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三氯生对斑马鱼幼鱼性别分化的影响及其机制王凡;刘飞;池梦【期刊名称】《广东海洋大学学报》【年(卷),期】2023(43)1【摘要】【目的】探讨三氯生(Triclosan,TCS)对斑马鱼早期发育阶段的性别干扰机制。
【方法】将斑马鱼胚胎暴露于不同质量浓度的TCS(0、2、10、50μg/L)中至受精后50 d,采用HE染色、实时荧光定量PCR和酶联免疫技术分析斑马鱼幼鱼的性别比、下丘脑-垂体-性腺(HPG)轴相关基因表达以及性激素和卵黄蛋白原(Vtg)含量。
【结果】与对照组比较,2μg/L和10μg/L组斑马鱼幼鱼雌性比例升高,50μg/L组性比不变,但出现雌雄间体。
2μg/LTCS使促性腺激素释放激素2基因(gnrh2)、雌激素受体α基因(erα)、促卵泡激素受体基因(fshr)极显著上调(P<0.01),促性腺激素释放激素3(gnrh3)、脑型芳香化酶基因(cyp19b)、促卵泡激素β基因(fshβ)显著上调(P<0.05);10μg/L TCS使雌激素受体β基因(erβ)、fshβ和黄体生成素受体基因(lhr)极显著上调(P<0.01),gnrh3、cyp19b、erα、fshr显著上调(P<0.05);50μg/LTCS使gnrh3显著上调(P<0.05),cyp19b、fshr和lhr极显著上调(P<0.01)。
各TCS处理组Vtg含量显著升高(P<0.05);2μg/L组雌二醇(E2)和11-酮基睾酮(11KT)含量极显著降低(P<0.01);10μg/L TCS组睾酮(T)显著降低(P<0.05),11KT/E2极显著降低(P<0.01);50μg/L组T极显著降低(P<0.01),11KT/E2显著降低(P<0.05)。
【结论】TCS影响斑马鱼早期阶段的雌性比例以及HPG轴相关基因表达,有雌激素效应,但这种性别分化干扰效应无明显的剂量依赖关系;斑马鱼雌性化与TCS的雌激素效应有关(E2/11KT和Vtg升高),而该效应的产生主要通过对HPG轴相关基因的表达调控来实现。
斑马鱼胚胎在毒理学研究中的应用王雪;王希敏;刘可春;韩利文;袁延强【摘要】Zebrafish embryo is highly sensitive to chemical exposure and has much unique superiority over other animal models, so it is widely applied in toxicology. Besides chemical concentration, many other influences, such as chorion barrier, embryo exposure time, chemical characteristics and the interaction between different chemicals, should also be considered. Assessment methods of embryo toxicity are evolving from morphologic observation to molecular research, more emphasis on chemical mechanism. This makes zebrafish embryo have higher specificity and sensitivity in the toxicity detection.%斑马鱼胚胎对化学品暴露高度敏感，同时具有许多其他动物模型所没有的优势，因此，在毒理学研究中得到广泛应用。
除化学品浓度外，在毒性检测中还需要考虑一系列因素的影响，如胚胎膜屏障作用、胚胎暴露时间、化学品的性状及不同化学品间的相互作用。
目前，胚胎毒性评价方法由表型的观察逐渐向分子水平发展，更加侧重于对化学品作用机理的研究，使斑马鱼胚胎在毒性检测中具有更高特异性和灵敏性。
氧化石墨烯和多环芳烃复合暴露诱导成年斑马鱼脑组织毒性及其代谢研究孙晶,李伟,丛瑞,胡献刚,欧阳少虎引用本文:孙晶,李伟,丛瑞,胡献刚,欧阳少虎. 氧化石墨烯和多环芳烃复合暴露诱导成年斑马鱼脑组织毒性及其代谢研究[J]. 农业环境科学学报, 2022, 41(7): 1417-1423.在线阅读 View online: https:///10.11654/jaes.2021-1228您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in敌草快对斑马鱼组织损伤及慢性肝脏损害作用沈文静,张潇,赵子昂,方再光,谢曦,王蓉,胡文婷农业环境科学学报. 2021, 40(5): 949-956 https:///10.11654/jaes.2021-0043不同环数多环芳烃对土壤白符跳(Folsomia candida)的毒性差异张家乐,赵龙,郭军康,侯红,林祥龙,王巍然,刘玲玲农业环境科学学报. 2021, 40(12): 2638-2646 https:///10.11654/jaes.2021-0307氧化石墨烯对玉米幼苗生长及生理特征的影响赵琳,宋瑞瑞,吴琦,吴希,云振宇农业环境科学学报. 2021, 40(6): 1167-1173 https:///10.11654/jaes.2020-1104铜对背角无齿蚌幼蚌的组织损伤效应研究刘凯,陈修报,刘洪波,姜涛,杨健农业环境科学学报. 2021, 40(6): 1183-1189 https:///10.11654/jaes.2020-1380灭多威对斑马鱼胚胎抗氧化防御系统的影响陆妍,陈曦,裘丽萍,胡庚东,宋超,范立民,郑尧,孟顺龙,陈家长农业环境科学学报. 2022, 41(3): 472-480 https:///10.11654/jaes.2021-0705关注微信公众号，获得更多资讯信息孙晶，李伟，丛瑞，等.氧化石墨烯和多环芳烃复合暴露诱导成年斑马鱼脑组织毒性及其代谢研究[J].