雄性树麻雀生殖功能对环境重金属污染的响应

发布时间：2020-11-10 14:47

　　 重金属具有易富集、半衰期长、难降解等特性,可通过呼吸、饮食、表面接触等途径进入动物体内并对机体健康产生毒性作用。已有研究表明,重金属可通过损伤生殖器官、干扰生殖激素分泌水平、影响精子质量等途径对雄性生殖功能造成影响,而雄性动物的生殖功能是决定种群繁殖输出的重要因素。鸟类是生态系统中重要的组成元素,环境污染是造成鸟类种群数量下降的重要原因之一,而目前极少有研究探讨环境重金属污染条件下雄性鸟类生殖功能的响应。本研究以西北地区广泛分布的留鸟——树麻雀(Passer montanus)为研究对象,选择重金属铜(Copper,Cu)、铅(Lead,Pb)、锌(Zinc,Zn)和镉(Cadmium,Cd)为主要污染物的甘肃省白银四龙镇和相对无污染的甘肃省永靖刘家峡镇为研究样地,从繁殖期雄性树麻雀的体质状况、精巢结构与功能、生殖激素水平和精子质量等方面综合探究雄性鸟类生殖功能对环境重金属污染的响应,以期为探究环境重金属污染对鸟类种群繁殖的影响提供科学参考。研究得到如下结果:1.环境重金属在雄性树麻雀体内的积累水平。白银地区雄性树麻雀肝脏、肌肉、初级飞羽、腹羽和精巢中Cd及初级飞羽中Cu和Pb、腹羽中Pb的浓度均显著高于刘家峡地区(P0.05)。表明环境重金属污染条件下,Cd、Cu和Pb在雄性树麻雀体内显著积累。2.环境重金属污染对雄性树麻雀体质状况的影响。白银地区雄性树麻雀的体型显著小于刘家峡地区(P=0.002);白银地区雄性树麻雀的心脏、肾脏及肺系数与刘家峡地区相比无明显差异(P0.05),而其肝脏系数显著高于刘家峡地区(P0.001)。表明环境重金属污染条件下,雄性树麻雀的体型变小、肝脏系数升高,且雄性树麻雀的肝脏对环境重金属暴露更为敏感。3.环境重金属污染对树麻雀精巢结构与功能的影响。两研究样地树麻雀的精巢大小、精巢结构和精巢功能标志性酶活性未见明显差异(P0.05),而白银地区树麻雀精巢超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)水平显著低于刘家峡地区(SOD:P=0.019;MDA:P=0.004)、总抗氧化能力(Total antioxidant capacity,T-AOC)显著高于刘家峡地区(P=0.012),且白银地区树麻雀精巢具有更高的细胞凋亡水平(P=0.001)。表明环境重金属污染条件下,树麻雀精巢发育和能量代谢过程未受到明显影响,而精巢具有更低的脂质过氧化反应、更强的抗氧化防御能力及更高比例的凋亡细胞。4.环境重金属污染对雄性树麻雀生殖激素水平的影响。白银地区雄性树麻雀的血浆雌激素、黄体生成素(Luteinizing hormone,LH)和促卵泡素水平均显著高于刘家峡地区(P0.001),而两研究样地雄性树麻雀的血浆睾酮水平无显著差异(P=0.917)。表明环境重金属污染条件下,雄性树麻雀的生殖激素分泌水平提高。5.环境重金属污染对树麻雀精子质量的影响。两研究样地树麻雀的精子浓度和精子ATP浓度差异不显著(P0.05);相较于刘家峡地区,白银地区树麻雀生成了具有更长鞭毛的长精子(P0.05),且其精子头部与鞭毛长度的比值和精子总长的个体间变异系数更小(P0.05),畸形精子及头部畸形精子的比例更低(P0.05);白银地区树麻雀的精子运动速度、前向运动精子比例、精子运动的直线性、摆动性和前向性均显著高于刘家峡地区(P0.05),不运动精子的比例显著低于刘家峡地区(P=0.016);白银地区树麻雀的精子运动速度与其精子头长及精子头部与鞭毛长度的比值呈负相关(P0.05),而两样地树麻雀的精子运动速度均未表现出与精子总长或精子鞭毛长度间的关联性(P0.05),且白银地区树麻雀精子的鞭毛长度与精子ATP浓度呈负相关(P=0.040),两地树麻雀精子的运动速度均与精子ATP浓度呈负相关(刘家峡:P=0.008;白银:P0.001)。表明环境重金属污染条件下,树麻雀的精子形态更优、精子运动性能更强,且树麻雀通过增加精子鞭毛长度以降低精子头部与鞭毛长度的比值,进而实现更快的精子运动速度。6.树麻雀精巢重金属积累水平与雄性生殖功能间的关系。树麻雀精巢大小与精巢中Cu或Cd的水平显著相关(P0.05),随重金属水平升高,精巢系数和体积均降低;精巢中的Pb水平显著抑制了精巢SOD的活性(P=0.043);精巢中Zn浓度与血浆雌激素水平呈负相关关系(P=0.046);随精巢Cu浓度升高,树麻雀畸形精子及头部畸形精子的比例均降低(P0.05),且树麻雀精子核长随精巢Pb浓度的升高而增加(P=0.046),随Cd浓度的升高而减小(P=0.035)。表明树麻雀精巢内积累的重金属会对精巢大小、精巢SOD活性、血浆雌激素水平等造成不利影响,同时也可直接与精子相互作用,影响精子形态特征。7.树麻雀精巢功能相关指标及生殖激素水平与精子质量间的关系。树麻雀精子运动特征与精巢体积显著相关(P=0.029),随精巢体积增大精子运动性能提高;精巢SOD活性和血浆LH水平与精子运动特征间也呈现出关联性,虽然其关系仅满足边缘显著(SOD:P=0.058;LH:P=0.077),随精巢SOD活性升高精子运动性能降低,随血浆LH水平升高不运动精子的比例降低。表明环境重金属污染条件下,树麻雀的精巢大小、精巢SOD活性、血浆LH水平等是决定精子运动性能的重要因素。综上所述,长期环境重金属暴露可造成雄性树麻雀体内重金属显著积累,导致雄鸟体型变小、肝脏系数升高。雄性树麻雀精巢中积累的重金属会对生殖功能相关指标造成不良影响,但雄性树麻雀的精巢功能、生殖激素水平和精子质量均对环境重金属胁迫产生积极响应,主要表现为:增加精巢T-AOC以避免精巢遭受氧化损伤,提高精巢细胞凋亡水平以加强精巢质量控制,促进生殖激素分泌和提高精子质量。并且,树麻雀增加生殖投入对精巢功能和生殖激素分泌水平的维持和调控是重金属污染条件下雄鸟精子质量提高的重要原因。本研究结果对深入探讨环境污染影响鸟类生殖功能的机制以及科学评价污染地区鸟类种群动态变化趋势具有参考意义。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2020
【中图分类】：X174;Q958
【部分图文】：

