中国环境科学
CHINA ENVIRONMENTAL SCIENCE
1999年 第2期 No.2 1999



稀土元素在鱼体内脏中的富集及对肝脏中酶活性的影响
王华婷　孙昊　陈莹　王晓蓉
　　摘要：以鲫鱼为研究对象,研究了稀土元素(Gd和Y) 在鱼体内脏各器官中的富集及其对肝脏过氧化氢酶和超氧化物歧化酶水平的影响.研究结果表明,Y在鱼体各内脏器官中的富集顺序为:肝>胆>肾>卵>脾；Gd在鱼体各内脏器官中的富集顺序为：卵>肝>胆>脾>肾.二者在肝脏中的富集值均较高.在实验浓度范围中,稀土元素(Gd, Y)对鱼体肝中过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性均有明显的抑制作用.
　　关键词：稀土元素；生物富集；过氧化氢酶；超氧化物歧化酶
　　中图分类号：X503.2　　文献标识码：A　　文章编号：1000-6923(1999)02-0141-04
The bioaccumulation of rare earth elements in the internal organs of fish and their effect on the activities of enzymes in liver. 
WANG Hua-ting　 SUN Hao　CHEN Ying　WANG Xiao-rong 
(State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse,Nanjing University,Nanjing 210093,China). China Environmental Science. 1999, 19(2)：141～144
Abstract：In this paper, the bioaccumulation of REEs in different internal organs of Carassius auratus and their effects of REEs (Gd and Y) on the activities of enzymes in liver were studied. The results indicated that the bioaccumulation order of Y in internal organs of fish was liver > gallbladder > kidney > eggs > spleen；for element Gd, the order was eggs > liver > gallbladder > spleen > kidney；and the bioaccumulation values of Gd and Y in livers were both comparatively high. In the experimental concentration range, both Gd and Y showed obvious inhabitation effect on the activities of catalase and superoxide dismutase in liver of fish.
Key words：rare earth element；bioaccumulation；catalase；superoxide dismutase 
　　近10多年来,由于稀土在农业中广泛应用[1],致使大量可溶性稀土进入水生生态环境,因此探讨其生物效应和毒理机制是非常必要的.已有研究表明[2,3],稀土元素在水环境中的含量很低,对生物的毒性为长效低毒,水体中可溶性稀土元素主要富集在鱼体内脏,但在内脏各器官中的富集及稀土对鱼类致毒机制的研究尚鲜见报道.过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)广泛存在于鱼体中,可用来评价污染物对水生生物的影响[4].本文以鲫鱼为研究对象,研究了稀土元素(Gd 和Y)在鱼体内脏各器官中的富集及其对肝脏过氧化氢酶和超氧化物歧化酶水平的影响.
1 实验部分
1.1 稀土标准储备液的制备
　　稀土标准储备液分别为Gd2O3(99%),Y2O3(99%)配制成1.00mg/mL的硝酸储备液.
1.2 实验生物及处理
　　采用健康的鲫鱼(Carassius auratus)为实验生物,平均体长15cm,体重150g.采用活性炭净水器除氯后的自来水作为养鱼用水.实验前先将鱼驯养10d左右,死亡率小于5％.实验容器为30 L的玻璃缸,每缸盛水25 L,放鱼两尾,pH值控制在6左右.分别向缸中加入稀土储～20℃,每天配换实验溶液一次.富集实验共进行20d后,将鱼从缸中取出,反复冲洗,擦干鱼体表面的溶液,分别取鱼的肝、肾、胆、卵等内脏器官,置于冰箱内冷冻(-20℃)储存备用.
1.3 稀土富集量的测定
　　将鱼内脏样品置于50 mL烧杯中,加入混酸消化后[3],用ICP-AES 测定样品中稀土元素的含量.
1.4 过氧化氢酶和超氧化物歧化酶水平测定
1.4.1 过氧化氢酶水平的测定[5] 称取3份肝样,各约1.5g,分别加入5mL磷酸盐缓冲液,匀浆,离心,取上清液加入H2O2—磷酸盐缓冲液中,用紫外分光光度计（λ=250nm）测定H2O2在0～60s内不同时刻的吸光度.酶活性的计算方法详见文献[5].
1.4.2 超氧化物歧化酶水平的测定 按文献[6]的测定方法.反应溶液为9mL磷 酸盐缓冲液,pH=8.3, 0.1mmol/L邻苯三酚和适量酶样,反应温度为室温,自氧化速率控制在0.07OD/min. 酶活性单位是在1.0mL反应液中每分钟抑制邻苯三酚氧化速率达50%时的酶量.
2 结果及讨论
2.1 稀土元素在鱼体内脏中的富集(表1，表2)
表1 Gd在鱼体内脏各器官中的富集值 (mg/kg)*
Table 1 The bioaccumulation values of Gd in internal organs of fish (mg/kg)

