基于秀丽线虫评估三种环境激素类农药的环境毒性研究

发布时间：2017-04-18 18:02

  本文关键词：基于秀丽线虫评估三种环境激素类农药的环境毒性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人类在改造环境的同时,也使环境受到不同程度的污染,环境污染又反过来干扰和破坏了人类正常生活以及生物的生长繁衍,甚至使生物赖以生存的生态环境失衡,因此加强环境监测和防治迫在眉睫。环境激素污染是继燃料和尾气等大气污染之后,新提出的一种环境污染,由于其具有较高的隐蔽性,很容易被人们忽视,然而长期接触环境激素会使生物包括人类产生不良反应。环境激素的种类有很多,其中约有70%的环境激素为农药,且大部分农药为环境激素。传统的仪器分析大都无法评价各成分的毒性效应,而指示生物毒理检测法可以弥补这方面的不足。近年来,模式生物秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)由于其自身特点和研究的深入,被广大国内外学者应用于环境监测和毒性评估。目前利用秀丽隐杆线虫对激素类农药污染进行毒性评估已有一些报道,但是此类研究大部分侧重个体水平机理研究,将秀丽隐杆线虫种群水平各指标应用到毒理学研究中鲜有报道,本论文利用线虫Caenorhabditis elegans作为指示生物,以敌敌畏、久效磷和乐果作为染毒污染物,检测了环境激素类农药对线虫的急性毒性,并在亚致死浓度下,从个体水平和种群水平上研究了线虫各指标的变化,并对其机制进行了探讨,判断了可以用于环境激素类农药环境污染监测和评估的生物学指标。检测了农药对秀丽隐杆线虫的急性毒性,单一毒性实验结果：4 h LC50：敌敌畏为47.09±1.41 μmol/L,久效磷为18.88±0.21 mmol/L,乐果为69.95±0.12mmol/L;联合毒性实验结果：敌敌畏与久效磷为协同作用,且高剂量混合协同作用更加明显；敌敌畏与乐果也为协同作用,且比与久效磷的效果更加明显；乐果和久效磷为相加作用。从乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase, AChE)活性、摄食率和运动能力三个方面检测了敌敌畏、久效磷和乐果对C. elegans的神经毒性作用,结果显示：AChE活性随着农药染毒浓度的增加而逐渐降低,为剂量效应关系。三种农药也在不同程度上抑制了线虫的摄食率,且摄食抑制率与AChE活性抑制率之间具有明显的线性相关关系,R2值分别为0.8917、0.7590、0.8907。同时这三种农药也在不同程度上抑制了线虫的基本运动能力,向前运动行为与农药浓度呈现明显的剂量效应关系,且向前运动抑制率与AChE活性抑制率之间也具有一定的线性相关关系,R2值分别为0.6284、0.5980、0.7213。以体长、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性、过氧化氢酶(catalase, CAT)活性、谷胱甘肽(glutathione, GSH).总含量和活性氧 (reactiveoxygen species, ROS)含量作为生物学终点,检测了这三种农药对秀丽隐杆线虫生理生化指标的影响,结果显示：染毒后线虫的生长速度受到抑制,但是随着恢复时间的延长,线虫的生长在一定时间内反而会有所提高,来减少之前环境不适引起的生长迟缓,但是如果外源污染物浓度过高却很难恢复到正常水平。线虫体内谷胱甘肽总含量和SOD酶活性均与三种农药呈负相关的剂量效应关系。敌敌畏对线虫体内CAT酶活性影响不大,但是线虫体内CAT酶活性与久效磷和乐果均为负相关的剂量效应关系。线虫体内ROS含量与三种农药呈正相关的剂量效应关系。利用改良的半流体培养基和生命表方法,检测了三种农药对秀丽隐杆线虫实验种群动态的影响,结果显示：三种激素类农药抑制了线虫种群的增长。处理组的总繁殖率TFR、净生殖率R0、生命期望e0和内禀增长率rm,都随着激素类农药浓度的增加,数值减小,且差异具有统计学意义。另外低剂量乐果暴露对线虫内禀增长率rm具有毒物兴奋效应。以乐果作为染毒污染物,从配子发生入手,探讨了环境激素类农药引起秀丽隐杆线虫生殖能力下降的原因,结果显示：乐果24h暴露可以使线虫生殖腺远端有丝分裂细胞减少,同时减数分裂区的凋亡细胞增多,致使线虫的卵子发生受到抑制。乐果4h暴露,使精子有关基因(fer-1、folt-1和spe-10) mRNA的表达水平明显下降,致使线虫的精子发生受到抑制。综合本论文所有检测结果,可以用于敌敌畏、久效磷和乐果这三种环境激素类农药的毒性评价的生物学终点为：个体水平指标：致死率、半致死浓度、摄食率、基本运动能力、体长、AChE活性、GSH含量、SOD酶活性、CAT酶活性、ROS含量、有丝分裂细胞数、凋亡细胞数和精子有关基因(fer-1、folt-1和spe-10)；种群水平指标：TFR、R0、e0和rm。为将来利用秀丽隐杆线虫监测和评估环境激素类农药的毒性及污染的综合治理提供了一定的实验依据。
【关键词】：环境污染 环境激素 农药 秀丽隐杆线虫 半流体培养基
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X592