永靖县刘家峡镇位于黄河沿岸,建有大型水电工程刘家峡水库,因其地处高原峡谷、景色秀丽,被称为“高原明珠”,是著名的休闲旅游胜地。刘家峡与白银两地相距约110 km,两地均属于温带半干旱气候,具有相近的海拔、降水量、年平均气温和景观组成,且本课题组多年的研究也表明刘家峡地区水体、土壤中的重金属水平远低于相应的国家标准[24,149],因而本研究选取刘家峡镇魏家川村(N 35°56′-35°57′,E 103°15′-103°16′)作为相对无污染的对照样地(图2-1)。2.1.2 实验对象

环境中的重金属也可在雄性树麻雀生殖器官中积累(表3-1),两年的研究数据均表明白银地区树麻雀精巢Cd浓度(2017年:1.627±0.644 mg/kg;2018年:2.000±0.737 mg/kg)显著高于刘家峡地区(2017年:0.723±0.459 mg/kg;2018年:1.672±0.551 mg/kg)。另外,不同年份采集的树麻雀样本,其精巢Cu和Cd浓度也存在差异(表3-1)。3.1.2 环境重金属污染对雄性树麻雀体型大小的影响

采用GLM单变量分析将研究样地作为固定因子、年份作为随机因子分析环境重金属暴露对雄性树麻雀体型大小的影响。结果表明,雄性树麻雀体型大小在采样年份间无显著差异(F1,163=0.658,P=0.419),而白银地区雄性树麻雀的体型显著小于刘家峡地区(F1,163=9.724,P=0.002;图3-2)。3.1.3 环境重金属污染对雄性树麻雀脏器系数的影响
【参考文献】

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本文编号：2878054