内脏Gd浓度(mg/L)
0.501.002.004.006.00
肝0.190.250.490.711.68
肾0.0630.150.240.280.70
脾0.0700.160.420.570.96
胆0.150.220.490.641.63
卵0.220.320.510.761.75

注：* 3次测定平均值
表2 Y在鱼体内脏各器官中的富集值(mg/kg)*
Table 2 The bioaccumulation values of Y in internal organs of fish (mg/kg)

内脏　　Y浓度 (mg/L)　　
0.501.002.004.006.00
肝0.0630.0840.160.120.11
肾0.0320.0400.0670.0450.036
脾0.00390.0150.0540.0220.013
胆0.0520.0660.130.120.065
卵0.0040.0210.0640.0270.021

注：* 3次测定平均值
　　表1与表2所列为外源稀土Gd和Y在鱼体各内脏器官中的富集值.由表1,表2可看出,随着稀土浓度的升高,Gd在各内脏器官中的富集量也随之升高；而Y的富集值则有所不同,稀土浓度从0.50到2.00mg/L时,Y在各器官中的富集值随着稀土浓度的增加而增大,但是当浓度升至4.00和6.00以后,富集值却随之减小,这可能是由于Y在高浓度时很容易发生沉淀,致使缸中的实际暴露浓度下降.
在0.5mg/L处理浓度时,比较Gd和Y在各内脏器官中的富集值,可以明显地看出,鱼体各个内脏器官对中稀土元素Gd的富集能力要大于其对重稀土元素Y的富集能力.在1.0,2.0,4.0,6.0mg/L浓度处理下,也表现出相同的规律.通过计算稀土元素Y和Gd在鱼体各内脏器官中的分布百分数,可以得出两种稀土元素在鱼的肝和胆中的富集量占内脏中稀土总量的50%以上,与Y相比,Gd在卵中的富集百分数很高,这说明在水体中存在的Gd可能会对鲫鱼的后代带来一定的影响.Y在鱼体各内脏器官中的富集顺序为：肝>胆>肾>卵>脾；Gd在鱼体各内脏器官中的富集顺序为:卵>肝>胆>脾>肾.二者在肝脏中的富集值均较高,这可能由于肝脏是主要的解毒器官.
2.2 稀土元素对过氧化氢酶和超氧化物歧化酶水平的影响
　　表3,表4为不同浓度稀土元素Gd和Y处理下对鱼体肝中过氧化氢酶与超氧化物歧化酶活性的影响.与对照组相比,随着处理浓度的升高,Gd和Y对酶活性的影响表现出不同的规律.对Gd而言,随着处理浓度的增大,过氧化氢酶(CAT)与超氧化物歧化酶(SOD)的活性均逐渐降低.若对照组对酶活性的抑制率为零,则可以
表3 不同浓度稀土元素处理下的过氧化氢酶(CAT)活性*
Table 3 The effects of REEs on the activity of CAT

元素　　稀土浓度 (mg/L)　　
0.000.501.002.004.006.00
Gd2.581.401.161.020.650.30
Y2.591.721.621.271.481.53

注：* 3次测定平均值 
表4 不同浓度稀土元素处理下的超氧化物歧化酶(SOD)活性*
Table 4 The effects of REEs on the activity of SOD

