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苯并[a]芘在厚壳贻贝体内的富集及代谢特征
李 磊1,曾梦妮2,王翠华1,马丽艳1,张 璇1,黄冬梅1,蒋 玫1
(,上海 200090;
(上海)有限公司,上海 201203)
摘 要:通过实验室生态毒理实验,研究了厚壳贻贝(Mytiluscoruscus)暴露在不同浓度(、、·
L-1)苯并[a]芘(benzo[a]pyrene,BaP)水溶液中,其内脏团、外套膜、闭壳肌对BaP的富集和释放规律,以及3
个组织中代谢物质3羟基苯并[a]芘(3hydroxybenzo[a]pyrene,3OHBaP)与BaP之间时间与剂量的效应关
系。结果显示,厚壳贻贝3个组织对BaP的富集含量、吸收速率和释放速率均表现为:内脏团>外套膜>闭壳
肌。厚壳贻贝3个组织中代谢产物3OHBaP随BaP暴露时间的增加而增加,也随着各组织内BaP富集含量
的增加而增加,即厚壳贻贝内脏团、外套膜和闭壳肌中3OHBaP和BaP均显著的呈现时间与其剂量效应的
正相关关系。研究结果初步阐明BaP代谢物3OHBaP在厚壳贻贝各组织中的代谢规律,可为研究BaP在贝
类体内代谢转化机制提供重要的参考数据。
关键词:苯并[a]芘;厚壳贻贝;3羟基苯并[a]芘
中图分类号:S968 文献标志码:A
苯并[a]芘(benzo[a]pyrene,BaP)是多环芳环境污染的良好指示生物[7-8]。有学者先后研究
烃(polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs)中高了水体中多环芳烃在贝类体内的吸收速率常数
致癌物质的典型代表。多环芳烃可通过降雨、地和释放速率常数[9]、累积和净化动力学参数
下河流等方式最终流入海洋[1]。我国多处海域[10]等富集动力特征,针对消化盲囊、鳃、闭壳肌等
受到PAHs污染,对青岛沿岸、象山港、海南洋浦不同组织在贝类体内的蓄积规律进行了分析
湾等区域的海水检测显示,水体中BaP浓度为[11-12]。厚壳贻贝(Mytiluscoruscus)作为双壳贝
~·L-1[3-4]。水环境中的BaP主要类,在中国各海域均有分布。因此,研究厚壳贻
以溶解态、吸附于悬浮物中、与沉积物结合等形贝对PAHs的蓄积规律对评价我国沿海水体的
式存在,因其具有较高亲脂性、疏水性和低生物PAHs污染状况具有重要意义。
降解性,可通过摄食作用、鳃呼吸作用以及表皮本研究通过对厚壳贻贝在不同浓度BaP溶
接触渗透等方式进入水生生物体并累积[5]。BaP液中的富集和释放实验,获得内脏团、外套膜和
进入生物体后,机体会产生解毒反应,BaP经组织闭壳肌对BaP的富集及释放规律,分析BaP代谢
细胞中的混合功能氧化酶激活转化为3羟基苯产物3OHBaP在3个组织中的时间与剂量效应
并[a]芘(3hydroxybenzo(a)pyrene,3OHBaP)等关系,初步阐明了BaP在厚壳贻贝各组织的代谢
羟基化合物、醌类或环氧化物[6]。规律,以期为BaP在贝类体内的转化机制研究提
海洋中双壳贝类因滤食性摄食方式,易在体供参考数据。
内富集多环芳烃等环境污染物,常作为监测海洋
收稿日期:2021-05-20
基金项目:国家重点研发计划项目(2017YFC1600705);中央公益科研机构基础研究基金();财政部
和农业农村部:国家现代农业产业技术体系
作者简介:李 磊(1983—),男,副研究员,主要从事海洋生态环境保护研究。Email:******@
通信作者:蒋 玫,研究员。Email:******@
720海 洋 渔 业2021年
mm,5μm);BaP流动相:甲醇水(90∶10),激发
1 材料与方法
波长265nm,发射波长450nm;3OHBaP流动相
实验材料∶甲醇水(87∶13),激发波长365nm,发射波长
实验用海水为海水晶配制的人工海水,盐度450nm;·min-1;进样量15μL;柱温
