農(nóng)藥和重金屬是水體生態(tài)系統(tǒng)中兩類重要的污染物。擬除蟲菊酯農(nóng)藥是一種廣譜、高效的新型仿生農(nóng)藥,對哺乳類和鳥類低毒,但對水生生物具有很高的毒性。近年來,由于用量的不斷增加,擬除蟲菊酯農(nóng)藥在水體中被廣泛檢出,給水生生物的生存和健康帶來嚴(yán)重威脅。擬除蟲菊酯農(nóng)藥按照結(jié)構(gòu)可以劃分為Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅱ型菊酯農(nóng)藥具有更高的殺蟲活性和光穩(wěn)定性,在一些擬除蟲菊酯農(nóng)藥污染的水體中,Ⅰ型和Ⅱ型菊酯農(nóng)藥共存,研究兩種不同類型菊酯農(nóng)藥對水生生物的聯(lián)合毒性具有重要的環(huán)境意義。重金屬是水體環(huán)境中另一種重要的污染物,重金屬很容易在生物體內(nèi)富集,這類污染物對水生生物的毒性作用也備受關(guān)注。在一些工農(nóng)業(yè)較為集中區(qū)域水體環(huán)境中,擬除蟲菊酯農(nóng)藥和重金屬有潛在共存性,研究兩種污染物對水生生物的復(fù)合毒性效應(yīng)是非常必要的。此外,擬除蟲菊酯農(nóng)藥是一種典型的手性污染物,通常含有1-3個手性中心。擬除蟲菊酯農(nóng)藥對映體的轉(zhuǎn)化、代謝和毒性等生物學(xué)效應(yīng)可能會受到其他共存污染物的干擾,例如重金屬等。因此,研究重金屬對手性擬除蟲菊酯農(nóng)藥生物學(xué)效應(yīng)的影響也是頗具環(huán)境意義的課題。本論文取得的主要研究成果如下(1)Ⅰ型擬除蟲菊酯農(nóng)藥氯菊酯(Permethrin, PM)和Ⅱ型擬除蟲菊酯農(nóng)藥氯氰菊酯(Cypermethrin, CP)在較低濃度范圍內(nèi)(PM≤300 μg/L, CP≤30μg/L)單獨(dú)暴露不會引起斑馬魚胚胎畸形及痙攣反應(yīng)的發(fā)生。但聯(lián)合暴露于亞致死劑量的PM和CP的二元混合物導(dǎo)致斑馬魚胚胎畸形及軀體痙攣發(fā)生率顯著增加。鈉離子通道的特異性阻斷劑MS-222能夠減緩PM、CP及兩者聯(lián)合暴露引發(fā)的軀體彎曲和軀體痙攣的產(chǎn)生,表明PM和CP引發(fā)的胚胎早期發(fā)育毒性部分是通過鈉離子通道介導(dǎo)的�；虮磉_(dá)檢測數(shù)據(jù)表明,聯(lián)合暴露于PM和CP顯著抑制了神經(jīng)元發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)水平。PM和CP單獨(dú)暴露對超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)活性沒有影響,而聯(lián)合暴露誘導(dǎo)了SOD酶活性。CP單獨(dú)暴露及聯(lián)合暴露對過氧化氫酶(catalase, CAT)活性都有誘導(dǎo)作用。本章研究結(jié)果表明,與相同濃度條件下的單個農(nóng)藥暴露相比,PM和CP聯(lián)合暴露的斑馬魚胚胎體內(nèi)形態(tài)學(xué)畸形和軀體痙攣發(fā)生率增加,神經(jīng)元發(fā)育基因表達(dá)下降,氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng),因此水體環(huán)境中低劑量Ⅰ型和Ⅱ型菊酯農(nóng)藥共存有可能增加對魚類等水生生物的毒性風(fēng)險。(2)鎘(Cd)和氯氰菊酯(cypermethrin, CP)單獨(dú)暴露均可引發(fā)斑馬魚早期胚胎發(fā)育軀體彎曲、心包囊腫和游囊皺縮等形態(tài)學(xué)畸形。CP還可以引起胚胎軀體痙攣的發(fā)生,而Cd不能引發(fā)這種神經(jīng)行為毒性。聯(lián)合暴露于CP和Cd導(dǎo)致斑馬魚胚胎畸形發(fā)生率增加,而且Cd的加入顯著增強(qiáng)了CP引發(fā)的胚胎軀體痙攣反應(yīng)。聯(lián)合暴露還導(dǎo)致胚胎體內(nèi)氧化損傷程度增加及成年斑馬魚死亡率增加。在胚胎及成魚體內(nèi),CP對細(xì)胞色素P450(CYP)酶基因表達(dá)和酶活性的誘導(dǎo)被Cd顯著抑制。體外代謝實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,Cd阻斷了大鼠CYP1 A1對CP的降解代謝。斑馬魚體內(nèi)CP殘留分析數(shù)據(jù)顯示,聯(lián)合暴露組魚體內(nèi)CP殘留量顯著高于CP單獨(dú)暴露組。