农业环境科学学报,2022,41（7）：1417-1423.SUN J,LI W,CONG R,et al.Toxicity and metabolism of adult zebrafish brain tissue induced by combined exposure to graphene oxide and polycyclic aromatic hydrocarbons[J].Journal of Agro-Environment Science ,2022,41（7）：1417-1423.开放科学OSID氧化石墨烯和多环芳烃复合暴露诱导成年斑马鱼脑组织毒性及其代谢研究孙晶1，2，李伟1，丛瑞1，胡献刚2，欧阳少虎2*（1.生态环境部海河流域北海海域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心，天津300061；2.南开大学环境科学与工程学院，环境污染过程与基准教育部重点实验室，天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室，天津300071）收稿日期：2021-10-27录用日期：2022-03-07作者简介：孙晶（1990—），女，黑龙江伊春人，博士，工程师，从事生态环境监测与生态毒理研究。
三氯生和双酚A对斑马鱼神经毒性的比较研究
韩晓雯;徐婕妤;王伟伟;钱秋慧;王慧利
【期刊名称】《中国环境科学》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】本研究选择常见的两种典型内分泌干扰物三氯生(TCS)和双酚A(BPA)为对象,以斑马鱼作为脊椎模式生物,分析比较了TCS和BPA对斑马鱼神经发育和行为的影响.结果表明:TCS和BPA均会诱导斑马鱼胚胎产生表观畸形,如心包水肿、卵黄囊肿、游囊关闭等;TCS和BPA暴露会抑制幼鱼的运动活性,对运动相关神经元有损伤作用,并影响幼鱼体内乙酰胆碱酯酶的活性,进而造成神经行为的失调.此外,TCS和BPA均会导致斑马鱼幼鱼新生神经元细胞的数量下降,幼鱼的脑部凋亡细胞明显增加,对中枢神经系统发育产生影响.药靶预测结合京都基因与基因组百科全书(KEGG)和基因本体(GO)分析比较了TCS和BPA作用的代谢通路及其致毒机制存在不同.本研究为TCS和BPA环境暴露的健康风险评估和风险预警提供了重要参考.
【总页数】11页(P1111-1121)
【作者】韩晓雯;徐婕妤;王伟伟;钱秋慧;王慧利
【作者单位】苏州科技大学环境科学与工程学院;温州医科大学检验医学院生命科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】X174
【相关文献】
1.双酚F和双酚S联合暴露下的斑马鱼富集及神经毒性
2.微塑料和三氯生对斑马鱼的神经毒性效应研究
3.四氯双酚A对斑马鱼幼鱼运动行为的影响及神经毒性机制研究
4.双酚AP和双酚AF对斑马鱼的早期神经发育毒性作用研究
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多环芳烃(PAHs)对海洋鱼类胚胎发育的毒性效应研究的开题报告一、研究背景多环芳烃（PAHs）是指含有两个或两个以上的苯环的有机化合物。
PAHs是一类普遍存在于环境中的污染物，其来源包括燃烧化石燃料、工业排放、天然石油渗漏等。
PAHs对生物的毒性效应已被广泛研究，特别是其对鱼类的影响十分重要，因为鱼类是海洋生态系统的重要组成部分。
现有研究表明，PAHs能够对鱼类的生殖和发育产生影响。
在长时间暴露PAHs的情况下，鱼类胚胎的发育将受到严重干扰，从而导致畸形、死亡等后果。
目前，虽然已有许多研究关于PAHs的毒性效应，但对于其对海洋鱼类胚胎发育的影响仍有很多不足之处，有必要进行更加深入的研究和探究。
二、研究目的本研究旨在探究PAHs对海洋鱼类胚胎发育的毒性效应，并对其影响机制进行探究，为生物毒理学和环境保护提供科学依据。
三、研究内容1.了解PAHs的产生、分布情况和对生态环境的危害。
2.对照组和实验组进行对比实验，观察不同浓度PAHs处理对胚胎发育的影响。
3.通过实验数据分析，探究PAHs所导致的胚胎发育障碍的发生机理。
四、研究方法1.实验材料：选用常见的海洋鱼类胚胎作为实验材料。
2.实验设计：设立对照组和实验组，将实验组分为2个或3个组别。
3.实验步骤：a.将选用的胚胎随机分为对照组和实验组，放置在不同PAHs溶液中进行处理。
b.观察胚胎发育的过程，记录相关数据。
c.对不同组别的结果进行数据分析，并进行统计学处理。
4.研究数据分析方法：使用SPSS等统计软件对数据进行分析。
五、预期结果1.得到PAHs对海洋鱼类胚胎发育的影响规律。
2.探究PAHs影响胚胎发育的机制。
3.为海洋环境保护提供科学依据。
六、研究意义1.增强对PAHs的了解，为环境保护提供依据。
2.为研究类似污染物的影响提供经验。
3.为生态环境的保护和修复提供理论基础和科学支持。
斑马鱼在生态毒理学研究及环境监测中的应用刘辉;戴家银【摘要】斑马鱼作为一种新型的模式动物,由于其易于饲养、体外受精、产卵量大、胚胎透明及体外发育等优点,已经广泛应用于生物研究的多个领域. 近年来,斑马鱼及其胚胎也已经广泛应用于生态毒理学研究及环境监测领域;并且随着转基因斑马鱼技术的建立,斑马鱼及其胚胎将更好地应用于生态毒理学研究和环境监测.%Zebrafish, a new type of model animal , has been widely used in many fields of biological research be-cause of its low cost , ability of external fertilization , high fecundity , allowance of embryo transplant , and ectogenesis .Re-cently, zebrafish and its embryos have been widely used in ecotoxicological studies and environmental monitoring .Further-more, with the maturation of zebrafish transgenic techniques , a new era has come for environmental pollution monitoring .