镉离子和维生素C对果蝇寿命及抗氧化系统的影响

　　　　　　作者：张边江 唐宁 杨平 李朝晖

【摘要】 目的 研究镉离子(Cd2+)和维生素C(Vc) 对野生型果蝇寿命、生育力以及抗氧化系统的影响。方法 将果蝇随机分为5组，分别饲喂含不同浓度的Cd2+的培养基，并加Vc处理，计算果蝇平均寿命、子代数量，测定超氧化物歧化酶 (SOD) 活性和丙二醛 (MDA)含量。结果 随着Cd2+浓度的增加，雌雄果蝇的平均寿命逐渐缩短，子代减少，SOD活性下降和MDA含量上升，而Vc处理组显示对Cd2+的毒害存在显著拮抗效应(P＜0.05或P＜0.01)。结论 高Cd2+浓度对果蝇有比较大的损伤，Vc可以缓解毒害，延长果蝇寿命。

【关键词】 镉离子；果蝇；抗坏血酸；寿命

镉(Cd2+)是非生物必需元素，不参与生物体的构造与代谢活动，但环境中的镉可以被动植物、水生生物吸收并在体内蓄积，还能通过食物链进入人体蓄积于肝脏和肾脏，引发多种疾病〔1〕。维生素C(Vc)参与组织细胞内许多物质的氧化还原反应，可以捕捉自由基，对人体起保护作用。已有研究探讨了铅离子〔2〕、酞酸二丁酯〔3〕、番茄红素〔4〕和丙烯酰胺〔5〕等对果蝇的寿命及抗氧化系统的影响，但未见用重金属Cd2+和Vc的报道。本文利用果蝇来检测Cd2+的危害以及Vc的保护作用，通过测定果蝇体内超氧化物歧化酶(SOD)活性和丙二醛(MDA)的含量来确定果蝇的膜脂氧化程度，为全面了解Cd2+的毒理作用和Vc的保护作用提供参考。

　　1 材料与方法

　　1.1 材料 野生型红眼黑腹长翅果蝇(本院遗传实验室提供)，收集8 d内羽化未交配的成虫，雌雄分开，用普通培养基在温度为(25±1)℃，50％～70％相对湿度环境中培养备用。

　　1.2 方法

　　1.2.1 培养基的制备 基本培养基为果蝇常规配方〔6〕。添加Vc培养基：在基本培养基中加入Vc，使最终质量浓度为150 mg/L。将浓度分别为0.1、0.4、0.7、1.0 mg/kg的CdCl2分别添加到上述培养基中。

　　1.2.2 给药及分组 收集内羽化的果蝇，分5组。每组3瓶，每瓶雌雄各3只，每2天更换1次培养基，每天定时观察统计果蝇死亡数目，直至全部死亡。每组全部果蝇死亡的天数算术平均值为该组的平均寿命。果蝇繁殖力实验收集内羽化的未交配的处女蝇，分5组，每组3瓶，每瓶3对雌雄果蝇，自然光照的培养箱中培养，7 d后除去亲本，第10天开始每天统计羽化的果蝇，连续统计8天内每对果蝇子一代成蝇的平均数量作为该组繁殖力的标志。

　　1.2.3 果蝇匀浆的制备〔5〕 果蝇 (雌或雄) 在乙醚麻醉下称重80～100 mg，加入1 ml生理盐水，在冰水浴中以3 000 r/min匀浆10 s，反复进行3次，制成果蝇含量为8％～10％的匀浆；再以6 000 r/min离心10 min，取上清液待测。

　　1.2.4 SOD活性及MDA含量测定 按SOD和MDA测定试剂盒说明操作，分别采用羟胺比色法和硫代巴比妥酸法。

　　1.3 统计学方法 数据用x±s表示，采用SAS8.2软件包行方差分析。

　　2 结果

　　2.1 Cd2+和Vc对果蝇寿命的影响 Cd2+对果蝇的生活力 (寿命) 具有一定的影响，随着Cd2+浓度的升高，果蝇的寿命逐渐减少，特别是在雄蝇中，当Cd2+的浓度达到1.0 mg/kg时，果蝇的平均寿命仅为对照组的1/2，差异有统计学意义(P<0.05，P<0.01)，见表1。由于Cd2+进入细胞后，随着血液循环进入果蝇的各个组织器官中，妨碍组织新陈代谢，迅速与内部的其他物质发生化学反应，影响一些生物大分子的活性，并造成细胞组织的损伤产生难溶的金属赘合物影响消化系统进行，从而使果蝇细胞的衰老加剧，在外部可以表现出来。加Vc饲养的果蝇伤害减轻，说明Vc进入血液中对Cd2+有某种拮抗作用，削弱了Cd2+对果蝇生理的伤害影响。Vc对染Cd2+果蝇的保护作用，外在表现为果蝇寿命有不同程度的延长。

　　2.2 Cd2+和Vc果蝇生育力的影响 雌雄果蝇都受Cd2+浓度的影响而表现出生育力不同程度的破坏；雄果蝇受Cd2+的影响较雌果蝇大，且在受Vc保护后，恢复也不如雌果蝇快；雌雄果蝇在加入Vc后生育力都有所回升。但是雌果蝇受破坏的程度不及雄果蝇高，说明Cd2+对雄果蝇的生育毒性较强。当Cd2+进入细胞后，若作用到细胞核染色体上时，常染色体作用的结果是一样的，难以分清它们的影响，但如作用到性染色体上时，由于雄雌果蝇所带的性染色体不同，雄蝇只有一条X染色体，因而，Cd2+对雄蝇的影响明显大于雌蝇，使后代的雄蝇数明显减少(P<0.01，P<0.05)，见表1。

