近年來(lái),湖泊富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的藍(lán)藻水華頻繁暴發(fā),引發(fā)各種衍生物污染,嚴(yán)重時(shí)甚至造成重大生態(tài)災(zāi)害事件,制約了區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。在藍(lán)藻水華衍生物中,微囊藻毒素(MCs)以其毒性大、分布廣和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn),對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)各營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物產(chǎn)生潛在的危害。相關(guān)研究多集中在單一微囊藻毒素在高濃度脅迫下對(duì)模式生物的急性毒理效應(yīng)和致毒機(jī)制研究,而對(duì)其在低濃度、長(zhǎng)期暴露下對(duì)典型水生生物的毒性效應(yīng)研究較少,因此此類研究難以對(duì)實(shí)際環(huán)境中藍(lán)藻毒素作用于水生生物的毒性作用機(jī)理進(jìn)行闡釋,更無(wú)法針對(duì)藍(lán)藻水華污染開展早期預(yù)警。本文重點(diǎn)關(guān)注微囊藻毒素對(duì)水生生物致毒機(jī)理及其在環(huán)境濃度下對(duì)苦草和鯉魚的早期生態(tài)毒理學(xué)效應(yīng)研究,探討了氧化應(yīng)激在水華衍生物毒作用機(jī)制中的作用,試圖闡明藍(lán)藻毒素在低劑量長(zhǎng)期暴露下對(duì)水生生物的毒性作用機(jī)理及篩選此過(guò)程中的敏感生物標(biāo)志物,并在太湖藍(lán)藻水華暴露環(huán)境中驗(yàn)證了氧化應(yīng)激指標(biāo)體系用于湖泊藍(lán)藻水華預(yù)警的可行性。此外,通過(guò)比較蛋白組學(xué)分析,研究了藍(lán)藻水華對(duì)鯉魚的肝臟毒性,為其致毒機(jī)理的闡明提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。主要研究結(jié)果如下：1. MC-LR可以通過(guò)苦草幼苗的吸收進(jìn)入葉片,環(huán)境濃度下苦草葉片對(duì)其最大吸收值約為13.9 ng g-1DW；MC-LR能誘導(dǎo)苦草葉片O2·-強(qiáng)度顯著性上升并引發(fā)氧化應(yīng)激,具體表現(xiàn)在抗氧化系統(tǒng)關(guān)鍵酶和GSH的一系列響應(yīng)以及發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化,MDA含量與ROS強(qiáng)度顯著性正相關(guān)(r=0.817,p0.05)；CAT活性和GSH/GSSG比值對(duì)低劑量MC-LR (0.1μgL-1)最為敏感,有望成為潛在的生物標(biāo)志物；動(dòng)力學(xué)變化顯示GST和GSH對(duì)MC-LR暴露時(shí)間最為敏感,說(shuō)明通過(guò)GST催化下與GSH的結(jié)合是苦草對(duì)MC-LR的重要生物解毒過(guò)程；10.0-25.0μgL-1 MC-LR能造成Chlα顯著下降；而MC-LR在飲用水安全推薦值(1.0μg L-1)作用下即可導(dǎo)致葉片過(guò)氧化損傷、可溶性蛋白含量顯著下降,并對(duì)葉片產(chǎn)生超顯微結(jié)構(gòu)的損傷,因而推測(cè)MC-LR在亞細(xì)胞和分子水平上的毒性閾值在0.5-1.0μg L-1之間。2.運(yùn)用電子順磁共振自旋捕集技術(shù),獲得了MC-LR誘導(dǎo)鯉魚肝臟·OH產(chǎn)生的直接證據(jù),其超精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)為g=2.0057,aN=13.88 G,aH=2.35 G。腹腔注射亞致死劑量MC-LR研究結(jié)果表明,120μg/kg MC-LR作用1h肝臟-OH強(qiáng)度即有顯著增強(qiáng)。50μg/kg MC-LR暴露組鯉魚肝臟MDA含量與·OH強(qiáng)度存在顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(r=0.970,p0.01)�；钚匝踅閷�(dǎo)下,肝臟抗氧化防御系統(tǒng)關(guān)鍵酶活、GSH和HSP70含量等發(fā)生變化,總體響應(yīng)以5-12 h最為顯著,可以調(diào)控機(jī)體活性氧含量。