全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆源期摇 摇 圆园员猿年 员圆月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
中国南方红壤生态系统面临的问题及对策 赵其国袁黄国勤袁马艳芹 渊苑远员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
叶生态学基础曳院对生态学从传统向现代的推进要要要纪念 耘援孕援奥德姆诞辰 员园园周年
包庆德袁张秀芬 渊苑远圆猿冤
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食物链长度理论研究进展 张摇 欢袁何摇 亮袁张培育袁等 渊苑远猿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
天山盘羊夏季采食地和卧息地生境选择 李摇 叶袁余玉群袁史摇 军袁等 渊苑远源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
松果梢斑螟对虫害诱导寄主防御的抑制作用 张摇 晓袁李秀玲袁李新岗袁等 渊苑远缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
菹草附着物对营养盐浓度的响应及其与菹草衰亡的关系 魏宏农袁潘建林袁赵摇 凯袁等 渊苑远远员冤噎噎噎噎噎噎噎
濒危高原植物羌活化学成分与生态因子的相关性 黄林芳袁李文涛袁王摇 珍袁等 渊苑远远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
四年 韵猿熏气对小麦根际土壤氮素微生物转化的影响 吴芳芳袁郑有飞袁吴荣军袁等 渊苑远苑怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
重金属 悦凿圆垣和 悦怎圆垣胁迫下泥蚶消化酶活性的变化 陈肖肖袁高业田袁吴洪喜袁等 渊苑远怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
不同生境中橘小实蝇种群动态及密度的差异 郑思宁 渊苑远怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
亚热带樟树鄄马尾松混交林凋落物量及养分动态特征 李忠文袁闫文德袁郑摇 威袁等 渊苑苑园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性 王绍强袁陈蝶聪袁周摇 蕾袁等 渊苑苑员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
雅鲁藏布江流域 晕阅灾陨变化与风沙化土地演变的耦合关系 李海东袁沈渭寿袁蔡博峰袁等 渊苑苑圆怨冤噎噎噎噎噎噎
高精度遥感影像下农牧交错带小流域景观特征的粒度效应 张庆印袁樊摇 军 渊苑苑猿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高寒草原土壤有机碳及土壤碳库管理指数的变化 蔡晓布袁于宝政袁彭岳林袁等 渊苑苑源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
芦芽山亚高山草甸尧云杉林土壤有机碳尧全氮含量的小尺度空间异质性
武小钢袁郭晋平袁田旭平袁等 渊苑苑缘远冤
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湘中丘陵区不同演替阶段森林土壤活性有机碳库特征 孙伟军袁方摇 晰袁项文化袁等 渊苑苑远缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
东北黑土区片蚀和沟蚀对土壤团聚体流失的影响 姜义亮袁郑粉莉袁王摇 彬袁等 渊苑苑苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
滇西北高原纳帕海湿地土壤氮矿化特征 解成杰袁郭雪莲袁余磊朝袁等 渊苑苑愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
红壤区桉树人工林炼山后土壤肥力变化及其生态评价 杨尚东袁吴摇 俊袁谭宏伟袁等 渊苑苑愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
圆园园园要圆园员园年黄河流域植被覆盖的时空变化 袁丽华袁蒋卫国袁申文明袁等 渊苑苑怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
庐山森林景观格局变化的长期动态模拟 梁艳艳袁周年兴袁谢慧玮袁等 渊苑愿园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
暖温带鄄北亚热带生态过渡区物种生境相关性分析 袁志良袁陈摇 云袁韦博良袁等 渊苑愿员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应 张瑞波袁袁玉江袁魏文寿袁等 渊苑愿圆苑冤噎噎噎噎噎
资源与产业生态
大小兴安岭生态资产变化格局 马立新袁覃雪波袁孙摇 楠袁等 渊苑愿猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生态环境移动数据采集系统研究与实现 申文明袁孙中平袁张摇 雪袁等 渊苑愿源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
城市遥感生态指数的创建及其应用 徐涵秋 渊苑愿缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
大明竹属遗传多样性 陨杂杂砸分析及 阅晕粤指纹图谱研究 黄树军袁陈礼光袁肖永太袁等 渊苑愿远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
干旱胁迫下 源 种常用植物幼苗的光合和荧光特性综合评价 卢广超袁许建新袁薛摇 立袁等 渊苑愿苑圆冤噎噎噎噎噎
基于 陨栽杂圆和 员远杂 则砸晕粤的西施舌群体遗传差异分析 孟学平袁申摇 欣袁赵娜娜袁等 渊苑愿愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