本章研究表明,CP和Cd聯(lián)合暴露毒性的增強(qiáng)可能是由于Cd干擾了魚體內(nèi)CYP酶,使CP在魚體內(nèi)代謝受阻,導(dǎo)致CP殘留增加,最終使聯(lián)合毒性增強(qiáng)。本章研究提示,重金屬會干擾擬除蟲菊酯農(nóng)藥對水生生物的毒性作用,有必要評價重金屬和擬除蟲菊酯農(nóng)藥聯(lián)合暴露對水生生物的健康風(fēng)險效應(yīng)。(3) Cis-BF是目前用量最廣泛的擬除蟲菊酯農(nóng)藥之一。外消旋體cis-BF (rac-cis-BF)包括R型(R-cis-BF)和S型(S-cis-B F)兩個對映異構(gòu)體。在接近環(huán)境濃度水平,Cd、Cu和Pb(10μg/L)分別與順式聯(lián)苯菊酯(cis-bifenthrin, cis-BF) rac-cis-BF (1μg/L)或R型異構(gòu)體(R-cis-BF,1μg/L)聯(lián)合暴露導(dǎo)致成年斑馬魚72 h致死率增加。對斑馬魚體內(nèi)對映體殘留量和對映體分?jǐn)?shù)(enantiomer fraction, EF值)的檢測發(fā)現(xiàn),ac-cis-BF單獨(dú)暴露組魚體內(nèi)R-cis-BF殘留比例增加(EF=0.482),同時,S-cis-BF和R-cis-BF單獨(dú)暴露組魚體內(nèi)都檢測到另外一個對映體殘留,表明BF對映體在魚體內(nèi)有異構(gòu)化和外消旋化的趨勢。Rac-cis-BF+Cd/Cu/?b聯(lián)合暴露組魚體內(nèi)EF值顯著小于rac-cis-BF單獨(dú)暴露組；與R-cis-BF單獨(dú)暴露相比,R-cis-BF+Cd聯(lián)合暴露組魚體內(nèi)EF值減小,而R-cis-BF+Cu/Pb聯(lián)合暴露組EF值沒有顯著變化；與S-cis-BF單獨(dú)暴露相比,S-cis-BF+Cu/Pb聯(lián)合暴露組EF值顯著減小,而S-cis-BF+Cd聯(lián)合暴露組EF值沒有變化。研究結(jié)果表明,三種重金屬的加入使魚體內(nèi)毒性較強(qiáng)的R-cis-BF殘留比例增加,這可能是導(dǎo)致BF與重金屬對斑馬魚聯(lián)合毒性增強(qiáng)的內(nèi)在機(jī)制之一。本章研究提示,環(huán)境中其他物質(zhì)可能會干擾手性擬除蟲菊酯農(nóng)藥的毒性,評價手性擬除蟲菊酯農(nóng)藥毒性對映體差異時,其他污染物的干擾作用是一個不可忽視的因素。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：X592
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1. 緒論
    1.1 前言
    1.2 擬除蟲菊酯農(nóng)藥
        1.2.1 擬除蟲菊酯農(nóng)藥的發(fā)展與現(xiàn)狀
        1.2.2 擬除蟲菊酯農(nóng)藥的分類及作用機(jī)制
        1.2.3 擬除蟲菊酯農(nóng)藥在水體環(huán)境的殘留
        1.2.4 擬除蟲菊酯農(nóng)藥的水生毒性與生物代謝
            1.2.4.1 急性毒性
            1.2.4.2 行為干擾作用
            1.2.4.3 生殖發(fā)育毒性
            1.2.4.4 內(nèi)分泌干擾毒性
            1.2.4.5 免疫毒性
            1.2.4.6 生物代謝
        1.2.5 擬除蟲菊酯農(nóng)藥的手性特征
        1.2.6 手性擬除蟲菊酯農(nóng)藥毒性的對映體選擇性
            1.2.6.1 急性毒性的對映體選擇性
            1.2.6.2 內(nèi)分泌干擾毒性的對映體選擇性
            1.2.6.3 發(fā)育毒性的對映體選擇性
            1.2.6.4 細(xì)胞毒性的對映體選擇性
            1.2.6.5 生物轉(zhuǎn)化與代謝的對映體選擇性
    1.3 重金屬污染
        1.3.1 水體重金屬污染情況
        1.3.2 常見重金屬的水生生態(tài)毒理效應(yīng)
            1.3.2.1 生物體內(nèi)富集
            1.3.2.2 早期發(fā)育毒性
            1.3.2.3 免疫毒性
            1.3.2.4 遺傳毒性和致癌性
            1.3.2.5 生理生化指標(biāo)影響
