镉在鱼类体内富集的研究05生物科学专业 李林林指导教师 崔峰摘要：本文综述了进年来国内外学者对镉污染物对鱼类富集的研究。这些内容包括鱼类对镉的吸收、镉在鱼类内的富集、镉在鱼体内的转运、镉的排泄与生物半衰期。关键词: 团头鲂 镉 富集 毒性作用 引言镉是一种重金属元素，在动物体内半衰期长，可在体内蓄积下来，并达到较高的浓度，从而引发人和动物慢性中毒。1931年Fox和 Ramage首次在动物体内检测出镉。团头鲂（Megalobrama amblycephala），鲤形目鲤科鲌亚科鲂属的一种。又名武昌鱼，团头鳊。体侧扁，颇高，呈菱形，胸部平坦，腹部仅自腹鳍基部至肛门具有皮质腹棱；尾柄高而短，头短小，吻圆钝；口端位，口裂宽，上下颌等长；背鳍具硬刺；臀鳍长；体侧鳞片基部灰白色，边缘黑色，在体侧形成灰白色条纹，鳍呈青灰色。原产于长江中游的湖泊，以湖北省梁子湖所产为最著，但天然产量不高，近年已被移殖到各地天然水域中，并发展了人工养殖。它生长较快，当年鱼体长可达120230毫米，多年鱼最大可达3千克，其肉味腴美，含肉量多，是一种名贵的经济鱼类。目前国内外对重金属在生物体中积累的研究报道较多,但针对与镉对团头鲂的富集研究仍较少，本次试验旨在为为进一步提高团头鲂的人工养殖提供一定的理论依据，同时为综合防止镉污染，保护生态环境提供基础资料。研究意义随着现代工农业生产的快速发展，大量的重金属污染物通过多种途径释放进入水体而造成污染,浓度严重超标的一些重金属离子对鱼类有毒害作用,常常扰乱鱼类的正常生命活动,引起鱼类的中毒和死亡。对渔业生产产生了严重的影响，同时也对人类健康产生了严重的威胁。镉(cadmium,Cd)是一种极其重要的工业和环境化学污染物,因其对环境水、空气和土壤的污染而在动植物体内蓄积,最终导致对人类健康的危害,并由于它在体内能长期蓄积,不易排除,故易产生慢性的和远期的病理效应,可损伤许多组织和系统。在人和动物慢性镉中毒最常见的症状是生长迟滞、肾功能衰竭、生殖功能减退、高血压、肿瘤和畸胎等。镉污染问题已受到世界各国高度重视,美国毒性管理委员会(ATSRD)已把镉列为第六位危害人体健康的有毒物质,联合国环境规划署(DNFP)也把镉列入重点研究的环境污染物,世界卫生组织(WTO)则将其作为优先研究的食品污染物。我国是重金属丰产国家,镉污染现象也相当严重。一个污染十分严重的水生生态系统首先表现的毒性效应是鱼类死亡，通常人们将外表似乎健康的鱼体作为水质好的标志，但这种观点是错误的。因为污染物通常会积累在脂肪丰富的组织，如肝脏和生殖腺，只有通过长时间积累后，当这些污染物浓度超过了一定闺值时，其毒性效应才会显现出来。高浓度污染物会造成鱼类死亡，但低含量也会造成鱼类应激反应、发病率提高、体细胞破坏或癌变。在污染程度较轻水体，鱼类并没有不健康迹象，但内分泌系统受到特殊影响，例如对外界环境刺激反应迟钝，目前对于污染程度很低的水体研究还很有限，在这种环境中，鱼类不会表现出疾病或明显症状，但污染物毒性效应客观存在，且随着时间推移，这种损害作用达到无法恢复时才明显表现出来。因此，对低浓度污染物监测十分重要。本试验以团头鲂为研究对象对不同浓度镉在鱼类体内的富集进行研究，为综合防止镉污染，保护生态环境提供基础资料。1.镉的理化性质及使用镉是一种质软、具有延展性、略带淡蓝色光泽的过渡重金属，质地柔软，抗腐蚀而耐磨；相对其他重金属，熔点(321)和沸点(765)都比较低；原子序数为48，原子量112.41。自然状态下，镉通常与其他元素结合在一起，如锡氧化物、镉硫化物、镉氯化物等，其中以氧化物、硫化物和碳酸盐形式与锌、铅和铜矿共生是其主要存在形式3。镉离子具有强的极化力和明显的变形性，能和无机或有机配位体形成络合物。不同配位体与Cd2+络合，其稳定性不同，与含硫配位体结合的络合物最稳定4，这与镉的生物学效应关系密切。从生物体中发现的金属硫蛋白(MetallothioneinMT)就是一种富含一SH的蛋白质，它在镉的生物代谢中发挥着相当重要的作用5。由于镉具有较特殊的理化性质，应用极其广泛:如电焊、聚氯乙烯(PVC)、电视机制造、计算机制造、照相材料、光电材料、杀虫剂、杀菌剂等都有镉的使用6。正是由于镉的广泛使用，大大加剧了镉的环境污染。2.组织镉含量测定方法现代痕量元素分析技术的高度发展为镉在动物体内的分布和代谢的研究提供了许多方法，如达旦黄一吐温80分光光度快速测定法，阳极溶出伏安法(ASV，可用于10-5或更低级的分析)，原子吸收光谱法(AAS，可用于10-5或10-6级的分析),电感耦合等离子体一原子发射光谱以ISP，可用于10-11级的分析)等。3.毒性作用的发现在生命科学微量元素研究领域，对镉的生理作用的认识经历了相当长的时间，最初曾有人试图证明镉是机体正常生命活动所需要的，如schwartz用高度纯化饲料(含镉肾肝=鳃肌肉，暴露于污染的水中的鱼体是肠鳃肾肝肌肉。暴露于污染水中的鱼鳃镉积累量比摄食污染食物的鱼体鳃要高。