【期刊名称】《中国实验动物学报》【年(卷),期】2015(023)005【总页数】6页(P529-534)【关键词】斑马鱼;生态毒理学;环境监测;转基因【作者】刘辉;戴家银【作者单位】中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室,中国科学院动物研究所,北京 100101;蚌埠医学院医学检验系,安徽蚌埠 233030;中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室,中国科学院动物研究所,北京 100101【正文语种】中文【中图分类】Q95-33斑马鱼（英文名：zebrafish，拉丁文名：Danio rerio）也称为蓝条鱼、花条鱼、蓝斑马鱼、印度鱼或印度斑马鱼等，属于硬骨鱼类，辐鳍亚纲（Actinopterygii），鲤形目（Cypriniformes），鲤科（Cyprinidae），鱼丹属（Danio）。
应用斑马鱼胚胎致畸效应检测环境污染物毒性
朱琳;史淑洁;佟玉洁
【期刊名称】《环境与健康杂志》
【年(卷),期】2003(20)2
【摘要】斑马鱼胚胎技术是利用鱼类胚胎发育初期较高的灵敏度,通过观察鱼受精卵经化合物染毒后的胚胎发育过程,分析评价此化合物的毒性作用方式、特效作用时间、胚胎毒性和致畸性。
具有成本低、易操作,特别是可以同时分析多项指标的优点。
该文着重介绍这一新技术的基本操作要领、技术特色及其在国内外化合物毒性效应测定上的广泛应用,并进一步根据我国目前最为迫切的环境问题,提出将该项技术应用于检测综合污水毒性的展望。
【总页数】3页(P122-124)
【关键词】环境污染物;毒性实验;斑马鱼;致畸效应
【作者】朱琳;史淑洁;佟玉洁
【作者单位】南开大学环境科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】X83;R991
【相关文献】
1.环境雌激素E2、o,p'-DDT和抗雌激素TAM对斑马鱼(Danio rerio)胚胎的二元联合毒性效应 [J], 吕晶;向霄;吴诗剑;钟玲盈;詹深山;张东伟;杜高尚;夏兵;王鲁梅
2.马兜铃水提液对斑马鱼胚胎的致畸作用和心脏毒性的研究 [J], 朱淑珍;李银保;陈
缵光;George Q Li;姚美村
3.氯代苯类有机污染物对斑马鱼胚胎联合毒性效应的研究 [J], 周宇;于红霞;丁翔;王连生;魏钟波;朱琳;史淑洁
4.斑马鱼胚胎经丙草胺暴露后对其仔鱼致畸效应的研究 [J], 刘迎;姜蕾;潘波;林勇
5.海洋环境石油烃类污染物斑马鱼急性毒性效应研究 [J], 马中春;陈小青;孙运;虞维娜
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生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第14卷第1期2019年2月V ol.14,No.1Feb.2019㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(41506133);国家重点研发计划(2016YFC0304905)㊀㊀作者简介:张翼飞(1991-),女,硕士,研究方向为海洋生态毒理学,E -mail:zjuzhangyf@ ㊀㊀*通讯作者(Corresponding author ),E -mail:diyanan@DOI :10.7524/AJE.1673-5897.20180118004张翼飞,曲梦杰,丁家玮,等.多环芳烃对海洋贝类多生物水平毒性效应的研究进展[J].生态毒理学报,2019,14(1):18-29Zhang Y F,Qu M J,Ding J W,et al.Ecotoxicology:A review of multi -toxicity in marine bivalve induced by polycyclic aromatic hydrocarbons [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2019,14(1):18-29(in Chinese)多环芳烃对海洋贝类多生物水平毒性效应的研究进展张翼飞1,2,曲梦杰1,丁家玮1,陈思雨1,王忆1,邸雅楠1,*1.浙江大学海洋学院,舟山3160002.东部战区海军海洋水文气象中心,宁波315122收稿日期:2018-01-18㊀㊀录用日期:2018-03-27摘要:多环芳烃类化合物(PAHs)是海洋中常见的一类持久性有机污染物,对海洋生态安全及海洋生物健康造成严重威胁㊂海洋贝类作为海洋生态毒理学研究的模式生物,其滤食性㊁固着性等生理特点使其对PAHs 具有较高的生物蓄积能力,可以在不同生物水平产生一系列的毒性效应㊂本文综述目前PAHs 在海洋贝类多种生物水平所造成的生物毒性效应及其检测方法的研究进展,重点从个体生理特征㊁组织结构㊁细胞毒性和基因毒性4个层次展开讨论,为更有效地利用海洋贝类这一模型生物,深入开展PAHs 对海洋生物的致毒效应与机制研究提供思路与检测方法参考㊂关键词:多环芳烃;海洋贝类;毒性效应;多水平生物标记物;检测方法文章编号:1673-5897(2019)1-018-12㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AEcotoxicology :A Review of Multi-Toxicity in Marine Bivalve Induced by