بررسی تغییرات فصلی آنزیم‌ گلوتاتیون اس ترانسفراز و فلزات سنگین سرب، کادمیوم و نیکل در صدف دوکفه‌ای مرواریدسازPinctada radiata

محورهای موضوعی : فصلنامه زیست شناسی جانوری

الهه علی عسگری ¹ , علی ماشینچیان مرادی ² , فریبرز احتشامی ³ , شهلا جمیلی ⁴ , محمد ربانی ⁵

1 - گروه زیست شناسی دریا، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 - گروه زیست شناسی دریا، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 - موسسه تحقیقات علوم شیلاتی کشور، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران
4 - موسسه تحقیقات علوم شیلاتی کشور، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران
5 - گروه شیمی دریا، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

تاریخ دریافت : 1396/03/27 تاریخ پذیرش : 1396/03/27 تاریخ انتشار : 1396/03/01

کلید واژه: خلیج فارس, فلزات سنگین, آنزیم, صدف محار, هندورابی, لاوان, نخیلو,

چکیده مقاله :

ابزارهای گوناگونی جهت پایش میزان غلظت آلاینده‌ها بر اکوسیستم‌های آبی وجود دارد. این مطالعات امروزه بر مبنای پایش زیستی و بیومارکر‌ها می‌باشد. هدف از این تحقیق اندازه گیری میزان غلظت آنزیم گلوتاتیون اس ترانسفراز (GST) به عنوان بیومارکرهای آلاینده فلزات سنگین در صدف دوکفه‌ای مروارید ساز محار (Pinctada radiata) در اکوسیستم‌های آبی بوده است. فلزات سنگین سرب، کادمیوم و نیکل در بافت نرم و رسوبات ایستگاه‌های مورد مطالعه در طی چهار فصل اندازه‌گیری گردید. نمونه‌ها به صورت فصلی در ایستگاه‌های لاوان، هندورابی و نخیلو (در شمال خلیج فارس) از بهار سال 1392 تا زمستان همان سال به روش غواصی در دو سایز کوچک (4-1 سانتی متری) و سایز بزرگ (6-4 سانتی متری) جمع آوری گردیدند و صدف آنها از بافت نرمشان جدا و به آزمایشگاه جهت آنالیز میزان فلزات سنگین و آنزیم‌های مورد مطالعه منتقل گردیدند. از روش استاندارد Moopam برای اندازه‌گیری میزان غلظت فلزات سنگین و برای آنالیز میزان غلظت آنزیم گلوتاتیون اس ترانسفراز در نمونه‌های بافت صدف دو‌کفه‌ای از روش و همکاران (1974) استفاده گردید. میزان غظت آنالیز فلزات سنگین نیکل، کادمیوم و سرب در رسوبات در هر سه ایستگاه 12/0 ± 6/1، 04/0 ± 69/0 و 30/0 ± 16/4 قسمت در میلیون می‌باشد و میزان غظت آنالیز فلزات سنگین نیکل، کادمیوم و سرب در بافت نرم صدف محار در هر سه ایستگاه به ترتیب 12/0 ± 58/0، 04/0 ± 86/1 و 30/0 ± 94/1 قسمت در میلیون می‌باشد. نتایج نشان داد که غلظت فلز سرب در رسوبات ایستگاه دارای اختلاف معنادار می‌باشد و مقایسه نتایج با استاندارهای مرتبط و تحقیقات مشابه حاکی از آن است که غلظت آلاینده‌های فلزات سنگین در تمامی موارد بطور قابل ملاحظه‌ای کمتر از تمام استاندارها و مقادیر راهنما می‌باشد. تغییرات آنزیم گلوتاتیون اس ترانسفراز در هر دو پارامتر ایستگاه و فصل اختلاف معناداری را نشان داد. با افزایش دما در فصل گرم میزان آنزیم‌های آنتی اکسیدان افزایش یافته که ممکن است بخاطر فراوانی غذا در محیط باشد. در تحقیق حاضر نیز میزان گلوتاتیون اس ترانسفراز به طور معنی داری در فصل گرم از فصل سرد بیشتر بود. با توجه به میزان کم آلاینده‌های فلزات سنگین در مناطق مورد مطالعه، و عدم مشاهده ارتباط قوی بین میزان آلاینده فلزات سنگین و میزان آنزیم‌ مورد مطالعه در بافت صدف محار ، لذا می‌توان این طور برداشت کرد که موجود در وضعیت سالمی به سر می‌برد و میزان آنزیم‌ها در حد طبیعی می‌باشد.

