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镉(Cadmium,Cd)是一种地表水中常见的有毒污染物,具有降解难、易转化、易富集的特点,对水生生态系统造成了严重的破坏。水体中的镉会随着食物进入水生动物体内,经食物链积累和放大作用,最终对人体产生影响,引发多种疾病甚至死亡。大型溞(Daphnia magna)是一种能快速繁殖的浮游动物,由于对外源化学物质的敏感,所以在生态毒理学中得到了广泛的研究。本实验设置了3个镉浓度组(0.01、0.05和0.09 mg/L)、1个空白对照组和2个处理时间(24 h、48 h)。采用光镜和电镜技术,从组织病理学水平观察了不同浓度镉胁迫后,大型溞肠道组织显微和亚显微结构的变化情况;同时从生理生化水平测定了大型溞的肠道充盈率与消化率、淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶活力、5-HT与5-HIAA的含量、TPH的活性;最后,采用实时定量PCR技术,测定了与摄食和消化相关基因SERT、5-HT1A受体和DDC的mRNA表达情况。实验结果如下:(1)显微结构观察显示,0.01、0.05 mg/L镉胁迫下,肠道上皮细胞排列略显松散,纹状缘膨胀增厚。0.09 mg/L镉处理下,肠上皮细胞间连接断裂,且出现空泡化;肠道内侧纹状缘消失。亚显微结构显示,0.01、0.05 mg/L镉暴露时,肠道微绒毛疏松,开始变形、部分溶解;线粒体肿胀变形、内部嵴断裂,有空泡化区域的现象;基底膜细胞间隙连接不紧密。0.09 mg/L高浓度镉处理时,肠道微绒毛损伤严重,排列紊乱,发生溶解、破裂,甚至消失;线粒体结构不完整,内部嵴溶解消失,空泡化严重;基底膜镶嵌连接间隙扩张。说明镉对大型溞肠道组织结构有损伤现象,且随着浓度的升高,这种损伤更加显著。(2)随着镉胁迫时间的延长,大型溞肠道充盈率和消化率均呈先增再降低的趋势。镉处理48 h,0.01 mg/L浓度下肠道充盈率显著升高(P<0.05)、0.09 mg/L浓度下肠道消化率极显著升高(P<0.01)。淀粉酶活力极显著降低(P<0.01),与镉浓度之间存在浓度—效应关系;脂肪酶活力呈现“低促高抑”现象,胰蛋白酶在镉处理24 h、0.01 mg/L浓度时显著升高(P<0.05),48 h时,各实验组胰蛋白酶活力均极显著降低(P<0.01)。(3)随着镉浓度的升高,大型溞在0.05、0.09 mg/L镉处理下,5-HT含量和TPH活性都显著或极显著增高(P<0.05,P<0.01);镉处理48 h,5-HIAA含量极显著低于对照组(P<0.01),并存在浓度—效应关系;0.09 mg/L镉浓度胁迫后,SERT mRNA的表达量显著或极显著降低(P<0.05,P<0.01);0.01、0.05 mg/L镉浓度下5-HT1A mRNA的表达量极显著升高(P<0.01);DDC mRNA的表达量在低浓度镉胁迫后降低,反之升高。综合实验结果得出以下结论:(1)镉胁迫使大型溞肠道组织显微与亚显微结构发生改变,说明镉对大型溞肠道结构具有明显的损伤,且随着浓度的增加,这种损伤更加明显。(2)低浓度镉处理促进大型溞摄食,而高浓度镉处理促进肠道消化,并且镉对肠道淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶活力也造成了影响,而且随着镉浓度的升高和胁迫时间的延长,与对照组的差异更明显,表明镉对大型溞的摄食和消化过程产生影响。(3)镉胁迫大型溞后,与摄食和消化相关的5-HT和5-HIAA含量、TPH活性、SERT mRNA、5-HT1A mRNA、DDC mRNA的表达量发生异常,说明五羟色胺信号系统能从生理及转录水平影响镉对大型溞的摄食和消化。