两种浒苔无机碳利用对温度响应的机制 徐军田袁王学文袁钟志海袁等 渊苑愿怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
北京山区侧柏林冠层对降雨动力学特征的影响 史摇 宇袁余新晓袁张建辉袁等 渊苑愿怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
景观生态学研究院传统领域的坚守与新兴领域的探索要要要圆园员猿厦门景观生态学论坛述评
杨德伟袁赵文武袁吕一河 渊苑怨园愿冤
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期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆怨远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄员圆
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 黄土丘陵农牧交错带要要要黄土丘陵是中国黄土高原的主要地貌形态袁由于黄土质地疏松袁加之雨季集中袁降水强度
较大袁地表流水冲刷形成很多沟谷袁斜坡所占的面积很大遥 这里千百年来的农牧交错作业袁地表植被和生态系统均
遭受了严重的破坏遥 利用高精度影像对小流域景观的研究表明袁这里耕地尧林地和水域景观相对比较规则简单袁荒
草地和人工草地景观比较复杂遥 农牧交错带小流域景观形态具有分形特征袁各类景观斑块的分维数对粒度变化的
响应不同袁分维数随粒度的增大呈非线性下降趋势遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 24 期
2013年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.24
Dec.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室人才培养基金(2010F30003)
收稿日期:2012鄄08鄄22; 摇 摇 修订日期:2013鄄08鄄22
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: whxchina@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201208221183
陈肖肖, 高业田,吴洪喜,王召根,王瑶华,周朝生,胡园.重金属 Cd2+和 Cu2+胁迫下泥蚶消化酶活性的变化.生态学报,2013,33(24):7690鄄7698.
Chen X X, Gao Y T,Wu H X,Wang Z G,Wang Y H,Zhou C S, Hu Y.Changes of digestive enzyme activity of Tegillarca granosa exposed to cadmium and
copper.Acta Ecologica Sinica,2013,33(24):7690鄄7698.
重金属 Cd2+和 Cu2+胁迫下泥蚶消化酶活性的变化
陈肖肖1,2, 高业田2,3,吴洪喜2,4,*,王召根2,3,王瑶华2,3,周朝生2,4,胡摇 园2,4
(1. 华东理工大学,上海摇 200237; 2. 浙江省海洋水产养殖研究所,温州摇 325005;
3. 上海海洋大学,上海摇 201306; 4. 浙江省近岸水域生物资源开发与保护重点实验室,温州摇 325005)
摘要:为了探讨重金属 Cd2+和 Cu2+胁迫对泥蚶消化酶活性的影响,运用酶学分析的方法, 按《渔业水质标准》(GB 11607)规定
的 Cd2+、Cu2+最高限量值的 1、2、5、10倍设置重金属离子 Cd2+、Cu2+浓度及其组合,研究了在重金属 Cd2+、Cu2+胁迫下,30d 内泥
蚶 3种消化酶活性的变化规律。 结果表明:与空白对照组相比,在重金属 Cd2+、Cu2+或其组合的胁迫下,较低浓度组泥蚶的淀粉
酶活性实验前期增强(即被诱导),实验后期减弱(即被抑制),较高浓度组泥蚶的淀粉酶活性从实验一开始就减弱,并保持在较
低水平,毒性比较,同一重金属高浓度>低浓度,不同重金属及其组合 Cu2+ >(Cd2+ +Cu2+)组合>Cd2+;泥蚶脂肪酶的活性实验前
期增强,实验后期转为微减弱或减弱,毒性比较,同一重金属高浓度>低浓度,不同重金属及其组合(Cd2+ +Cu2+ )组合>Cu2+ >
Cd2+;泥蚶胃蛋白酶的活性实验前期增强,且活性呈现升高鄄降低鄄再升高鄄再降低的变化,实验后期分别表现微增强、微减弱和减
弱,毒性比较,同一重金属高浓度>低浓度,不同重金属及其组合(Cd2++Cu2+)组合>Cu2+>Cd2+。 可见:环境中的 Cd2+和 Cu2+对泥
蚶的消化酶活性起着明显的影响作用。
关键词:泥蚶;重金属胁迫;Cd2+;Cu2+;消化酶活性
Changes of digestive enzyme activity of Tegillarca granosa exposed to cadmium
and copper
CHEN Xiaoxiao1,2, GAO Yetian2,3,WU Hongxi2,4,*,WANG Zhaogen2,3,WANG Yaohua2,3,ZHOU Chaosheng2,4,
HU Yuan2,4
1 East China University of Science and Technology,Shanghai 200237, China
2 Zhejiang Mariculture Research Institute, Wenzhou 325005, China
3 Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China
4 Zhejiang Key Laboratory of Exploitation and Preservation of Coastal Bio鄄Resource,Wenzhou 325005, China
Abstract: In order to investigate the effect of Cd2+ and Cu2+ stress on digestive enzyme activity of Tegillarca granosa .
