【摘要】：有機磷酸酯(organophosphorus esters,OPEs),作為應用最廣泛的一類有機磷阻燃劑,具有品種多,價格低廉,阻燃效果好等特點,在家具、紡織品、建筑材料和電子產品中大量使用。由于OPEs主要以摻雜混合而非化學鍵合方式加入到材料中,其大多數(shù)具有半揮發(fā)性,因此隨著OPEs的廣泛使用,越來越多的OPEs釋放到環(huán)境中。近年來,在水體、大氣、室內以及土壤中均檢測到多種OPEs的存在,其環(huán)境和健康風險亟待評估。目前,針對OPEs的生態(tài)毒性研究,主要集中在水生生物(包括斑馬魚、大型潘等)和鳥類,而對土壤生物的研究鮮有報道。本研究采用土壤無脊椎動物赤子愛勝蚓(Eisenia fetida)作為受試生物,通過濾紙接觸法和人工土壤法分析了三類不同取代基類型OPEs對蚯蚓的急性毒性及毒性效應,并利用多組學技術重點研究了其中毒性最大的磷酸三正丁酯(TnBP)對蚯蚓的致毒機制。主要研究內容和結果如下:(1)通過濾紙接觸法測定了三種取代基類型的OPEs對蚯蚓急性毒性指標LD50,包括氯代烷基類(磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯TDCP和磷酸三(2-氯乙基)酯TCEP)、烷基類(磷酸三甲酯TMP和TnBP)和芳基類(磷酸三甲苯酯TCP),結果發(fā)現(xiàn)OPEs毒性大小順序為TnBPTCP=TMPTDCP=TCEP。(2)利用人工土壤法分別研究了 TCEP、TCP和TnBP對蚯蚓的毒性效應,結果發(fā)現(xiàn)3種OPEs在10 mg/kg暴露濃度下對蚯蚓體重增長無顯著影響,但能造成蚯蚓組織的損傷。3種OPEs暴露均可擾亂蚯蚓抗氧化酶系統(tǒng)的穩(wěn)定,產生氧化應激,在1 mg/kg暴露濃度下即可引起蚯蚓體腔細胞DNA斷裂。3種OPEs暴露對乙酰膽堿酯酶(AChE)活性影響差異不顯著。通過計算綜合毒性指數(shù)IBRv2,三種OPEs的綜合毒性效應大小為TnBPTCPTCEP,與濾紙法相同。(3)結合轉錄組學和代謝組學的方法,探究了 TnBP暴露對赤子愛勝蚓腸道損傷的直接作用機制,并選擇相應蛋白及基因進行驗證。結果顯示TnBP可在蚯蚓的腸道組織中積累,影響其結構和消化功能。TnBP使蚯蚓腸道組織內特有的表面活性劑 2-已基-5-乙烷基-呋喃-3-磺酸(2-hexyl-5-ethyl-furan-3-sulfonic acid,HEFS)含量下降,破壞了細胞膜的穩(wěn)定性;Ca2+-ATPase活性下降使細胞內的Ca2+無法通過Ca2+-ATPase泵出細胞外,導致膜內滲透壓升高,進而細胞結構受到破壞。小腸上皮細胞間緊密連接蛋白中的閉合蛋白(occludin)及將跨膜蛋白固定在肌動蛋白細胞骨架上的閉鎖連接蛋白-1(Zonulaoccludens-l,ZO-1)表達量顯著下調,使細胞間的緊密連接受損。此外,TnBP的暴露明顯降低了腸道微生物的多樣性,改變了腸道微生物群落結構,顯著降低了兩種產短鏈脂肪酸細菌的豐度,引起腸道產短鏈脂肪酸能力下降,使腸道更易發(fā)生炎癥反應。(4)通過轉錄組學和代謝組學的方法,對腹部神經索及頭部神經節(jié)分別研究,探究了 TnBP暴露對赤子愛勝蚓神經毒性的可能作用機制,并選擇相應蛋白含量及基因表達量進行進一步驗證。結果發(fā)現(xiàn),TnBP可在蚯蚓神經組織中積累,擾亂興奮性神經遞質谷氨酸的傳遞,產生興奮性神經毒性。TnBP使腹部神經索中谷氨酰胺酶的表達量上升,產生大量谷氨酸,并促進突觸囊泡對谷氨酸的運輸及突觸前膜谷氨酸的釋放,對谷氨酸受體(GluR)中的離子型受體N-甲基-D-天冬氨酸受體(NMDARs)產生過度刺激,引起神經元產生興奮性損傷。在此過程中還會導致突觸后膜Ca2+堆積,此外Ca2+-ATPase的含量降低,突觸后膜的Ca2+無法及時運出胞外,從而引起鈣超載,造成神經元的損傷。另一方面,TnBP的暴露會降低蚯蚓頭部神經節(jié)中谷氨酰胺酶的表達,引起谷氨酸含量降低。Ca2+-ATPase含量的降低使突觸后膜Ca2+無法及時運出胞外引起的鈣超載,可能是頭部神經元損傷的重要原因。此外,Na+/K+-ATPase的下調,使細胞內Na+和Ca2+堆積,引起細胞滲透壓失衡,造成神經元損傷。本研究系統(tǒng)地探究了不同取代基類型的OPEs對典型土壤生物蚯蚓的生態(tài)毒性效應,并揭示OPEs引起蚯蚓致毒的分子機制,為其污染控制基準和環(huán)境評價提供理論支撐。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X171.5
【圖文】：

