Cu对罗氏沼虾几种同工酶的影响

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本研究采用生态学单因子梯度试验方法,选取与局部受污染水域中接近的Cu2+浓度(0.08mg/L),并参考相关文献与亚急性毒性实验的要求,配成0.01mg/L、0.08mg/L、0.64mg/L、5.12mg/L浓度梯度。饲养受试虾一周后,从酶活力、同工酶电泳酶谱和酶细胞化学定位电镜观察三个角度探讨Cu2+对罗氏沼虾复眼、鳃、肝胰腺、心脏和肌肉五种组织内几种同工酶(酯酶(EST)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、碱性磷酸酶(AKP)和酸性磷酸酶(ACP))影响,以期了解Cu2+对罗氏沼虾生理生化的影响,为健康养殖罗氏沼虾提供参考意见。 1.Cu2+对罗氏沼虾五种组织中EST、POD、SOD酶活力的影响。 本文利用分光光度法测定不同浓度Cu2+饲养罗氏沼虾一周后,其五种组织中EST、POD、SOD的酶活力变化,并对实验数据用SPSS软件分析差异显著性,结果如下: EST活力变化情况:复眼、肌肉和心脏中EST活力弱且变化差异性不显著,鳃中EST活力受低浓度Cu2+促进,当Cu2+为0.64mg/L时达到最大,随后Cu2+为5.12mg/L时下降,各Cu2+处理组均与对照组有显著差异(P<0.05);肝胰腺中EST活力总体上成先上升后下降趋势,在Cu2+为0.01mg/L时酶活力达到最大,除在Cu2+为0.64mg/L时略有上升外,其余均成下降趋势,各Cu2+处理组均与对照组有显著差异(P<0.05)。 POD活力变化情况:复眼、肌肉和心脏中POD活力弱且变化差异性相对不显著,鳃中POD活力受低浓度Cu2+促进,在Cu2+为0.64mg/L时达到最大,而在5.12mg/L时活力下降,各Cu2+处理组与对照组差异显著(P<0.05);肝胰腺中POD活力有一定波动性,先上升,在Cu2+为0.01mg/L时达到最大,而后下降,在Cu2+为0.64mg/L时略有上升后继续下降,各Cu2+处理组与对照组有显著差异(P<0.05)。 SOD活力变化情况:低浓度Cu2+导致五种组织中SOD活力均明显增加,复眼和心脏中SOD活力在Cu2+为0.08mg/L时达到最大,其余三种组织中SOD活力在Cu2+为0.64mg/L时达到最大。而当Cu2+达到5.12mg/L最高浓度时,导致五种组织中SOD活力的均明显下降,其中鳃、肝胰腺和心脏中SOD活力变化与对照组差异性较为显著。 总之随着Cu2+浓度的增加,EST、POD和SOD活力总体上是先上升,后下降,有一定的剂量——效应关系,在鳃和肝胰腺中尤为明显,因而可以考虑分析这两种组织中几种酶活力的变化来了解Cu2+对虾体的胁迫程度。 2.Cu2+对罗氏沼虾五中组织中EST、POD、SOD同工酶酶谱的影响。 本文采用聚丙烯酰胺凝胶垂直平板电泳技术以及同工酶染色技术,对饲养后虾体五种组织中EST、POD、SOD进行电泳酶谱分析,发现三种同工酶在五种组织中的分布和表达具有明显的组织特异性。结果如下: EST酶谱变化情况:EST在肝胰腺和鳃中表达较强,酶带数较多,五种组织中均没有发现酶带缺失或新增现象。随着Cu2+浓度的增加,复眼、心脏和肌肉中酶带没有发现显著变化;鳃中的六条酶带成规律性变化,颜色均先加深,在Cu2+为0.64mg/L时最深,而后在Cu2+为5.12mg/L时均略变浅;肝胰腺中EST表达最强,共有5条酶带,其中有3条酶带(Rf=0.078、0.703、0.859)颜色深浅有显著变化,其变化趋势与相应酶活力变化相吻合,另有2条酶带(Rf=0.391、0.469)颜色深浅无明显变化。 POD酶谱变化情况:复眼、心脏和肌肉中POD酶带数少,且随着Cu2+浓度的增加,酶带没有发现显著变化。鳃中酶带颜色宽度先加深变宽,在0.64mg/L时达到最深最宽,随后酶带色变淡且变窄;肝胰腺中POD表达较强,共有2条酶带(Rf=0.078、0.203),其中Rf=0.078酶带变化有一定波动性,在Cu2+为0.01mg/L和0.64mg/L时酶带宽而色深,其余均窄而色浅,Rf=0.203酶带随着Cu2+浓度上升,酶带变深变宽,在Cu2+为0.64mg/L时达到最深最宽,而后变浅变窄。 