Polycyclic Aromatic HydrocarbonsZhang Yifei 1,2,Qu Mengjie 1,Ding Jiawei 1,Chen Siyu 1,Wang Yi 1,Di Yanan 1,*1.Ocean College,Zhejiang University,Zhoushan 316000,China2.Navy Ocean Hydrometeorology Institute,Eastern Theater Command,Ningbo 315122,ChinaReceived 18January 2018㊀㊀accepted 27March 2018Abstract :Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)are a group of xenobiotic compounds that distribute widely in marine environment.PAHs exposure induces toxicity in many non -target organisms,marine bivalve being one of the most prominent among these.The marine bivalve is a sentinel and filter -feeding organism with a worldwide distribution and has been applied largely as a model organism in marine ecotoxicology researches.PAHs can be bio -accumulated in the tissues and lead to mortality while sub -lethal doses change in marine bivalve since PAHs can be transferred to higher level of organism through the food chain.This article focuses on the ecotoxicology of PAHs,especially in individual physiological changes,histopathological damages,cellular toxicity and genotoxicity.The most applied testing techniques are also reviewed for the better utilization of marine bivalve in the analysis of toxicity effects as well as the underlined mechanisms related to PAHs contamination in the environment.Keywords :PAHs;marine bivalve;toxic effects;multi -level biomarkers;testing techniques第1期张翼飞等:多环芳烃对海洋贝类多生物水平毒性效应的研究进展19㊀㊀㊀多环芳烃类化合物(polycyclic aromatic hydro-carbons,PAHs)是一类在环境中广泛存在,具有至少1个苯环结构的持久性有机物,也是最早被确认具有潜在致癌性的一类环境污染物[1]㊂环境中的PAHs通过陆源性输入㊁大气沉降㊁海上事故泄漏等途径汇入海洋,以溶解态㊁乳化态和悬浮颗粒态等存在㊂海洋生物通过呼吸㊁摄食等方式获得PAHs,并进一步在Ⅰ相㊁Ⅱ相的多种生物酶催化下发生转化㊁代谢[2],其中大部分非极性和脂溶性的PAHs会形成水溶性更强的代谢产物,经过生物解毒排出体外[3];少部分PAHs则通过代谢活化产生活性氧自由基(ROS)[4]㊂生物体内蓄积的PAHs及其代谢产物的总量一旦超出机体正常的承载水平,或者机体发生功能紊乱造成代谢所产生的ROS无法及时清除,机体防御体系失效,便会导致生物体内的DNA损伤㊁基因突变㊁细胞死亡㊁癌变等一系列生物毒性效应㊂相关的毒理学研究,尤其是PAHs的致癌效应,在哺乳动物体内开展的相对较多,对其致毒效应及产毒机制也有较为深入的了解㊂现有研究表明,海洋生物体内存在与高等生物代谢酶及信号传递活性分子序列高度保守的蛋白质与基因㊂如盘鲍(Haliotisdiscus discus)中谷胱甘肽还原酶(GR)的氨基酸序列与人类(Homo sapiens)的相似度达到70.4%[5];厚壳贻贝(Mytilus coruscus)中谷胱甘肽S转移酶(GST)的氨基酸序列与6种脊椎动物(如褐鼠㊁人类等)相比的相似度达42.79%[6];生物体内应激响应的主要参与者热激蛋白(HSP)家族的蛋白质和核酸序列在海洋双壳类生物及高等生物体内也高度相似[7],揭示在进化过程中高等生物保留了与海洋生物相似的生物转化㊁信号传导途径与防御体系来进行PAHs的代谢及胁迫调控㊂纷繁的海洋生物中,海洋双壳类生物,尤其是海洋贝类,因其独特的生理㊁生态特性,其健康程度可以指征当地水体环境状况,如海洋贻贝可通过体内分泌的附着丝成簇固着在岩石等硬质表面,通过鳃组织的过滤功能滤食饵料,同时摄取水体中的其他颗粒物质,对脂溶性污染物具有很强的生物富集作用[8];处于食物链的中间环节,能够通过食物网将体内蓄积的物质向更高能级生物传递,威胁较高等生物甚至人类的健康等,成为公认的海洋环境监测的模式生物之一㊂美国国家海洋和大气管理局(NO-AA)自1986年制定了贻贝监测计划,将海洋贻贝(Mytilus sp.)㊁牡蛎(Crassostrea virginica)和斑马贻贝(Dreissena sp.)