邐一代高通量測序儀測序，能夠獲得足夠的序列，將所得序列ｐ過比對或者從頭組逡逑裝形成全基因組范圍的轉錄譜（圖１．２）。逡逑ＲＮＡ逡逑ＲＮＡ片段化處ｆｆｌ逡逑｜邋反轉錄合成ｃＤＮＡ文序逡逑■■■■■■逡逑，，ＤＮＡ測Sl接頭連接逡逑ＰＣＲ擴增文作逡逑ｍ邐逡逑。邋深度測印逡逑圍像識R%逡逑ｉ＾ｈｈｂｂ邋■■■■■■■邋ｈｈｂｈ逡逑ＲＮＡ序列信總逡逑圖１．２邋ＲＮＡ－Ｓｅｑ實驗流程逡逑Ｆｉｇｕｒｅｌ．２邋ＲＮＡ－Ｓｅｑ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ逡逑基于ＲＮＡ－Ｓｅｑ的轉錄組學己在多個物種的毒理學實驗中得到了應用，包括逡逑細胞ｌ９８－１ＱＧ］和個體［１ＧＭ（）３］。但是，針對蚯蚓開展基于ＲＮＡ－Ｓｅｑ的轉錄組學研究仍逡逑然少有報道，目前為止，僅有一篇涉及安德愛勝蚓轉錄組的文獻ｎＧ４１。Ｙｏｓｈｉｋａｚｕ逡逑１４逡逑

酶活測定的方法，研究ＴｎＢＰ引起蚯蚓神經系統(tǒng)損傷的毒性機制。逡逑１．４．３技術路線逡逑本研究基本技術路線如圖１．４所示。逡逑—邐邋Ｉ邐邐邐邐邐邐１逡逑－＿篇邋￣、濾紙法邐．ｌｄ５０邐［ Ｉ邋ｐ￣逡逑－Ｊ邋？邋Ｌ邐邐？邐Ｈ￣逡逑塑邐ｊ邐vq．逡逑栜邐ｉ￣邐７邋７邐邐邐邐邐邐１邋ｎ逡逑Ｐ邋邐邋１１個體水平邐｜組織損傷邐｜酶活指標邐｜遺傳毒性Ｉ１邋0逡逑＾邋毒性邐冊１￣￣邐Ｉ邋￣邐￣邐￣ｎ邐�。姡插义希垮逡恍у澹捱姡咤澹掊�，——＊￣￣邋￣￣邋￣￣ｒ邐ｍ逡逑＾邐Ｉ邋體重邐ｈｅ染色邐氧化應激神經遞

平臺下系統(tǒng)評估不同類型ＯＰＥｓ對土壤生物的生態(tài)毒性效應，對ＯＰＥｓ的使用管逡逑理及生態(tài)風險評估具有重要意義。逡逑在此科學背景下，本章的研宄思路圍繞三個層次展開（圖２．１）。首先，選擇逡逑三類不同取代基類型的ＯＰＥｓ開展急性毒性研究，包括氯代烷基類（ＴＤＣＰ和逡逑ＴＣＥＰ）、烷基類（ＴＭＰ和ＴｎＢＰ）和芳基類（ＴＣＰ）。通過濾紙法測定五種ＯＰＥｓ逡逑對赤子愛勝蚓而）的ＬＤ５Ｑ值，初步評估其急性毒性。根據(jù)測得的逡逑ＬＤ５ｑ，從三種類型ＯＰＥｓ分別選擇一種，即ＴＣＥＰ、ＴｎＢＰ和ＴＣＰ開展進一步研逡逑究。通過人工土壤法從不同生物學水平上分析三種ＯＰＥｓ對￡／ｓｅｎ／ａ聲汾／ａ的生態(tài)逡逑毒性效應，包括從個體水平分析蚯蚓存活率及體重變化特征，從組織水平分析逡逑ＯＰＥｓ引起蚯蚓的組織損傷情況，從分子水平分析ＯＰＥｓ引起蚯蚓的氧化應激效逡逑１９逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張慧琦;王坤;岳士忠;喬玉輝;;土壤鎘污染對赤子愛勝蚓(Eisenia fetida)和加州腔蚓(Metaphire californica)體表角質層的影響[J];生態(tài)環(huán)境學報;2017年10期

2 高丹;同幟;張圣虎;吉貴祥;吳晟e

本文編號：2800442