MC-LR和活性氧影響下直接或者間接造成了細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)重組和肝臟組織病理學(xué)損傷；在活性氧介導(dǎo)下,跟細(xì)胞凋亡密切相關(guān)的基因(p38和JNKa)被活化,從而促使機(jī)體在12-48 h產(chǎn)生細(xì)胞凋亡,凋亡率在后期有所下降可能跟Bcl-2基因在暴露后期的顯著表達(dá)有關(guān)。環(huán)境濃度MC-LR (0.1-10μg L-1)體表暴露研究結(jié)果表明,MC-LR可以被鯉魚腸道或者鰓上皮細(xì)胞吸收,通過(guò)血液循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)送并累積到各個(gè)組織器官中,總體而言肝臟具有最大的MC-LR累積量,但0.1μgL-1MC-LR作用組鰓組織毒素含量超過(guò)了同劑量組的肝臟和腸道,這可能與鰓上皮細(xì)胞直接吸收或者M(jìn)C-LR作用下鰓組織的病理學(xué)變化導(dǎo)致其對(duì)MC-LR的通透性發(fā)生改變有關(guān)；環(huán)境濃度MC-LR暴露輕度誘導(dǎo)鯉魚肝臟產(chǎn)生氧化應(yīng)激,過(guò)量ROS可以通過(guò)肝臟抗氧化系統(tǒng)和HSP70的誘導(dǎo)而得到調(diào)節(jié)消除；動(dòng)態(tài)暴露和靜態(tài)暴露實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鯉魚肝臟·OH和GSH/GSSG比值對(duì)暴露時(shí)間(0.5d)最為敏感,而·OH、GSSG和PP活性對(duì)暴露劑量(0.1μgL-1)較為敏感,具有成為指示藍(lán)藻毒素脅迫的潛在分子標(biāo)志物的潛力；環(huán)境濃度MC-LR對(duì)肝臟細(xì)胞沒(méi)有凋亡效應(yīng),但能使肝臟PP活性顯著下降；肝細(xì)胞骨架發(fā)生重組,骨架蛋白β-tubulin表達(dá)下降,進(jìn)而造成劑量依賴性的肝臟組織病理學(xué)上的變化,如肝實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)部分溶解、脂質(zhì)空泡變性和部分細(xì)胞壞死；此外,直接接觸水體中的MC-LR的鰓組織也出現(xiàn)劑量依賴性的變化,如鰓絲和鰓小片排列變得松散,且味蕾結(jié)構(gòu)出現(xiàn)病變,表明MC-LR能影響魚類的呼吸效率。3.原位實(shí)驗(yàn)(2009.7.11-2009.7.24)表明,太湖藍(lán)藻水華暴發(fā)與水體溫度、TP和MC-LR/RR濃度有著顯著性相關(guān)關(guān)系；通過(guò)ELISA和]LC-ESI-MS分析,均發(fā)現(xiàn)受控實(shí)驗(yàn)組鯉魚不同器官/組織內(nèi)累積了一定量的MC,累積量大小順序：肝臟腸道鰓肌肉,野外捕獲樣品分析也發(fā)現(xiàn)太湖肉食性魚類各組織均檢出一定量的MC,顯示了MC沿食物鏈傳遞的潛在威脅；梅梁灣暴露鯉魚肝臟產(chǎn)生氧化應(yīng)激,其強(qiáng)度與環(huán)境因子(水體溫度和pH值)和藍(lán)藻水華衍生產(chǎn)物污染水平(如藻密度、MC-LR/RR濃度等),以及MC組織內(nèi)暴露濃度有著密切聯(lián)系；氧化應(yīng)激導(dǎo)致的生物大分子過(guò)氧化水平與與內(nèi)源性ROS強(qiáng)度顯著性正相關(guān)(p0.05)；不同原位點(diǎn)鯉魚肝臟的GSH和GSSG變化最為敏感,且梅梁灣水域樣品GSH/GSSG比值顯著低于室內(nèi)對(duì)照和胥口灣的鯉魚,活性氧、GSH和GSH/GSSG比值對(duì)藍(lán)藻水華暴露的敏感性顯示其具有成為指示藍(lán)藻水華污染生物標(biāo)志物的潛力。太湖不同水域原位暴露后鯉魚肝臟共產(chǎn)生顯著差異表達(dá)蛋白148個(gè),通過(guò)MALDI TOF/TOF質(zhì)譜成功鑒定其中57個(gè)蛋白,分析發(fā)現(xiàn)不同的生物學(xué)通路參與到藍(lán)藻水華暴露對(duì)鯉魚肝臟的毒性作用中；通過(guò)對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻水華暴露下的重要肝臟毒性機(jī)理與微囊藻毒素致毒機(jī)理類似；藍(lán)藻水華暴露對(duì)鯉魚肝臟產(chǎn)生氧化應(yīng)激、線粒體應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,干擾鯉魚肝臟相關(guān)代謝通路,促進(jìn)氨基酸代謝和TCA循環(huán),并抑制肝臟糖代謝,而這些效應(yīng)可能跟微囊藻毒素和氨氮脅迫相關(guān)。