典型拟除虫菊酯杀虫剂和典型重金属对斑马鱼的联合毒性研究

发布时间：2020-10-12 07:22

　　 农药和重金属是水体生态系统中两类重要的污染物。拟除虫菊酯农药是一种广谱、高效的新型仿生农药,对哺乳类和鸟类低毒,但对水生生物具有很高的毒性。近年来,由于用量的不断增加,拟除虫菊酯农药在水体中被广泛检出,给水生生物的生存和健康带来严重威胁。拟除虫菊酯农药按照结构可以划分为Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅱ型菊酯农药具有更高的杀虫活性和光稳定性,在一些拟除虫菊酯农药污染的水体中,Ⅰ型和Ⅱ型菊酯农药共存,研究两种不同类型菊酯农药对水生生物的联合毒性具有重要的环境意义。重金属是水体环境中另一种重要的污染物,重金属很容易在生物体内富集,这类污染物对水生生物的毒性作用也备受关注。在一些工农业较为集中区域水体环境中,拟除虫菊酯农药和重金属有潜在共存性,研究两种污染物对水生生物的复合毒性效应是非常必要的。此外,拟除虫菊酯农药是一种典型的手性污染物,通常含有1-3个手性中心。拟除虫菊酯农药对映体的转化、代谢和毒性等生物学效应可能会受到其他共存污染物的干扰,例如重金属等。因此,研究重金属对手性拟除虫菊酯农药生物学效应的影响也是颇具环境意义的课题。本论文取得的主要研究成果如下(1)Ⅰ型拟除虫菊酯农药氯菊酯(Permethrin, PM)和Ⅱ型拟除虫菊酯农药氯氰菊酯(Cypermethrin, CP)在较低浓度范围内(PM≤300 μg/L, CP≤30μg/L)单独暴露不会引起斑马鱼胚胎畸形及痉挛反应的发生。但联合暴露于亚致死剂量的PM和CP的二元混合物导致斑马鱼胚胎畸形及躯体痉挛发生率显著增加。钠离子通道的特异性阻断剂MS-222能够减缓PM、CP及两者联合暴露引发的躯体弯曲和躯体痉挛的产生,表明PM和CP引发的胚胎早期发育毒性部分是通过钠离子通道介导的。基因表达检测数据表明,联合暴露于PM和CP显著抑制了神经元发育相关基因的表达水平。PM和CP单独暴露对超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性没有影响,而联合暴露诱导了SOD酶活性。CP单独暴露及联合暴露对过氧化氢酶(catalase, CAT)活性都有诱导作用。本章研究结果表明,与相同浓度条件下的单个农药暴露相比,PM和CP联合暴露的斑马鱼胚胎体内形态学畸形和躯体痉挛发生率增加,神经元发育基因表达下降,氧化应激反应增强,因此水体环境中低剂量Ⅰ型和Ⅱ型菊酯农药共存有可能增加对鱼类等水生生物的毒性风险。(2)镉(Cd)和氯氰菊酯(cypermethrin, CP)单独暴露均可引发斑马鱼早期胚胎发育躯体弯曲、心包囊肿和游囊皱缩等形态学畸形。CP还可以引起胚胎躯体痉挛的发生,而Cd不能引发这种神经行为毒性。联合暴露于CP和Cd导致斑马鱼胚胎畸形发生率增加,而且Cd的加入显著增强了CP引发的胚胎躯体痉挛反应。联合暴露还导致胚胎体内氧化损伤程度增加及成年斑马鱼死亡率增加。在胚胎及成鱼体内,CP对细胞色素P450(CYP)酶基因表达和酶活性的诱导被Cd显著抑制。体外代谢实验数据表明,Cd阻断了大鼠CYP1 A1对CP的降解代谢。斑马鱼体内CP残留分析数据显示,联合暴露组鱼体内CP残留量显著高于CP单独暴露组。本章研究表明,CP和Cd联合暴露毒性的增强可能是由于Cd干扰了鱼体内CYP酶,使CP在鱼体内代谢受阻,导致CP残留增加,最终使联合毒性增强。本章研究提示,重金属会干扰拟除虫菊酯农药对水生生物的毒性作用,有必要评价重金属和拟除虫菊酯农药联合暴露对水生生物的健康风险效应。(3) Cis-BF是目前用量最广泛的拟除虫菊酯农药之一。外消旋体cis-BF (rac-cis-BF)包括R型(R-cis-BF)和S型(S-cis-B F)两个对映异构体。在接近环境浓度水平,Cd、Cu和Pb(10μg/L)分别与顺式联苯菊酯(cis-bifenthrin, cis-BF) rac-cis-BF (1μg/L)或R型异构体(R-cis-BF,1μg/L)联合暴露导致成年斑马鱼72 h致死率增加。对斑马鱼体内对映体残留量和对映体分数(enantiomer fraction, EF值)的检测发现,ac-cis-BF单独暴露组鱼体内R-cis-BF残留比例增加(EF=0.482),同时,S-cis-BF和R-cis-BF单独暴露组鱼体内都检测到另外一个对映体残留,表明BF对映体在鱼体内有异构化和外消旋化的趋势。Rac-cis-BF+Cd/Cu/?b联合暴露组鱼体内EF值显著小于rac-cis-BF单独暴露组；与R-cis-BF单独暴露相比,R-cis-BF+Cd联合暴露组鱼体内EF值减小,而R-cis-BF+Cu/Pb联合暴露组EF值没有显著变化；与S-cis-BF单独暴露相比,S-cis-BF+Cu/Pb联合暴露组EF值显著减小,而S-cis-BF+Cd联合暴露组EF值没有变化。研究结果表明,三种重金属的加入使鱼体内毒性较强的R-cis-BF残留比例增加,这可能是导致BF与重金属对斑马鱼联合毒性增强的内在机制之一。本章研究提示,环境中其他物质可能会干扰手性拟除虫菊酯农药的毒性,评价手性拟除虫菊酯农药毒性对映体差异时,其他污染物的干扰作用是一个不可忽视的因素。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：X592