enzyme analytical method was conducted to analyze the changes of the digestive enzyme activity of Tegillarca granosa
exposed to different concentrations of Cd2+ or / and Cu2+ for 30 days. The concentrations of heavy metal ion Cd2+, Cu2+, and
their combination (Cd2+ +Cu2+ ) were set as one, two, five, and ten times of the corresponding maximum limit values
according to the Water Quality Standard for Fisheries (GB 11607). The results showed that compared with the blank control
groups, when Tegillarca granosa were exposed to low concentrations of Cd2+, Cu2+ and ( Cd2+ +Cu2+ ), their digestive
enzyme activity increased at the early experimental period (or be induced), and then decreased at the later period (or be
inhibited); when the Tegillarca granosa samples were exposed to high concentrations, the amylase activity decreased from
the start and kept low level all along. For the same heavy metal ion, the toxicity of the high concentration groups was higher
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than that of the low concentration groups in the amylase activity analysis. In the comparison of the two heavy metal ions and
their combination, the toxicity of the Cu2+ group was highest, followed by the (Cd2++Cu2+) group, and the Cd2+ group was
lowest. The lipase activity of Tegillarca granosa increased at the early experimental period, and then decreased moderately
or weakly at the later period. For the same heavy metal ion, the toxicity of the high concentration groups was higher than
that of the low concentration groups in the lipase activity analysis. In the comparison of the two heavy metal ions and their
combination, the toxicity of the (Cd2+ +Cu2+ ) group was highest, followed by the Cu2+ group, and the Cd2+ group was
lowest. The pepsin activity of Tegillarca granosa increased at the early experimental period. In the middle period, the
activity had the variance of being increased, decreased, increased again, and then decreased. At the later period, the
activity increased weakly, decreased moderately, and decreased weakly for different ion groups. For the same heavy metal,
the toxicity of the high concentration groups was higher than that of the low concentration groups in the pepsin activity
