饮用水源地底栖生物抗氧化预警系统

2014-08-12姚玲霞王为木刘慧等

江苏农业科学 2014年6期

姚玲霞+王为木+刘慧+等

摘要：通过调查南京市饮用水源地中山水库及入库河道水质指标的变化，分析底栖生物螺蛳（Bellamya aeruginosa）的抗氧化酶活性和丙二醛含量差异，探讨螺蛳抗氧化系统与水质指标之间的相关性。结果表明：中山水库及周边入库河道不同监测点的抗氧化酶活性、丙二醛含量变化具有差异性；抗氧化系统与水质指标之间存在一定的相关性，其中SOD活性与CODMn呈显著正相关（P<0.05），丙二醛含量与总磷浓度呈极显著正相关（P<0.01）。可以认为总磷及有机污染是造成抗氧化酶活性和丙二醛含量变化的原因之一；底栖生物的抗氧化系统可以作为生物标志物，指示饮用水源地的水质变化。

关键词：螺蛳；生物标志物；水质指标；水质评价；相关性

中图分类号： X832文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0317-03

收稿日期：2013-09-30

基金项目：国家自然科学基金（编号：51109060）；中央高校基本科研业务费专项资金（编号：2009B09114）。

作者简介：姚玲霞（1986—），女，甘肃天水人，硕士研究生，研究方向为土壤环境保护。E-mail：ylx517659095@163.com。水生底栖生物是水生生态系统的重要组成部分，它们长期生活在水体或沉积物中，对水环境中发生的物理、化学和生物类变化反应灵敏[1]。理化分析是监测污染的一个重要手段，但单一利用理化分析手段难以反映污染物对生物体和生态系统影响的综合效应，也无法说明环境中生物的受危害程度。生物标志物是生物体受到严重损害之前，在不同水平（分子、细胞、个体等）上因受环境污染物影响而异常化的信号指标[2]，因此生物标志物能有效反映生物体对污染物的可利用性及生理上的综合反应，弥补环境化学分析及传统毒理学试验的不足[3]，此外生物标志物能综合反映环境的质量状况，从而判断水体中污染物的潜在影响和实际毒性[4]。

本研究选用南京市饮用水源地中山水库及其周边常见的生物螺蛳（Bellamya aeruginosa）作为试验材料，通过设置河流水质监测点及取样分析，结合水质单因子评价法[5]和生物监测技术，分析了螺蛳内脏抗氧化酶活性与水质指标的相关性。

1材料与方法

1.1样品采集

2012年5月于中山水库采集螺蛳，作为对照；在其入库河道采集大小均匀的健康螺蛳个体作为试验组，螺壳长为（21.48±2.57） mm，体质量为（2.15±0.50） g，以螺蛳内脏作为酶液提取的材料，测定其抗氧化系统的含量及活性。

1.2蛋白质含量及抗氧化系统的测定

1.2.1蛋白含量测定采用 Bradford的方法[6]，以牛血清蛋白（BSA）作为标准蛋白。考马斯亮蓝 G-250 在游离状态下呈红色，当它与蛋白质结合时变成青色，蛋白质与色素的结合物在595 nm下的吸光度与蛋白含量成正比。

1.2.2超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用改进后的邻苯三酚自氧化法[7]。酶活性单位的定义为：1 mL反应液中，1 min 抑制邻苯三酚自氧化速率达50%的酶量。

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

1.2.4过氧化氢（CAT）活性测定采用徐镜波等的方法[9]，在室温（21.0±2） ℃的条件下，用紫外分光光度计测吸光度值。

1.3水样采集和水质测定

水样采集按照《水和废水监测分析方法》中的有关要求进行采集[10]，总氮（TN）、铵态氮、总磷（TP）的浓度及高锰酸钾指数（CODMn）均在河海大学南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验进行分析测定。

1.4数据处理与分析

数据采用 Excel 和 SPSS 13.0 进行统计分析。

1.5水质评价方法

采用《水资源保护规划技术大纲》中推荐的单因子评价法。现行国家水质标准中已确定悲观评价原则，即以水质最差的单项指标所属类别来确定水体综合水质类别[11]。方法是用水体中感观性、毒物和生物学等单因子的监测结果对照各自评价标准，确定各项目的水质类别，在所有项目的水质类别中，选取水质最差的类别作为水体水质类别，评价结果以“类”表示。