【文章目录】：
摘要
Abstract
1. 绪论
    1.1 前言
    1.2 拟除虫菊酯农药
        1.2.1 拟除虫菊酯农药的发展与现状
        1.2.2 拟除虫菊酯农药的分类及作用机制
        1.2.3 拟除虫菊酯农药在水体环境的残留
        1.2.4 拟除虫菊酯农药的水生毒性与生物代谢
            1.2.4.1 急性毒性
            1.2.4.2 行为干扰作用
            1.2.4.3 生殖发育毒性
            1.2.4.4 内分泌干扰毒性
            1.2.4.5 免疫毒性
            1.2.4.6 生物代谢
        1.2.5 拟除虫菊酯农药的手性特征
        1.2.6 手性拟除虫菊酯农药毒性的对映体选择性
            1.2.6.1 急性毒性的对映体选择性
            1.2.6.2 内分泌干扰毒性的对映体选择性
            1.2.6.3 发育毒性的对映体选择性
            1.2.6.4 细胞毒性的对映体选择性
            1.2.6.5 生物转化与代谢的对映体选择性
    1.3 重金属污染
        1.3.1 水体重金属污染情况
        1.3.2 常见重金属的水生生态毒理效应
            1.3.2.1 生物体内富集
            1.3.2.2 早期发育毒性
            1.3.2.3 免疫毒性
            1.3.2.4 遗传毒性和致癌性
            1.3.2.5 生理生化指标影响
            1.3.2.6 内分泌干扰毒性
    1.4 水体环境复合污染
        1.4.1 复合污染概念及类型
        1.4.2 水体复合污染现状与生态毒理效应
            1.4.2.1 重金属复合污染
            1.4.2.2 重金属与有机物复合污染
            1.4.2.3 有机复合污染
    1.5 斑马鱼及其在毒理学中的应用
        1.5.1 斑马鱼的特点
        1.5.2 斑马鱼在环境毒理学研究中的应用
            1.5.2.1 重金属毒性评价
            1.5.2.2 内分泌干扰物毒性评价
            1.5.2.3 有机污染物毒性评价
            1.5.2.4 污染物生物转化和代谢评价
    1.6 本论文研究目的和意义
        1.6.1 研究目的和意义
        1.6.2 研究内容
2. 氯菊酯和氯氰菊酯在亚致死浓度下对斑马鱼早期胚胎发育的联合毒性
    2.1 前言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 化合物与试剂
        2.2.2 主要实验仪器及设备
        2.2.3 斑马鱼培养及鱼卵收集
        2.2.4 暴露实验设计
        2.2.5 实际暴露浓度分析
            2.2.5.1 水样前处理
            2.2.5.2 气相色谱分析条件
        2.2.6 形态学畸形和神经行为毒性分析
        2.2.7 MS-222处理
        2.2.8 基因表达检测
            2.2.8.1 胚胎总RNA提取
            2.2.8.2 反转录
            2.2.8.3 实时定量PCR(Real-time PCR)
        2.2.9 超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性测定
            2.2.9.1 样品收集
            2.2.9.2 样品蛋白含量测定
            2.2.9.3 SOD的活性测定
            2.2.9.4 CAT的活性测定
        2.2.10 数据处理与分析
    2.3 实验结果
        2.3.1 实际暴露浓度化学分析
        2.3.2 单个农药毒性
