新兴海洋生态毒理学模式生物——海洋青鳉鱼(Oryzias melastigma)

海洋污染日益加剧,适用于海洋生态毒理学研究的鱼类模型的建立意义重大。海洋青鳉鱼(Oryzias melastigma)在培养条件、生理和分子信息等方面的优势使其正成为海洋生态毒理学研究领域的代表性潜在模式生物。阐述了海洋青鳉鱼在海洋生态毒理学研究中的优势,系统介绍了海洋青鳉鱼在毒理学研究中的应用现状,并着重介绍了其在分子毒理学中的应用,最后对海洋青鳉鱼在海洋生态毒理学中的研究方向进行了展望。

含吡啶类腈类医药中间体废盐对海洋青鳉鱼胚胎的毒性效应

工业废盐是化工生产过程中产生的副产结晶盐。农药、医药等精细化工行业的生产中往往伴随着大量废盐的产生,《国家危险废物名录》中明确将多种化学制药、农药生产过程中产生的废盐列为危险废物。然而,由于处理成本高昂和处置能力不足,废盐限制了企业的健康发展。在《危险废物环境管理指南化工废盐》中明确了工业废盐无害化排海的相关要求,但目前仍缺少相关领域的实验研究。海洋青鳉鱼(Oryzias melastigma)具有与斑马鱼类似的研究特征优势,是国际生命科学学会(ILSI)与健康和环境科学研究所(HESI)认定的海洋生态毒理学的重要研究工具。研究了含吡啶类腈类医药中间体废盐和经过实验室处理后的除杂盐对海洋青鳉鱼胚胎的急性毒性、发育毒性以及对抗氧化系统、免疫系统的影响。结果表明,废盐暴露对海洋青鳉鱼胚胎的生存和发育有显著影响并造成系统性损伤,而除杂盐对海洋青鳉鱼胚胎没有较大影响。本研究为废盐排海提供了基础的理论支持,也为后续实验开展提供了良好的思路引导。

炔诺酮短期暴露下海洋青鳉(Oryzias melastigma)仔鱼转录组学分析

为揭示炔诺酮(norethisterone)对水生生物的影响,本研究利用质量浓度为1000 ng/L的炔诺酮处理海洋青鳉(Oryziasmelastigma)仔鱼24 h,分析炔诺酮对海洋青鳉仔鱼转录水平的影响。结果表明,炔诺酮处理导致海洋青鳉1848个基因转录模式发生显著改变,其中,728个基因上调,1120个基因下调。GO富集结果显示,差异表达基因在“肽酶活性,作用于L-氨基酸肽”和“辅因子结合”等途径显著富集。KEGG富集显示,差异表达基因在铁死亡、DNA复制和脂肪酸代谢通路显著富集。其中,在铁死亡通路中,acsl4、acsl3和gass下调。在DNA复制和脂肪酸代谢通路中,所有差异表达基因全部下调。结果表明,炔诺酮暴露可影响海洋青鳉仔鱼的生长和发育有关基因的转录水平,对海洋青鳉的早期发育和生长产生不利影响。

海水青鳉摄食微塑料的荧光和C-14同位素法示踪定量研究

微塑料已在多种海洋生物体内检出,造成不同程度的毒性效应,但由于技术限制,关于海洋鱼类对小粒径微塑料摄入和排出过程的定量研究仍比较缺乏.该研究针对生物体内小粒径微塑料定量示踪的技术难题,提出荧光和放射性同位素示踪法,并对比了两种方法的检测限、灵敏度和定性定量的方便程度等;同时以PS(聚苯乙烯,polystyrene)为微塑料代表,采用荧光法和C-14同位素法定量研究了PS微塑料(<1μm)在海水青鳉(marine medaka,Oryzias melastigma)成鱼和仔鱼中的摄入和排出情况,以及摄食行为对微塑料赋存状态的影响.结果表明:①荧光法适用于直观观察微塑料在生物体内的分布及高浓度暴露时的荧光定量,而C-14同位素法因具有更低的检测限和高的灵敏度,在复杂介质中的定量检测更具优势.②海水青鳉成鱼和仔鱼摄入微塑料的量随着培养时间而变化,且均在24 h摄入较多微塑料,成鱼(以鱼湿质量计)摄入的微塑料含量〔(246.8±38.1)mg/g〕显著(P<0.05)高于仔鱼〔(4.32±0.77)mg/g〕.③微塑料在海水青鳉体内主要分布部位为肠道(99.9%),极少量在鱼鳃(0.07%)和体表(0.03%)中,表明摄食是微塑料进入鱼体的主要途径;在不喂食72 h后,微塑料在肠道内仍有一定量残留〔(1.29±0.52)mg/g〕,鱼鳃中微塑料则完全排出至检测限以下.研究显示,海水青鳉通过对水中悬浮状态微塑料的摄入,将海水中的微塑料由初始悬浮分散态变成粪便团聚体沉入水底,在很大程度上改变了微塑料在环境中的赋存形态,由此对微塑料环境过程和生态效应产生的未知影响值得进一步关注.