作为模型物种,监测易被生物体吸收㊁贮存㊁产生毒性效应并对人类健康具有潜在威胁的化学污染物的危害;其他各国及国际组织也利用海洋贝类作为典型海洋生物代表,在全球范围内开展污染物迁移㊁转化及消亡过程的研究[9]㊂已有针对海洋贝类开展的体内㊁体外毒理学研究表明,PAHs可导致贝体内不同组织㊁不同生物水平的一系列毒性效应㊂其中一些亚致死毒性效应以及与其关联的PAHs的种类和浓度,由于低于检测标准,在常规的环境监测中往往容易被忽视㊂此类PAHs不但会在海洋生物体内产生浓度的蓄积,也会引起生物损伤的蓄积,这些蓄积最终可通过食物链传递进一步威胁高等生物的生存安全,导致生态平衡失调㊂鉴于PAHs在海洋环境中大量存在的现状,以及海洋贝类在海洋生态毒理学研究中的重要地位,本文综述目前PAHs在海洋贝类多种生物水平产生的生物毒性效应及其检测方法的研究进展,重点从个体生理特征㊁组织结构㊁细胞毒性和基因毒性4个层次展开,为进一步更有效地利用海洋贝类这一模型生物,针对不同研究目标筛选并组合海洋贝类不同的生物毒性检测指标,深入开展PAHs对海洋生物的致毒效应与机制研究提供思路与检测方法,为制定切实可行的环境监测标准,保护海洋生物安全提供依据㊂1㊀PAHs对海洋贝类个体生理的影响(Effects of PAHs on individual physiology of marine bivalve)个体生理状况是贝类的重要健康指标,PAHs通过改变生存环境而影响贝类的日常生理,如摄食行为㊁心脏压力㊁生长速率㊁耗氧率㊁外壳开合频率等㊂目前贝类的个体生理指标,如滤水率㊁心率㊁生长余力等指标已经建立了比较成熟的检测体系[10-12],被广泛地应用于PAHs所造成的生物毒性效应研究中㊂对成体贝类而言,当环境PAHs浓度发生较大改变并维持一段时间,贝类的个体生理特征会发生可测的改变,这种改变能够帮助平衡个体的能量与物质代谢以应对PAHs造成的胁迫,通常表现为个体心率加速㊁耗氧率增加㊁滤水率和生长余力降低[13-16]㊂同一种个体生理参数对于不同种类PAHs 的响应有所不同,Bayne等[17]发现海洋贻贝(Mytilus edulis)的滤水率会随着水体中悬浮有机物质的增多而增加;Gonzalez-Fernandez等[18]的研究却表明,贻贝的滤水率会因为荧蒽的存在而显著下降㊂看似矛盾的研究结果是因为海洋贝类滤水率的变化,除了受污染物胁迫的影响外,还会受到生物本身种属差20㊀生态毒理学报第14卷异㊁营养状况㊁健康水平㊁生命周期等个体生理状况的影响㊂有学者提出,海洋贝类的滤食行为与水体中的饵料浓度直接相关,贝类的滤水率存在上限,当环境中的饵料量过高或者过低时,贝类根据正常生理机能的需要,通过改变滤水速率来适应食物匮乏㊁过剩以及其他环境因素的改变[19]㊂海洋贝类成体的个体生理状况是否能够及时㊁准确地反映生物体对PAHs等污染物的胁迫响应仍然存在争议,在实际应用中通常会与其他生物毒性效应指标结合使用,或者仅用于PAHs毒性检测上限阈值的确定㊂相比较而言,海洋贝类的胚胎与幼体发育过程中的生理变化更容易受到环境中PAHs的影响㊂在双壳类胚胎发育的关键时期,如D形期,往往会因为环境中PAHs的存在而引起胚胎死亡㊁变态失败㊁幼体存活率降低等改变,并呈现出显著的剂量-效应相关性㊂其机制可能因为PAHs可作为内分泌干扰物而影响控制胚胎㊁幼体发育的关键激素类分子合成或竞争性抑制该类分子的活性[20-21]㊂因此,贝类胚胎或幼体发育阶段的个体生理特征可以作为PAHs毒性效应,尤其是发育毒性效应研究中的敏感性指标㊂2㊀PAHs对海洋贝类组织健康的影响(Effects of PAHs on histopathological health of marine bi-valve)PAHs污染海域的贝类,其滤食的生活习性使得身体组织长期浸没在污染物中,组织结构会发生病理性损伤,无法发挥正常组织功能㊂这些组织中,鳃作为水体中污染物进入贝类的第一吸收位点,是包括贝类在内的多数水生生物的呼吸器官,也是滤食性贝类最重要的摄食器官,通过鳃丝及纤毛的组合运动参与水体中颗粒物质的生物转运与代谢产物的排泄㊂贝类鳃组织的受损程度在一定程度上反映其栖息水环境的污染状况[22]㊂贝类的消化腺具有与人体内的肝㊁肾等脏器相似的生物功能,富含多种生物转化酶和抗氧化活性分子,是许多内源性和外源性化合物代谢㊁解毒的场所,也是大多数外源性化合物及其中间代谢产物毒作用的靶器官[23-24];加之贝类消化腺的脂肪含量相对较高,可作为脂溶性PAHs 的贮存库,更容易发生组织损伤[25]㊂海洋贝类的外套膜也因含有较高的脂肪组织而更容易蓄积脂溶性的污染物,是PAHs的另一个重要靶器官与贮存库;在牡蛎和贻贝等海洋贝类中,外套膜与其性腺组织紧密相连,其结构㊁功能的损伤会影响性细胞的成熟并进而导致贝类生殖㊁发育缺陷甚至生物种群的失衡[25]㊂因此,海洋贝类不同组织功能的正常是维系贝类生命健康及发育繁殖的基础㊂目前,针对海洋贻贝组织水平上的生物毒性效应以形态定性观察为主㊂经过PAHs暴露的贝类组织会产生形态学上的改变甚至出现炎症或坏死等组织病理损伤(图1)[26-27]㊂同时,研究者根据组织损伤程度设定了评分标准,如Bignell等[28-29]提出了贻贝外套膜㊁消化腺及肾脏组织的评分等级(表1)㊂通过综合得分的高低来判断贻贝的整体健康水平,该评价系统已被广泛应用于野外贻贝样品生理健康的评价研究㊂然而,组织损伤的定性分析方法观察耗时较长,对研究人员经验要求较高,分析数据因个人主观认识的差异,导致研究结果难以进行相互对照;而且定性的组织病理损伤检测无法将PAHs的暴露浓度与贝类组织水平的毒性效应进行关联,促使海洋贝类组织病理检测的半定量和定量分析方法快速发展起来㊂图1㊀正常与损伤组织对比图注:A~E为正常组织;a~e为苯并芘(BaP)处理后组织㊂A和a为消化腺;B和b为鳃;C和c为闭壳肌;D和d为外套膜(雄性);E和e为外套膜(雌性)[30]㊂Fig.1㊀Light micrographs of normal and damaged tissuesNote:A-E,normal tissues;a-e,tissues exposed to benzo(a)pyrene(BaP);A and a,digestive gland;B and b,gill;C and c,adductor muscle;D and d,mantle(male);E and e,mantle(female)[30].