随着我国城镇化进程加速以及工业化的快速推进,工业废水排放和突发性水污染对水生态环境和人类健康等方面影响日益严重。在众多种类的水环境有毒污染物中,重金属类、天然毒素类以及抗炎药物类污染物最为普遍;而在上述三类有毒污染物中,镉(Cd)、LR型微囊藻毒素(Microcystin-LR,MC-LR)和双氯芬酸(DCF)三种典型污染物的污染状况则尤为突出。由于水体内有毒污染物所引发的环境问题日益严峻,其所导致的生态毒理效应己成为全球关注的重大环境热点问题之一。然而,目前针对有毒污染物的毒性机制研究还存在诸多不足。基于以上现状,针对有毒污染物对水生动物的毒性作用机制研究已成为目前环境毒理学领域亟待深入研究的科研课题。本文系统地研究Cd、MC-LR及DCF三种染污物对克氏原螯虾(Procambarus clarkii)的抗氧化防御系统、肝胰腺基因转录特征、肠道菌群及主要靶器官的组织病理变化等方面的影响,为有毒污染物的水环境生态风险评估提供理论依据。通过研究克氏原螯虾的肝胰腺、鳃和肠道等主要靶器官对有毒污染物的氧化应激反应发现,在Cd暴露实验中,克氏原螯虾肝胰腺内的丙二醛(MDA)含量以及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽硫转移酶(GST)三种抗氧化酶活性均出现不同程度提高,并在暴露于不同浓度Cd达到72 h时均达到显著水平。另外,MC-LR和DCF暴露实验表明,锰超氧化物歧化酶基因(Mn SOD)、过氧化氢酶基因(CAT)、谷胱甘肽硫转移酶基因(GST)、谷胱甘肽过氧化物酶基因(GPx)、金属硫蛋白基因(MT)和热休克蛋白70基因(HSP70)在不同器官内的表达呈现出不同的变化趋势,即MC-LR和DCF在肝胰腺、鳃和肠道内均会引起不同程度的氧化应激与抗氧化防御。同时,不同的抗氧化应激相关基因的表达水平也发生不同程度的变化来对氧化应激作用做出反应。通过对肝胰腺组织病理分析发现,当克氏原螯虾暴露于有毒污染物时,其肝胰腺组织均出现了包括腔体膨胀和空泡结构等病理变化。与此同时,转录组测序分析发现,2、5和10 mg/L Cd暴露组分别产生1061、747和1086个差异表达基因(DEGs)。在5和10 mg/L Cd暴露组内,DEGs分别显著富集到5个和10个GO条目。另外,10 mg/L Cd引起抗原加工提呈等通路发生显著富集。在MC-LR暴露实验中,10和40μg/L MC-LR暴露组分别产生了372和781个DEGs。在10和40μg/L MC-LR暴露组中,DEGs分别显著富集到1个和33个GO条目。此外,40μg/L MC-LR还引起半乳糖代谢通路的显著富集。在DCF暴露实验中,1和10 mg/L DCF暴露组分别有642和586个基因发生异常表达。10 mg/L DCF暴露组中的DEGs显著富集到12个GO条目。上述三种有毒污染物还引起了克氏原螯虾肝胰腺内氧化还原及免疫相关基因的差异表达,进而对氧化还原平衡、解毒、代谢以及免疫等功能产生影响。通过对肠道组织进行组织病理分析发现,5和10 mg/L Cd均会引起肠道组织出上皮细胞排列异常、固有层扩大及微绒毛空泡等病理变化;与此同时,1和10mg/L DCF也会导致类似的病理变化;相比之下,MC-LR暴露后的肠道则出现了嗜酸性颗粒细胞(EGCs),并在40μg/L MC-LR暴露条件下出现了肌层疏松及淋巴细胞向固有层浸润的现象。利用16S r RNA高通量测序技术对克氏原螯虾肠道菌群进行鉴定,并探究肠道群落多样性和群落结构对Cd、MC-LR和DCF的响应变化规律。结果发现,Cd、MC-LR和DCF均会对肠道菌群的多样性及组成产生影响,并改变克氏原螯虾肠道细菌在不同分类水平的丰度,进而破坏肠道菌群平衡,损害肠道微生物群落的功能和稳定性。