为26,水温控制在(23±2)℃。厚壳贻贝取自浙25℃。
江省枸杞岛养殖海域,平均壳长为(±) 标准曲线
cm,壳宽为(±)cm,体质量为(±用乙***分别稀释BaP和3OHBaP标准溶
)g。实验前将厚壳贻贝暂养7d,期间连续液,、、、、、、
曝气,并投喂螺旋藻粉。·mL-1的BaP标准系列溶液,浓度为
验,实验容器为20L的玻璃缸体,、、、、、·mL-1的3OH
L。BaP标准品和3OHBaP标准品均购自美国BaP标准系列溶液,。BaP
Sigma公司。***、甲醇和乙***~·mL-1范围内,线性回归方程为
司生产的色谱纯。y=+,相关系数R=;3
BaP的富集和释放OHBaP在1~50ng·mL-1范围内,线性回归方
富集和释放实验程为y=+,相关系数R=
%(***。以信噪比S/N=3求得BaP和3OH
体积比率)***作为BaP助溶剂的可行性,·kg-·
%丙kg-1。
*** 数据统计分析
行统计学检验。结果表明,
(P>),%***作为BaP的助溶剂理,显著性差异检验采用单因素方差分析
是可行的。(ANOVA)和双变量相关性检测法,相关性分析
实验分为富集和释放两个阶段,分别进行10采用Dunnet多重比较和皮尔逊(Pearson)方法。
d和5d。、、
-12 结果与分析
μg·L3个浓度组,以人工海水(其中加入的丙
***%) 3种组织对BaP的富集与释放规律
组,每个试验组设置3个平行,每个实验容器各各试验组的厚壳贻贝内脏团对BaP的富集
放入16只厚壳贻贝。实验期间每天换水1次,换和释放情况如图1所示。在富集阶段,内脏团中
水率100%,每天定时投喂螺旋藻粉。分别于实BaP富集含量均随时间的增加而增加,
验的1、3、6、10、12、15d从每个实验容器中各随μg·L-1浓度组间无显著性差异(P>),但显
机抽取2只贝类,分离其内脏团、外套膜、·L-1浓度组和对照组(P<)。
3种组织于-80℃保存,待测分析每种组织内的在清水释放阶段(11~15d),3个浓度组内脏团
BaP和3OHBaP的残留量。BaP含量随时间的延长逐渐下降。释放前期阶段
组织样品前处理(12d),3个浓度组间无显著性差异(P>);
每种厚壳贻贝组织样品分别称取1g于10释放后期阶段(15d),高浓度组(3μg·L-1)内
mL的匀浆器中,·L-1和
液。取上述匀浆液100μL,加入200μL乙***,·L-1低浓度组(P<)。
旋混合10min,10000r·min-1离心10min,取上各试验组的厚壳贻贝外套膜对BaP的富集
清液供高效液相色谱分析。同时开展BaP和3和释放情况如图2所示。外套膜中BaP富集含
OHBaP的加标回收实验,以满足检测质控要求,量在富集阶段均随时间的增加而增加;3个浓度
回收率为90%~110%。组间有显著性差异(P<),且与对照组差异
色谱条件显著(P<)。在清水释放阶段(11~15d),
色谱柱:CenturySILC18BDS(150mm×
第6期李 磊等:苯并[a]芘在厚壳贻贝体内的富集及代谢特征721
降。释放前期阶段(12d),3个浓度组外套膜>),·L-1浓度组和对照
BaP含量有显著性差异(P<);释放后期阶组(P<)。在清水释放阶段(11~15d),闭
段(15d),2个高浓度组(·L-。释
μg·L-1)与低浓度组(·L-1)差异显著放前期阶段(12d),2个高浓度组闭壳肌中BaP
(P<)。·L-1浓度组;释放后期阶段
各试验组的厚壳贻贝闭壳肌对BaP的富集(15d),3个浓度组间无显著差异(P>)。
和释放情况如图3所示。在富集阶段,闭壳肌中从图1~图3可知,厚壳贻贝各组织对BaP
BaP富集含量均随时间的增加而增加;>外套膜>闭壳
μg·L-·L-1浓度组间差异不显著(P肌。
图1 厚壳贻贝内脏团对BaP的富集和释放情况

注:相同字母表示浓度组间差异不显著(P>),不同字母表示浓度组间差异显著(P<)