analysis. In the comparison of the two heavy metals and their combination, the toxicity of the (Cd2+ +Cu2+ ) group was
highest, followed by the Cu2+ group, and the Cd2+ group was lowest. The results show that there were obvious stress of Cd2+
and Cu2+ in the environment for the digestive enzyme activity of Tegillarca granosa.
Key Words: Tegillarca granosa; Heavy metal stress; Cd2+; Cu2+; digestive enzyme activity
消化酶是由消化腺和消化系统分泌的一类水解酶,主要分为淀粉酶、脂肪酶和胃蛋白酶等几大类,消化酶
能将食物分解成可吸收的小分子物质,为机体提供所需的营养和能量,消化酶的活性变化能及时反映出生物
体对消化生理调节和对环境适应的响应。 已证实外界多种因素能对消化酶活性产生影响[1鄄6],其中重金属离
子就是主要因素之一[7鄄9]。 泥蚶(Tegillarca granosa)是一种栖息于沿海滩涂的双壳贝类,因其营底栖生活,且
移动性差,极易受重金属污染的水域和底质的影响,但迄今尚未见到有关重金属对泥蚶消化酶活性影响的详
细研究报道。
本文总结和分析了重金属 Cd2+和 Cu2+及其组合对泥蚶 3 种消化酶活性的影响结果,探讨重金属 Cd2+和
Cu2+对泥蚶的毒害作用机制,为重金属的潜在生态风险评价提供参考依据。
1摇 材料与方法
1.1摇 仪器与试剂
FLUKO F6 / 10 超细匀浆器(上海弗鲁克流体机械制造有限公司);DK鄄600 电热恒温水槽(上海精宏实验
设备有限公司);WFZ UV鄄2000紫外可见分光光度计(尤尼克上海仪器有限公司);Anke TGL鄄16G鄄A低温离心
机(上海安宁科学仪器厂);LDZ4鄄0.8A离心机(北京医用离心机厂);1.5mL 和 5mL 离心管、滤纸、培养皿(江
苏志达实验器材商城);淀粉酶、脂肪酶、胃蛋白酶试剂盒、考马斯亮蓝总蛋白试剂盒(南京建成生物工程研究
所);CdCl2·2.5H2O、冰乙酸(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);CuSO4·5H2O(分析纯,上海新宝精细化
工);NaCl(分析纯,浙江中星化工试剂厂)。
1.2摇 实验动物及其暂养
实验泥蚶于 2012年 5月采自浙江乐清湾养殖区,为 2龄个体,从中随机取得 20个,用游标卡尺和电子天
平测量和称重,壳长(28.22依2.29) mm, 体重 (8.14依1.95) g。 实验前,将泥蚶暂养于盛有 40 L 海水、规格为
48 cm伊36 cm伊30 cm的塑料箱中。 实验海水取自乐清湾清江海区,经 24 h 以上沉淀和沙滤后使用。 水温
(20.51依1.91)益, pH值 8.09依0.58, 盐度 20.33依0.58,油类、总汞、铜、锌、铅、镉、铬等指标符合《渔业水质标
准》(GB 11607)。 暂养期间 24h 连续充氧,每天上午换新鲜海水 1 次, 换水量为 100%,早晚各投喂扁藻
(Platymonas subcordiformis)1次,投喂后保持水体中扁藻密度约为 5伊104细胞 / mL。
1.3摇 重金属 Cd2+和 Cu2+母液的配制
Cd2+母液的配制摇 称取国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯级氯化镉(CdCl2·2.5H2O) 1.016 g,溶于
500 mL去离子水,配成浓度为 1 g / L的 Cd2+母液。
1967摇 24期 摇 摇 摇 陈肖肖摇 等:重金属 Cd2+和 Cu2+胁迫下泥蚶消化酶活性的变化 摇
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Cu2+母液的配制摇 称取上海新宝精细化工生产的分析纯级硫酸铜(CuSO4·5H2O)1.950g,溶于500 mL去离
子水,配成浓度为 1 g / L 的 Cu2+母液。
1.4摇 实验设计
Cd2+和 Cu2+离子浓度分别按《渔业水质标准》(GB 11607)最高限量值的 1、2、5、10 倍设置,重金属组合浓
度为 Cd2+、Cu2+相对应浓度的叠加,再设 1个空白对照(表 1)。 每个实验组设置 3 个平行。 实验在若干个盛
有 40 L海水、规格为 48 cm伊36 cm伊30 cm的塑料箱中进行,实验海水用配制好的重金属母液调节到表 1中设
定的浓度,然后向每个塑料箱中放养已暂养 1周的健康泥蚶 40个。 实验期间管理同暂养期,每次换水后分别
加入含有相应重金属离子浓度的新鲜海水,以保持水体中重金属离子浓度的恒定。 整个实验历时 30d 。
表 1摇 重金属胁迫实验设计
Table 1摇 The design of heavy metal stress experiment