            1.3.2.6 內(nèi)分泌干擾毒性
    1.4 水體環(huán)境復(fù)合污染
        1.4.1 復(fù)合污染概念及類型
        1.4.2 水體復(fù)合污染現(xiàn)狀與生態(tài)毒理效應(yīng)
            1.4.2.1 重金屬復(fù)合污染
            1.4.2.2 重金屬與有機(jī)物復(fù)合污染
            1.4.2.3 有機(jī)復(fù)合污染
    1.5 斑馬魚及其在毒理學(xué)中的應(yīng)用
        1.5.1 斑馬魚的特點(diǎn)
        1.5.2 斑馬魚在環(huán)境毒理學(xué)研究中的應(yīng)用
            1.5.2.1 重金屬毒性評價
            1.5.2.2 內(nèi)分泌干擾物毒性評價
            1.5.2.3 有機(jī)污染物毒性評價
            1.5.2.4 污染物生物轉(zhuǎn)化和代謝評價
    1.6 本論文研究目的和意義
        1.6.1 研究目的和意義
        1.6.2 研究內(nèi)容
2. 氯菊酯和氯氰菊酯在亞致死濃度下對斑馬魚早期胚胎發(fā)育的聯(lián)合毒性
    2.1 前言
    2.2 材料與方法
        2.2.1 化合物與試劑
        2.2.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備
        2.2.3 斑馬魚培養(yǎng)及魚卵收集
        2.2.4 暴露實(shí)驗(yàn)設(shè)計
        2.2.5 實(shí)際暴露濃度分析
            2.2.5.1 水樣前處理
            2.2.5.2 氣相色譜分析條件
        2.2.6 形態(tài)學(xué)畸形和神經(jīng)行為毒性分析
        2.2.7 MS-222處理
        2.2.8 基因表達(dá)檢測
            2.2.8.1 胚胎總RNA提取
            2.2.8.2 反轉(zhuǎn)錄
            2.2.8.3 實(shí)時定量PCR(Real-time PCR)
        2.2.9 超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性測定
            2.2.9.1 樣品收集
            2.2.9.2 樣品蛋白含量測定
            2.2.9.3 SOD的活性測定
            2.2.9.4 CAT的活性測定
        2.2.10 數(shù)據(jù)處理與分析
    2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        2.3.1 實(shí)際暴露濃度化學(xué)分析
        2.3.2 單個農(nóng)藥毒性
        2.3.3 PM和CP對斑馬魚胚胎聯(lián)合毒性
        2.3.4 MS-222處理對毒性的減緩作用
        2.3.5 神經(jīng)元發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)
        2.3.6 抗氧化酶活性
    2.4 討論
    2.5 小結(jié)與創(chuàng)新
3. 鎘增強(qiáng)了氯氰菊酯對斑馬魚的毒性作用
    3.1 前言
    3.2 材料與方法
        3.2.1 化合物與試劑
        3.2.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備
        3.2.3 斑馬魚飼養(yǎng)及魚卵收集
        3.2.4 暴露實(shí)驗(yàn)設(shè)計
        3.2.5 基因表達(dá)檢測
        3.2.6 抗氧化酶活性及丙二醛(MDA)含量
        3.2.7 EROD酶活性的測定
            3.2.7.1 斑馬魚仔魚(144 hpf)體內(nèi)EROD酶活性測定
            3.2.7.2 成魚肝臟內(nèi)EROD酶活性測定
        3.2.8 大鼠CYP1A1對CP的體外代謝
        3.2.9 水溶液中和斑馬魚體內(nèi)CP濃度測定