SOD酶谱变化情况:复眼、心脏和肌肉中SOD酶带数少且随着Cu2+浓度的增加,均没有发生明显变化;鳃中共有3条酶带(Rf=0.157、0.393、0.881),其中Rf=0.157和Rf=0.881两酶带均随着Cu2+浓度的上升,酶带宽度增加,在Cu2+为0.64mg/L时达到最宽,随后略有变窄,前一酶带颜色没有显著变化,后一酶带颜色逐步加深,在Cu2+为0.64mg/L时最深,而后略有变浅,在Cu2+为0.08mg/L和0.64mg/L时新增1条酶带(Rf=0.393),随后又消失;肝胰腺中共有3条酶带(Rf=0.157、0.393、0.674),其中Rf=0.157酶带随着Cu2+浓度的上升,酶带逐步变宽,颜色没有显著变化,Rf=0.674酶带先变宽,色加深,在Cu2+为0.08mg/L时达到顶峰,随后酶带变窄,色变浅,在Cu2+为0.01mg/L、0.08mg/L、0.64mg/L时新增1条酶带(Rf=0.393),随后消失。 总之,随着Cu2+的上升,各组织中三种酶酶带颜色和带宽均有所变化,鳃和肝胰腺中变化尤为显著,鳃和肝胰腺SOD还出现酶带的新增和缺失,可见这两种组织对Cu2+的变化更为敏感,这可能是由于鳃是虾类重要呼吸器官,与水体中重金属直接接触,而肝胰腺是虾体内重金属的主要蓄积场所。 3.Cu2+对罗氏沼虾体内POD、SOD、ACP和AKP的酶细胞化学定位的影响。 本文运用电镜酶细胞化学技术对经高浓度Cu2+(5.12mg/L)处理一周后罗氏沼虾五种组织(复眼、鳃、肝胰腺、心脏以及肌肉)中细胞超微结构及POD、SOD、ACP、AKP酶定位变化情况进行研究,总结如下: 细胞结构方面:健康虾复眼细胞内色素颗粒圆实饱满,胞质清晰,可见完好细胞核,线粒体等;鳃细胞中能见到正常线粒体、细胞核等,鳃叶丰富完好,光滑平整;肝胰腺细胞内可发现多种细胞超微结构,如线粒体、微体、微绒毛以及细胞核、脂滴等,多数完好无损,胞质清晰,结构完好;心脏细胞中线粒体丰富且内嵴多而致密,肌纤维丰富,排列紧密有序;肌肉细胞中肌纤维紧密而有序排列,能清晰观察到正常细胞核、线粒体等。而经过5.12mg/LCu2+处理一周后,虾体复眼细胞中色素颗粒多数中空或破裂,细胞质浑浊,细胞核有轻微固缩;鳃中线粒体膨胀、内嵴减少,细胞结构模糊,髓样小体增多,细胞核有收缩;肝胰腺细胞中细胞核固缩,脂滴破裂,胞质浑浊,内质网有异常扩张,细胞膜部分不完整;心脏中肌质网膨胀扩张,线粒体数目减少且线粒体膨大,内嵴减少且收缩于线粒体内一角,细胞核收缩,周围有囊泡,肌纤维轻微断裂,不完整;肌肉中髓样小体增多,肌质网扩张,肌纤维轻微断裂。以上结果显示,5.12mg/LCu2+对罗氏沼虾体内五种组织细胞均有不同程度的损伤,鳃、心脏和肝胰腺中损伤现象尤为明显,这可能与这三种组织的生理功能、Cu2+在其中累积量较大等有关。 酶定位方面:POD在健康虾中主要定位于胞质微体内,另外在肝胰腺细胞核以及脂滴周围也有发现,在高浓度Cu2+胁迫后,细胞内微体数目减少,细胞核内POD阳性颗粒也消失,脂滴周围有少许阳性颗粒,POD表达明显减弱,与其酶活力及酶电泳结果相吻合;SOD在健康虾中主要定位于细胞核内、脂滴周围、线粒体膜周围等,Cu2+胁迫后线粒体膜及脂滴周围阳性颗粒减少,而细胞核内也未发现SOD阳性颗粒,SOD表达减弱,与其活力及电泳结果相吻合。以上两种与免疫功能密切相关酶的表达下降,揭示高浓度Cu2+可导致虾体免疫机能的显著下降,此时虾体更易于受到各种病菌的感染。 ACP在健康虾中主要定位于细胞核、溶酶体、肌质网内,在受到Cu2+胁迫后,细胞核、溶酶体、肌质网及胞质内出现大量ACP阳性颗粒,ACP表达得到异常增强。AKP在健康虾中主要定位于核膜、细胞膜、脂滴以及肌质网等周围,而在受到Cu2+胁迫后,AKP阳性颗粒显著增加,出现于核膜、细胞膜、脂滴、肌质网以及胞内非正常膜性结构中,AKP得到异常增强。ACP是溶酶体的标志酶,ACP的表达增加,揭示细胞中可能出现大量病变细胞器,刺激机体产生更多溶酶体分泌更多的ACP来消化;而与细胞膜性结构密切相关的AKP得到大量表达,提示此时细胞内膜的合成活动加强,可能是由于细胞将溶酶体消化后的残余物质通过分泌小泡向外运输,从而刺激AKP大量异常表达来合成更多细胞膜。 综上所述,在受不同浓度Cu2+处理一周后,在酶活力、酶谱以及电镜观察分析中可以看出五种组织中几种同工酶均有所变化,以鳃、肝胰腺变化最为明显,这可能是由于鳃是虾类重要的呼吸器官,与水体中重金属直接接触,而肝胰腺是虾体内重金属的主要蓄积场所,因而这两种组织对水环境中Cu2+的变化尤为敏感。
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