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-21
• 引言21-23
• 1 绪论23-38
• 1.1 环境激素污染23-25
• 1.1.1 环境激素23
• 1.1.2 农药污染23-24
• 1.1.3 环境激素污染的防治24-25
• 1.2 模式生物秀丽隐杆线虫在环境毒性评估中的应用25-36
• 1.2.1 秀丽隐杆线虫在环境毒理学领域的应用25-33
• 1.2.2 基于C. elegans评估激素类农药环境毒性的研究现状33-35
• 1.2.3 存在的问题35-36
• 1.3 研究内容和意义36-37
• 1.4 技术路线37-38
• 2 三种农药对秀丽隐杆线虫的急性毒性38-51
• 2.1 材料与方法39-40
• 2.1.1 材料39
• 2.1.2 线虫的同步化培养39
• 2.1.3 急性毒性试验39-40
• 2.1.4 复合胁迫方式判定40
• 2.1.5 数据统计分析40
• 2.2 结果与分析40-48
• 2.2.1 半致死浓度(LC_(50))40-42
• 2.2.2 敌敌畏与久效磷对秀丽隐杆线虫的联合毒性42-44
• 2.2.3 敌敌畏与乐果对秀丽隐杆线虫的联合毒性44-46
• 2.2.4 乐果与久效磷对秀丽隐杆线虫的联合毒性46-48
• 2.3 讨论48-50
• 2.4 小结50-51
• 3 三种农药对秀丽隐杆线虫神经毒性的影响51-67
• 3.1 材料和方法51-53
• 3.1.1 材料51
• 3.1.2 线虫的同步化培养51
• 3.1.3 染毒方法51-52
• 3.1.4 乙酰胆碱酯酶活性检测52
• 3.1.5 摄食率的检测52-53
• 3.1.6 基本运动能力测定53
• 3.1.7 数据统计分析53
• 3.2 结果与分析53-64
• 3.2.1 对秀丽隐杆线虫乙酰胆碱酯酶活性的影响53-55
• 3.2.2 对秀丽隐杆线虫摄食率的影响55-57
• 3.2.3 对秀丽隐杆线虫基本运动能力的影响57-60
• 3.2.4 乙酰胆碱酯酶抑制率与摄食抑制率之间的相关性分析60-62
• 3.2.5 乙酰胆碱酯酶抑制率与向前运动抑制率的相关性62-64
• 3.3 讨论64-65
• 3.4 小结65-67
• 4 三种农药对秀丽隐杆线虫生理生化指标的影响67-86
• 4.1 材料和方法67-70
• 4.1.1 材料67
• 4.1.2 线虫的同步化培养67
• 4.1.3 染毒方法67-68
• 4.1.4 体长的测定68
• 4.1.5 酶活力测定68-69
• 4.1.6 活性氧(ROS)含量检测69-70
• 4.2 结果与分析70-82
• 4.2.1 对秀丽隐杆线虫生长速度的影响70-73
• 4.2.2 对秀丽隐杆线虫总谷胱甘肽(GSH)含量的影响73-75
• 4.2.3 对秀丽隐杆线虫体内过氧化氢酶(CAT)的影响75-78
• 4.2.4 对秀丽隐杆线虫体内超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响78-80
• 4.2.5 对秀丽隐杆线虫体内活性氧(ROS)含量的影响80-82
• 4.3 讨论82-85
• 4.4 小结85-86
• 5 三种农药对秀丽隐杆线虫实验种群动态的影响86-105
• 5.1 材料和方法87-89
• 5.1.1 材料87
• 5.1.2 线虫的同步化培养87
• 5.1.3 染毒方法87-88
• 5.1.4 生命表实验88-89
• 5.1.5 数据处理分析89
• 5.2 结果与分析89-100
• 5.2.1 生命表89-93
• 5.2.2 农药对秀丽隐杆线虫生活史特征的影响93-95
• 5.2.3 对秀丽隐杆线虫生殖能力的影响95-98
• 5.2.4 对秀丽隐杆线虫寿命的影响98-99
• 5.2.5 卵在体内孵化现象(BOW)99-100
• 5.3 讨论100-103
• 5.4 小结103-105
• 6 激素类农药对秀丽隐杆线虫生殖毒性机制探讨105-119
• 6.1 材料和方法106-109
• 6.1.1 材料106
• 6.1.2 线虫的同步化培养106
• 6.1.3 染毒方法106
• 6.1.4 线虫生殖腺有丝分裂细胞数目的测定106-107
• 6.1.5 线虫生殖腺细胞凋亡数目的测定107
• 6.1.6 线虫精子发生相关基因的实时定量荧光PCR检测107-109
• 6.2 结果与分析109-115
• 6.2.1 乐果对生殖腺细胞有丝分裂的影响109-112
• 6.2.2 乐果对生殖腺减数分裂区细胞凋亡的影响112-114
• 6.2.3 乐果对线虫精子精子发生相关基因表达水平的影响114-115
• 6.3 讨论115-117
• 6.4 小结117-119
• 结论119-121
• 参考文献121-130
• 致谢130-131
• 作者简介及读博期间主要科研成果131

【参考文献】

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本文编号：315415