Note:Thesameletterindicatesthatthedifferencebetweenconcentrationgroupsisnotsignificant(P>),differentlettersindicatethat
thedifferencebetweenconcentrationgroupsissignificant(P<)
图2 厚壳贻贝外套膜对BaP的富集和释放情况

注:相同字母表示浓度组间差异不显著(P>),不同字母表示浓度组间差异显著(P<)
Note:Thesameletterindicatesthatthedifferencebetweentheconcentrationgroupsisnotsignificant(P>),differentlettersindicate
thatthedifferencebetweenconcentrationgroupsissignificant(P<)
722海 洋 渔 业2021年
厚壳贻贝3种组织对BaP的吸收速率与释内脏团中3OHBaP含量各浓度组间差异不显
放速率如表1所示。从表1可知,富集阶段(1~著,富集后期(10d)·L-1内脏
10d)和清水释放阶段(11~15d),厚壳贻贝3种团中3·L-
组织对BaP的吸收速度和释放速率基本都随BaPμg·L-1浓度组(P<),除第1天外,厚壳贻
暴露浓度增加而增加。从表1可见,各组织对贝内脏团中3OHBaP含量各浓度组与对照组均
BaP的吸收速率和释放速率大小表现为内脏团>有显著差异(P<)。厚壳贻贝外套膜中3
外套膜>闭壳肌。OHBaP含量在整个富集阶段,
3种组织中代谢物3OHBaP含量与BaP的·L-·L-·
时间效应关系L-1浓度组(P<),且与对照组有显著差异
在BaP暴露下,厚壳贻贝内脏团、外套膜、闭(P<)。第1天,厚壳贻贝闭壳肌中3OH
壳肌中3OHBaP含量随暴露时间的变化如图4BaP含量浓度组间差异不显著(P<),第3、
~图6所示。6、10天,各浓度组差异显著(P<)。
在富集阶段,富集前期(1~6d),厚壳贻贝
图3 厚壳贻贝闭壳肌对BaP的富集和释放情况

注:相同字母表示浓度组间差异不显著(P>),不同字母表示浓度组间差异显著(P<)
Note:Thesameletterindicatesthatthedifferencebetweenconcentrationgroupsisnotsignificant(P>),differentlettersindicatethat
thedifferencebetweenconcentrationgroupsissignificant(P<)
表1 厚壳贻贝3个组织对BaP的吸收速率和释放速率

吸收速率/[μg·(kg·d)-1]Enrichmentrate释放速率/[μg·(kg·d)-1]Releaserate
BaP暴露浓度内脏团外套膜闭壳肌内脏团外套膜闭壳肌
BaPcontentVisceralOuterClosedshellVisceralOuterClosedshell
massmembranemusclemassmembranemuscle
·L-±±±±±±
·L-±±±±±±
·L-±±±±±±
注:a和b字母不同表示不同组织间有显著差异(P<),相同字母c表示不同浓度间有显著差异(P<)
Note:Differentlettersaandbindicatethatthedifferencebetweentissuegroupsissignificant(P<),cindicatesthatthedifferencebetween
concentrationgroupsissignificant(P<)
第6期李 磊等:苯并[a]芘在厚壳贻贝体内的富集及代谢特征723
在清水释放阶段,厚壳贻贝内脏团、外套膜、BaP含量的释放率变化规律表现为内脏团
闭壳肌中3OHBaP含量均随释放时间的增加而(%~%)>外套膜(%~%)
减少,各组织中3OHBaP含量仍随BaP暴露浓>闭壳肌(%~%)。
