飲用水源地底棲生物抗氧化預(yù)警系統(tǒng)

姚玲霞+王為木+劉慧+等

摘要：通過(guò)調(diào)查南京市飲用水源地中山水庫(kù)及入庫(kù)河道水質(zhì)指標(biāo)的變化，分析底棲生物螺螄（Bellamya aeruginosa）的抗氧化酶活性和丙二醛含量差異，探討螺螄抗氧化系統(tǒng)與水質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：中山水庫(kù)及周邊入庫(kù)河道不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的抗氧化酶活性、丙二醛含量變化具有差異性；抗氧化系統(tǒng)與水質(zhì)指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性，其中SOD活性與CODMn呈顯著正相關(guān)（P<0.05），丙二醛含量與總磷濃度呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）?？梢哉J(rèn)為總磷及有機(jī)污染是造成抗氧化酶活性和丙二醛含量變化的原因之一；底棲生物的抗氧化系統(tǒng)可以作為生物標(biāo)志物，指示飲用水源地的水質(zhì)變化。

關(guān)鍵詞：螺螄；生物標(biāo)志物；水質(zhì)指標(biāo)；水質(zhì)評(píng)價(jià)；相關(guān)性

中圖分類號(hào)： X832文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2014）06-0317-03

收稿日期：2013-09-30

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：51109060）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（編號(hào)：2009B09114）。

作者簡(jiǎn)介：姚玲霞（1986—），女，甘肅天水人，碩士研究生，研究方向?yàn)橥寥拉h(huán)境保護(hù)。E-mail：ylx517659095@163.com。水生底棲生物是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它們長(zhǎng)期生活在水體或沉積物中，對(duì)水環(huán)境中發(fā)生的物理、化學(xué)和生物類變化反應(yīng)靈敏[1]。理化分析是監(jiān)測(cè)污染的一個(gè)重要手段，但單一利用理化分析手段難以反映污染物對(duì)生物體和生態(tài)系統(tǒng)影響的綜合效應(yīng)，也無(wú)法說(shuō)明環(huán)境中生物的受危害程度。生物標(biāo)志物是生物體受到嚴(yán)重?fù)p害之前，在不同水平（分子、細(xì)胞、個(gè)體等）上因受環(huán)境污染物影響而異?；男盘?hào)指標(biāo)[2]，因此生物標(biāo)志物能有效反映生物體對(duì)污染物的可利用性及生理上的綜合反應(yīng)，彌補(bǔ)環(huán)境化學(xué)分析及傳統(tǒng)毒理學(xué)試驗(yàn)的不足[3]，此外生物標(biāo)志物能綜合反映環(huán)境的質(zhì)量狀況，從而判斷水體中污染物的潛在影響和實(shí)際毒性[4]。

本研究選用南京市飲用水源地中山水庫(kù)及其周邊常見(jiàn)的生物螺螄（Bellamya aeruginosa）作為試驗(yàn)材料，通過(guò)設(shè)置河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及取樣分析，結(jié)合水質(zhì)單因子評(píng)價(jià)法[5]和生物監(jiān)測(cè)技術(shù)，分析了螺螄內(nèi)臟抗氧化酶活性與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性。

1材料與方法

1.1樣品采集

2012年5月于中山水庫(kù)采集螺螄，作為對(duì)照；在其入庫(kù)河道采集大小均勻的健康螺螄個(gè)體作為試驗(yàn)組，螺殼長(zhǎng)為（21.48±2.57） mm，體質(zhì)量為（2.15±0.50） g，以螺螄內(nèi)臟作為酶液提取的材料，測(cè)定其抗氧化系統(tǒng)的含量及活性。

1.2蛋白質(zhì)含量及抗氧化系統(tǒng)的測(cè)定

1.2.1蛋白含量測(cè)定采用 Bradford的方法[6]，以牛血清蛋白（BSA）作為標(biāo)準(zhǔn)蛋白?？捡R斯亮藍(lán) G-250 在游離狀態(tài)下呈紅色，當(dāng)它與蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)變成青色，蛋白質(zhì)與色素的結(jié)合物在595 nm下的吸光度與蛋白含量成正比。