海洋青鳉鱼专用型基因芯片的设计及其在生态毒理学上的应用研究

以生物芯片技术为核心,结合生态毒理学与功能基因组学的方法,制备了海洋青鳉鱼专用型生物芯片,包含180个与细胞分裂、解毒反应、缺氧反应、氧化应激反应、凋亡、生长和发育、性别决定和性腺分化以及生殖激素分泌等功能相关的基因.我们提取了雌性海洋青鳉鱼成体在正常培养和缺氧处理12周后的肝脏和卵巢组织总RNA,利用自制的基因芯片进行了基因表达谱分析,结果显示海洋青鳉鱼在缺氧压力环境下,肝脏和卵巢组织的差异性表达基因分别检测出9个和6个,表明应用此类自制良好的芯片可有效获得海洋青鳉鱼的组织特异性基因表达图谱,也将加强对海洋缺氧状态、氧化应激等反应的分子生物学机制的理解.本研究对于识别异常环境状态下的基因表达模式和组织特异性标志物,进一步开展监测海洋生态毒理因素的研究奠定良好的基础.

海水青鳉胚胎发育的观察

为了解模式生物种海水青鳉(Oryzias melastigma)的胚胎发育特征,作者培育30日龄的海水青鳉,收集自然受精卵,在水温26~28℃、盐度27~28条件下,静水孵化。利用奥林巴斯SZ61解剖镜对海水青鳉胚胎发育进行了观察研究。结果表明:海水青鳉受精卵为圆球形端黄卵,多油球,沉性,卵膜上具有绒毛膜和纤维丝。和多数硬骨相似,胚胎发育的过程大致可以分为7个期:胚盘形成期、细胞分裂期、囊胚期、原肠期、器官形成期、肌肉效应期和孵化期。并发现海水青鳉胚胎发育有其特征:早期分裂具有不规则现象;仔鱼以尾部破膜先出的方式孵化;柯氏囊出现在原口关闭前,少数个体具有两个柯氏囊。

10种凝油剂的生物毒性评价

为评价海洋溢油应急处置中所使用的凝油剂的环境安全性,以发光细菌(Acinetobacter sp.Tox2和Acinetobacter sp.Rec A)和海水青鳉(Oryzias melastigma)幼鱼为受试生物,对10种凝油剂的急性毒性和遗传毒性进行检测.结果显示,采用发光细菌法检测到FOA、GMN-01等两种凝油剂具有一定水平的急性毒性,其HgCl2当量浓度分别为0.067mg/L、0.084 mg/L;而NORSOREX凝油剂具有一定水平的遗传毒性,其丝裂霉素C(MMC)当量浓度达到0.307 mg/L.然而,在鱼类暴露实验中并没有检测到上述样品明显的急性毒性或遗传毒性.本研究表明,所选取的10种凝油剂在96 h内对高等生物(鱼类)均没有明显的急性毒性或遗传毒性,而发光细菌法在凝油剂生物毒性检测中的灵敏度更高;本研究结果可为凝油剂用于处理实际溢油污染的环境安全性指标提供参考.

不同分散剂对海水青鳉早期发育毒性影响的比较研究

原油分散液(WAF)、添加化学分散剂的原油乳化液(CE-WAF)和添加生物分散剂的原油乳化液(BE-WAF)对海洋模式鱼种—海水青鳉鱼(Oryzias melastigma)早期发育25 d的毒性研究结果显示:制备液中总石油烃(THC)含量大小顺序为:BE-WAF(392.7±11.3 mg/L)>CE-WAF(223±6.7 mg/L)>WAF(11.37±1.3 mg/L);畸形率随三者暴露浓度的升高呈上升趋势,同浓度下CE-WAF和BE-WAF所引起的畸形率均显著高于WAF(P<0.05);WAF、CE-WAF和BE-WAF 25 d暴露的无效应浓度(NOEC)分别为3.8%、0.09%和0.21%;三者的蓝囊病指数(BSD)大小关系为:CE-WAF>BE-WAF>WAF;三者均可延长孵化时间;WAF各浓度组与空白对照相比均出现了对7-羟乙基试卤灵正脱乙基酶(EROD)活性诱导的倾向,而8 d的CE-WAF和11 d的BE-WAF与同一暴露时间的WAF相比,出现了先诱导后抑制的效应。