        2.3.3 PM和CP对斑马鱼胚胎联合毒性
        2.3.4 MS-222处理对毒性的减缓作用
        2.3.5 神经元发育相关基因表达
        2.3.6 抗氧化酶活性
    2.4 讨论
    2.5 小结与创新
3. 镉增强了氯氰菊酯对斑马鱼的毒性作用
    3.1 前言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 化合物与试剂
        3.2.2 主要实验仪器及设备
        3.2.3 斑马鱼饲养及鱼卵收集
        3.2.4 暴露实验设计
        3.2.5 基因表达检测
        3.2.6 抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量
        3.2.7 EROD酶活性的测定
            3.2.7.1 斑马鱼仔鱼(144 hpf)体内EROD酶活性测定
            3.2.7.2 成鱼肝脏内EROD酶活性测定
        3.2.8 大鼠CYP1A1对CP的体外代谢
        3.2.9 水溶液中和斑马鱼体内CP浓度测定
            3.2.9.1 水溶液中CP浓度测定
            3.2.9.2 鱼体内CP浓度测定
            3.2.9.3 GC-ECD色谱条件
        3.2.10 暴露溶液中和斑马鱼体内Cd浓度测定
            3.2.10.1 暴露溶液中Cd浓度测定
            3.2.10.2 斑马鱼体内Cd浓度测定
        3.2.11 数据处理与分析
    3.3 实验结果
        3.3.1 单个物质毒性作用
        3.3.2 CP和Cd对斑马鱼胚胎和成鱼的联合毒性作用
            3.3.2.1 CP和Cd的对斑马鱼胚胎的联合毒性作用
            3.3.2.2 CP和Cd的对成年斑马鱼的联合毒性作用
        3.3.3 CP和Cd对斑马鱼胚胎氧化应激反应的联合作用
            3.3.3.1 对抗氧化酶活性及脂质过氧化产物含量的联合作用
            3.3.3.2 对抗氧化酶基因表达水平的联合作用
        3.3.4 CP和Cd对斑马鱼胚胎和成鱼体内CYP基因表达联合作用
            3.3.4.1 对斑马鱼胚胎体内CYP酶基因表达的联合作用
            3.3.4.2 对成年斑马鱼体内CYP酶基因表达的联合作用
        3.3.5 CP和Cd联合暴露对EROD活性的影响
        3.3.6 Cd对大鼠CYP1A1体外代谢CP的干扰作用
        3.3.7 鱼体内CP和Cd的残留
    3.4 讨论
    3.5 小结与创新
4. 重金属镉、铜、铅干扰斑马鱼体内联苯菊酯的对映体转化
    4.1 前言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 化合物与试剂
        4.2.2 主要实验仪器及设备
        4.2.3 斑马鱼饲养
        4.2.4 联苯菊酯对映体制备
        4.2.5 暴露实验设计
        4.2.6 基因表达检测
        4.2.7 暴露溶液中BF浓度测定
        4.2.8 鱼体内BF浓度测定
        4.2.9 UPLC-ESI-MS/MS色谱方法
        4.2.10 数据处理与分析
    4.3 实验结果
        4.3.1 联苯菊酯对映体拆分与构型鉴定
        4.3.2 联苯菊酯和Cd、Cu、Pb对斑马鱼的联合毒性
        4.3.3 单独暴露于rac-cis-BF、S/R-cis-BF斑马鱼体内EF值变化
        4.3.4 重金属对斑马鱼体内rac-cis-BF对映体选择性生物转化的影响
        4.3.5 重金属对斑马鱼体内S-cis-BF对映体选择性生物转化的影响
        4.3.6 重金属对斑马鱼体内R-cis-BF对映体选择性生物转化的影响
        4.3.7 暴露溶液中EF值变化
        4.3.8 CYP酶基因表达的对映体选择性
        4.3.9 联苯菊酯对映体色谱图
    4.4 讨论
    4.5 小结与创新
5. 研究结论与未来工作展望
    5.1 研究结论
    5.2 未来工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 蔡翔,王捷,王颖;应用胚胎检测技术评价氟吗啉对斑马鱼胚胎-幼体发育的影响[J];农药;2005年06期