元素　　稀土浓度(mg/L)　　
0.000.501.002.004.006.00
Gd84.855.233.324.320.312.4
Y34.823.216.312.816.219.4

注：* 3次测定平均值
　　从图1中看出,当Gd的浓度达到1.00mg/L时,对两类酶活性的抑制率均超过50%；在最高处理浓度6.00 mg/L时,对两类酶活性的抑制率均大于80%,这说明在实验的浓度范围内,Gd对鲫鱼肝中过氧化氢酶(CAT)与超氧化物歧化酶(SOD)的活性均有抑制作用.


图1 不同浓度Gd对酶活性的抑制率
Fig.1 The inhabitation rate of different levels of Gd on the activities of CAT and SOD
　　对Y而言(图2),随着处理浓度的增大(0～2mg/L),过氧化氢酶(CAT)与超氧化物歧化酶(SOD)的活性逐渐降低,而在2mg/L以上时活性有所升高.


图2 不同浓度Y对酶活性的抑制率
Fig.2 The inhabitation rate of different levels ofY on the activities of CAT and SOD
　　研究表明[4,7],外源性化学物质进入生物细胞后,会导致大量活性氧的产生,包括超氧阴离子自由基(O2.-或O2-)、氢过氧自由基(HO2.-)、过氧化氢(H2O2)、羟基自由基(OH.)以及单线态氧(O2.),从而对机体诱发多种损害,而机体内同时存在着抗氧化作用的酶防卫系统,如CAT和SOD等.它们在机体内广泛存在,尤其在肝脏内的含量很高.SOD是一类金属酶,能催化O2.-发生歧化反应:2 O2.-+2H+→ H2O2+O2,从而清除O2.-.CAT则能够催化分解H2O2:2H2O2→2H2O+O2,从而清除H2O2.大量研究证明[8,9],CAT含有丰富的巯基,Gd和Y可与该酶的巯基或其它活性基团相互作用,从而降低酶活性.当CAT活性降低时,细胞内H2O2浓度升高又会把SOD活性中心的Cu2+还原为Cu+而失去活性.因此,这种抑制作用与稀土元素在鲫鱼肝中的生物富集量有关.表5为稀土元素在鲫鱼肝中的生物富集量与酶活性的一元线性回归方程及其相关系数.
表5 稀土元素在鲫鱼肝中的生物富集量与酶活性的一元线性回归方程及其相关系数*
Table 5 The regression of bioaccumulation values of REEs and the activities of enzymes in liverof Carassius auratus

元素过氧化氢酶(CAT)超氧化物歧化酶（SOD）
方程相关系数方程相关系数
GdCAT=1.76-1.05Bv-0.80SOD=57.0-33.7Bv-0.75
YCAT=2.42-7.98Bv-0.95SOD=32.5-134Bv-0.94

注：*Bv为稀土元素在鲫鱼肝中的生物富集量,P<0.10
　　从表5可以看出,过氧化氢酶(CAT)与超氧化物歧化酶(SOD)的活性与稀土元素在鲫鱼肝中的生物富集量成显著负相关.
3 结论
3.1 Y在鱼体各内脏器官中的富集顺序为：肝>胆>肾>卵>脾；Gd在鱼体各内脏器官中的富集顺序为:卵>肝>胆>脾>肾.二者在肝脏中的富集值均较高.
3.2 在实验浓度范围中,稀土元素(Gd,Y)对鱼体肝中过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性均有明显的抑制作用.
基金项目：国家自然科学基金资助项目(29677006)
作者单位：王华婷　孙昊　陈莹　王晓蓉（污染控制与资源化研究国家重点实验室,南京大学, 江苏 南京210093）
作者简介：王华婷(1974-),女,宁夏石嘴山人,南京大学环境科学与工程系,污染控制与资源化研究国家重点实验室硕士研究生,现在美国 Ohio State University攻读博士学位.主要从事稀土环境化学的研究工作.发表论文2篇.
收稿日期：1998-07-16
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