　　2.3 Cd2+和Vc对果蝇体内SOD和MDA的影响 从表2中可看出，随着Cd2+浓度的升高SOD含量逐渐降低，并且下降的趋势与Cd2+浓度呈现剂量关系；SOD反映的是清理自由基的能力，随着能力的下降，可以推断出染毒果蝇的抗氧化系统已受到不同程度的伤害，染毒剂量越大，外在表现越明显(P＜0.01)。尽管添加Vc之后果蝇体内SOD含量仍呈下降趋势，但是与对照组相比，差距并没有加大，相反显示出回升的趋势，并且看到各个浓度之间的差距也缩小的趋势，由此我们可以推断出Vc降低了染毒果蝇体内Cd2+的伤害作用，在一定程度上维持了抗氧化系统的平衡，使这些果蝇外在表现为寿命相对延长，SOD含量下降相对延缓。
　　
　　表2显示MDA呈上升趋势，随着Cd2+浓度的增加MDA差异显著(P＜0.01，P＜0.05)。并且Cd2+处理后比对照组上升明显，由于MDA含量表现的是体内脂质过氧化的产物的含量，而MDA含量的升高说明果蝇体内不饱和脂肪酸增多，抵抗自由基的能力下降，抗氧化系统不能维持平衡；并且随着Cd2+浓度的加大平衡系统破坏愈加严重。在添加Vc后，尽管各浓度MDA的含量仍然呈上升趋势，但MDA含量明显降低。说明Vc的加入降低了自由基对不饱和脂肪酸的氧化作用，对果蝇抗氧化系统起到一定的积极效用。

　　表1 Cd2+和Vc对果蝇平均寿命和生育力的影响（略）

　　与同列对照组比较：1)P＜0.05，2)P＜0.01；下表同

　　表2 Cd2+和Vc对果蝇体内SOD和MDA的影响（略）

　　3 讨论
　　
　　果蝇是一种真核多细胞生物，具有生存周期短，繁殖量大，饲养简便，反应灵敏等优点，其代谢系统，生理功能，生长发育等同哺乳动物基本相似，故在进行环境污染物对健康危害等方面的综合性影响研究时将其作为一种很好的生物材料。
　　
　　从本实验看来，不同浓度的Cd2+对生物有一定影响，主要表现在它既可损伤生殖细胞的形成，减后代的数量；又可影响到生物的新陈代谢，使个体发育受阻，导致动物个体寿命缩短。结果表明，Cd2+染毒能够缩短果蝇寿命，而且平均寿命与Cd2+浓度间呈负相关，当Cd2+浓度提高时果蝇平均寿命相应缩短并且能够减少同期内果蝇子代发生量，随着Cd2+浓度增高，子代发育速度延缓并伴随着发生量逐渐减少，成虫的平均寿命相应缩短。果蝇寿命可以指示生存环境的优劣，果蝇寿命的延长或缩短与饲养介质相对应〔7〕。另外，本研究将Vc添加到果蝇培养基中，探讨了在有Cd2+处理的情况下，Vc对损伤的保护或对不良环境的拮抗作用。结果显示，Vc能削弱Cd2+对果蝇的伤害作用，当培养基中含有Vc时，子代数量呈逐渐递增趋势，生理功能有不同程度的恢复。可见，Vc对于生物的生存、代谢、繁殖和对不良环境的抵抗有良好的作用。
　　
　　本研究结果还显示，Cd2+可诱发机体脂质过氧化作用，使果蝇体内过氧化物增多，抗氧化酶活性降低，这与在大鼠体内的实验结果相一致〔8〕。含Cd2+化合物的广泛应用，人们在关注其安全性的同时也在寻找对其损害有预防作用的物质与方法。在Vc与Cd2+同时喂饲果蝇，结果发现Vc使果蝇SOD活性提高，MDA含量降低，说明Vc对Cd2+引发的脂质过氧化反应有拮抗作用。另外，从实验结果可知，Vc可以减小Cd2+的影响，但却不能消除其有害影响。雌雄果蝇体内MDA含量随增龄而增加，这与关于健康人和大鼠的研究结果〔9，10〕相类似，表明脂质过氧化作用随年龄而增强可能是生物体所共有的特性。这些现象提示机体内SOD与MDA平衡失调可能是步入衰老和造成死亡的原因之一。另有研究指出，SOD和MDA水平的高低不能完全决定寿命长短，而SOD与MDA平衡失调才是影响寿命的重要因素〔11〕，Cd2+有可能加剧了这种不平衡而导致衰老。至于Cd2+影响损伤的机制还需进行深入的研究

参考文献

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　　8 王 蕊，李厚勇，郭启明，等.DEHP对大鼠脂质过氧化反应的影响〔J〕.中国公共卫生生，2001；17(11)：10112.

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　　11 张欣文，徐思红，厉曙光.黑腹果蝇体内SOD和MDA随增龄变化及其与寿命的关系〔J〕.中国食品卫生杂志，2000；16(3)：2223.