两种典型有机磷农药对缢蛏的毒性效应研究

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在实验室模拟缢蛏生长环境,研究结构、性质不同的两种典型有机磷农药(OPs)乐果和三唑磷对滩涂养殖生物缢蛏的毒性效应。将缢蛏暴污于乐果(0.01、0.05、0.1、0.2、0.5、2、5mg/L)和三唑磷(0.005、0.025、0.25mg/L)的系列海水溶液中,分别于第1h、3h、6h、9h、24h、3d、7d、12d、14d和第19d(恢复期)采样。测定缢蛏体内OPs含量,鳃和消化腺中乙酰胆碱酯酶(AChE)和抗氧化酶(SOD、CAT、GPx)活性,并观察乐果和三唑磷暴污后缢蛏鳃和消化腺的显微和超微结构的组织形态学变化。本研究的具体内容和结果综述如下:  1.化学参数的分析  建立了水、沉积物、缢蛏体内乐果和三唑磷的萃取分析方法,考察了沉积物的存在对缢蛏富集三唑磷的影响,研究了乐果和三唑磷在水-沉积物-缢蛏之间随时间的分配以及缢蛏体内富集乐果、三唑磷的时间-剂量-效应关系。研究结果表明:  所建立的水、沉积物、缢蛏中乐果和三唑磷的萃取和测定方法均具有较好的回收率和精密度。乐果和三唑磷在水、沉积物、缢蛏中的加标回收率分别≥75%和≥84%,RSD均≤5%。替代物磷酸三丁酯和磷酸三苯酯的回收率分别≥86%和≥81%,表明磷酸三丁酯和磷酸三苯酯分别作为乐果和三唑磷的替代物具有可行性。乐果测定的线性范围为0.01~3.0μg/g,R=0.9989;三唑磷测定的线性范围为0.01~5.0μg/g,R=0.9998。  在单一海水养殖体系,缢蛏对三唑磷的富集量与水体中三唑磷浓度存在很好的线性关系,而在海水-沉积物养殖体系,则无线性相关性,因此滩涂养殖的缢蛏不宜作为水体中三唑磷污染的定量指示生物。  加入到水体中的乐果和三唑磷主要分布在水相中,沉积物中农药的量相对较少,8h~24h内,农药在两相间的分配达平衡。缢蛏体内蓄积乐果和三唑磷的量随着水体中农药浓度的增加而增加,有很好的剂量-效应关系,但是无线性相关性。缢蛏对三唑磷的富集倍数高于对乐果的。  2.生化指标的分析  考察了乐果和三唑磷对缢蛏的鳃和消化腺中AChE和抗氧化酶(SOD、CAT、GPx)活性的影响。研究结果发现:  乐果和三唑磷对缢蛏鳃和消化腺的AChE均表现了抑制作用,但无明显的剂量-效应关系。乐果对缢蛏鳃和消化腺抗氧化酶(SOD、CAT、GPx)的作用随暴污时间的延长,基本呈诱导转为抑制的趋势;三唑磷基本表现出对各抗氧化酶的抑制作用。由此来看,三唑磷对缢蛏的毒性效应比乐果更大。  3.显微和超微结构的分析  通过光镜和电镜观察乐果和三唑磷对缢蛏鳃和消化腺显微和超微结构的影响。结果发现:  乐果和三唑磷对缢蛏鳃显微结构影响的共同点为使鳃丝变短,丝间隔和基底膜结缔组织增生,鳃孔、血管腔堵塞;乐果胁迫下,上皮细胞纤毛脱落严重,而三唑磷胁迫下,上皮细胞纤毛增生。乐果和三唑磷对缢蛏消化腺显微结构的影响主要表现为腺细胞界限模糊,腺泡水肿变形、部分坏死;结缔组织增生,细胞间质疏松,出现许多空泡;OPs浓度高时消化腺细胞变性、坏死,细胞质囊泡化。  乐果和三唑磷对缢蛏鳃和消化腺超微结构的影响主要表现在对细胞核和各种细胞器(如线粒体、内质网、高尔基体)的伤害。主要病变为:细胞核变形,核膜或凸起或凹陷,染色质发生凝聚或边缘化;线粒体肿大,双层膜溶解,内嵴部分消失;个别线粒体内嵴完全瓦解,形成电子透明区;粗面内质网水肿,核糖体部分脱落,片层结构水肿、囊泡化,严重者出现大的囊泡区;高尔基膜囊水肿,膜溶解,高尔基小泡破裂消失。  4.相关性分析  研究了乐果和三唑磷胁迫下,同一组织器官中不同酶指标之间和同一酶指标在不同组织器官间(鳃和消化腺)的相关性;此外还分析了抗氧化酶活性与缢蛏富集农药量之间的相关性。研究结果如下:  乐果胁迫下,除了缢蛏消化腺中的AChE和CAT活性之间无明显相关性(R=0.182,P>5%,n=26),AChE与其它各抗氧化酶之间均有良好的线性相关(R=0.779~0.981,P<1%,n=24~26)。SOD、GPx和AChE的活性在缢蛏鳃和消化腺中也分别呈线性相关,相关系数R分别为0.897(P<1%,n=26),0.700(P<1%,n=26),0.918(P<1%,n=26)。  三唑磷胁迫下的情况基本与乐果的类似,除了缢蛏消化腺中AChE和CAT活性之间无明显相关性(R=0.047,P>5%,n=26),AChE与其它各抗氧化酶之间均存在良好的线性相关(R=0.646~0.921,P<1%,n=24~27)。SOD、GPx和AChE活性在缢蛏的不同组织器官(鳃与消化腺)之间的相关性也较好,相关系数R分别为0.651(P<1%,n=26),0.465(P<5%,n=24),0.809(P<1%,n=26)。  除CAT较特殊以外,缢蛏鳃和消化腺中AChE与各抗氧化酶之间均呈现显著的线性相关,各酶指标在缢蛏鳃和消化腺之间的相关性也很好。这说明OPs对缢蛏(鳃和消化腺)中AChE和各抗氧化酶有着类似的影响机制,AChE和各抗氧化酶可以联合起来作为OPs胁迫的生物标志物。  抗氧化酶与缢蛏富集农药量之间无明显相关性。但本研究发现,乐果胁迫下,SOD、CAT、GPx与缢蛏体内农药浓度的比值(SOD/C、CAT/C和GPx/C)与暴污时间分别有较好的相关性(R=0.734~0.953,P<1%,n=9);而三唑磷胁迫下,只有SOD/C与暴露时间有较好的相关性(R=0.690~0.830,P<5%,n=9),CAT/C和GPx/C与暴露时间均无此相关性。由于考察的OPs种类少,且采样时间、采样次数以及采集样品数量有限,有关缢蛏体内OPs含量与抗氧化酶活性之间的关系还有待于进一步研究。  本研究将AChE和抗氧化酶(SOD、CAT、GPx)作为OPs的联合生物标志物,结合组织病理变化和贝类中OPs含量的化学分析,综合评价OPs对缢蛏及其生长环境的影响,为预测OPs对近海海洋生物及人类健康的影响提供有力证据,为规范OPs的应用、制定海洋环境质量标准提供了部分基础理论依据,并探求生物学和化学研究方法的结合。
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