چکیده انگلیسی:

There are various tools for monitoring the concentration of pollutants on aquatic ecosystems. Today these studies are based on biological monitoring and biomarkers. The aim of this study was to measure the concentration of the glutathione S-transferase (GST) as biomarkers of heavy metal contamination in pearl oyster Pinctada radiata in aquatic ecosystems. Heavy metals lead, cadmium and nickel were measured in soft tissue and studied stations in four seasons. Samples were collected seasonally in Lavan stations, Hendurabi and Nakhilo (in the northern Persian Gulf) from spring 2013 to winter of that year by scuba diving. Pearl oysters were divided according to their shells size. Shells were separated from soft tissues and were transferred to the laboratory for analysis of heavy metals and enzymes. MOOPAM standard method was used for measuring the concentration of heavy metals and for analyzing tissue concentrations of GST in Clam the method were used. The concentration analysis of heavy metals nickel, cadmium and lead in sediments at all stations were 1.6 ± 0.12 and 0.69 ± 0.04 and 4.16 ± 0.30 ppm, and the concentration analysis of heavy metals nickel, cadmium and lead in the soft tissue of Pinctada radiata in all three stations, respectively 0.12 ± 0.58 and 1.86 ± 0.04 and 1.94 ± 0.30 in parts per million. The concentration of lead was significantly different in sediment station. Comparing the results of this study with related standards and other similar studies at the regional and international level showed that pollutant concentration of heavy metals in all cases was significantly less than all the associated standards and guide values. The concentration of GST was almost similar to each other and parameters, station and seasons were significantly different as for the concentrations of this enzyme. Seasonal changes in antioxidant enzymes related to (assuming a constant in salinity and oxygen) to age, reproductive cycle, and availability of food and water temperature. With increasing temperature at warm season, antioxidant enzymes increased, with increasing temperature and abundance of food in the environment a number of antioxidant enzymes may increase. The presence of the enzyme concentration may indicate that the higher levels of the enzyme to eliminate ROS activities to be any healthier situation. Due to low pollutants of heavy metals in the study area, a lower level of contaminants was observed in shellfish tissue. A strong correlation was not observed between the amount of heavy metal contamination in pearl oyster tissue and enzymes. Therefore, we can say that the pearl oyster remains in a healthy condition and the amount of enzyme is normal.

منابع و مأخذ:

1. اسماعیلی تاجیک، ف.، 1388. بررسی سطوح آنزیم‌های ضداکسیداسیون در بارناکل به عنوان شاخص زیستی آلودگی فلزات سنگین (Ni، V، Cd) در خلیج فارس -جزیره خارک. پایان نامه کارشناسی ارشد مدیریت محیط زیست، دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات.


2. امتیازجو، م.، 1379. بررسی تنوع زیستی و پتانسیل تولید مواد زیستی فعال از سیانوباکتری­های خلیج فارس. پایان نامه دکتری بیولوژی دریا، دانشگاه آزاد واحد علوم و تحقیقات تهران.


3. بهبهانی، ا.ح.، 1374. مقادیر روند تغییرات هفت فلز سنگین در دو گونه دوکفه­ای غالب خوراکی و مروارید‌ساز به روش طیف سنجی. پایان نامه کارشناسی ارشد شیمی دریا،  دانشگاه آزاد اسلامی واحد شمال، ۱۸۰ صفحه.


4. جهانشاهی، ف.، 1388. بررسی سطوح آنزیم‌های ضداکسیداسیون در بارناکل به عنوان شاخص زیستی آلودگی هیدروکربن‌های در خلیج فارس - جزیره خارک، (TPH)  نفتی. پایان نامه کارشناسی ارشد مدیریت محیط زیست، دانشکده محیط زیست و انرژی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات.


5. حسین­زاده صحافی، ه.، دقوقی، ب.، رامشی، ح. 1379. اطلس نرمتنان خلیج فارس، موسسه تحقیقات شیلات ایران، 248 صفحه.


