滩涂是海洋和陆地的过渡地带。近年来,携带大量污染物的工农业和生活污水被大量排放到海洋中,造成沿岸水域污染,滩涂生态脆弱性日益明显,受污染严重的地区,滩涂资源的可持续利用直接受到了影响。铜是我国滩涂环境中超标最严重的重金属之一。开展铜对滩涂生物的毒性效应及机理研究,可以探讨利用生物修复滩涂重金属污染的可能性,具有重要的现实意义。多毛类动物生活于滩涂,分布广、种类多、数量大,生活方式独特,在海洋生态系统中占重要地位。沙蚕为海洋底栖多毛类动物的典型代表,也是优势类群和多样性最为丰富的一个科,在近岸水域食物网的物质循环和能量流动中起着重要作用,且具有较高的经济价值。本文以多齿围沙蚕为受试生物,以重金属污染的典型代表铜为污染物,按Cu²⁺对沙蚕的96h半致死浓度(LC₅₀)的1/8、1/6、1/4、1/2,即136μg/L、182μg/L、273μg/L、545μg/L设置4个浓度梯度,以海水为对照组,进行4d和14d的暴露实验,通过生化酶学检测、实时荧光定量、单细胞凝胶电泳和铜元素含量分析等手段,分别从生理水平、分子水平等来探讨Cu²⁺对沙蚕的毒性效应。研究结果如下:1.通过对超氧化物歧化酶（SOD）的活性、过氧化氢酶（CAT）的活性、还原型谷胱甘肽（GSH）的含量和乙酰胆碱酯酶（AChE）的活性的测定,发现暴露4d后,136μg/L的Cu²⁺即可诱导SOD、CAT的活性,同时GSH含量增加,但诱导效应随生物标志物性质的不同而不同,如SOD、CAT在Cu²⁺浓度为273μg/L时活性最大,而GSH含量在Cu²⁺浓度为182μg/L时即达最高值,随后各指标的活性和含量下降,CAT的活性在545μg/L时受到抑制;在所有实验组内,AChE的活性都受到抑制,并且随铜离子浓度的升高抑制效应增强,136μg/L组的抑制效应并不明显,但545μg/L组的抑制效应十分显著（P<0.01）。和4d时相比,暴露14d后酶的活性和GSH含量均有下降,CAT和AChE的活性抑制效应增强,GSH的合成受到抑制。2.在Cu²⁺的胁迫下,暴露4d后低浓度的Cu²⁺能够诱导金属硫蛋白（MT）的合成,并且在273μg/L时的诱导效应最强,MT含量最高,到最高浓度545μg/L时,MT含量又恢复到对照组的水平;暴露14d后136和182μg/L组对比对照组,MT含量仍有所增加,但差异不显著（P>0.05）,273和545μg/L两组MT合成受阻,含量下降。和4d时相比,暴露14d后,各组沙蚕MT含量都有不同程度的降低,以273μg/L组沙蚕体内MT含量极显著下降（P<0.01）。说明沙蚕体内MT对重金属铜在一定范围和时间内的响应比较灵敏,可以作为监测Cu离子的生物标志物。3.通过筛选克隆,获得一条205bp的基因片段,经Blast分析推测属于蚯蚓肌血红蛋白家族,证实为多齿围沙蚕的MPII基因。实时荧光定量PCR结果显示,暴露4d后,在0、136、182和273μg/L时,沙蚕体内MPII基因表达量显著升高（P<0.05）,铜离子浓度为273μg/L,MPII基因的相对量最大,为对照组的3.87倍;在545μg/L时表达量下降;暴露14d后,0、136和182μg/L三组,沙蚕体内MPII基因表达量显著升高（P<0.05）,273μg/L时的表达量虽有上升,但变化不明显（P>0.05）,而最高浓度组的表达量显著下降（P<0.05）;同4d时相比,14d时,各处理组的表达量均有下降,但变化不显著（P>0.05）,而273μg/L组处显著下降（P<0.05）。说明低浓度的Cu²⁺能够诱导MPII基因表达量的增加,但当暴露浓度过高时则抑制该基因的表达。4.通过单细胞凝胶电泳（SGGE）检测不同浓度的Cu²⁺胁迫下多齿围沙蚕DNA的损伤情况,得到如下结果:暴露4d后对照组和低浓度处理组136μg/L的沙蚕细胞DNA彗星尾长（TL）和尾距（TM）很小,彗尾DNA含量（TD）很低,几乎可以忽略,但高浓度处理组273、545μg/L的沙蚕有较长的彗星尾和尾距,同时彗尾DNA含量较多;14d时,除对照组外和136μg/L处理组的变化不明显,其余各组三项指标均显著增加（P<0.05）。该结果表明,随着暴露时间和暴露浓度的增加,Cu²⁺对沙蚕造成氧化损伤,且其彗尾长、Olive尾距和彗尾DNA含量和时间剂量有一定的相关性。5.通过电子耦合法测定各处理组沙蚕体内蓄积的铜含量,结果如下:暴露4d后铜在沙蚕体内的蓄积量随着Cu²⁺浓度的增加呈现明显的上升趋势,组内差异极显著（P<0.01）;暴露14d后,和对照组相比,Cu²⁺浓度为136、182和273μg/L的三个实验组沙蚕体内铜离子含量显著增加（P<0.05）,但三组之间变化不明显,而545μg/L组的沙蚕体内铜含量急速上升,达221.471μg/g.dw,和其他处理组差异极显著（P<0.01）;与暴露4d后相比,暴露14d后沙蚕体内铜的富集量有明显上升,组间差异显著（P<0.05）。可见,沙蚕对重金属铜有较强的富集和耐受能力。