度增加而增加。厚壳贻贝各组织中代谢物3OH
图4 厚壳贻贝内脏团中3OHBaP与BaP的时间效应关系
Timeeffectrelationshipbetween3
注:相同字母表示浓度组间差异不显著(P>),不同字母表示浓度组间差异显著(P<)
Note:Thesameletterindicatesthatthedifferencebetweenconcentrationgroupsisnotsignificant(P>),differentlettersindicatethat
thedifferencebetweenconcentrationgroupsissignificant(P<)
图5 厚壳贻贝外套膜中3OHBaP与BaP的时间效应关系
Timeeffectrelationshipbetween3
注:相同字母表示浓度组间差异不显著(P>),不同字母表示浓度组间差异显著(P<)
Note:Thesameletterindicatesthatthedifferencebetweenconcentrationgroupsisnotsignificant(P>),differentlettersindicatethat
thedifferencebetweenconcentrationgroupsissignificant(P<)
724海 洋 渔 业2021年
3种组织3OHBaP含量与BaP累积量的剂增加。各浓度组内脏团中BaP实际累积量与3
~
在不同BaP暴露浓度下,厚壳贻贝内脏团、;外套膜中3OHBaP含量与BaP累积量的
外套膜、闭壳肌中BaP累积量与3~;闭壳肌中3
变化的相关关系如表2所示。厚壳贻贝在暴露OHBaP含量与BaP累积量的皮尔逊相关系数为
阶段末期(10d),内脏团、外套膜、~,均表现为显著的正相关。
物3OHBaP含量随着BaP实际累计量的增加而
图6 厚壳贻贝闭壳肌中3OHBaP与BaP的时间效应关系
Timeeffectrelationshipbetween3
注:相同字母表示浓度组间差异不显著(P>),不同字母表示浓度组间差异显著(P<)
Note:Thesameletterindicatesthatthedifferencebetweenconcentrationgroupsisnotsignificant(P>),differentlettersindicatethat
thedifferencebetweenconcentrationgroupsissignificant(P<)
表2 富集阶段末期3个组织中3OHBaP与BaP含量变化的相关关系
Correlationbetween3
exposedtoBaPattheendofenrichmentperiod
组织BaP浓度/(μg·L-1)相关关系方程皮尔逊相关系数
TissueBaPcontentCorrelationequationPearsoncorrelationcoefficient
=+
内脏团
=+
Visceralmass
=+
=+
外套膜
=+
Outermembrane
=+
=-
闭壳肌
=-
Closedshellmuscle
=-
第6期李 磊等:苯并[a]芘在厚壳贻贝体内的富集及代谢特征725
BaP胁迫下代谢产物3OHBaP作为生物
3 讨论
标志物
BaP胁迫下的3种组织BaP累积量的时间目前,3OHBaP在环境监测中常作为生物暴
效应关系露于BaP的生物标志物[23]。本研究显示,厚壳贻
本研究结果表明,在富集阶段,厚壳贻贝暴贝3个组织中BaP实际累积量与3OHBaP含量
露在不同浓度BaP溶液中,其内脏团、外套膜、闭变化均呈明显的正相关性。由于不同浓度的BaP
壳肌中BaP富集含量均表现为剂量效应和时间在进入生物体后,各组织呈现出一种防御解毒反
效应的正相关关系。因为BaP自身具有较高的应,激活了细胞内混合功能氧化酶,将BaP转化
辛醇水分配系数(Kow)和较高的疏水性,***助为羟基代谢物,BaP浓度越高,生物的这种应激反