衣铭明9等也研究了浮性配合饵料在镉污染的海水中吸附镉的能力，及鲈鱼摄食镉污染的配合饵料后，镉在鱼体内的积累情况。结果表明，配合饵料置于海水中60min后，吸附在饵料中的镉要比水中镉的浓度高出数十倍。当配合饵料镉含量为3mgkg(干重)时，经42d的喂养，鲈鱼肌肉和肝脏中的镉含量分别可达0.127和0.265mgkg(湿重)，最大富集系数分别为0.196和0.323。当配合饵料中镉含量为127mgkg(干重)时，鲈鱼肌肉和肝脏中的镉含量分别可达 0.165和0.361mgkg(湿重)，最大富集系数分别为0.006和0.01。5.镉在鱼类内的富集镉在鱼类的各种组织中及不同器官中的分布是不均匀的。孟晓红10对金属镉在鲤鱼体内各部位的生物富集作用进行了研究，结论是鱼体中肌肉部分对镉的富集量最少，内脏的富集能力较强；鱼体各部位对镉的富集作用随时间的增加而增加，并在40至50天左右趋平衡；鱼体中各部位对镉的生物富集作用存在较大差异，镉在鱼体中的分布顺序一般为内脏鳞腮骨皮肌肉。马桂云11等研究了镉在鲫鱼体内的累规律，结果表明，镉在鱼体各部位明积累，积累量随着试验液离子浓度的增而增大。相同镉浓度下，鱼体各部位对镉积累能力大小顺序为内脏鳃肌肉。在内脏中的积累量随时间的延长而不断加；但在肌肉中，积累量首先随时间增至第56d时积累量达到最高峰，随后下肌肉中镉积累到一定时间而下降和内脏鳃中的积累特点存在差异。6.镉在鱼体内的转运从鳃、肠道和皮肤等部位吸收到鱼体内的镉，首先进入血液，随后通过血液循环转运到鱼体的各个部位贮存，进入机体的镉首先被带到肝肾中12。在肝、肾中，由于镉的刺激，与镉排泄和解毒发挥有密切关系的金属诱导蛋白(如MT)大量表达，它们产生后可以和镉结合形成十分稳定的结合物，和镉一起存在于肝、肾中13。但如果肝脏镉蓄积量过多后，肝脏镉可以通过血液循环转运到肾脏排泄。同时还有部分镉会被转移到肌肉中。因此，肾脏并不是镉最后的蓄积部位。7.镉的排泄与生物半衰期鱼类对镉的排放途径明显多于吸收途径，鱼类主要通过鳃、皮肤、粘液、尿液排放镉14。此外，肝脏蓄积的镉还可以经过肠肝循环在单胆汁中从肠道排出。镉的排放是生物相的，水生生物通过各种结合作用易化镉的跨膜转运，因此结合力较弱的就能被迅速排放，反之则排放速度较慢15。在肝、肾中由于MT参与了镉的体内代谢，镉在体内被清除的速度变得十分缓慢，而在肌肉中，由于镉的结合力比较弱，因此排放比较迅速。另外，鱼鳃与水环境的直接接触也会增加镉的排放作用。此外，研究发现鲤鱼在排放期内肾脏中锅的蓄积量则有所增加，表明鱼体内蓄积的镉发生了再分配，这种再分配作用可能是由于肝脏中金MT鳌合镉作用的结果，据报道，小鼠注射MT鳌合镉后镉优先蓄积到肾脏中16。上文已对重金属镉的性质作了介绍，并从鱼类对镉的吸收、镉在鱼类内的富集、镉在鱼体内的转运、镉的排泄与生物半衰期方面对其进行了简单的陈述，我们可以从中得出：镉不仅是对我这次试验的对象团头鲂，而且对畜禽类、人类、乃至整个生物圈，都产生巨大的影响，这种影响绝大多数为它的消极方面。镉对动物和人的影响有待于进一步研究，需要更多的科学爱好者门们付出更大的努力。参考文献：1徐永江,柳学周,马爱军，重金属对鱼类毒性效应及其分子机理的研究概况，研究综述，2004，28，10。2朱善良，陈龙，镉毒性损伤及其机制的研究进展 生物学教学，2006，31-8。3柯长茂，李先机，贺代杰等，露d铅锌矿环境中镉对人体健康影响的调查研究，环境与健康杂志，1985，2（5）：9-13。4安志装，王校常，严蔚东等，镉硫交互处理对水稻吸收累积镉及其蛋白硫基含量的影响，土壤学报，2004，41（5）：728-734。5Schlenk,D,Rice,C.D.Effect of zinc and cadmium treatment on hydrogen peroxide-nduced mortality and expression of glutathione and metallothionein in a teleost heptoma cell line.Aquatic Toxicology,1998,43:121-129.6包克光,彭良斌,炼铜排放金属污染地带环境中金属对人体健康的影响，中国环境科学，1984，4（6）：27-34。7刘长发，陶澎,龙爱民，曹军,金鱼,对颗粒态镉的鳃吸收,环境科学学报，2001，21(1)：24-28。8鲤鱼对食物及水中镉的摄取及在组织中的分配,国外环境科学技术，1997，2。9衣铭明，陈民山，郝林华，庄志猛，鲈鱼对浮性配合饵料中镉的积累,海洋水产研究，1998，19（1)：7480。10孟晓红，金属镉在鱼体中的生物富集作用，广东微量元素科学，1997，3(1)：38-40。11马桂云，韩士群，严少华，唐婉莹，张振华，镉在鲫鱼体内积累规律及BP人工神经网络模型预测,江苏农业科学，2003，6：69