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稀土元素对双壳类金属硫蛋白的诱导效应研究

作　者: 付海防
导　师: 孟范平
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境科学
关键词: 稀土离子金属硫蛋白(MTs) 诱导菲律宾蛤仔
分类号: X174
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

金属硫蛋白(Metallothioneins,MTs)是一类低分子量、富含巯基、半胱氨酸、可被金属诱导的特异蛋白质。大量研究表明,重金属对水生生物有较强的MT诱导效应,且这种诱导水平与环境中的金属浓度有直接相关性。目前,以生物体内MT含量变化为指标,国内外多选用紫贻贝(Mytilus galloprovincialis)、蛤仔(Ruditapes decussatus)等双壳类动物作为监测重金属污染的生物标志物。我国是全球稀土资源最丰富以及稀土消费最大的国家,稀土在农业、畜牧业、工业及现代生物医学上应用的日益扩展,使越来越多的稀土元素进入环境,并经地表径流或者空气干湿沉降传输到海洋,对近岸海水中的稀土元素分布造成影响。据文献报道,稀土离子在高浓度时会呈重金属离子的特性。稀土离子能否诱导海洋生物的MT合成,将影响到MT对海水重金属的指示作用。关于稀土离子能否产生类似于重金属离子对MT的诱导效应,目前在生态毒理学研究领域上尚存在一定争议,而且,针对稀土元素能否诱导海洋双壳类动物体内产生MT的研究目前尚未见报道。本研究以菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)为试验动物,采用含镧(Ⅲ)离子(La3+)、铈(Ⅲ)离子(Ce3+)和钕(Ⅲ)离子(Nd3+)的人工海水对其进行暴露培养,测定得到蛤仔鳃部和内脏中MT含量随暴露浓度和时间的变化,分析稀土元素诱导海洋双壳类动物MT形成的可能性,同时,测定不同温度、盐度、pH条件下稀土元素诱导MT的能力,明确稀土元素什么情况下对MT的诱导能力最大,然后在上述研究的基础上选取有显著诱导效果的组织,对MT分离和提纯后进行紫外光谱扫描和SDS-PAGE电泳,初步探讨稀土诱导MT和重金属诱导MT在性质上的差异。最后,测定了离体条件下稀土元素与重金属诱导MT的结合程度,以期为分析稀土诱导MT的机制提供依据。所得到的主要结论如下：(1)海水中一定浓度的La3+和Nd3+能够诱导蛤仔MT的合成,而且这种诱导具有一定的限度。在本研究设置的浓度范围内,1×10-1～1×102μg/L的La3+对鳃部MT的诱导作用较大,1×10-1～1×104μg/L的La3+对内脏MT均有较好诱导,并基本保持恒定,1×102μg/L的La3+对蛤仔暴露培养5d,蛤仔鳃部和内脏MT含量均达到最高水平；1×10-1～10μg/L的Nd3+能明显促进蛤仔鳃和内脏MT的诱导,1μg/L的Nd3+对蛤仔暴露培养7d,蛤仔内脏MT含量达到最高水平；整个暴露期间,Ce3+各处理组都未显示对MT的诱导,并且大部分浓度处理组都出现了MT含量的下降。值得注意的是,我国某些海域的海水La3+和Nd3+浓度已达到可诱导双壳类MT合成的水平。(2)暴露温度、盐度、pH值等非生物因素能够影响La3+和Nd3+对蛤仔MT的诱导。上述研究最佳处理条件下(1×102μg/L的La3+暴露培养5d,1μg/L的Nd3+暴露培养7d),对MT诱导效果最大的暴露条件为：温度10℃,盐度20(La3+)或25(Nd3+),pH值8.5。(3)对La3+和Nd3+诱导蛤仔MT的定性结果表明,La3+和Nd3+诱导的蛤仔MT类似物与重金属诱导产生的MT在光谱特征上不同：La3+诱导的蛤仔内脏MT类似物在258nm处有特征吸收峰,经SDS-PAGE电泳显示主要以二聚体和三聚体的形式存在,分子量为13.1kD和18.3kD；与La3+诱导MT类似物相似,Nd3+诱导的蛤仔内脏MT类似物也在258nm处有特征吸收峰,主要以二聚体和三聚体的形式存在,分子量为13.0kD和18.1kD。而重金属诱导MT的特征吸收峰为：Zn-MT 220nm,Cd-MT 250nm,Cu-MT 275nm。稀土离子对MT的诱导作用会影响到MT指示海水重金属污染的准确性,这种光谱特征上的差异将为如何消除稀土元素的干扰提供一定的依据。(4)离体条件下,La3+和Nd3+能够少量置换Cd-MT中的Cd,但是这种结合并未使Cd-MT的结构发生明显变化。综上所述,海水中一定浓度的稀土元素能够诱导海洋双壳类MT的合成,这种诱导将会影响到MT对重金属的指示作用,利用其性质上与重金属诱导MT存在的差异,可以为消除这种干扰提供依据。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-13