6. حیدری چهارلنگ، ب.، ریاحی بختیاری، ع.، یاوری، و.، 1390. بررسی غلظت فلزات سنگین (Cu، Cd،  Zn،  و Pb) در رسوبات سطحی سواحل بندر لنگه. پنجمین همایش تخصصی مهندسی محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران.


7. دبیری، م.، ۱۳۷۹. آلودگی محیط زیست آب، خاک، هوا، صوت. انتشارات اتحاد، ۴۰۰ صفحه.


8. ذوالقدری قره بلاغ، ص.، 1382. اثرات فلزات سنگین بر روی آبزیان. پایان نامه کارشناسی، دانشکده علوم و فنون دریایی.


9. صفاهیه، ع.، عبداله­پور منیخ، ف.، سواری، ا.، 1391. غلظت فلزات سنگین در رسوب و ماهی شبه شوریده (Johnius belangerii) صید شده از خور موسی در استان خوزستان. مجله شیلات دانشگاه آزاد اسلامی واحد آزادشهر، سال ششم، شماره 1، صفحات 8-1.


10. مرتضوی، ش.، اسماعیل ساری، ع.، ریاحی بختیاری، ع.، 1384. تعیین نسبت نیکل و وانادیوم ناشی از آلودگی‌های نفتی در صدف خوراکی و مروارید‌ساز در حاشیه سواحل استان هرمزگان، مجله منابع طبیعی ایران، دوره 58، شماره 1، صفحات 172-159.


11. رجایی، م،. پورباقر، ه،. فرحمند، ح،. صدیق مرتضوی، م،. افلاکی، ف،. حسینی، س،. ایگدری، س،. 1392. تجمع روی، منیزیم، آهن و مس در بافت‌های نرم صدف مرواریدساز محار (Pinctada radiata) در جزایر هندورابی و لاوان، خلیج فارس،  نشریه شیلات، دوره 66، شماره 3، صفحات 305- 297.


12.  Ahmad A.K., Shuhaimi-Othman M., 2010. Heavy metal concentration in sediments and fishes from Lake Chini, Pahang, Malaysia. Journal of Biological Sciences, 10(2): 93-100.


13.  APHA, AWWA, WEF, 1992. Standard methods for the examination of water and wastewater. 18th ed. American Public Health Association. Washington D.C., USA.


14.  ASTM (American Society for Testing and Materials), 1994. Annual book of ASTM standards. Philadelphia, USA. 124(2): 195-202.


15.  Barreira L.A., Mudge S.M., Bebianno M.J., 2007. Oxidative stress in the clam Ruditapes decussatus (Linnaeus, 1758) in relation to polycyclic aromatic hydrocarbon body burden. Environment and Toxicology, 22: 203–221.


16.  Bocchetti R., Regoli F., 2006. Seasonal variability of oxidative biomarkers, lysosomal parameters, metallothioneins and peroxisomal enzymes in the Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis from Adriatic Sea. Chemosphere, 65: 913-921.


17.  Borković S.S., Šaponjić J.S., Pavlović S.Z., Blagojević D.P., Milošević S.M., 2005. The activity of antioxidant defence enzymes in the mussel Mytilus galloprovincialis from the Adriatic Sea. Comparative Biochemistry and Physiology, 141C: 366-374


18.  Cailleaud K., Maillet G., Budzinski H., Souissi S., Forget-Leray J., 2007. Effects of salinity and temperature on the expression of enzymatic biomarkers in Eurytemora affinis (Calanoida, Copepoda. Comparative Biochemistry and Physiology, 147A: 841-849.


19.  Clark R.B., 2001. Marine Pollution. 5th Edition, Oxford University Press, 237 pp.


20.  Cossu C., Doyotte A., Babut M., Exinger A., Vasseur P., 2000. Antioxidant biomarkers in freshwater bivalves, unio tumidus, in response to different contamination profiles of aquatic sediments. Ecotoxicology and Environmental Safety, 45: 106-121


21.  Di Giulio R.T., Hinton D.E., 2008. The Toxicology of Fishes. Boca Raton: CRC Press, Taylor and Francis, pp: 319-884.


22.  Eboh L. Mepba H.D., Ekp M.B., 2006. Heavy metal contaminants and processing effects on the composition, storage stability and fatty acid profiles of five common commercially available fish species in Oron Local Government, Nigeria. Journal of Food Chemistry, 97(3): 490-497.