组别 Group Cd2+ / (mg / L) Cu2+ / (mg / L) Cd2++Cu2+ / (mg / L)
空白对照 Control 0 0 0
1 0.005 0.01 0.005+0.01
2 0.01 0.02 0.01+0.02
3 0.025 0.05 0.025+0.05
4 0.05 0.1 0.05+0.1
1.5摇 样品制备和酶活性的测定
实验开始时及实验后第 2天、5天、10天、15天、30 天各取样 1 次,每次每箱随机取 5 只实验泥蚶。 将其
置于冰盘上尽快解剖,取出胃和消化盲囊,用预冷的 0.86%生理盐水清洗 2 次,除去血液,用滤纸拭干后称取
0.35 g置于 5 mL干净的离心管中。 加入 1.4 mL 0.86% 生理盐水(比例为 1 g样品 / 5mL 0.86%生理盐水),用
眼科小剪刀将其剪碎,然后用超细匀浆器在 15000 r / min速度下匀浆 3—5 min,制成 20%的组织匀浆液,以上
步骤均在冰浴中进行。 再将匀浆液置于低温离心机,2000 r / min速度下离心 15 min,取上清液测定有关数值。
样品淀粉酶、胃蛋白酶和脂肪酶活性以及总蛋白含量的测定步骤与方法严格按照南京建成生物工程研究
所试剂盒上的说明书进行。
淀粉酶活性单位摇 每毫克的组织蛋白在 37益与底物作用 30min,水解 10 mg淀粉为一个淀粉酶活力单位
(U / mg蛋白)。
胃蛋白酶活性单位摇 每毫克组织蛋白在 37 益条件下每分钟分解蛋白生成 1 滋g 氨基酸相当于 1 个酶活
力单位(U / mg蛋白)。
脂肪酶活性单位摇 每毫克蛋白在 37 益条件下与底物作用 1min,每消耗 1 滋mol 底物为一个酶活力单位
(U / mg蛋白)。
1.6摇 数据处理及分析
采用 SPSS 15.0 软件中的双因素方差分析(Two鄄way ANOVA)和 Tukey 检验处理浓度和时间对消化酶活
性影响的相应数据,显著性水平设置为 琢= 0.05。
2摇 结果
2.1摇 Cd2+、Cu2+及其组合胁迫下泥蚶淀粉酶活性的变化
实验结果表明:与空白对照组相比,Cd2+对泥蚶淀粉酶活性的影响, 0.005 mg / L 浓度在整个实验期间均
起着诱导作用,0.01 mg / L浓度在实验开始后约 13 d内也起着不同程度的诱导作用;较高浓度组在实验开始
后第 2天表现出显著的抑制作用,随着胁迫时间的延长,淀粉酶的活性虽有所恢复,但至实验结束时仍处于抑
制状况(图 1)。 Cu2+对泥蚶淀粉酶活性的影响,0.01、0.02 mg / L等低浓度组在实验开始后的 4 d 内起诱导作
用,然后转变成与高浓度组一样,表现出显著的抑制作用(图 2)。 Cd2+ +Cu2+组合对泥蚶淀粉酶活性的影响,
(0.005+0.01)mg / L和(0.01+0郾 02)mg / L浓度组所起的作用与低浓度 Cu2+所起的作用基本相似,实验前期起
2967 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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诱导作用,实验后期转变为抑制作用,但起诱导作用的时间较长,持续约 7—12 d,高浓度的 Cd2+ +Cu2+组合从
实验一开始就表现出显著的抑制作用,且剂量效应明显,随着胁迫时间的延长,对酶的活性影响增大(图 3)。
图 1摇 Cd2+胁迫下泥蚶淀粉酶活性的变化
摇 Fig. 1 摇 Time course changes of amylase activity of Tegillarca
granosa exposed to cadmium
图 2摇 Cu2+胁迫下泥蚶淀粉酶活性的变化
摇 Fig. 2 摇 Time course changes of amylase activity of Tegillarca
granosa exposed to copper
摇 图 3摇 Cd2++Cu2+组合胁迫下泥蚶淀粉酶活性的变化
Fig.3 摇 Time course changes of amylase activity of Tegillarca
granosa exposed to cadmium and copper
比较实验第 30 天淀粉酶活性值大小,发现受单一
离子胁迫时,在相同的浓度下,Cu2+组泥蚶明显小于
Cd2+组泥蚶。 Cd2++Cu2+组合的泥蚶介于相对应浓度的
单一 Cd2+组泥蚶和 Cu2+组泥蚶之间。
Two鄄way ANOVA 分析表明,重金属 Cd2+、Cu2+和
Cd2++Cu2+组合的浓度、胁迫时间对泥蚶淀粉酶活性均
有显著性影响,时间与浓度的交互作用(Cd2+组除外)也
显著地影响着淀粉酶的活性(P<0.05)(表 2)。
2.2摇 Cd2+、Cu2+及其组合胁迫下泥蚶脂肪酶活性的
变化
实验结果表明:与空白对照组相比,Cd2+、Cu2+对泥
蚶脂肪酶活性的影响,除 Cd2+ + Cu2+组合的高浓度
(0郾 05+0.1)mg / L组外,其它浓度胁迫下的泥蚶脂肪酶
活性均呈先迅速升高后缓慢降低的变化。 在 Cd2+的胁
迫下,泥蚶脂肪酶活性在实验的第 5 天达到峰值(图
4)。 Cu2+的胁迫对泥蚶脂肪酶活性的影响更强烈,在实