1 引言  13-25
  1.1 稀土的应用及其在海洋中的分布  13-14
    1.1.1 稀土的应用  13-14
    1.1.2 海洋环境中稀土元素的来源与分布  14
  1.2 稀土元素对海洋生物的环境效应  14-20
    1.2.1 海洋生物对稀土元素的富集  15-17
    1.2.2 稀土元素的海洋生态效应  17-20
  1.3 金属硫蛋白  20-23
    1.3.1 MT的结构  20-21
    1.3.2 MT分类  21
    1.3.3 MT的金属结合特性  21
    1.3.4 MT的生物学功能  21-22
    1.3.5 MT的提取与检测技术  22-23
  1.4 稀土元素与MT  23-24
  1.5 本研究的目的与内容  24-25
    1.5.1 研究目的  24
    1.5.2 研究内容  24-25
2 镧(Ⅲ)离子诱导菲律宾蛤仔金属硫蛋白的研究  25-39
  引言  25-26
  2.1 材料与方法  26-29
    2.1.1 材料与试剂  26-27
    2.1.2 仪器  27
    2.1.3 方法  27-29
  2.2 结果  29-35
    2.2.1 蛤仔鳃部和内脏MT含量随La~(3+)浓度的变化  29-30
    2.2.2 暴露时间对La~(3+)诱导蛤仔MT的影响  30-31
    2.2.3 非生物因素对La~(3+)诱导蛤仔MT的影响  31-34
    2.2.4 La~(3+)诱导的蛤仔内脏MT纯化与电泳  34-35
  2.3 讨论  35-39
3 铈(Ⅲ)离子诱导菲律宾蛤仔金属硫蛋白的研究  39-46
  引言  39
  3.1 材料与方法  39-41
    3.1.1 材料与试剂  39-40
    3.1.2 仪器  40
    3.1.3 方法  40-41
  3.2 结果  41-44
    3.2.1 10℃时蛤仔鳃部和内脏MT含量随Ce~(3+)浓度的变化  41-42
    3.2.2 15℃时蛤仔鳃部和内脏MT含量随Ce~(3+)浓度的变化  42-43
    3.2.3 20℃时蛤仔鳃部和内脏MT含量随Ce~(3+)浓度的变化  43-44
  3.3 讨论  44-46
4 钕(Ⅲ)离子诱导菲律宾蛤仔金属硫蛋白的研究  46-58
  引言  46-47
  4.1 材料与方法  47-50
    4.1.1 材料与试剂  47
    4.1.2 仪器  47-48
    4.1.3 方法  48-50
  4.2 结果  50-55
    4.2.1 蛤仔鳃部和内脏MT含量随Nd~(3+)浓度的变化  50-51
    4.2.2 暴露时间对Nd~(3+)诱导蛤仔MT的影响  51
    4.2.3 非生物因素对Nd~(3+)诱导菲律宾蛤仔MT的影响  51-54
    4.2.4 Nd~(3+)诱导的蛤仔内脏MT纯化与电泳  54-55
  4.3 讨论  55-58
5 离体状态下稀土与重金属诱导MT之间的作用  58-64
  引言  58
  5.1 材料与方法  58-60
    5.1.1 材料  58
    5.1.2 仪器  58-59
    5.1.3 方法  59-60
  5.2 结果与讨论  60-64
    5.2.1 Cd-MT与稀土离子作用前后的Cd含量变化  60
    5.2.2 Cd-MT与稀土离子作用前后的红外光谱变化  60-61
    5.2.3 稀土离子对蛤仔MT的诱导机理初步分析  61-64
6 总结  64-66
  6.1 结论  64-65
  6.2 今后的研究方向  65-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  72

稀土元素对双壳类金属硫蛋白的诱导效应研究

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