境污染与防治 第34卷 第6期 2012年6月 鱼体内AKP活性变化不明显,但也表现了一定的 应激反应;SOD活性在1.73 mg/1 时有一定的促进 作用,当质量浓度超过3.46 mg/I 时SOD活性受到 抑制作用;CAT活性在低于3.46 mg/L ̄g有一定的 促进作用,高于6.92 mg/I 时CAT活性受到抑制; 3种酶活性与对照相比基本无显著变化。 3讨 论 鱼类作为低等脊椎动物,其免疫系统包括先天 性的或非特异性的防御系统,鱼类非特异性防御系 统是机体抵抗外界异源物质的第一道防线,几种非 特异性相关酶(S()D、CAT和AKP)在有效清除和 降解异源物中发挥重要的作用【 。 SOD—CAT系统为生物体的抗氧化损伤提供第 一道防线。研究结果表明,斑马鱼在低质量浓度(2、 4、8 rag/I )1,2,4-TCB短期暴露(<8 d)时,SOD 活性随1,2,4一TCB浓度的增加和时间的延长而增 加,机体通过增加SOD活性歧化过多的活性氧自由 基,伴随S()D增加的同时,总体上CAT活性也随 之增加,催化H () 等生成水和氧气,以减少对斑马 鱼伤害。S()D活性随着1,2,4-TCB质量浓度继续 增加到16 rag/I 而下降,SOD清除活性氧能力减 弱,活性氧自由基过度积累,表现为SOD和CAT 活性都下降。结果与ORBEA等 利用多环芳烃 (PAHs)和多氯联苯(PCBs)对鱼类抗氧化酶活性研 究结果一致。 AKP是一种重要的水解酶,直接参与磷酸 基团的转移,对细菌等异物在溶酶体内的消化降解 具有重要作用,并在免疫反应中发挥作用,一直以来 AKP都被作为一个重要的免疫指标在动物免疫学 中被广泛研究。研究结果表明,低质量浓度(2、4、8 mg/I )1,2,4 TCB短期暴露时,斑马鱼体内AKP 活性随时间延长逐渐增加,可能是1,2,4-TCB暴露 后促使鱼体内产生的补偿机制是由于非特殊抗氧化 系统综合比例的增加 1 。随着1,2,4-TCB浓度增 加和时间的延长,由于氧化损伤而导致AKP活性 下降,细胞免疫功能下降。这与之前的一些鱼类的 毒性试验l_】 有一定类似。 大多数鱼类在其仔鱼阶段特异性免疫器官尚未 发育完全,主要是通过抗体等在卵子中的积累将免 疫力传递给子代,依靠母源性免疫和自身的非特异 性免疫来抵抗各种外界条件[1 。 。研究结果发现, 斑马鱼胚胎暴露1,2,4-TCB 6 d后,幼鱼在低浓度 1,2,4-TCB时其S()D、CAT和AKP表现一定的应 ・ 3f) ・ 激反应,当浓度增加时,其对应的SOD、CAT和 AKP受到不同程度的抑制,免疫下降,生长速度 缓慢。 幼鱼比成年斑马鱼对环境污染物的影响更加敏 感,这种易感性可能是:(1)幼鱼的代谢功能尚未成 熟,对环境毒物更加敏感;(2)幼鱼的生长发育快,其 免疫系统较脆弱,不能修复环境毒物造成的损伤。 因此,发育中的大脑或免疫体一旦被毒物倾入就会 有持久性和不可逆性破坏。本研究也发现,l,2,4 TCB处理第6天后的幼鱼几种酶活性变化比成年 斑马鱼更加敏感。 4 结 语 (1)1,2,4 TCB对成年斑马鱼机体SOD、CAT 和AKP均呈现一定的时间一效应和剂量效应的 关系,在低浓度1,2,4-TCB胁迫下斑马鱼还呈现出 “毒性兴奋效应”,而高浓度1,2,4-TCB下斑马鱼体 内免疫功能受到损害。 (2)1,2,4 TCB影响胚胎正常生长发育和繁 殖,对幼鱼免疫功能造成一定损害。 (3)幼鱼比成年斑马鱼对l,2,4 TCB影响更 为敏感。 参考文献: [1]杜青平,黄彩娜,贾晓珊.1,2,4 氯苯对斑马鱼急性毒性及其 胚胎毒性作用[R].北京:持久性有机污染物论坛2008暨第 i 届持久性有机污染物全国学术研讨会,2008. 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