验第 2天就达高峰,特别是浓度为 0.01 mg / L 的 Cu2+组,在实验的第 2天,泥蚶脂肪酶活性上升到空白对照组
的 3倍(图 5)。 Cd2++Cu2+组合,除最高浓度(0.05+0.1)mg / L外,其余浓度对泥蚶脂肪酶活性的影响,前期起
诱导作用,且在实验开始后的 2—5 d内达到峰值,实验后期起微抑制或微诱导作用(图 6)。
比较实验第 30天脂肪酶活性,发现受单一离子胁迫时,在相同的浓度下,Cu2+组泥蚶脂肪酶活性值明显
低于 Cd2+组泥蚶。 Cd2++Cu2+组合的泥蚶脂肪酶活性值明显低于相对应浓度的单一 Cd2+组泥蚶或 Cu2+组
泥蚶。
Two鄄way ANOVA分析表明:在 Cd2+、Cu2+和 Cd2++Cu2+胁迫过程中,浓度和时间对泥蚶脂肪酶活性影响均
有显著性差异,时间与浓度的交互作用也显著地影响着脂肪酶的活性(P<0.01)(表 3)。
3967摇 24期 摇 摇 摇 陈肖肖摇 等:重金属 Cd2+和 Cu2+胁迫下泥蚶消化酶活性的变化 摇
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表 2摇 重金属胁迫下泥蚶淀粉酶活性的双因素方差分析结果
Table 2摇 The Two鄄way ANOVA result of amylase activity of Tegillarca granosa exposed to heavy metal
组别 Group
浓度 Concentration
df F P
时间 Time
df F P
浓度伊时间 Concentration伊Time
df F P
Cd2+ 4 14.447 0.005** 5 3.79 <0.001*** 20 0.892 0.597
Cu2+ 4 20.369 <0.001*** 5 19.344 <0.001*** 20 2.069 0.016*
Cd2++Cu2+ 4 32.977 <0.001*** 5 28.752 <0.001*** 20 4.273 <0.001***
摇 摇 df:自由度;显著性概率: * P<0.05,**P<0.01,***P<0.001
图 4摇 Cd2+胁迫下泥蚶脂肪酶活性的变化
摇 Fig.4摇 Time course changes of lipase activity of Tegillarca granosa
exposed to cadmium
图 5摇 Cu2+胁迫下泥蚶脂肪酶活性的变化
摇 Fig.5摇 Time course changes of lipase activity of Tegillarca granosa
exposed to copper
摇 图 6摇 Cd2++Cu2+组合胁迫下泥蚶脂肪酶活性的变化
Fig.6摇 Time course changes of lipase activity of Tegillarca granosa
exposed to cadmium and copper
2.3摇 Cd2+、Cu2+及其组合胁迫下泥蚶蛋白酶活性的变化
实验结果表明:与空白对照组相比,Cd2+、Cu2+的胁
迫对泥蚶胃蛋白酶活性影响复杂。 在 Cd2+的胁迫下,
实验前期,泥蚶胃蛋白酶活性受到诱导,且酶的活性呈
现升高鄄降低鄄再升高鄄再降低的变化,在实验的第 2 天和
第 15 天出现 2 个活性较强的峰,而实验后期,0.025、
0郾 05 mg / L等较高浓度胁迫对泥蚶蛋白酶活性影响开
始转化为抑制作用(图 7)。 在 Cu2+的胁迫下,当浓度为
0.01、0.02 mg / L 时,泥蚶胃蛋白酶活性在实验的前 25d
呈先升高后降低的变化,此后,基本不受影响;当浓度为
0.05 mg / L和 0.1 mg / L 时,分别在实验的 4 d、9 d 内对
泥蚶的蛋白酶的活性起诱导作用,然后转化为抑制作用
(图 8)。 Cd2++Cu2+组合对泥蚶胃蛋白酶活性的影响更
为复杂,在低浓度组合(0郾 005+0.01) mg / L 和(0. 01 +
0郾 02)mg / L胁迫下,泥蚶胃蛋白酶活性在实验前期受到诱导,都在实验的第 2 天和 10 天各出现 1 个峰(P<
0郾 05),表现为升高—降低—升高—降低的变化,然后约在实验的第 13 天开始受到抑制。 而在较高浓度组合
(0.025+0.05)mg / L 胁迫下,酶活在实验第 5天时出现一个显著性诱导的峰值(P< 0. 05),最高浓度组合
(0.05+0.1)mg / L对泥蚶胃蛋白酶的活性一直呈抑制作用(图 9)。
比较实验第 30天泥蚶胃蛋白酶活性值,发现受单一离子胁迫时,在相同的浓度下,Cu2+组明显低于 Cd2+
组。 Cd2++Cu2+组合明显低于相对应浓度的单一 Cd2+组或 Cu2+组值。
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表 3摇 重金属胁迫下泥蚶脂肪酶活性的双因素方差分析结果
Table 3摇 The Two鄄way ANOVA result of lipase activity of Tegillarca granosa exposed to heavy metal
组别 Group
浓度 Concentration
df F P
时间 Time
df F P