23.  El-Moselhy K.M., Yassien M.H., 2005. Accumulation patterns on heavy metals in venus clams, Paphia undulate (Born, 1780) and Gafrarium pectinatum (Linnaeus, 1758), from Lake Timsah, Suez Canal, Egypt. Egyptian Journal of aquatic Research, 31:1.


24.  El-Rjoob A.O., Massadeh A.M., Omari M.N., 2008. Evaluation of Pb, Cu, Zn, Cd, Ni and Fe levels in Rosmarinus officinalis labaiatae medicinal plant and soils in selected zones in Jordan. Environmental Monitoring and Assessment, 140: 61-68.


25.  Filho D.W., Tribess T., Gaspari C., Claudio F.D., Torres M.A., Magalhaes A.R.M., 2001. Seasonal changes in antioxidant defenses of the digestive gland of the brown mussel Perna perna. Aquaculture, 203: 149-158.


26.  Geret F., Serafim A., Barreira L., Bebianno M.J., 2002. Effect of cadmium on antioxidant enzyme activities and lipid peroxidation in the gills of the clam Ruditapes decussatus. Biomarkers, 7:242-256


27.  Habig W.H., Pabst M.J., Jakoby W.B., 1974. Glutathione-S-transferases, the first enzymatic step in mercapturic acid formation. Journal of Biological chemistry, 249: 7130-7139.


28.  Hagger J.A., Lowe D., Dissanayake A., Jones M.B., Galloway T.S., 2010. The influence of seasonality on biomarker responses in Mytilus edulis. Ecotoxicology, 19: 953-962.


29.  Hamed M.A., Emara A.M., 2006. Marine molluscs as biomonitors for heavy metal levels in the Gulf of Suez, Red Sea. Journal of Marine Systems, 60: 220-234.


30.  Hayes J.D., Pulford D.J., 1995. The glutathione-S-transferase family: regulation of GST and the contribution of the isoenzymes to cancer chemoprevention and drug resistance. Critical Review of Biochemistry and Molecular Biology, 30: 445-600.


31.  Hédouin L., Metian M., Teyssié J.L., Fowler S.W., Fichez R., Warnau M., 2006. Allometric relationships in the bioconcentration of heavy metals by the edible tropical clam Gafrarium tumidum. Science of the Total Environment, 366: 154-163.


32.  Krogh M., Scanes P., 1996. Organochlorine compound and trace metal contaminants in fish near Sydney,s Ocean out full. Marin Pollution Bulletin, 33(7-12):213-235


33.  Kureishy T.W., 1993. Concentration of heavy metals in marine organisms around Qatar before and after the Gulf war oil spill. Marine Pollution Bulletin, 27: 183-186.


34.  Lima I., Moreira S.M., 2007. Biochemical responses of the marine mussel Mytilus galloprovincialis to petrochemical environmental contamination along the North- western cost of Portugal. Chemosphere, 66: 1230-1242.


35.  Livingstone DR., 1993. Contaminant stimulated reactive oxygen species production and oxidative damage in aquatic organisms. Marine Pollution Bulletin, 42: 656-666.


36.  Luoma, S.N., 1989. Can we determine the biological availability of sediment-bound trace metals? Hydrobiologia, 176/177: 379-396.


37.  Manduzio H., Monsinjon T., Galap C., Leboulenger F., Rocher B., 2004. Seasonal variations in antioxidant defences in blue mussels Mytilus edulis collected from a polluted area: major contributions in gills of an inducible isoform of Cu/Zn- superoxide dismutase and of glutathione S-transferase. Aquatic Toxicology, 70: 83-93


38.  Menezes S., Soares A.M.V.M., Guilhermino L., Peck M.R., 2006. Biomarker responses of the estuarine brown shrimp Crangon crangon L. to non-toxic stressors: temperature, salinity and handling stress effects. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 335: 114-122.


39.  Nahrgang J., Camus, L., Gonzalez P., Jönsson M., Hop H., 2010. Biomarker responses in polar cod (Boreogadus saida) exposed to dietary crude oil. Aquatic Toxicology, 96(1): 77-83.