第1期张翼飞等:多环芳烃对海洋贝类多生物水平毒性效应的研究进展21㊀㊀㊀半定量分析方法适用于所有组织,根据受损伤组织在所有采样组织中所占的比例计算损伤指数,并分析组织受损情况[32],受测样品量越大,通过半定量分析方法所得的结果越准确㊂针对贝类组织改变的定量分析才初步建立,目前较为成熟的是测定贝类的消化腺管腔壁厚度,将形态学观察转换为直观数据进行统计分析㊂当贝类受到PAHs的胁迫后,其消化腺组织会发生组织结构改变,主要表现在上皮细胞厚度降低㊁消化管腔内腔扩大㊁内腔细胞脱落等病理性变化[33-34],可以通过计算管腔平均厚度和管腔形状的改变作为污染物胁迫下组织损伤的定量分析标准(图2)[35]㊂由于消化管腔结构不规则,选择合适的几何模型进行计算会影响最终的定量分析结果㊂本实验室研究表明单个消化腺管腔的结构可以按照近似圆形㊁椭圆形或梯形进行几何变换来计算管腔壁环形区域的平均厚度,所得的平均管腔厚度有所不同㊂其中,通过几何转化为梯形计算时,得出的平均厚度数据的标准误差最小,与其他毒性检测指标的拟合度最高,相对比较准确㊂针对消化管腔壁的定性分析不受实验人员的主观与经验限制,可以确定PAHs在贝体组织水平所造成的剂量-损伤效应关系,具有较广的应用价值㊂然而,目前仅适用于表1㊀海洋贻贝的组织病理学损伤分级评定标准[29,31]Table1㊀Grading indices used for the assessment of histopathological abnormality in marine mussels[29,31]评分Stage 等级Score形态学描述Description外套膜组织Mantle无Absent连接组织囊泡中无脂肪颗粒细胞No adipogranular(ADG)cell apparent within vesicular connective tissue1有Present可观察到的少量脂肪颗粒细胞Although ADG cells can be seen,they appear to be scarce2分散Scattered脂肪颗粒细胞分散于外套膜组织ADG cells appear scattered throughout mantle tissue3频繁Frequent脂肪颗粒细胞量显著增加但分布并不均匀There is a marked increase in the abundance of ADG cells.Some areas may not appear to show absolute consistency4富含Abundant脂肪颗粒细胞占据大部分连接组织ADG cells can be seen to constitute the majority of connective tissue volume肾脏组织Kidney无Absent肾脏上皮细胞没有褐脂质出现No lipofuscin present within kidney epithelial cells1有Present肾脏上皮细胞出现少量颜色较浅的褐脂质Initial lipofuscin appears faint within epithelial cells2中等Intermediate褐脂质数量显著增加,ɤ70%的细胞受到侵害,大部分细胞可被染色A marked increase in the intensity of lipofuscin,ɤ70%of cell affected.Most cells display these staining characteristics3富含Abundant所有细胞的ȡ70%为褐脂质All cells containȡ70%of intense lipofuscin消化腺组织Digestive gland正常Normal封闭的管腔结构,少量表现出轻微的萎缩Tubules nearly occluded,slight atrophy in few tubules1轻微Slight管腔壁萎缩至正常情况的50%Slight atrophy to50%normal tubule thickness2中度Intermediate50%的管腔出现显著萎缩,萎缩程度约为正常管腔壁的50%~75%One half of tubule thickness to significant atrophy.50%-75%of normal tubule thickness3重度Severe大部分管腔结构改变,管腔壁严重萎缩,程度大于正常管腔壁的75%Extremely thin,severe atrophy,most tubules affected.>75%of normal tubule thickness22㊀生态毒理学报第14卷贝类的消化腺组织,其他组织在受到PAHs 暴露后所展现出的组织病理学变化还难以确定一个准确的参数进行定量数据转换,对于贝类组织损伤的定量方法还存在很大的条件优化与方法建立的空间㊂图2㊀贻贝消化腺组织病理损伤定量分析方法注:S 0表示消化腺上皮细胞层区域,S i 表示内腔区域,P 0为管的周长,P i 为内腔周长㊂Fig.2㊀Quantitative analysis of histopathological lesionin mussel digestive glandNote:S 0,S i ,P 0and P i represent epithelial layer area,digestive tubule lumen area,tubule perimeter and lumen perimeter respectively.3㊀PAHs 对海洋贝类细胞功能的影响(Effects of PAHs on cellular function of marine bivalve )随着单细胞分离和细胞培养技术的迅速发展,应用海洋贝类的不同组织细胞,在体内和体外条件下开展生态毒理学相关研究成为可能㊂海洋贝类的鳃和消化腺细胞不但在毒物代谢转化过程中具有重要的生理功能,而且具有较为简单的细胞组成类型(主要为粒细胞和嗜碱性白细胞),研究结果受细胞种类差异影响较小,被广泛地应用于PAHs 所引起的细胞毒性效应研究中㊂海洋贝类的血细胞是另一类广泛应用的细胞类型㊂贝类的开放循环系统,决定其血细胞参与机体内气体交换㊁渗透调节㊁营养消化分配㊁废弃物排泄等一系列生理活动;它还是污染物的传递和代谢媒介,参与贝类的体液免疫,通过血细胞中的调节因子和一些非特异性酶的活性变化,触发生物体一系列免疫㊁防御机制[36]㊂相较而言,贝类的血细胞提取制备简单㊁快捷㊁用量小的情况下,可以在海洋贝类体内反复多次提取而不影响生物整体的健康,使用的最为广泛㊂目前针对海洋贻贝细胞因PAHs 所造成的生物毒性开展的研究主要集中在3个方面:1)细胞本身的健康及活性水平检测,包括细胞形态观察㊁细胞存活率检测㊁细胞活性如细胞吞噬㊁细胞凋亡㊁脂膜完整性㊁溶酶体膜稳定性等的测定[37]㊂Hannam 等[38]及Choi 等[39]研究发现,低浓度的PAHs(ɤ1μg ㊃L -1)便会引起扇贝(Chlamys islandica )及牡蛎(Crassostreagigas )血细胞的吞噬活性显著降低,说明PAHs 会引起贝类细胞生物膜的损伤,改变正常的物质转运过程㊂而芘㊁燃油㊁天然气等单一或复合的PAHs 可以导致海洋贻贝(Mytilus spp.)不同组织细胞中溶酶体膜稳定性的显著下降,通过改变细胞的免疫应答而影响对PAHs 胁迫的防御[40-41]㊂在受到PAHs 污染海域采集到的海洋贝类的血细胞及消化腺细胞中,观察到细胞坏死的现象,这类坏死细胞的形态与人类癌细胞初期的形态非常相似,说明PAHs 也具有在贝体内引发细胞癌变的潜在可能,相关的致癌机制也许具有一定的保守性[42-43]㊂2)细胞内生理㊁生化酶活性的检测㊂PAHs 在生物体内所产生的生物毒性效应,主要因生物转化所产生的ROS 来激活机体的氧化应激防御体系而导致,应激系统与修复系统的存在使得生物体对外源污染物的胁迫具有一定程度的耐受性[3,44],与氧化胁迫相关的生理生化酶,如过氧化氢酶(CAT)㊁谷胱甘肽S 转移酶(GST)㊁谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)㊁超氧化物歧化酶(SOD)等的含量及活性变化便成为指示生物体内的受到PAHs 的胁迫压力大小㊁体内应激水平㊁抗氧化防御水平及健康程度的有效检测指标㊂大多数研究表明,受到PAHs 暴露的贝类,如缢蛏㊁扇贝㊁贻贝等都会表现出显著增加的氧化应激酶或PAHs 代谢酶活性的增加[24,45],通过抗氧化系统的激活或者代谢反应的增加来减少或消除体内的ROS ㊂3)细胞内代谢相关酶的检测,如参与I 相㊁II 相反应的芳烃羟化酶(AHH)㊁7-乙氧基-3-异吩恶唑酮-脱乙基酶(EROD)㊁环氧化物水解酶(EH)㊁硫酸转移酶(SULT)等代谢酶的活性会在低浓度的苯并芘(BaP)胁迫下表现出浓度依赖性的增加㊂当BaP 浓度达到一定水平时,这些代谢相关酶的活性会维持在一个稳定的水平,揭示此时已经达到生物体对于BaP 的最大代谢能力[46]㊂不仅如此,采用分子动力学模型对包括海洋贝类在内的软体动物的胞质苹果酸脱氢酶的研究表明,细胞内该代谢酶的结构会随着外界环境的改变而发生相应的变化,从而因起酶活性的改变[47]㊂值第1期张翼飞等:多环芳烃对海洋贝类多生物水平毒性效应的研究进展23㊀得说明的是不同种类的酶在PAHs 胁迫下的活性会显示出显著的组织/细胞特异性及酶反应特异性,这些特异性与生物组织功能㊁酶所参与的生化反应㊁酶的表达调控过程紧密关联[48],也与PAHs 的结构与性质,如芳环数量㊁排列方式㊁水溶性等显著相关[45]㊂因此,贝类体内的生理㊁生化及代谢酶活测定不仅可以指示不同组织㊁不同生化反应与不同类型PAHs 之间的相互作用及其内在关联,还可以作为研究生物体毒性效应机制的有效工具之一㊂4㊀PAHs 导致的贝类基因毒性(Genotoxicity of PAHs to marine bivalve )生物体在个体㊁组织及细胞水平上产生的损伤,其根源是特定基因的表达或基因结构发生改变㊂PAHs ,以BaP 为例,在生物体内的代谢产物环氧化苯并芘(BPDE)能够直接与核酸结合,生成DNA 加合物,引起DNA 链的断裂或者碱基序列的改变,激活或抑制一系列具有重要功能基因(如原癌基因与抑癌基因)的表达,导致一系列基因毒性,甚至致癌㊁致死等毒性效应(图3)㊂图3㊀BaP 及其代谢产物引起基因毒性的潜在机制Fig.3㊀The potential mechanisms of BaP and its metabolitesinduced genotoxicity㊀㊀海洋贝类的基因毒性因PAHs ㊁贝类组织细胞的不同而显示出较强的特异性和敏感性,被越来越多地应用在海洋生态毒理学,尤其是毒效机制的研究中㊂目前比较常见的基因毒性检测方法可以分为两类,一类是检测基因结构的变化,主要包括用于测定DNA 加合物的32P 后标记法[49];用于检测生物DNA 单链/双链断裂㊁DNA -DNA 和DNA -蛋白质交联等基因结构改变的碱洗脱法[50];用于检测单细胞内DNA 损伤的彗星实验以及检测有丝分裂过程中染色体断裂或染色体错配所造成的染色体损伤的微核实验等㊂其中,彗星实验和微核试验已经作为经济合作与发展组织(OECD)所规定的用于检测生物基因毒性的标准方法[51],对2种检测的条件控制㊁参数选择㊁结果分析都有明确的标准化规定㊂因此这2种检测方法的结果可以很方便地在全球范围内进行对比,通过不同海域贝体内的基因损伤程度就能够说明某一海域的水体质量优劣或某种外源化合物的生物毒性效应[52]㊂大量研究表明,经过PAHs 处理过的海洋贝类,其不同组织细胞都会表现出显著增加的DNA 损伤,其损伤程度与接触的PAHs 浓度具有显著的正相关性,验证了检测基因结构改变在研究PAHs 的基因毒性效应方面的准确性[8,10]㊂此外,当水体中或贝体内的PAHs 