1.2.2超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定采用改進(jìn)后的鄰苯三酚自氧化法[7]。酶活性單位的定義為：1 mL反應(yīng)液中，1 min 抑制鄰苯三酚自氧化速率達(dá)50%的酶量。

1.2.3丙二醛（MDA）的測(cè)定采用TBA比色法。以1 mg蛋白中所含TBARS的量（nmol）表示，克分子消光系數(shù)ε=156×105 m-1·cm-1[8]。

1.2.4過(guò)氧化氫（CAT）活性測(cè)定采用徐鏡波等的方法[9]，在室溫（21.0±2） ℃的條件下，用紫外分光光度計(jì)測(cè)吸光度值。

1.3水樣采集和水質(zhì)測(cè)定

水樣采集按照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》中的有關(guān)要求進(jìn)行采集[10]，總氮（TN）、銨態(tài)氮、總磷（TP）的濃度及高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）均在河海大學(xué)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用 Excel 和 SPSS 13.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.5水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

采用《水資源保護(hù)規(guī)劃技術(shù)大綱》中推薦的單因子評(píng)價(jià)法。現(xiàn)行國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中已確定悲觀評(píng)價(jià)原則，即以水質(zhì)最差的單項(xiàng)指標(biāo)所屬類別來(lái)確定水體綜合水質(zhì)類別[11]。方法是用水體中感觀性、毒物和生物學(xué)等單因子的監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)照各自評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，確定各項(xiàng)目的水質(zhì)類別，在所有項(xiàng)目的水質(zhì)類別中，選取水質(zhì)最差的類別作為水體水質(zhì)類別，評(píng)價(jià)結(jié)果以“類”表示。

2結(jié)果與分析

2.1螺螄內(nèi)臟SOD活性的變化

，與1號(hào)中山水庫(kù)點(diǎn)相比：除了4、5、8、9號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，其余各點(diǎn)螺螄內(nèi)臟中的SOD活性均顯著升高，其中2、3、10、11號(hào)的SOD活性升高幅度較大，11號(hào)點(diǎn)的SOD活性更是達(dá)到最大值（50.54±0.26） U/mg，為對(duì)照點(diǎn)的7.91倍。4、5號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與對(duì)照相比無(wú)顯著差異。

2.2螺螄內(nèi)臟MDA含量的變化

5、6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)螺螄內(nèi)臟MDA含量與對(duì)照相比無(wú)顯著差異。其余各點(diǎn)與對(duì)照相比均達(dá)到顯著差異，其中9號(hào)采樣點(diǎn)的MDA含量最大，為對(duì)照的12.84倍；2號(hào)與11號(hào)、3號(hào)與4號(hào)、7號(hào)與10號(hào)等多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的MDA含量均無(wú)顯著差異。

2.3螺螄內(nèi)臟中CAT活性的變化

2.4水質(zhì)類別評(píng)價(jià)

根據(jù)單因子評(píng)價(jià)方法，各水質(zhì)指標(biāo)含量均取全年取樣測(cè)定的均值，詳見(jiàn)表1。對(duì)比GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，選取各指標(biāo)的最差類別作為水體水質(zhì)類別。

按總磷含量進(jìn)行評(píng)價(jià)，4～8號(hào)、10號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)為Ⅲ類；按高錳酸鉀指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，4號(hào)、6～9號(hào)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的破壩河、陳塘河、劉家邊河的水質(zhì)評(píng)價(jià)為Ⅴ類；其余各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)均不理想，按指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)均為劣Ⅴ類。表1水質(zhì)各指標(biāo)的全年測(cè)定結(jié)果

指標(biāo)采樣點(diǎn)含量（mg/L）1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)5號(hào) 6號(hào)7號(hào)8號(hào)9號(hào) 10號(hào)11號(hào)銨態(tài)氮濃度5.3212.89.203.941.503.183.831.611.171.282.34總氮濃度7.248.352.863.0310.52.682.434.382.192.763.61總磷濃度0.481.190.890.140.140.080.140.123.580.152.09CODMn31.331.425.910.116.812.313.214.611.819.627.2