溶后可提高其生物利用性,增加了厚壳贻贝对应就越强烈[24]。在外界BaP持续不断地胁迫下,
BaP的富集作用[9],在水溶液环境中易被生物体生物机体通过混合功能氧化酶激活转化为主要
吸收。SKARPH?INSD?TTIR等[13]研究了BaP羟基化合物3OHBaP产生解毒反应[25]。因而
对蓝贻贝DNA加合物形成的影响,发现贻贝体厚壳贻贝内脏团、外套膜、闭壳肌中3OHBaP含
内BaP浓度随着暴露时间的延长而增加,本研究量变化与BaP暴露时间呈显著时间效应关系(表
结果与其一致。水生生物可以产生有效的解毒2)。由此可见,厚壳贻贝暴露在BaP水溶液环境
机制来消除污染物,但这种机制是需要时间来逐中,代谢产物3OHBaP的含量变化可以较好地
步释放的,且并不能完全消除污染物[14]。在清水反映环境中BaP的污染水平,并表征厚壳贻贝被
释放阶段结束时,从图1~图3可明显看出,各组BaP污染后的应激效应,能够作为BaP的环境监
织中BaP仍有残留。测中贝类生物较灵敏的生物标志物。
BaP胁迫下3种组织BaP的累积量和3
OHBaP含量的变化特征参考文献:
本研究显示,3个组织对BaP的吸收速率大[1] HUL,SHIX,QIAOS,
小为内脏团>外套膜>闭壳肌,这种组织差异性inventoryofsedimentarypolycyclicaromatic
可能与不同组织的生化组成和生理特性有关。hydrocarbonsinthegulfofThailand:Implications
forpathwaysandenergystructureinSEAsia[J].
PAHs具有很强的亲脂性,已有研究证明,组织内
ScienceoftheTotalEnvironment,2017(575):982
的脂质含量是生物对亲脂性多环芳烃累积的重
-995.
要和决定性因素[15],而脂肪含量高的组织更容易
[2] 李先国,邓 伟,周 晓,
[16]
富集多环芳烃。外套膜和闭壳肌的脂肪含量水中PAHs的分布特征及物源初步解析[J].环
[17]
%,内脏团中的消化盲囊脂肪含量最高境科学,2012,33(3):741-745.
[18]
%,导致了内脏团相对较高的BaP富LIXG,DENGW,ZHOUX,
集能力。PAHsinsurfaceseawaterofQingdaocoastareaand
在清水释放阶段(11~15d),3个组织中theirpreliminaryapportionment[J].Environmental
BaP含量在释放阶段前期迅速降低,3个组织对Science,2012,33(3):741-745.
BaP释放率大小表现为内脏团>外套膜>闭壳[3] 黎 平,刁晓平,赵春风,
中多环芳烃的分布特征及来源分析[J].环境科
肌。生物体内各组织对BaP的释放主要受控于
学与技术,2015,38(1):127-133.
新陈代谢活动、扩散作用以及排泄作用[19],内脏
LIP,DIAOXP,ZHAOCF,
团中含有各种代谢酶,能够将BaP转化为代谢物
andsourcesofpolycyclicaromatichydrocarbons
或直接排出以降低其含量,从而维持机体较低的(PAHs)surfaceseawaterfromcoastalareasofthe
[20]
污染浓度,外套膜中BaP的排出主要通过血细YangpuBay[J].EnvironmentalScience&
胞的渗出进行,相对于内脏团多种酶的作用来说Technology,2015,38(1):127-133.
要弱得多[21];而闭壳肌基本由肌球蛋白和肌动蛋[4] 杨梦蓉,代小蓉,肖
白组成,无代谢、消化等功能[22]。多环芳烃分布特征和来源研究[J].海洋环境科
学,2020,39(4):606-613.
726海 洋 渔 业2021年
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