40.  Reid D.J., Maefarlane G.R., 2003. Potential biomarkers of crude oil exposure in the gastropod mollusc, Austrocochlea poecata: Laboratory and manipulative field studies. Environmental Pollution, 12: 147-155


41.  Regoli F., Orlando, E., Mauri M., Nigro, M. and Cognetti, G.A., 1991. Heavy metal accumulation and calcium content in the bivalve Donacilla cornea. Marine Ecology Progress Series, 74: 219-224.


42. Regoli F., Principato G., 1995. Glutathione, glutathione-dependent and antioxidant enzymes in mussel, Mytilus alloprovincialis, exposed to metals in different field and laboratory conditions: implications for a proper use of biochemical biomarkers. Aquatic Toxicology, 31: 143-164


43. Regoli F., Frenzilli G., Bocchetti R., Annarumma F., Scarcelli V., Fattorini D., Nigro M., 2004. Time-course variations of oxyradical metabolism, DNA integrity and ysosomal stability in mussels, Mytilus galloprovincialis, during a field transloca- tion experiment. Aquatic Toxicology, 68: 167-178.


44.  Rodriguez-Ariza A, Peinado J, Pueyo, Lopez-Barea J., 1993. Biochemical indicators of oxidative stress in fish from polluted littoral areas. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 50(12), 2568-2573,


45.  Rudneva I.I., Zavyalov A.V., Skuratovskaya E.N., 2010. The role of molecular systems in protective reactions of fish infected by parasites. //Ryb.gosp-vo Ukraini. 1: 2-6.


46.  Santovito G., Piccinni E., Cassini A., Irato P., Albergoni V., 2005. Antioxidant responses of the Mediterranean mussel, Mytilus galloprovincialis, to environmental variability of dissolved oxygen. Comparative Biochemistry and Physiology, 140: 321-329.


47.  Sheehan D., Power A., 1999. Effects of seasonality on xenobiotic and antioxidant defence mechanism of bivalve molluscs. Comparative Biochemistry and Physiology, C123, 193-199.


48.  Sifi K., Amira A., Soltani N., 2013. Oxidative stress and biochemical composition in Donax trunculus (Mollusca, Bivalvia) from the gulf of Annaba (Algeria). Advances in Environmental Biology, 7(4): 595-604.


49.  Stohs S.J., Bagchi D., 1995. Oxidative mechanisms in the toxicity of metal ions. Free Radical Biology and Medicine, 18: 321-336


50.  Tlili N., Khaldi A., Triki S., Munné-Bosch S., 2010. Phenolic compounds and vitamin antioxidants of caper (Capparis spinosa. Plant Foods Human Nutrition, 65: 260-265.


51.  Torres M.A., Dangl J.L., Jones J.D., 2002. Arabidopsis gp91^phox homologues AtrbohD and AtrbohF are required for accumulation of reactive oxygen intermediates in the plant defense response. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States, 99(1): 517-522.


52.  Tüzen M., 2003. Determination of heavy metals in fish samples of the MidDam Lake Black Sea (Turkey) by graphite furnace atomic absorption spectrometry. Food Chemistry, 80: 119-123.


53.  Viarengo A, Canesi L, Pertica M, Livingstone DR., 1991. Seasonal variations in the antioxidant defence systems and lipid peroxidation of the digestive gland of mussels. Comparative Biochemistry and Physiology, 100C: 187-190.


54.  Vlahogianni T., Dassenakis M., Scoullos M.J. and Valavanidis A., 2007. Integrated use of biomarkers (superoxide dismutase, catalase and lipid peroxidation) in mussels Mytilus galloprovincialis for assessing heavy metals’ pollution in coastal areas from the Saronikos Gulf of Greece. Marine Pollution Bulletin, 54: 1361-1371.


55.  Wexels Riser C., Reigstad M., Wassmann P., 2010. Zooplankton-mediated carbon export: a seasonal study in a northern Norwegian fjord. Marine Biological Research, 6(5): 461-471.


56.  Widdows J., 1978. Combined effects of body size, food concentration and season on the physiology of Mytilus edulis. Journal of the Marine Biological Associations, 58: 109-124.


57.  Won E.J., Kim R.O., Rhee J.S., Park G.S., Lee J., Shin K.H., Lee Y.M., Lee J.S., 2011. Response of glutathione S-transferase (GST) genes to cadmium exposure in the marine pollution indicator worm, Perinereis nuntia. Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology and Pharmacology, 154: 82-92.