羧基化多壁碳纳米管对五氯酚在锦鲫体内生物富集和氧化损伤的影响及两种物质对肠道菌群的作用
发布时间：2020-07-07 23:24
【摘要】：随着纳米科技的迅速发展,纳米材料被广泛应用于工业、农业、食品、医药等各个领域。在纳米材料广泛应用的同时,其不可避免会释放到环境中,与环境中的污染物发生相互作用,从而影响污染物的迁移转化及其生物有效性。碳纳米材料对持久性有机污染物生物富集和毒性的潜在影响是污染物生态风险研究中的重要问题。本论文以我国长江中下游地区广泛使用的杀螺剂五氯酚(PCP)和羧基化多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)为研究对象,较为系统的研究了这两种物质同时存在于水体中产生的相互作用,MWCNT-COOH对PCP生物富集过程的影响。并从微生物生态学角度运用新一代高通量测序技术(454测序技术)研究了PCP和MWCNT-COOH对锦鲫肠道菌群结构和组成的影响,分析了肠道菌群结构变化与锦鲫生长表型变化之间的关系。研究内容及结果概括如下：1)运用半静态染毒方法,研究了MCWNT-COOH对PCP在锦鲫各器官中富集分布和净化的影响。实验使用接近1/10和1/20 LC50的PCP浓度(分别为100 μg/L和50μg/L)和100μg/L浓度的MWCNT-COOH进行复合暴露,在暴露50天后,在清水中进行14天的净化实验,采集鱼体肌肉、鳃、肝、肠和肠内容物,提取净化后,利用液相色谱测定了不同暴露时间各组织中PCP的浓度。实验结果表明,PCP在锦鲫体内有明显富集作用,当达到相对富集稳定期时,碳纳米管存在下鱼体内PCP的浓度低于PCP单独暴露鱼体内的浓度。腮、肠内容物中PCP浓度明显比肌肉高。加碳纳米管的PCP暴露组,净化期PCP在各器官中的浓度大于PCP单独染毒组。说明碳纳米管的存在阻碍了鱼体内PCP的净化过程,推测其可能是由于进入鱼体的碳纳米管排出缓慢,其吸附的PCP在净化过程中向鱼体中再释放所致。这一结果显示碳纳米管吸附的有机毒物进入生物体后可能会随着吸附毒物的释放对生物造成慢性伤害,碳纳米材料的这种潜在危害值得进一步深入研究。2)锦鲫肝脏中SOD和CAT酶活性明显受到PCP的影响。在暴露较短时间后,低浓度下,SOD和CAT酶活性先受到诱导,活性增加,暴露后期活性下降；而在高浓度PCP暴露下,二种酶活都受到显著抑制(P0.05 each).肝组织切片显示,暴露14天,在10 μg/L浓度暴露下,肝脏出现了多病灶炎症、细胞肿胀、空泡等病理症状。而在100μg/L浓度暴露下,肝脏会受到极其严重的损伤,肝细胞出现灶性坏死。PCP暴露可以引起鳃动脉瘤、鳃细胞水肿、鳃上皮细胞抬升等病理症状。说明五氯酚对锦鲫有显著毒性。锦鲫经28天高浓度MWCNT-COOH(100 μg/L和1000 gg/L)暴露后,SOD和CAT酶活显著受到抑制(P0.05 each).MWCNT-COOH暴露可以对鳃产生鳃动脉瘤、鳃细胞水肿、畸形生长等病理症状；然而低浓度MWCNT-COOH暴露下,肝脏切片没有观察到损伤,高浓度时肝脏有轻微损伤,说明MWCNT-COOH对锦鲫是低毒的。在PCP和MWCNT-COOH共同暴露时,低浓度下SOD先诱导后抑制,而CAT受到显著抑制；当浓度达到100 μg/L时,PCP和MWCNT-COOH联合暴露可以对产生鳃动脉瘤、鳃细胞水肿、鳃畸形生长等病理症状,而低浓度暴露下对肝脏没有产生伤害,说明MWCNT-COOH的存在降低了PCP对锦鲫的毒性。3)运用半静态染毒方法,研究了锦鲫在PCP暴露下肠道菌群变化与鱼体生长表型变化及氧化损伤的关系。实验使用10μg/L、50μg/L和100 μg/L三种PCP浓度进行暴露。实验结果表明,PCP在锦鲫的肠道内容物和肝脏中有明显富集,并影响肠道菌群的结构、组成和肠道微生物的多样性。454焦磷酸测序显示,锦鲫肠道微生物群落结构和功能发生不同程度的改变,肠道菌群的多样性下降,拟杆菌门丰度随着PCP在鱼体内浓度的增大而增大,而厚壁菌门随着鱼体内PCP的含量的增大而减小。厚壁菌门与拟杆菌门丰度的比值(F/B；)与体重、肝重呈正相关(R0.5,P0.01),SOD和CAT酶与肌肉和肠道内容物PCP含量成显著负相关(R-0.5,P0.05 each).生物信息学分析显示,随着染毒天数和浓度的增大,Bacteroides(拟杆菌属)的丰度增大(R0.5,P0.05 each)、锦鲫的体重和肝重减小,生长受到抑制.这一结果显示PCP暴露不仅对肝脏造成了损伤同时也对肠道微生物结构和组成产产生影响,导致锦鲫脂质代谢的紊乱,从而影响了锦鲫的生长。4)运用半静态染毒方法,研究了MWCN T_COOH对鲫鱼肝脏的氧化损伤和肠道菌群的变化。实验使用MWCNT-COOH浓度分别为10 μg/L、50 μg/L和100μg/L进行暴露。454焦磷酸测序显示,经MWCNT-COOH暴露后锦鲫肠道微生物群落结构和功能发生不同程度的改变,拟杆菌门随着MWNT-COOH在鱼体内浓度的增大而增大,而厚壁菌门随着鱼体内MWNT-COOH的含量的增大而减小。