海湾扇贝中镉的微区分布特征与镉特异性富集机制探讨

摘要

扇贝具有特异性富集镉(Cd)的特性，为扇贝养殖及其食用安全带来严重不良影响。为了探究扇贝对Cd的特异性富集特性及其机制，本论文以海湾扇贝(Argopecten irradias)为研究对象，研完了扇贝不同组织中Cd的富集代谢规律，亚细胞水平的分布、变化规律和细胞超微结构中的分布差异，分析讨论了共存二价金属离子锌对海湾扇贝中Cd富集及其微区分布的影响，并且从扇贝内脏团中筛选出2株具有较强Cd富集能力的细菌，并探讨了其与扇贝特异性Cd富集的相关性。主要研究结果如下: 1、比较研究了不同Cd浓度暴露下，海湾扇贝内脏、鳃、性腺和肌肉组织中Cd的富集和释放规律，以及亚细胞水平Cd分布和变化情况。结果显示:在富集和释放实验中，海湾扇贝各组织Cd累积量呈先升高后降低的趋势，且Cd在亚细胞水平进行了重新分配。不同组织的Cd分布有所差异，内脏、鳃和肌肉组织中的Cd主要分布在类金属硫蛋白(MTLP)和细胞碎片(CD)组分，在性腺中Cd主要是在MTLP和细胞器(ORG)组分，而所有组织中热敏感蛋白(HSP)和富含金属颗粒(MRG)组分Cd含量较低。扇贝内脏、鳃、性腺和肌肉组织中MTLP组分的Cd含量在实验期间同各组织Cd总量变化趋势一致，在富集阶段呈升高趋势，而在释放阶段呈下降趋势，表明MTLP在扇贝Cd累积代谢过程中占主孚地位。不同暴露浓度下，扇贝各组织Cd分布有所改变。在低浓度条件下，内脏中CD和MRG组分Cd含量在整个实验过程中显著增加，ORG和HSP组分Cd含量先升高后降低;而在高浓度暴露时，各组分Cd变化规律不明显。在性腺组织中，不同Cd暴露浓度改变了ORG和CD组分的Cd分布次序，低浓度时百分比分布ORG＞CD,而高浓度时CD＞ORG。性腺和肌肉组织中MRG组分Cd百分比分布在释放阶段明显升高。 2、应用电镜金属自显影技术观察Cd在扇贝内脏和鳃组织细胞中的超微定位分布。结果显示:空白对照组扇贝内脏和鳃中包裹着Cd的黑色银沉积颗粒(BSD)主要分布在细胞的异生性溶酶体和残体中，而在其他细胞器中未见BSD。经过5天Cd暴露后，内脏溶酶体中的BSD变的密集，颗粒显著增大，表明Cd暴露导致了Cd在细胞中的大量累积;鳃中BSD明显少于内脏，同样分布在各类溶酶体。本研究表明将Cd隔离到具有解毒作用的溶酶体中是扇贝能够耐受Cd的重要原因。 3、采用室内模拟混合暴露方式，研究了在Cd浓度一定的条件下，添加不同浓度的锌(Zn)对海湾扇贝整体、组织及亚细胞水平Cd累积和分布的影响。结果表明，Zn能显著抑制扇贝全贝对Cd的富集，并且这种抑制作用随暴露时间的延长和Zn浓度的升高而增强。在扇贝不同组织中Zn对Cd的富集均具有抑制作用，其中以鳃最为明显。在亚细胞水平，扇贝各组织累积的Cd主要分布在MTLP和CD组分。在内脏各亚细胞组分中，Zn对Cd的抑制作用显著，且Zn的加入使CD中的Cd百分比从32％下降到21％～27％，而MTLP中的Cd百分比从57％增加到59％～67％。鳃组织中Zn对Cd百分比的影响更加明显，CD中Cd百分比从36％下降到14％～17％，MTLP中Cd百分比从59％增加到76％～79％;而性腺中MTLP和ORG组分中Cd百分比受Zn浓度影响较为明显，随着Zn浓度的升高，MTLP中Cd百分比下降，而ORG中Cd百分比升高;肌肉组织中Cd含量及百分比分布在亚细胞水平没有明显规律。 4、从扇贝内脏团中分离、纯化了两株对Cd具有较强富集能力的细菌A和B，它们在固体培养基上能耐受的Cd浓度分别为80mg/L、100mg/L。经16SrDNA测序鉴定菌株A与Ruegeria sp.MA3亲源关系最近，菌株B与Nitratireductor sp.OM-1亲源关系最近。5种重金属离子的吸附实验表明两株菌均对Cd的吸附率最高。在50mg/L Cd浓度的液体培养基中，菌株A、B的Cd富集量分别为42.14mg/g、48.57mg/g，富集系数依次为842.8、971.4。电镜观察结果显示，经过Cd处理后两菌株数量有所减少，细胞中出现空泡，菌株A表面变得粗糙且出现凹陷，菌株B细胞外沉淀增多，表明胞外沉淀是其Cd吸附的一个重要机理。该部分的研究为探究扇贝的高Cd富集特性与富集Cd菌株的关系提供了初步的理论基础。 本论文首次从亚细胞，超微结构以及富集Cd菌株多个角度探讨了海湾扇贝特异性Cd富集分布特征及其耐Cd机理，为扇贝Cd富集特性的研究提供了新思路。

