【摘要】：拟环纹豹蛛Pardosa pseudoannulata隶属于蛛形纲(Arachnida)蜘蛛目(Araneae)狼蛛科(Lycosidae),广泛分布于我国农田,是一种重要的害虫天敌和潜在的重金属污染指示生物。镉是环境中广泛存在的一种有毒重金属,对生态系统和人类健康造成了严重威胁。本研究以拟环纹豹蛛为材料,探讨了镉对拟环纹豹蛛的生态毒理效应及其影响机制,为保护和利用蜘蛛控制害虫及利用蜘蛛作为重金属污染指示生物提供理论基础。主要研究结果如下:1、镉在拟环纹豹蛛体内的富集规律研究。用0.2 mM和2 mM CdCl_2溶液做饮水饲养拟环纹豹蛛成蛛,用电感耦合等离子体发射光谱仪测定了处理前和处理7d、14d、21d、28d后蜘蛛体内的镉含量。用0.2 mM CdCl_2处理时,雌雄蛛体内的镉含量均随处理时间的延长显著增加(p0.05);2 mM CdCl_2处理时,雄蛛体内的镉含量在前2周、雌蛛体内的镉含量在前3周急剧增加,随后处于相对稳定状态。在整个处理过程中,0.2 mM CdCl_2溶液处理7d和28d,2 mM CdCl_2溶液处理14d、21d和28d时,雄蛛体内的镉含量显著高于雌蛛。表明拟环纹豹蛛体内可以积累高浓度的镉,雄蛛体内镉的富集水平高于雌蛛。2、镉对拟环纹豹蛛生长、发育和繁殖的影响。分别用0.2 mM和2 mM CdCl_2溶液做成蛛的饮水,0.04 mM、0.2 mM、1 mM和2 mM CdCl_2溶液做幼蛛的饮水,以果蝇作为蜘蛛的食物,研究了镉对拟环纹豹蛛生长、发育和繁殖特性的影响。结果表明,镉处理下,拟环纹豹蛛的死亡率显著增大,2 mM CdCl_2处理下,雄蛛的死亡率显著高于雌蛛(p0.05)。但0.2 mM和2 mM CdCl_2处理下幼蛛的死亡率无明显差异(p=0.104)。在蜘蛛的饮水中添加一定浓度的镉溶液,拟环纹豹蛛的发育历期显著延长,体重显著降低,产卵量显著减少(p0.05)。3、镉对拟环纹豹蛛抗氧化酶活性的影响。用0.2 mM和2 mM CdCl_2溶液做饮用水饲养拟环纹豹蛛,测定处理前和处理7d、14d、21d、28d时拟环纹豹蛛体内超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)的活性。SOD、CAT和GST活性在0.2 mM CdCl_2处理7d时均显著上升(p0.05),处理14d、21d和28d时和对照没有显著差异(p0.05)。2 mM CdCl_2处理7d、14d、21d和28d时,SOD和CAT活性和对照没有显著差异(p0.05),GST活性在处理7d时相比对照显著升高,21d时相比对照显著降低,28d时和对照没有显著差异(p0.05)。表明短期接触低浓度的CdCl_2可以提高拟环纹豹蛛的抗氧化酶活性,但高浓度CdCl_2和较长时间处理对拟环纹豹蛛的抗氧化酶活性无显著影响。4、镉对拟环纹豹蛛转录水平的影响。用Illumina HiSeq?2500高通量平台测定了0.2 mM和2 mM CdCl_2溶液处理及对照拟环纹豹蛛的转录组,并进行了数据组装和分析。差异表达基因(DEG)功能富集分析表明,0.2 mM和2 mM CdCl_2处理下,“代谢过程”、“催化活性”等在基因本体论(GO)和topGO下显著富集(KS0.05)。“碳水化合物的转运和代谢”、“氨基酸转运和代谢”、“复制、重组和修复”等在直系同源聚类(COG)下显著富集;“溶酶体”、“吞噬体”,以及与营养物质和能量代谢相关的代谢途径在京都基因与基因组百科全书(KEGG)代谢通路中显著富集。表明镉处理严重影响了拟环纹豹蛛的代谢和消化过程,在细胞和分子水平上引起了损伤和应激响应。0.2 mM和2 mM CdCl_2处理与对照相比分别检测到2939个和2491个DEG,相比0.2 mM CdCl_2处理,2 mM CdCl_2处理时DEG数目明显减少,表明高浓度的镉可能破坏了蛋白结构,抑制了酶活性。DEG分析表明,跨膜转运蛋白、信号转导分子、热休克蛋白和抗氧化酶等基因在拟环纹豹蛛响应镉胁迫中发挥重要作用。5、拟环纹豹蛛体内解毒酶基因的克隆鉴定与序列分析。在转录组测序和分析的基础上,克隆了拟环纹豹蛛GST和二甲基苯胺单氧酶(FMO)含完整开放阅读框(ORF)基因序列,以及γ-谷氨酰转移酶(GGT)基因部分序列。所获得的ppGST基因ORF长654 bp,编码217个氨基酸,推定蛋白的分子量为24.90 kDa,等电点5.98,属delta亚型,具有典型的GST基因N端和C端结构域,属亲水性蛋白。ppFMO基因ORF长1611bp,编码536个氨基酸,推定蛋白的分子量为61.77 kDa,等电点9.02,属FMO5亚型,具有结合NADP的NADB_Rossmann结构域,属亲水性蛋白。获得的ppGGT基因编码序列长1038 bp,编码345个氨基酸。基于克隆基因推导的氨基酸序列进行比对分析,构建了系统发育树。拟环纹豹蛛GST、GGT和FMO与温室拟肥腹蛛Parasteatoda tepidariorum和隆头蛛Stegodyphus mimosarum的相似性最高,这也证实了本研究所克隆序列的正确性,为深入研究拟环纹豹蛛适应镉胁迫的分子机制奠定了基础。
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X171.5
【图文】：
图 1.1 镉诱导细胞内氧化压力的产生机制[54]Fig.1.1 The mechanism of oxidative stress induced by Cd[54]
第 1 章 文献综述11镉激活的多种死亡信号途径往往同步发生（图1.2）。Cd2+胁迫内皮细胞时发现，细胞死亡的多种信号往往同时被激活，Cd2+引起的死亡信号起始于DNA损伤和胞质钙离子流，引起凋亡相关的线粒体膜去极化和典型的DNA损伤反应，同时ER应激和自噬体形成等细胞自噬信号启动，溶酶体通透性变大，这些信号共同作用导致DNA的降解和细胞质膜的破坏，不同的信号组合和发生速度可能会导致细胞不同死亡形式的发生[72]。Cd2+处理促使内质网Ca2+的释放，胞质Ca2+的过量随后引起ERK的激活和线粒体膜的去极化
图 2.1 Cd2+在 228 nm 的典型 ICP-OES 发射光谱图Fig.2.1 ICP-OES emission spectrum of Cd2+at 228 nm
【参考文献】
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本文编号：
2766077
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