肝重(R2=0.3512,p=0.01)和体重(R2=0.3027,p=0.02)与Firmicutes/Bacteroidetes比例(F/B)成正相关。肝重与拟杆菌门Bacteroidetes (R2=0.511,p=0.001)和拟杆菌属Bacteroides(R2=0.5271,p=0.0009)丰度呈负相关；同时体重亦与拟杆菌门Bacteroidetes(R2=0.4485,p=0.003)和拟杆菌属Bacteroides(R2=0.4422,p=0.003)丰度呈负相关。体重和肝重随时间的变化与Bacteroidetes门和Bacteroides属相对丰度的变化大体一致。随着染毒天数和浓度的增力口,Bacteroides(拟杆菌属)的相对丰度增大(R0.5,P0.05 each),锦鲫的体重和肝重减小,生长受到抑制。MWCNT-COOH暴露对肠道微生物结构产生影响,导致锦鲫脂质代谢的紊乱,从而影响了锦鲫的生长。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X503.225
【图文】：
图１－２．研究技术路线图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２．邋Ｃｏｎｔｅｎｔｓ邋ａｎｄ邋１：ｅｃｈｎｉｃａｌ邋ａｐｐｒｏａｃｈ邋ｏｆ邋化ｅ邋ｐｒｅｓｅｎｔ邋ｓｔｕｄｙ逡逑
ａｆｔｅｒ邋（ｂ）邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ．逡逑取超声前后的ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ母液与储备液，用ＴＥＭ仪表征微观结构。逡逑ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ超声前后ＴＥＭ图如图２－１所示，超声前的母液呈纠缠团聚体状逡逑态，而超声后储备液中团聚体被打散，出现单根碳纳米管。表明本实验所用的分逡逑散方法能够较有效地分散ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ。处理所得胶体储备液中逡逑ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ主要Ｗ单根形态存在，不易聚集沉淀；为后续的胶体性质和光逡逑化学性质研究奠定基础。碳纳米管之间存在强范德华引力（由于比表面积、长径逡逑比极大），工厂制备出的碳纳米管常出现纳米微粒的强团聚效应和纤维材料的纠逡逑缠粘结现象而不易分散。本实验所用多壁碳纳米管表面经化学氧化处理，出现含逡逑氧官能团（主要是}净箍赡苡谐ⅲ突龋挥捎趠净饫肟稍黾拥ジ煎义夏擅坠苤涞呐懦庾饔茫ㄖ饕蔷驳缱饔茫赡芑褂兴さ母衾胱饔茫衔垂馘义夏芑奶寄擅坠芊稚⒁菀仔稚⒑笮纬傻慕禾逡榷ㄐｅ义希玻跺义
本文编号：2745763
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X503.225
【图文】：
图１－２．研究技术路线图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２．邋Ｃｏｎｔｅｎｔｓ邋ａｎｄ邋１：ｅｃｈｎｉｃａｌ邋ａｐｐｒｏａｃｈ邋ｏｆ邋化ｅ邋ｐｒｅｓｅｎｔ邋ｓｔｕｄｙ逡逑
ａｆｔｅｒ邋（ｂ）邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ．逡逑取超声前后的ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ母液与储备液，用ＴＥＭ仪表征微观结构。逡逑ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ超声前后ＴＥＭ图如图２－１所示，超声前的母液呈纠缠团聚体状逡逑态，而超声后储备液中团聚体被打散，出现单根碳纳米管。表明本实验所用的分逡逑散方法能够较有效地分散ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ。处理所得胶体储备液中逡逑ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ主要Ｗ单根形态存在，不易聚集沉淀；为后续的胶体性质和光逡逑化学性质研究奠定基础。碳纳米管之间存在强范德华引力（由于比表面积、长径逡逑比极大），工厂制备出的碳纳米管常出现纳米微粒的强团聚效应和纤维材料的纠逡逑缠粘结现象而不易分散。本实验所用多壁碳纳米管表面经化学氧化处理，出现含逡逑氧官能团（主要是}净箍赡苡谐ⅲ突龋挥捎趠净饫肟稍黾拥ジ煎义夏擅坠苤涞呐懦庾饔茫ㄖ饕蔷驳缱饔茫赡芑褂兴さ母衾胱饔茫衔垂馘义夏芑奶寄擅坠芊稚⒁菀仔稚⒑笮纬傻慕禾逡榷ㄐｅ义希玻跺义
本文编号：2745763
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