【摘要】：鎘(Cd)是一種有毒的非必需重金屬元素,可對動物組織器官造成不良影響。Cd等重金屬在水生環(huán)境的污染已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)重要的環(huán)境問題。背角無齒蚌(Anodonta woodiana)作為“淡水貝類觀察”的指示生物,經(jīng)常被用于監(jiān)測淡水環(huán)境的污染狀況。鰓和消化腺通常是研究Cd對軟體動物雙殼類不良影響的靶器官,雙殼類動物的腎對Cd也有很強的富集能力。本學位論文旨在篩選適合于淡水環(huán)境中Cd污染監(jiān)測與評價的背角無齒蚌組織及相應的生物標志物。本學位論文研究了Cd在背角無齒蚌腎、鰓和消化腺等八種主要組織器官的積累與排除,分析了亞慢性鎘對腎、鰓和消化腺造成的氧化應激與組織病理學變化,并探究了亞慢性鎘對短期鎘暴露靶器官鰓和長期鎘暴露靶器官腎Nrf2等七種抗氧化相關(guān)基因mRNA表達的影響。首先,將背角無齒蚌暴露于Cd(0.168和0.675 mg·L~(-1))28 d后,檢測八種組織器官腎、鰓、消化腺、外套膜、內(nèi)臟團、足、閉殼肌和血淋巴的Cd累積量。結(jié)果顯示,Cd的累積量在檢測的組織器官中均顯著地增高(p0.05),且腎的Cd累積量最高。消化腺和鰓的Cd累積量分別處于第二位和第三位。除了血淋巴Cd積累量在d14達到最高值外,其余組織中Cd的累積量都隨著暴露時間和濃度的增加而增加。各組織的生物富集系數(shù)(BCF)也隨著暴露時間的增加而增加,但與暴露濃度呈負相關(guān)。隨后,再將背角無齒蚌置于清水中,進行28 d的Cd排除實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn),內(nèi)臟團的Cd排除率最高,腎、消化腺和鰓的Cd排除率幾乎達到了40%。但是,這三種組織器官中的Cd含量仍高于其他組織。在此基礎上,檢測并分析了背角無齒蚌經(jīng)Cd(0.168和0.675 mg·L~(-1))暴露28 d,鰓、消化腺和腎的超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)、谷胱甘肽(GSH)、總抗氧化能力(TAC)和丙二醛(MDA)七種指標和組織細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果顯示,經(jīng)Cd暴露后,鰓組織器官中GST和MDA,消化腺GPx、GSH、TAC和MDA,以及腎中TAC和MDA均被顯著誘導(p0.05);鰓SOD和CAT,腎SOD、CAT、GPx和GST均被顯著抑制(p0.05)。同時,在這三種組織器官中,觀察到細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的組織病理學損傷,并且與MDA的結(jié)果一致。隨著Cd暴露時間的延長,鰓和消化腺中的組織損傷不斷加重。但腎在Cd暴露d 7比d 28受到的損傷更嚴重。最后,檢測了背角無齒蚌經(jīng)Cd(0.168 mg·L~(-1)和0.675 mg·L~(-1))暴露28 d,鰓、消化腺和腎中抗氧化相關(guān)基因mt、nrf2、keap1、cu/znsod、cat、gst和trx mRNA的表達情況。結(jié)果顯示,鰓中這七種基因的表達量過低,絕大部分個體經(jīng)qPCR無法檢測到Ct值,隨后對部分表達量較高的個體進行半定量PCR也發(fā)現(xiàn)各目的基因擴增片段的條帶也大多較暗。Cd暴露后,腎gst mRNA表達量均顯著下調(diào)(p0.05)。0.168 mg·L~(-1) Cd暴露后,腎mt mRNA表達量在d 7上調(diào),在d 28下調(diào);腎nrf2 mRNA表達量上調(diào),且伴隨著keap1 mRNA表達量下調(diào)以及cu/znsod、cat和trx mRNA表達量上調(diào)(p0.05)。0.675 mg·L~(-1) Cd暴露后,腎mt mRNA表達量上調(diào);腎nrf2mRNA表達量無明顯變化,keap1以及cu/znsod、cat、trx mRNA表達量均表現(xiàn)為下調(diào)(p0.05)。綜上所述,得出如下結(jié)論:1.背角無齒蚌的腎、鰓和消化腺是亞慢性Cd積累的靶組織器官。鰓的Cd積累量可以反映短期的Cd污染,腎和消化腺中的Cd積累可以指示長期的Cd暴露。2.內(nèi)臟團、腎、鰓和外套膜是背角無齒蚌排除Cd的重要組織器官。3.背角無齒蚌鰓IBR/n指數(shù)(整合SOD、CAT、GPx、GST活性和GSH含量),可以監(jiān)測短期高劑量的Cd暴露;腎IBR/n指數(shù)可以監(jiān)測長期低劑量的Cd暴露。背角無齒蚌鰓GST活性和MDA含量、消化腺GPx活性以及腎SOD活性適合用作指示水體Cd污染的生物化學生物標志物。4.背角無齒蚌腎gst mRNA表達量適合用作監(jiān)測水體Cd污染的分子生物標志物。
【圖文】：

最終進入消化腺和腎的溶酶系統(tǒng)儲存或排泄[2,121-123]（圖1.1）。圖 1.1 雙殼類軟體動物體內(nèi)鎘的轉(zhuǎn)運和分布Cd2+吸收和蓄積， Cd2+在各組織間的轉(zhuǎn)運， Cd2排除Fig. 1.1 Transport and distribution of cadmium in bivalve molluscsCd2+absorbtion and accumulation, Cd2+transport among tissues, Cd2+elimination

亞慢性鎘脅迫背角無齒蚌的氧化應激與機制研究質(zhì)過氧化[149]。此外，Cd 還可通過共價結(jié)合[150]、抑制錯配修復系統(tǒng)[151]等方式導致 DNA 損傷。Cd 可破壞生物體正常的細胞信號轉(zhuǎn)導過程，Cd 誘導產(chǎn)生的 ROS 和其它由 Cd 誘導或抑制的多種信號分子會共同影響細胞功能、基因的轉(zhuǎn)錄和調(diào)控，最終激活細胞保護機制進行修復或?qū)е录毎蛲�、壞死和癌變[152]。在正常條件下，生物體內(nèi) ROS 的生成和清除是動態(tài)平衡的[6, 53]。當 Cd 等外界環(huán)境脅迫因子作用時，體內(nèi)過量的ROS積累破壞了這種平衡狀態(tài)[53]，產(chǎn)生氧化應激，，并導致受 ROS 介導（直接或間接）的核酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)損傷[153-154]。在氧化應激條件下，生物體的抗氧化系統(tǒng)（包括抗氧化酶和非酶抗氧化物）被激活，這些抗氧化酶以及非酶抗氧化物在復雜的抗氧化防御網(wǎng)絡中相互作用[155]，用于清除多余的 ROS和 Cd 等外界環(huán)境脅迫因子[54]，以保護生物體免受氧化損傷[53]（圖 1.2）。
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X503.225

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本文編號：2706409