目录

声明

摘要

绪论

第一章文献综述

1．镉污染概况

1．1我国水环境镉污染现状

1．2贝类监测

1．3贝类质量安全评价

2．镉在双壳贝类中的研究进展

2．1镉的吸收、转运与存在形态

2．2双壳贝类中镉富集研究

2．3双壳贝类中镉排出净化研究

2．4双壳贝类对镉的耐毒机制研究

2．5镉与其他金属元素的相互作用

3本研究的研究目的及意义

第二章海湾扇贝不同组织镉微区分布特征及变化规律

1材料与方法

1．1实验贝来源及暂养

1．2主要试剂与仪器

1．3实验设计

1．4样品采集

1．5样品处理

1．6测定方法

1．7数据统计

2结果与分析

2．1不同Cd浓度暴露下，扇贝不同组织Cd富集及释放规律

2．2扇贝内脏各亚细胞组分Cd含量及所占百分比变化规律

2．3扇贝鳃组织中亚细胞组分Cd含量及所占百分比变化规律

2．4扇贝性腺各亚细胞组分Cd含量及所占百分比变化规律

2．5扇贝肌肉组织中亚细胞组分Cd含量及所占百分比变化规律

3讨论

3．1扇贝不同组织Cd富集及释放差异

3．2扇贝不同组织中Cd的亚细胞分布差异

3．3扇贝不同组织中Cd的亚细胞分布变化规律

3．4不同暴露浓度对Cd在扇贝亚细胞水平分布的影响

第三章海湾扇贝内脏和鳃组织中镉的超微定位观察

1材料与方法

1．1实验贝来源及暂养

1．2主要试剂

1．3实验设计

1．4电镜样品制备

2结果与分析

2．1扇贝内脏中Cd的超微定位分布

2．2扇贝鳃组织中Cd的超微定位分布

3讨论

第四章锌对海湾扇贝中镉累积和微区分布的影响

1材料与方法

1．1实验贝来源与驯养

1．2主要试剂与仪器

1．3实验设计

1．4样品制备

1．5亚细胞组分分离

1．6测定方法

1．7数据统计

2结果与分析

2．1混合暴露下扇贝全贝Cd含量及其变化

2．2混合暴露下扇贝不同组织Cd含量变化

2．3混合暴露下扇贝不同组织亚细胞组分Cd含量及百分比分布

3讨论

第五章海湾扇贝内脏中富集镉菌株的分离鉴定及吸附机理研究

1材料与方法

1．1试验材料

1．2主要仪器与试剂

1．3细菌的培养、筛选与分离

1．4菌株的鉴定

1．5富集Cd菌株的金属吸附实验

1．6富集Cd菌株的Cd吸收特性测定

1．7富集Cd菌株的电镜观察

2结果与分析

2．1扇贝内脏团中获得的富集Cd菌株

2．2菌株鉴定结果

2．3富集Cd菌株的金属吸附情况

2．4富集Cd菌株的Cd吸附特性

2．5富集Cd菌株电镜观察

3讨论

全文总结

参考文献

致谢

科研情况