浓度伊时间 Concentration伊Time
df F P
Cd2+ 4 377.149 <0.001*** 5 473.663 <0.001*** 20 36.122 <0.001***
Cu2+ 4 23.068 <0.001*** 5 24.967 <0.001*** 20 2.586 0.002**
Cd2++Cu2+ 4 34.938 <0.001*** 5 11.264 <0.001*** 20 4.888 <0.001***
摇 摇 df:自由度;显著性概率:* P<0.05,**P<0.01,***P<0.001
图 7摇 Cd2+胁迫下泥蚶胃蛋白酶活性的变化
摇 Fig. 7 摇 Time course changes of pepsin activity of Tegillarca
granosa exposed to cadmium
图 8摇 Cu2+胁迫下泥蚶胃蛋白酶活性的变化
摇 Fig. 8 摇 Time course changes of pepsin activity of Tegillarca
granosa exposed to copper
摇 图 9摇 Cd2++Cu2+组合胁迫下泥蚶胃蛋白酶活性的变化
Fig. 9 摇 Time course changes of pepsin activity of Tegillarca
granosa exposed to cadmium and copper
Two鄄way ANOVA 分析表明:在 Cd2+、Cu2+或 Cd2+ +
Cu2+的胁迫过程中,浓度和时间对泥蚶蛋白酶活性均有
显著性差异,时间与浓度的交互作用(Cu2+组除外)也极
显著地影响着蛋白酶的活性(P<0.01)(表 4)。
3摇 讨论
3.1摇 重金属离子胁迫对底栖贝类消化酶活性的影响
本实验结果表明,Cd2+对泥蚶的淀粉酶活性影响,
低浓度有诱导作用,高浓度有抑制作用;脂肪酶活性前
期受到诱导,后期逐渐减弱;胃蛋白酶活性基本处于诱
导状态,且呈升高—降低—再升高—再降低的变化规
律。 这与赖廷和[10]报道在 Cd2+的胁迫下,红树蚬的淀
粉酶基本表现为抑制作用;脂肪酶前期呈显著诱导,随
着胁迫时间延长酶活性下降;蛋白酶的影响规律性不明
显的研究结果不完全一致。 其实,赖廷和实验的重金属
Cd2+浓度设定范围为 0. 125—4. 00 mg / L,其最低浓度
(0郾 125 mg / L)比本实验的最高浓度(0.05 mg / L)还高,二者的 Cd2+浓度范围不在同一个区间,所以二者的结
果也无可比性,但可以认为,本实验是赖廷和试验较低浓度范围的延伸,是在较低浓度条件下 Cd2+对底栖贝
类消化酶的影响研究的补充。 至于为何赖廷和的实验 Cd2+对蛋白酶的影响效应规律性不明显,笔者认为,这
可能是由于赖廷和实验设置的 Cd2+浓度过高,对生物体的消化酶分泌系统的基本活动已经造成损害,甚至影
5967摇 24期 摇 摇 摇 陈肖肖摇 等:重金属 Cd2+和 Cu2+胁迫下泥蚶消化酶活性的变化 摇
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响正常生理功能。
表 4摇 重金属胁迫下泥蚶胃蛋白酶活性的双因素方差分析结果
Table 4摇 The Two鄄way ANOVA result of pepsin activity of Tegillarca granosa exposed to heavy metal
组别 Group
浓度 Concentration
df F P
时间 Time
df F P
浓度伊时间 Concentration伊Time
df F P
Cd2+ 4 32.458 <0.001*** 5 61.465 <0.001*** 20 6.802 <0.001***
Cu2+ 4 7.471 <0.001*** 5 13.599 <0.001*** 20 1.637 0.073
Cd2++Cu2+ 4 11.424 <0.001*** 5 28.359 <0.001*** 20 3.602 <0.001***
摇 摇 df: 自由度;*显著性概率: * P<0.05,**P<0.01,***P<0.001
吴众望[8]做过重金属 Cu2+(浓度为 0.128、1.28、12.8、128、1280 mg / L)对缢蛏消化酶的胁迫实验,发现浓
度为 0.128、1.28 mg / L 的 Cu2+对缢蛏的淀粉酶活性有显著的促进作用,其余浓度(12.8、128、1280mg / L)的
Cu2+对缢蛏的淀粉酶活性的影响不显著;对缢蛏蛋白酶活性影响也不显著。 估计这种结果也是实验设计的重
金属浓度太高,超出了实验生物消化酶系统能够正常承受的胁迫范围。
与 ZHEN[11]等发现,消化酶活性与重金属之间存在明显的剂量效应不同,本实验前期的剂量效应规律性
不明显,直到后期,特别是第 30天测得的酶活值与重金属浓度表现出负相关性。 究其原因,刚开始实验时,由
于金属硫蛋白[12]等解毒系统的存在,致使泥蚶 3种消化酶活性有不同程度的诱导或修复作用,表现出某些实
验组别(如 Cd2+胁迫下的淀粉酶)剂量效应不明显;随时间的延长和泥蚶体内重金属的大量富集,重金属对酶