2.5抗氧化酶活性、MDA含量與水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

SOD活性與銨態(tài)氮、總磷濃度呈正相關(guān)，與總氮濃度呈負(fù)相關(guān)，與CODMn呈顯著正相關(guān)（P<0.05）；MDA含量與銨態(tài)氮、總氮濃度呈負(fù)相關(guān)，與總磷濃度呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與CODMn呈負(fù)相關(guān)；CAT活性與銨態(tài)氮、總磷濃度、CODMn呈正相關(guān)，與總氮濃度呈負(fù)相關(guān)。

3結(jié)論與討論

3.1抗氧化酶活性和MDA含量變化的分析

當(dāng)螺螄內(nèi)臟受到外源性物質(zhì)脅迫時(shí)，其活性會(huì)出現(xiàn)不同

表2SOD、MDA、CAT與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性

類別相關(guān)系數(shù)銨態(tài)氮濃度總氮濃度總磷濃度CODMnSOD活性0.304 -0.085 0.2410.610*MDA含量-0.228 -0.315 0.867**-0.215 CAT活性0.340 -0.184 0.0990.467 注：*、**分別表示顯著相關(guān)（P<0.05）、極顯著相關(guān)（P<001）。

程度的改變。當(dāng)魚(yú)類暴露于被污染環(huán)境時(shí)，污染物會(huì)參與動(dòng)物體內(nèi)的氧化還原循環(huán)并產(chǎn)生大量的活性氧，致使魚(yú)體內(nèi)的SOD 活性和MDA含量發(fā)生規(guī)律性的變化[12]，因此可以通過(guò)抗氧化酶和脂質(zhì)過(guò)氧化水平的相對(duì)變化來(lái)判定環(huán)境污染對(duì)生物的脅迫程度[13]。從本試驗(yàn)結(jié)果可以看出，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的抗氧化酶活性和MDA含量變化具有差異性，2、3、11號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均呈現(xiàn)出較高的酶活性，可能由于農(nóng)藥等污染造成的，這與水域周邊有排水溝相關(guān)，表明有機(jī)污染是造成抗氧化酶活性和脂質(zhì)過(guò)氧化水平變化的原因之一。

3.2銨態(tài)氮、總氮對(duì)抗氧化酶活性和MDA含量的影響

銨態(tài)氮是水體中普遍存在的有害物質(zhì)。一些學(xué)者認(rèn)為，任何可測(cè)定出的銨態(tài)氮濃度對(duì)魚(yú)類生存都會(huì)產(chǎn)生有害影響[14]。有關(guān)銨態(tài)氮對(duì)水生生物抗氧化酶的影響研究發(fā)現(xiàn)，銨態(tài)氮能引起水生生物體內(nèi)活性氧含量的改變[15]，從而影響抗氧化酶活性和MDA含量，使它們發(fā)生相應(yīng)的升高或降低的變化[16-17]。本研究的相關(guān)性分析結(jié)果顯示：銨態(tài)氮與抗氧化酶活性具有正相關(guān)性，與MDA含量呈負(fù)相關(guān)，總氮與抗氧化酶活性和MDA含量均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明銨態(tài)氮脅迫氧化酶系統(tǒng)，使胞內(nèi)外活性氧大量積累進(jìn)而造成氧化損傷。因此銨態(tài)氮可以作為抗氧化酶活性的指示指標(biāo)。

3.3總磷、CODMn對(duì)抗氧化酶活性和MDA含量的影響

監(jiān)測(cè)點(diǎn)中的總磷與抗氧化酶活性呈正相關(guān)，而與MDA含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），因此在本試驗(yàn)中總磷是引起抗氧化酶和脂質(zhì)過(guò)氧化變化的主要污染物。而水體中的CODMn反映了水體中有機(jī)物含量的高低。本試驗(yàn)的相關(guān)性分析顯示：CODMn與抗氧化酶活性呈正相關(guān)，尤其與SOD活性呈顯著正相關(guān)（P<0.05），而與MDA含量呈負(fù)相關(guān)。綜上所述，抗氧化酶的活性能夠指示水質(zhì)因子變化，螺螄生物標(biāo)志物可以指示飲用水源地水質(zhì)狀況，可為水源地的管理提供理論依據(jù)。

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