【摘要】：隨著近年來塑料產(chǎn)品的廣泛使用,微塑料(Microplastics,MPs)已經(jīng)成為環(huán)境中普遍存在的污染物。目前,關(guān)于MPs對水生生物的潛在毒性作用已經(jīng)得到證實。然而,鮮有關(guān)于MPs對生物體腸道菌群及代謝相關(guān)的影響的報道。本研究使用不同濃度不同尺寸的聚苯乙烯微塑料(Polystyrene microplastics,PS-MPs)對斑馬魚幼魚及成魚進行暴露,通過對相關(guān)指標(biāo)進行檢測,研究PS-MPs對幼魚的發(fā)育毒性和對成魚的生理毒性,并重點研究解析PS-MPs對斑馬魚腸道菌群和代謝的影響。首先,為解析PS-MPs對斑馬魚幼魚腸道菌群和代謝的影響,將斑馬魚胚胎分別暴露于5-和50-μm的PS-MPs溶液中7天,對其腸道菌群組成和代謝譜進行分析。結(jié)果顯示,PS-MPs不僅改變“門”水平和“屬”水平上一些腸道微生物的豐度,還降低了微生物的多樣性,顯著影響了斑馬魚幼魚的菌群組成。同時GC/MS代謝組學(xué)分析結(jié)果表明,PS-MPs暴露引起了斑馬魚幼魚代謝譜的顯著改變。其中,5-μm PS-MPs暴露后斑馬魚幼魚體內(nèi)78種代謝物的含量發(fā)生了變化,而50-μm PS-MPs暴露造成斑馬魚幼魚體內(nèi)121種代謝物的含量發(fā)生變化,這些變化的代謝物包括碳水化合物、脂肪酸、氨基酸、核酸等,它們參與能量代謝、糖脂代謝、炎癥反應(yīng)、神經(jīng)毒性反應(yīng)、核酸代謝、氧化應(yīng)激等生化過程。此外,這兩種粒徑的PS-MPs還顯著影響了斑馬魚幼魚體內(nèi)HK1、ACO和DGAT2這些糖脂代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平,以上的研究結(jié)果表明,PS-MPs暴露能顯著改變斑馬魚幼魚腸道菌群組成,并造成幼魚代謝的紊亂。其次,為了研究PS-MPs對斑馬魚幼魚的發(fā)育毒性,對PS-MPs暴露后幼魚游泳行為、神經(jīng)發(fā)育、免疫應(yīng)答及氧化應(yīng)激等相關(guān)指標(biāo)進行了檢測。結(jié)果表明5-和50-μm的PS-MPs暴露影響了斑馬魚幼魚的游泳行為,并顯著抑制了幼魚體內(nèi)乙酰膽堿酯酶(AchE)活性和多巴胺(DA)水平,同時抑制了Gfap、Shha、Elavl3及Gap43等神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平。另外,PS-MPs顯著上調(diào)了幼魚體內(nèi)部分促炎因子的水平及其基因轉(zhuǎn)錄水平,顯著下調(diào)了IL-10和C3的水平及其基因轉(zhuǎn)錄水平,誘導(dǎo)了斑馬魚的免疫毒性。同時PS-MPs還通過降低CAT活性和GSH水平誘導(dǎo)了斑馬魚的氧化損傷。最后,為了研究PS-MPs對斑馬魚成魚的生理毒性,進一步檢測了成魚的體重、體長、肥滿度、肝臟中糖脂代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平及相關(guān)生化指標(biāo)。結(jié)果顯示0.5-和5-μm PS-MPs暴露21天顯著影響成魚的正常生長,導(dǎo)致體重和肥滿度顯著下降。另外,PS-MPs暴露顯著影響了肝臟中GK、HK1、PK、PEPCK、ACO、CPT1、PPAR-alpha及ACC1等糖脂代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平、抑制了TCA循環(huán)相關(guān)的酶(如α-酮戊二酸脫氫酶及異檸檬酸脫氫酶)的活性,并導(dǎo)致葡萄糖和甘油三酯水平的降低。這些結(jié)果表明,PS-MPs暴露會影響斑馬魚的正常生長并導(dǎo)致肝臟代謝紊亂。總的來說,本研究的結(jié)果表明,PS-MPs暴露不僅會引起斑馬魚幼魚腸道菌群的失調(diào)和代謝紊亂,對幼魚造成神經(jīng)發(fā)育毒性、免疫毒性、氧化損傷等發(fā)育毒性,同時也可以影響成魚的生長和肝臟代謝,對斑馬魚造成生理毒性。
【圖文】：

19 2-1 PS-MPs 在水中的形態(tài)及其在斑馬魚幼魚體內(nèi)的富集情況。(A) 掃描電子顯微 50-μm 的 PS-MPs 形態(tài)；（B-D）不同尺寸的綠色熒光 PS-MPs 暴露 7 天后，在斑幼魚體內(nèi)的富集情況。ure 2-1 Characteristics and ingestion of polystyrene microplastics. (A) The morpholo5- and 50-μm PS-MPs in water detected by scanning electron microscope (SEM); (B-Images of different sizes of fluorescently labeled PS-MPs ingested by larval zebrafish.2 PS-MPs 暴露對斑馬魚幼魚菌群在“門”水平上的影響q-PCR 結(jié)果顯示，PS-MPs 暴露改變了斑馬魚幼魚“門”水平上主要菌度。結(jié)果如圖 2-2 所示，與對照組相比，斑馬魚幼魚擬桿菌門的相對豐度在 /L 的 5-和 50-μmPS-MPs 暴露組中顯著下降；厚壁菌門的相對豐度在 1000 50-μmPS-MPs 暴露組中顯著上升。此外，，γ-變形菌門的相對豐度在 100 和

圖 2-2 q-PCR 檢測 PS-MPs 暴露對斑馬魚幼魚菌群在“門”水平的影響。（A）5-μm 的 PS-MPs 暴露 7 天后，斑馬魚幼魚菌群在“門”水平上的變化；（B）50-μm 的 PS-MPs 暴露 7天后，斑馬魚幼魚菌群在“門”水平上的變化。暴露濃度分別為 100 和 1000 μg/L。*表示與對照組有顯著差異，**表示差異極顯著（*p<0.05；**p<0.01）。Figure 2-2 Effects of PS-MPs exposure on the composition of microbiota at phylum level inlarval zebrafish detected by q-PCR. (A) Relative abundance of the bacteria at the phylumlevel in larval zebrafish after exposure to 100 and 1000 μg/L5-μm PS-MPs for 7 days; (B)Relative abundance of the bacteria at the phylum level in larval zebrafish after exposure to100 and 1000 μg/L50-μm PS-MPs for 7 days. * indicates a significant difference from thecontrol group, and ** indicates a very significant difference (*p<0.05; **p< 0.01).2.4.3 PS-MPs 暴露對斑馬魚幼魚菌群多樣性的影響為了確定 1000 μg/L 的 5-和 50-μm PS-MPs 暴露 7 天后對斑馬魚幼魚菌群的影響，進一步使用 16SrRNA 基因高通量測序來檢測斑馬魚幼魚菌群組成的變化。結(jié)果如圖2-3A所示，暴露于不同尺寸的PS-MPs后，斑馬魚幼魚菌群組成在“門”
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X172

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本文編號：2672605