活的影响,呈明显的剂量效应。 可见,泥蚶 3种消化酶活性变化可以灵敏反映重金属对泥蚶生理的胁迫程度,
还可作为重金属生态风险的评价指标。
3.2摇 组合金属离子对底栖贝类消化酶的毒性
比较相同浓度下单一的 Cd2+或 Cu2+对泥蚶 3种消化酶活性影响,发现实验结束时(第 30 天),泥蚶淀粉
酶、脂肪酶和胃蛋白酶活性值 Cu2+组均明显低于 Cd2+组,说明对于泥蚶体内这 3种消化酶活性而言,Cu2+对酶
活的影响更显著,毒性强于 Cd2+,这与其他贝类急性毒性实验中[13鄄14]得到的 Cu2+的毒性要大于 Cd2+的结果相
一致。 比较组合 Cd2++Cu2+与单一 Cd2+或 Cu2+,在组合 Cd2++Cu2+的胁迫下,实验第 30天泥蚶的脂肪酶和胃蛋
白酶活性均明显低于任一单独重金属的胁迫,说明 Cd2+和 Cu2+对该 2种泥蚶酶活性具有协同毒性作用。 但对
淀粉酶来说,2种重金属的协同毒性作用对其活性的影响就没有那么明显,淀粉酶活性值介于单一的 Cd2+和
Cu2+作用下的活性值之间,相对毒性也介于两者之间。
3.3摇 重金属离子胁迫对生物消化酶影响机理的探讨
当重金属 Cd2+或 Cu2+进入泥蚶体内时,将引起泥蚶机体一系列的生理防御反应,少量重金属离子可能通
过操纵基因作用诱导消化酶蛋白合成[15],或者作为酶结构的辅基增强酶活性中心与底物间的配位结合,维持
酶分子及其活性中心的特定结构,通过改变酶蛋白的表面电荷和酶催化反应的平衡[16]从而提高消化酶的活
性,如实验前期低浓度组的 Cd2+、Cu2+和 Cd2++Cu2+对泥蚶淀粉酶和脂肪酶活性的诱导,增强泥蚶的消化吸收
利用能力用于补偿因应对不良环境所需的能量消耗,满足其代谢的能量需求[17]。
本实验结果表明,在高浓度 0.025、0.05 mg / L Cd2+组、各浓度 Cu2+组和 Cd2++Cu2+组合的胁迫下,泥蚶淀粉
酶活性在实验后期均受到抑制,而在单一和组合重金属的胁迫下,随时间延长对泥蚶脂肪酶活性的诱导效应
不断减弱,逐渐转变为抑制作用,并且浓度越高,转变的时间越早,酶活受到的抑制作用越强。 同样,胃蛋白酶
活性在实验后期基本上也呈抑制状态。 总之,泥蚶长时间在重金属胁迫下,3 种消化酶活性都会受到不同程
度的抑制,泥蚶通过这种方式减少进食量,降低新陈代谢速率[18]以减轻重金属对机体的损伤程度。 Cu2+作为
生物体的一种必需微量元素,与 Cd2+不同,只有在生物体内累积过多时才会产生致毒效应。 一般认为致毒反
应与生物体内金属硫蛋白(Metallothionein, 简称 MT)的合成有关,金属硫蛋白可以螯合和贮存多余的铜,或
与 Cu2+形成结合物来维持细胞内 Cu2+的浓度,以减轻其毒性。 但是当泥蚶体内累积的 Cu2+浓度过高时,MT
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结合 Cu2+能力将达到饱和,而溢出的 Cu2+作用到其他生物大分子,如酶上,即引起酶活性的降低。 对于 Cd2+
来说,一种方式是通过取代酶蛋白中其他金属离子而导致酶活性的失去,已有研究表明淀粉酶是 Ca2+的依赖
性酶,低浓度 Cd2+对酶活性有激活作用,而高浓度 Cd2+可能通过占据 Ca2+的结合位点,且与结合位点外的氨
基酸残基结合使酶的构象改变,从而抑制酶的活性[19]。 Cd2+还可以取代机体中含锌酶中的锌,与锌指蛋白结
合,使其失去功能[20]。 此外,还可结合酶分子中的咪唑基、巯基、羟基、氨基、肽基等功能基团从而达到抑制酶
活的效果[21]。
重金属离子 Cd2+和 Cu2+可能通过上述机制来影响消化酶的活性,但每种消化酶的作用机制也不完全相
同。 环境化学物的联合毒性作用类型主要有相加、协同、增强、拮抗和独立作用等类型,且目前未见 Cd2+和
Cu2+联合作用机理的研究报道,混合重金属之间又相互联系、相互影响的情况比较复杂,具体机制仍需进一步
的探讨。
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园员怨苑 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿猿卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
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本期责任副主编摇 丁摇 平摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿猿卷摇 第 圆源期摇 渊圆园员猿年 员圆月冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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电话院渊园员园冤远圆怨源员园怨怨憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶
主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
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