含量小于仪器(如GC -MS)检测限时,依旧可以检测出贝体细胞的基因损伤[30],说明了基因结构改变检测的灵敏度㊂另一类常用的基因毒性指标是特定基因的表达水平变化,这类基因通常是编码参与外源化合物代谢的基因(cyp4y1,cat ),或者是参与细胞应激响应与防御(hsp70,mt10,gst )㊁细胞生长与凋亡(p53,ras )㊁DNA 损伤与修复(rad51,aadd45a ),以及细胞信号转导的转录与调控因子(p38,casp3)等[53-54]㊂研究显示,不同类型的PAHs 胁迫下的贝类细胞的上述基因通常会在转录水平表现出显著的表达变化,暗示生物体会通过增加或减少相关代谢酶的合成㊁激活或抑制生物体的应激防御体系关键调控因子等途径来应对PAHs 所造成的胁迫㊂这种基因表达水平的变化往往具有生物种属特异性及组织特异性,与贝类的生存环境㊁生理功能状况以及PAH 的生物转运与转化过程直接相关㊂通过对这些关键基因表达水平变化的研究,可以帮助了解特定PAHs 在贝体内引起生物响应的具体机制及关键靶分子,同时为进一步将研究结果外推至高等生物,开展进化学的相关研究提供宝贵的科学依据㊂值得注意的是,由于正常情24㊀生态毒理学报第14卷表2㊀PAHs在海洋贝类的不同生物水平所造成生物毒性效应及常用评价方法Table2㊀The common used testing techniques to assess the biological toxicological effectsin marine bivalve induced by PAHs生物标记物Biomarkers测定方法Methods参考文献References 生物个体生理指标Individual biomarkers滤水率(CR) Clearance rate*直接法*Direct methods流水槽法等Flow-through chamber methods张继红和方建光(2005)[12]Zhang and Fang(2005)[12]心率(HR) Heart rate非入侵式光纤Non-invasive optical fiberMartinovic et al(2015)生长余力(SFG)Scope for growth#SFG=(IRˑAE)-R Redmond et al(2016)[15]耗氧率Oxygen consumption rate单位组织单位时间的需氧量Respirometry chamber methodsLurman et al(2014)[14]细胞活性Cell activity吞噬活性Phagocytic activity流式细胞仪Flow cytometerHannam et al(2009)[38]溶酶体膜的稳定性Lysosome membrane stability中性红保留时间Neutralred retention timeHauton et al(1998)[37]酶活反应Enzyme activity过氧化氢酶(CAT)Catalase吸光度(240nm)Absorption at240nmGreenwald(1985)[59]谷胱甘肽巯基转移酶(GST) Glutathione S-transferase吸光度(340nm)Absorption at340nmHabig et al(1974)[60]超氧化物歧化酶(SOD) Superoxide dismutase吸光度(550/420nm)Absorption at550/420nmMcCord and Fridovich(1969)[61]Marklund and Marklund(1974)[62]谷胱甘肽过氧化物酶(GPx) Glutathion peroxidase吸光度(340nm)Absorption at340nmLawrence and Burk(2012)[63]谷胱甘肽还原酶(GR) Glutathione reductase吸光度(340nm)Absorption at340nmCarlberg and Mannervik(1985)[64]7-乙氧基-3-异吩恶唑酮-脱乙基酶(EROD) 7-ethoxyresorufin-o-deethylase吸光度(560/580nm)Absorption at560/580nmPohl and Fouts(1980)[65]芳基烃羟化酶(AHH) Aryl hydrocarbon hydroxylase吸光度(396/552nm)Absorption at396/552nmWillett et al(2000)[66]苹果酸脱氢酶Malate dehydrogenases分子动力学模型Molecular dynamic stimulationDong et al(2018)[47]基因毒性Genomic alterationDNA加合物DNA adducts32P后标记法32P-postlabelingPhillips and Castegnaro(1999)[67]DNA链断裂DNA strand break 单细胞凝胶电泳Single cell gel electrophoresis Singh et al(1988)[68]碱洗脱法Alkaline elution Kohn et al(1976)[69]染色体损伤Chromosome aberration微核试验Micronucleus assayBolognesi and Fenech(2012)[70]注:*详细信息已在所引用参考文献中进行综述;#IR表示吸收率,AE表示吸收效率,R表示呼吸作用消耗的能量㊂Note:*The detailed information has been reviewed in the cited reference;#IR indicating absorption rate,AE indicating absorption efficiency,R indica-ting energy consumed by respiration.。
