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《中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)》 2019年
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褐牙鲆早期生活史阶段的抗氧化和免疫系统对甲基汞毒性的响应

 
【摘要】:甲基汞(Methylmercury,MeHg)是海洋中普遍存在的持久性有机污染物,对海洋生物的生命过程和人类的水产食品安全构成潜在威胁,这也引发国际社会的广泛关注。本研究以褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)早期生活史阶段(Early life stage,ELS)为研究对象,通过急性毒性实验(胚胎:0-24μg/L,48 h;仔鱼:0-30μg/L,96 h)分别计算褐牙鲆胚胎和仔鱼的MeHg半致死浓度(Lethal concentration of 50%,LC_(50));通过亚急性毒性实验(0-15μg/L;胚胎-仔鱼卵黄囊基本消失,128h)分析MeHg对褐牙鲆胚胎-仔鱼阶段发育、存活和生长过程的毒性效应;通过MeHg对仔鱼的慢性毒性实验(0-10.0μg/L,胚胎-仔鱼着底,35 d),分析MeHg对褐牙鲆仔鱼抗氧化能力、脂质过氧化(Lipid peroxidation,LPO)水平、免疫功能和生长的影响;通过MeHg对幼鱼的慢性毒性实验(0-20.0μg/L,30 d),分析MeHg对褐牙鲆幼鱼不同组织抗氧化能力和免疫功能的影响,分析MeHg在幼鱼体内蓄积的组织特异性,以及MeHg对幼鱼生长的影响。以上研究结果有助于我们深入了解MeHg对褐牙鲆ELS生长、发育和存活过程和重要生理功能的毒性效应,探讨MeHg对鱼类的致毒机制,为研究近海污染条件下鱼类资源关键补充过程的衰退机理提供科学依据,也为海洋环境污染检测技术体系的构建提供理论依据。甲基汞急性毒性实验结果表明:MeHg对褐牙鲆胚胎的24 h-、48 h-LC_(50)分别为17.4、15.3μg/L,对仔鱼的24 h-、48 h-、72 h-、96 h-LC_(50)分别为22.3、20.7、19.0、16.3μg/L,胚胎对MeHg的毒性更敏感。甲基汞亚急性毒性实验结果表明:当暴露浓度≥13μg/L时,胚胎和仔鱼的累积死亡率和仔鱼的累积畸形率均显著升高,而仔鱼的最终体长和卵黄囊吸收率均显著降低,4个生物学指标均表现出显著的浓度制约性,可作为有效的生物学指标应用于评估MeHg对褐牙鲆ELS的毒性效应。然而,MeHg对胚胎的累积孵化率无显著影响,但胚胎在15μg/L浓度组的孵化比例相比对照组显著升高。亚急性毒性实验中设置的MeHg暴露浓度均低于胚胎和仔鱼的LC_(50),可能尚未达到抑制胚胎孵化率的阈值,但高浓度的MeHg暴露(15μg/L)能延长胚胎的孵化时间,对其孵化过程产生不利影响。甲基汞对褐牙鲆仔鱼的慢性实验结束后,仔鱼体内的MeHg蓄积量与暴露浓度呈正相关,浓度制约性显著;仔鱼的生长在≥1.0μg/L浓度组受抑制。相比对照组,超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性在各个MeHg浓度组差异均不显著,过氧化氢酶(Catalase,CAT)和谷胱甘肽还原酶(Glutathione peroxidase,GR)活性均在10.0μg/L浓度组显著升高,而谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase,GPx)活性和脂质过氧化(Lipid peroxidation,LPO)水平均在≥1.0μg/L浓度组显著升高。除了sod之外,抗氧化相关基因(cat和gpx,10.0μg/L;gr,≥1.0μg/L)表达量均显著升高。此外,溶菌酶(Lysozyme,LZM)含量在10.0μg/L浓度组相比对照组显著升高,而免疫球蛋白M(Immunoglobulin,IgM)含量却在10.0μg/L浓度组显著降低。随着暴露浓度升高,免疫相关基因(hsp70,0.1和10.0μg/L;lzm和il-1β,≥1.0μg/L;il-6和tnf-α,10.0μg/L)表达量显著升高,而igm表达量却在≥0.1μg/L浓度组显著降低。总体而言,当暴露浓度≥1.0μg/L时,MeHg对仔鱼造成氧化压力,而当暴露浓度达到10.0μg/L时,MeHg对仔鱼产生免疫毒性。此外,抗氧化和免疫生物标志物的活性(含量)变化与抗氧化和免疫相关基因的表达量变化基本保持同步,共同抵御MeHg暴露对仔鱼产生的氧化压力和免疫毒性,而这些指标对MeHg的毒性响应敏感,可作为有效的指标用于MeHg对鱼类ELS的毒性效应研究。甲基汞对褐牙鲆幼鱼的慢性实验结束后,幼鱼体内MeHg蓄积量具有显著的浓度制约性和组织特异性,各个组织内的MeHg蓄积量均随MeHg暴露浓度的升高而升高,各组织对MeHg的蓄积能力总体上呈肝脏鳃脾脏肌肉的趋势。肝脏的LPO水平高于鳃和肌肉,其抗氧化能力生物标志物对MeHg暴露相比鳃和肌肉组织更敏感。具体而言,肝脏内4种抗氧化剂的活性(含量)均在低浓度组被诱导升高,但在高浓度组其活性(含量)被抑制;鳃内CAT活性在各个实验组均无显著差异,但其它3种抗氧化剂的活性(含量)表现出在低浓度组被诱导升高而高浓度组被抑制的趋势;肌肉内CAT活性在各个处理组无显著差异,但其它3种抗氧化剂的活性(含量)在各个浓度组均被诱导升高。此外,肝脏、鳃和脾脏的免疫功能生物标志物活性(含量)因暴露浓度而异,3种组织的酸性磷酸酶(Acid phosphatase,ACP)、碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase,AKP)和LZM对MeHg暴露敏感,能较好的反映对MeHg暴露的浓度制约关系和组织特异性。同时,当暴露浓度达到20.0μg/L时,幼鱼的生长被抑制。由此可见,褐牙鲆幼鱼抗氧化能力(SOD、CAT、Glutathione S-transferase(GST)、Glutathione(GSH))和免疫功能生物标志物(ACP、AKP、LZM),均可作为有效的生物标志物用于MeHg对海水鱼类的毒性效应研究。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:X171.5

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