4.通過(guò)對(duì)MC-LR與阿特拉津復(fù)合污染的初步研究,我們發(fā)現(xiàn)MC-LR單一及其和阿特拉津復(fù)合作用能誘導(dǎo)鯉魚肝臟產(chǎn)生一定程度的氧化應(yīng)激,但生物體的自我修復(fù)會(huì)將自由基和過(guò)氧化損傷水平調(diào)節(jié)至正常。在考察的濃度范圍內(nèi),MC-LR單一作用和復(fù)合污染下顯著影響的指標(biāo)有所不同,復(fù)合污染中MC-LR不同濃度對(duì)幾個(gè)指標(biāo)的影響力大小比較為：MDA PPROSGSHSODGSTCAT。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),MC-LR單一及其和阿特拉津復(fù)合作用可以引起魚體肝臟和鰓組織比較明顯的組織病理學(xué)變化,需要注意的是,復(fù)合污染(1μg L-1 MC-LR+5lμg L-1 Atrazine)顯著加重肝臟病理變化程度,且誘導(dǎo)肝臟細(xì)胞發(fā)生顯著的細(xì)胞凋亡,表明這兩種化合物低濃度長(zhǎng)期共存下的潛在風(fēng)險(xiǎn)。5.對(duì)本文中所有考察的較低污染水平脅迫下ROS強(qiáng)度以及與之聯(lián)系的受試生物體內(nèi)MDA水平,分別對(duì)其對(duì)應(yīng)的對(duì)照組數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)化,可以看出藍(lán)藻衍生物脅迫下,生物機(jī)體的脂質(zhì)過(guò)氧化水平與ROS強(qiáng)度有著顯著的正相關(guān)關(guān)系,這種關(guān)系與生物種類和處理方式并沒(méi)有太多聯(lián)系,因此,生物機(jī)體的大分子過(guò)氧化是由內(nèi)源性ROS是直接介導(dǎo)的。上述研究表明,氧化應(yīng)激在藍(lán)藻水華衍生物脅迫下對(duì)湖泊典型水生生物的毒作用機(jī)制占有重要的地位,但是相關(guān)敏感生物標(biāo)志物的實(shí)際應(yīng)用還需結(jié)合更多的水質(zhì)監(jiān)測(cè)和其它特征毒理學(xué)變化,藍(lán)藻水華衍生物在環(huán)境濃度下對(duì)水生生物具有一定的風(fēng)險(xiǎn),本研究有利于揭示藍(lán)藻水華對(duì)水生生物的真實(shí)作用機(jī)理,為建立湖泊生態(tài)安全早期診斷指標(biāo)體系和相關(guān)安全閾值提供科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X171.5;X52
【部分圖文】：

迄今為止，已發(fā)現(xiàn)有走十多種不同的ＭＣｓ異構(gòu)體（Ｐ６ｒｅｚａｎｄＡｇａ，２００５），其逡逑中ＭＣ－ＬＲ、ＲＲ和ＹＲ是存在最為普遍、含量較高、毒性較大的Ｓ種ＭＣｓ異構(gòu)體，Ｌ，民逡逑和Ｙ分別代表亮氨酸、精氨酸和酪氨酸，ＭＣ－Ｌ民結(jié)構(gòu)見圖１．１。ＭＣｓ的結(jié)構(gòu)決定了其性逡逑質(zhì)較為穩(wěn)定，易溶于水、甲醇和丙麗，不揮發(fā)，耐熱且耐ｐＨ值變化，不易沉淀或被吸附逡逑于沉淀物和懸浮顆粒物中，此外由于ＭＣｓ分子結(jié)構(gòu)含有oQ基、氨基和憸氨基，所Ｗ在不逡逑同ｐＨ值下，ＭＣｓ會(huì)有不同的離子化傾向（Ｒｉｖａｓｓｅａｕｅｔａｌ．，邋１９９８）。逡逑ＭＣｓ主要由微囊藻產(chǎn)生，但并非所有的微囊藻都能產(chǎn)生ＭＣｓ，產(chǎn)生ＭＣｓ的分子機(jī)理逡逑現(xiàn)已明確，是由一類包含膚類合成酶（ｐｅｐｔｉｄｅ邋ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ）、聚麗合成酶（ｐｏｌｙｋｅｔｉｄｅ邋ｓｙｎｔｈａｓｅｓ，逡逑ＰＫＳｓ）和其它修飾酶在內(nèi)的巨酶復(fù)合體通過(guò)非核糖體（ｎｏｎｒｉｂｏｓｏｍｅ）途徑合成的逡逑（民ｏｕｈｉａｎｅｎ邋ｅｔ邋ａｌ．

化邋ＭＣ－Ｌ民邋ｆｏｒ邋７邋ｄ邋ｏｒ邋１４邋ｄ．邋Ｖａｌｕ巧邋ａｒｅ邋ｄｅｎｏｔｅｄ邋ａｓ邋ｍｅａｎ邋±邋ＳＤ邋（ｎ邋＝邋４）．逡逑３．５邋ＭＣ－ＬＲ暴露對(duì)苦草葉片谷

本文編號(hào)：2833008