2结果与分析

2.1螺蛳内脏SOD活性的变化

，与1号中山水库点相比：除了4、5、8、9号监测点外，其余各点螺蛳内脏中的SOD活性均显著升高，其中2、3、10、11号的SOD活性升高幅度较大，11号点的SOD活性更是达到最大值（50.54±0.26） U/mg，为对照点的7.91倍。4、5号监测点与对照相比无显著差异。

2.2螺蛳内脏MDA含量的变化

5、6号监测点螺蛳内脏MDA含量与对照相比无显著差异。其余各点与对照相比均达到显著差异，其中9号采样点的MDA含量最大，为对照的12.84倍；2号与11号、3号与4号、7号与10号等多个监测点之间的MDA含量均无显著差异。

2.3螺蛳内脏中CAT活性的变化

2.4水质类别评价

根据单因子评价方法，各水质指标含量均取全年取样测定的均值，详见表1。对比GB 3838—2002《地表水环境质量标准》对各指标进行评价，选取各指标的最差类别作为水体水质类别。

按总磷含量进行评价，4～8号、10号监测点的水质为Ⅲ类；按高锰酸钾指数进行评价，4号、6～9号点所对应的破坝河、陈塘河、刘家边河的水质评价为Ⅴ类；其余各监测点的水质均不理想，按指标对水质的评价均为劣Ⅴ类。表1水质各指标的全年测定结果

指标采样点含量（mg/L）1号2号3号4号5号 6号7号8号9号 10号11号铵态氮浓度5.3212.89.203.941.503.183.831.611.171.282.34总氮浓度7.248.352.863.0310.52.682.434.382.192.763.61总磷浓度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含量与水质指标相关性分析

SOD活性与铵态氮、总磷浓度呈正相关，与总氮浓度呈负相关，与CODMn呈显著正相关（P<0.05）；MDA含量与铵态氮、总氮浓度呈负相关，与总磷浓度呈极显著正相关（P<0.01），与CODMn呈负相关；CAT活性与铵态氮、总磷浓度、CODMn呈正相关，与总氮浓度呈负相关。

3结论与讨论

3.1抗氧化酶活性和MDA含量变化的分析

当螺蛳内脏受到外源性物质胁迫时，其活性会出现不同

表2SOD、MDA、CAT与水质指标的相关性

类别相关系数铵态氮浓度总氮浓度总磷浓度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：*、**分别表示显著相关（P<0.05）、极显著相关（P<001）。

程度的改变。当鱼类暴露于被污染环境时，污染物会参与动物体内的氧化还原循环并产生大量的活性氧，致使鱼体内的SOD 活性和MDA含量发生规律性的变化[12]，因此可以通过抗氧化酶和脂质过氧化水平的相对变化来判定环境污染对生物的胁迫程度[13]。从本试验结果可以看出，不同监测点的抗氧化酶活性和MDA含量变化具有差异性，2、3、11号监测点均呈现出较高的酶活性，可能由于农药等污染造成的，这与水域周边有排水沟相关，表明有机污染是造成抗氧化酶活性和脂质过氧化水平变化的原因之一。

3.2铵态氮、总氮对抗氧化酶活性和MDA含量的影响

铵态氮是水体中普遍存在的有害物质。一些学者认为，任何可测定出的铵态氮浓度对鱼类生存都会产生有害影响[14]。有关铵态氮对水生生物抗氧化酶的影响研究发现，铵态氮能引起水生生物体内活性氧含量的改变[15]，从而影响抗氧化酶活性和MDA含量，使它们发生相应的升高或降低的变化[16-17]。本研究的相关性分析结果显示：铵态氮与抗氧化酶活性具有正相关性，与MDA含量呈负相关，总氮与抗氧化酶活性和MDA含量均呈现负相关性，说明铵态氮胁迫氧化酶系统，使胞内外活性氧大量积累进而造成氧化损伤。因此铵态氮可以作为抗氧化酶活性的指示指标。

3.3总磷、CODMn对抗氧化酶活性和MDA含量的影响

监测点中的总磷与抗氧化酶活性呈正相关，而与MDA含量呈极显著正相关（P<0.01），因此在本试验中总磷是引起抗氧化酶和脂质过氧化变化的主要污染物。而水体中的CODMn反映了水体中有机物含量的高低。本试验的相关性分析显示：CODMn与抗氧化酶活性呈正相关，尤其与SOD活性呈显著正相关（P<0.05），而与MDA含量呈负相关。综上所述，抗氧化酶的活性能够指示水质因子变化，螺蛳生物标志物可以指示饮用水源地水质状况，可为水源地的管理提供理论依据。

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