            3.2.9.1 水溶液中CP濃度測定
            3.2.9.2 魚體內(nèi)CP濃度測定
            3.2.9.3 GC-ECD色譜條件
        3.2.10 暴露溶液中和斑馬魚體內(nèi)Cd濃度測定
            3.2.10.1 暴露溶液中Cd濃度測定
            3.2.10.2 斑馬魚體內(nèi)Cd濃度測定
        3.2.11 數(shù)據(jù)處理與分析
    3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        3.3.1 單個物質(zhì)毒性作用
        3.3.2 CP和Cd對斑馬魚胚胎和成魚的聯(lián)合毒性作用
            3.3.2.1 CP和Cd的對斑馬魚胚胎的聯(lián)合毒性作用
            3.3.2.2 CP和Cd的對成年斑馬魚的聯(lián)合毒性作用
        3.3.3 CP和Cd對斑馬魚胚胎氧化應(yīng)激反應(yīng)的聯(lián)合作用
            3.3.3.1 對抗氧化酶活性及脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物含量的聯(lián)合作用
            3.3.3.2 對抗氧化酶基因表達(dá)水平的聯(lián)合作用
        3.3.4 CP和Cd對斑馬魚胚胎和成魚體內(nèi)CYP基因表達(dá)聯(lián)合作用
            3.3.4.1 對斑馬魚胚胎體內(nèi)CYP酶基因表達(dá)的聯(lián)合作用
            3.3.4.2 對成年斑馬魚體內(nèi)CYP酶基因表達(dá)的聯(lián)合作用
        3.3.5 CP和Cd聯(lián)合暴露對EROD活性的影響
        3.3.6 Cd對大鼠CYP1A1體外代謝CP的干擾作用
        3.3.7 魚體內(nèi)CP和Cd的殘留
    3.4 討論
    3.5 小結(jié)與創(chuàng)新
4. 重金屬鎘、銅、鉛干擾斑馬魚體內(nèi)聯(lián)苯菊酯的對映體轉(zhuǎn)化
    4.1 前言
    4.2 材料與方法
        4.2.1 化合物與試劑
        4.2.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備
        4.2.3 斑馬魚飼養(yǎng)
        4.2.4 聯(lián)苯菊酯對映體制備
        4.2.5 暴露實(shí)驗(yàn)設(shè)計
        4.2.6 基因表達(dá)檢測
        4.2.7 暴露溶液中BF濃度測定
        4.2.8 魚體內(nèi)BF濃度測定
        4.2.9 UPLC-ESI-MS/MS色譜方法
        4.2.10 數(shù)據(jù)處理與分析
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
        4.3.1 聯(lián)苯菊酯對映體拆分與構(gòu)型鑒定
        4.3.2 聯(lián)苯菊酯和Cd、Cu、Pb對斑馬魚的聯(lián)合毒性
        4.3.3 單獨(dú)暴露于rac-cis-BF、S/R-cis-BF斑馬魚體內(nèi)EF值變化
        4.3.4 重金屬對斑馬魚體內(nèi)rac-cis-BF對映體選擇性生物轉(zhuǎn)化的影響
        4.3.5 重金屬對斑馬魚體內(nèi)S-cis-BF對映體選擇性生物轉(zhuǎn)化的影響
        4.3.6 重金屬對斑馬魚體內(nèi)R-cis-BF對映體選擇性生物轉(zhuǎn)化的影響
        4.3.7 暴露溶液中EF值變化
        4.3.8 CYP酶基因表達(dá)的對映體選擇性
        4.3.9 聯(lián)苯菊酯對映體色譜圖
    4.4 討論
    4.5 小結(jié)與創(chuàng)新
5. 研究結(jié)論與未來工作展望
    5.1 研究結(jié)論
    5.2 未來工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文
致謝

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本文編號：2837840