两种多溴联苯醚对大白菜的毒性效应与毒性机制

发布时间：2020-09-14 17:04

　　 多溴联苯醚(PBDEs)作为性能优良的阻燃剂,广泛应用于各种工业产品和消费品中,已成为多种环境介质中普遍存在的持久性有机污染物,严重威胁人类健康和生态系统的安全。目前,PBDEs对动物毒性的相关研究较多,对植物的毒理学研究仅限于少数植物材料,PBDEs对蔬菜的毒性还未见报道。大白菜(Brassica rapa L.ssp.Pekinensis)是我国产量最高,栽培面积最广的蔬菜品种之一,本研究以大白菜(青麻叶)为研究对象,分别通过水培和土培暴露实验,系统地分析了两种不同溴代的PBDEs(BDE-47和BDE-209)对大白菜生长、生理代谢、光合功能和抗氧化能力的毒性作用,并初步探究了其致毒机制。本项研究可为PBDEs的植物毒性和污染土壤的植物修复等研究提供理论基础,对食品安全和环境保护具有重要意义。本研究取得的主要结果如下:1.BDE-47和BDE-209对大白菜生长的影响BDE-47胁迫能显着抑制大白菜幼苗的生长。大白菜幼苗经25、50、75和100μg·L~(-1)BDE-47水培处理30 d后,株高及总鲜重显著降低,而根冠比则显著升高,表明BDE-47对大白菜幼苗地上部分的生长抑制作用显著大于根部,同时BDE-47胁迫亦能显著降低大白菜的根系活力。BDE-209胁迫也会导致大白菜幼苗的生长抑制。经5、10、15、20 mg·kg~(-1)BDE-209土培处理60 d后,大白菜幼苗的株高及地上部鲜重随BDE-209浓度的增加而降低,但BDE-209对大白菜幼苗的毒性显著小于BDE-47。2.BDE-47和BDE-209对大白菜生理代谢的影响BDE-47和BDE-209胁迫都会影响大白菜的细胞结构和生理代谢活动。大白菜幼苗叶片的叶绿素含量对PBDEs毒性胁迫较为敏感,低浓度BDE-47(10μg·L~(-1))和BDE-209(5mg·kg~(-1))处理下即显著降低。随着处理浓度的增加,大白菜幼苗的叶片含水量和可溶性蛋白质含量与对照相比也显著下降,脯氨酸(Pro)含量显著增加。3.BDE-47和BDE-209对大白菜光合活性的影响BDE-47和BDE-209胁迫都显著抑制大白菜叶片的光反应过程,影响大白菜叶片的碳同化能力,BDE-47对大白菜叶片光系统的损伤更为严重。叶绿素荧光动力学参数结果显示,随着BDE-47和BDE-209处理浓度的增加,大白菜叶片的PSII最大光化学效率(F_v/F_m)、综合性能指数(PI_(abs))和光能驱动力(DF)逐渐降低,F_o和DT_o/CS持续增加,表明PBDEs导致大白菜叶片的PSII严重受损。净光合速率(P_n)结果表明,PBDEs胁迫不仅抑制了大白菜叶片的CO_2同化能力,还降低了叶片的气孔导度(G_s),显著抑制大白菜叶片光合作用的正常进行。4.BDE-47和BDE-209对大白菜抗氧化酶防御系统的影响大白菜叶片的抗氧化酶防御系统对BDE-47和BDE-209胁迫响应具有差异。随着BDE-47浓度的增加,大白菜叶片的SOD活性显著升高。POD活性在10-75μg·L~(-1) BDE-47处理下显著升高,但在100μg·L~(-1)时迅速下降。BDE-47处理叶片的CAT活性均微高于对照组,也呈先升高后降低的趋势。BDE-209胁迫下,大白菜叶片的SOD和POD活性均随着处理浓度的增加而持续升高,但CAT活性在10 mg·kg~(-1)处理下开始降低,10、15和20mg·kg~(-1)处理组并无显著差异。与SOD和POD活性相比,CAT活性对PBDEs毒性的敏感性明显较低,三者都参与了PBDEs胁迫下大白菜体内活性氧(ROS)的清除。5.BDE-47和BDE-209对大白菜致毒机制的初步探究慢性毒性和急性毒性实验都表明,大白菜幼苗叶片的质膜透性经BDE-47和BDE-209处理后显著增大,表明PBDEs胁迫可以直接损伤大白菜叶片的细胞质膜结构的完整性和稳定性。此外,BDE-47和BDE-209处理显著升高了大白菜叶片中超氧阴离子(O_2~(·-))和过氧化氢(H_2O_2)的含量,并增加了丙二醛(MDA)和蛋白质羰基的含量,说明PBDEs胁迫诱导产生的ROS会导致大白菜叶片细胞发生膜脂过氧化和蛋白质羰基化,从而对其细胞内的生物大分子造成明显的氧化损伤。本文研究结果表明,大白菜(青麻叶)是一种对BDE-47和BDE-209的毒性都非常敏感的农作物。10 100μg·L~(-1) BDE-47和5 20 mg·kg~(-1) BDE-209处理即对大白菜幼苗产生明显的伤害,诱导产生过量的ROS(O_2~(·-)和H_2O_2),导致膜脂过氧化和蛋白质羰基化,进而影响大白菜幼苗的生长和代谢活性,尤其对大白菜叶片的光合系统损伤最为严重。因此,PBDEs对植物产生毒性的主要原因是过量ROS导致的氧化损伤。虽然大白菜幼苗可通过激活其体内抗氧化酶的活性,来抵御过量ROS造成的损伤,但随着BDE处理浓度的增加,其氧化损伤并没有得到有效缓解,仍然表现出明显的毒性效应。上述研究阐明了BDE-47和BDE-209污染对大白菜的植物毒性。本文的研究结果可以为PBDEs对蔬菜的毒性研究提供参考。
【学位单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S634.1;X171.5

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本文编号：2818425