微塑料对中华绒螯蟹毒性效应的初步研究

发布时间：2020-04-05 21:34

【摘要】：随着海洋和淡水环境中的微塑料日益增多,微塑料现已成为威胁水域生物圈的重要污染物,并引起越来越多研究者的关注。本文从微塑料对水生生物影响的角度,以中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)为实验对象,探讨了微塑料在被生物摄取后在生物体内主要器官中的分布和富集,及其对中华绒螯蟹生长的影响,分析了中华绒螯蟹的各组织富集微塑料后对氧化应激,体液免疫因子以及肠道微生物的影响等,较为全面地研究了微塑料对中华绒螯蟹的毒性效应,结果可为深入研究新型污染物微塑料对水生生物毒性效应提供基础生物学资料。主要实验结果如下:1.微塑料在中华绒螯蟹组织中的富集及其对生长和鳃组织中ATP酶活力的影响本文以浓度为40mg/L,粒径为5μm的荧光聚苯乙烯微粒为实验材料,选取活泼健康的中华绒鳌蟹雌蟹为实验对象,进行7d富集实验。结果显示微塑料在中华绒螯蟹的肝胰腺、鳃和肠组织均有富集且富集量具有一定的时间效应。21天微塑料亚毒性实验发现,随着微塑料浓度(0mg/L、0.04mg/L、0.4mg/L、4mg/L和40mg/L)的升高,中华绒螯蟹的增重率、特定增长率及肝体指数均表现下降的趋势。此外,鳃组织中ATP酶活力在微塑料暴露7d和14d时呈上升趋势,而在21天时,高浓度微塑料暴露组显著抑制了鳃组织中ATP酶活力。以上结果表明微塑料可以在中华绒螯蟹的鳃、肝胰腺和肠组织中富集,且其在鳃组织中富集后,会影响鳃组织中的离子转运,长时间的高浓度微塑料暴露会显著抑制鳃中各ATP酶的活力。2.微塑料对中华绒螯蟹肝胰腺组织氧化应激的影响为研究微塑料对中华绒螯蟹肝胰腺组织造成的影响,本文检测了肝胰腺组织中一系列标志性酶的活力及其基因表达情况。其中包括反映肝胰腺组织损伤情况的谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)的活性,神经毒性反应方面的乙酰胆碱酯酶(ACh E)活性以及氧化应激相关的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、谷胱甘肽转移酶(GST)的活力和还原性谷胱甘肽(GSH)、过氧化物质丙二醛和过氧化脂质的含量。此外,本文还从分子角度进一步检测了SOD、CAT、GPx、GST基因和与氧化应激紧密相关的MAPK通路上几种重要基因的m RNA相对表达量。结果表明,SOD、GOT、GSH与GPx活性均呈现出先上升后下降的趋势,ACh E、CAT、GPT酶活性较对照组显著降低;肝胰腺中抗氧化SOD、CAT、GPx和GST基因表达均呈现出先升高后下降的趋势;MAPK信号通路中的p38基因表达量升高,ERK、AKT、MEK基因的表达量均显著下降。以上结果表明微塑料会对中华绒螯蟹的生长造成负面影响,并会在肝胰腺中引发氧化应激反应,显著抑制了肝胰腺中的抗氧化酶力,并通过抑制抗氧化基因和MAKP信号通路上的基因的表达进而对细胞的生长和活力造成负面效应。3.微塑料对中华绒螯蟹非特异免疫及肠道微生物的影响为研究微塑料对中华绒螯蟹非特异性免疫反应的影响,本文检测了肝胰腺和血淋巴组织中酸性磷酸酶(ACP)、碱性磷酸酶(AKP)、酚氧化酶(PO)和溶菌酶(LSZ)四种酶的活性和血淋巴中血蓝蛋白(Hc)的含量。结果显示,血淋巴中血蓝蛋白含量、AKP、PO和肝胰腺中的AKP和LSZ酶活力,在7d和14d都会随着微塑料浓度升高呈先升后降趋势,而肝胰腺中的ACP、PO活力均呈上升趋势,在21d时较7d和14d均有下降趋势。为深入研究微塑料对中华绒鳌蟹非特异免疫的影响,本文从分子水平测定了肝胰腺和血细胞中Hc、ACP、AKP、LSZ、PO和caspase几种基因的m RNA相对表达含量的变化。结果发现,Hc、ACP、AKP、LSZ基因表达量变化趋势与相应酶活性变化相符。此外,血细胞中的caspase和My D88基因表达量高于对照组,而两基因在肝胰腺中的表达量较对照组均呈先升后降趋势。此外,对肠道微生物的研究结果显示高浓度微塑料可能会降低中华绒螯蟹肠道内微生物的丰度和均匀度,糖精菌、厚壁菌、放线菌、柔膜菌、拟杆菌和变形杆菌构成了中华绒螯蟹肠道微生物的主要结构。在40mg/L微塑料暴露下,厚壁菌和拟杆菌在中华绒螯蟹肠道菌群中的比例有所升高,而梭杆菌和变形杆菌的丰度呈下降趋势。综上结果表明微塑料对中华绒鳌蟹肝胰腺和血淋巴中的免疫相关酶和基因造成了显著负面影响,其在门、纲、属几个分类水平上对中华绒螯蟹肠道菌群的多样性和组成均造成了影响。
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食物链,塑料

实验室有关微塑料的吸收实验大多集中在浮游动物和贻贝等无脊椎动物，室外研究也有发现一些鱼类和海鸟等脊椎动物可吸收微塑料。微塑料在食物链中的传递如图1.1所示。图1.1 微塑料在食物链中的传递(Wright et al., 2013a)Figure 1.1 The translation of microplastics in the food chain（Wright,. et al 2013）由于塑料大多为白色透明，其与北太平洋中央环流部分的浮游类生物甚为相似，灯笼鱼（Myctophidae）易把小的塑料碎片当作是其食物资源，，也会通过摄食已经摄入微塑料的浮游类进而间接食入微塑料。灯笼鱼可以被金枪鱼（Tuna）、

示意图,塑料溶液,聚苯乙烯微球,紫外消毒

实验用微塑料溶液均通过向紫外消毒过的曝气水中加入购买的微塑料溶液进行配制。图 2.1 微塑料在淡水中的分散情况（动态光散射）Figure 2.1 Dynamic light scattering (DLS) of microplastics dispersed in freshwater010203040500.1 1 10 100 1000 10000IntenistyPe(cernt)Size (d.nm)Size Distribution by IntensityRecord 38: 1 Record 39: 2 Record 40: 3
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X171.5

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