2 端正花;朱琳;王平;张斌田;;双酚A对斑马鱼不同发育阶段的毒性及机理[J];环境化学;2007年04期

3 朱小山;朱琳;郎宇鹏;李燕;端正花;;富勒烯及其衍生物对斑马鱼胚胎发育毒性的比较[J];中国环境科学;2008年02期

4 端正花;朱琳;宫知远;;己烯雌酚在斑马鱼胚胎中的生物蓄积及毒性机制研究[J];环境科学;2009年02期

5 徐娟;吴南翔;;斑马鱼在环境内分泌干扰物筛选和检测中的应用[J];国外医学(卫生学分册);2009年04期

6 胡玮;程露阳;宋韫韬;夏鸿飞;孙大光;李鹏;李丹;陆彩玲;马旭;;硫代硫酸钠干扰斑马鱼胚胎发育并致畸[J];中国生物化学与分子生物学报;2009年09期

7 田文静;白伟;赵春禄;张智勇;崔俊安;何潇;马宇辉;赵宇亮;;纳米ZnO对斑马鱼胚胎抗氧化酶系统的影响[J];中国环境科学;2010年05期

8 周寅;张红菱;;斑马鱼的实验室养殖方法及其实验应用[J];武汉工业学院学报;2010年04期

9 崔俊安;张智勇;赵春禄;;钆对斑马鱼胚胎发育的影响[J];中国稀土学报;2011年02期

10 王亮;杨景峰;王亚臣;乔新国;包桂英;;甲拌磷对斑马鱼胚胎的毒性研究[J];内蒙古民族大学学报(自然科学版);2011年03期

相关博士学位论文 前10条

1 徐绘;17α-炔雌醇对斑马鱼生殖系统的影响及其机理的研究[D];复旦大学;2008年

2 陈浩;直观检测环境雌激素的转基因斑马鱼系的建立及其应用研究[D];复旦大学;2008年

3 杜长青;斑马鱼胸腺苷酸合成酶基因的克隆与表达调控[D];中国科学院研究生院（海洋研究所）;2005年

4 周胜利;沙蚕毒素类杀虫剂对斑马鱼的发育和生殖毒性[D];浙江大学;2010年

5 宋春霞;斑马鱼胸苷酸合成酶基因的表达及调控机制研究[D];山东大学;2008年

6 竺林;激活诱导胞嘧啶脱氨酶基因在斑马鱼中的功能研究[D];中国农业大学;2014年

7 殷健;重金属对斑马鱼的毒性效应及作用机制研究[D];北京协和医学院;2014年

8 杨叶;典型拟除虫菊酯杀虫剂和典型重金属对斑马鱼的联合毒性研究[D];浙江大学;2015年

9 普佳睿;神经调节素1在斑马鱼肠神经系统发育中的作用[D];华中科技大学;2013年

10 王燕舞;以噬菌体展示技术鉴定斑马鱼早期胚胎发育相关基因的研究[D];武汉大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 曹娜;双酚A对斑马鱼的毒性以及内分泌干扰作用[D];上海海洋大学;2011年

2 向霄;环境雌激素与抗雌激素对斑马鱼胚胎的复合效应研究[D];上海交通大学;2012年

3 勉丽娜;水中苯酚含量的测定及其对斑马鱼胚胎发育的生态毒性诊断研究[D];河北医科大学;2008年

4 王稼农;用于药物安全性评价的斑马鱼生物技术平台建设研究[D];广西医科大学;2010年

5 刘嗣华;乙草胺和莠去津对斑马鱼的毒性影响研究[D];河北大学;2007年

6 孙璐;斑马鱼中第二个纤连蛋白基因的识别与表达分析[D];南京师范大学;2005年

7 周瑞芳;凝血因子Ⅲb在斑马鱼胚胎发育中的作用[D];复旦大学;2011年

8 李淼;地塞米松磷酸钠导致斑马鱼颅面部发育异常的研究[D];华中科技大学;2009年

9 徐永学;高效氯氰菊酯对斑马鱼胚胎发育的毒性影响[D];中国农业科学院;2012年

10 吴迪;林丹、β-硫丹对斑马鱼内分泌干扰效应研究[D];南京农业大学;2010年

本文编号：2837840