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铅(lead)是目前水环境中一种主要的污染物,也是迄今工作环境和生活环境中仍广泛存在的毒物。铅具有发育和神经毒性,长期接触可导致动物和人出现学习、记忆和情感状态等行为功能的改变,更为严重的是它影响婴幼儿的生长和智力发育,损伤认知功能、神经行为和学习记忆等脑功能,严重者造成痴呆。斑马鱼是一种常见的热带鱼,由于个体小,养殖花费少,能大规模快速繁育等许多优点,吸引了众多研究者的注意。目前,斑马鱼作为一种国际通用的模式生物,在环境风险物质的生态安全性与人群健康风险的评价中发挥着重大的作用。
本文通过研究醋酸铅(PbAc)暴露后斑马鱼胚胎在自主运动、细胞凋亡、孵化率、畸形及死亡率、心跳频率、血管发育状况和幼鱼行为以及成鱼行为等方面所表现出来的各种异常现象,来阐明PbAc对斑马鱼胚胎、幼鱼以及成鱼所造成的各种发育和行为毒性。在发育方面,PbAc暴露造成斑马鱼胚胎出现了脊柱弯曲、心包囊肿、游囊关闭等典型畸形且畸形不可逆或最终导致死亡;120hpf的半数致死率(LC50)和半数致畸(EC50)分别为32.26mg/L和0.29mg/L;6-24hpf暴露使头部、背部和尾部的凋亡细胞增多;6-48hpf暴露使48hpf心跳频率降低:低浓度(1mg/L)使孵化率升高而高浓度(50mg/L)降低了孵化率;血管发育也受到了明显的影响,用1mg/L的醋酸铅染毒血管荧光转基因斑马鱼(Fli-1:EGFP),使其96hpf时背部血管出现断裂。在胚胎和仔鱼行为方面,使20-30hpf的自主运动异常;6-96hpf暴露使4dpf仔鱼对黑暗的敏感性明显增强;而5dpf仔鱼在光照条件下的泳动活力明显降低,在黑暗条条件下的泳动活力明显升高,且呈现一定的浓度相关性。成鱼行为方面,胚胎期PbAc暴露(6hpf-120hpf),待斑马鱼生长至四个月后在T-迷宫中进行学习记忆的训练与检测,结果显示PbAc暴露使斑马鱼学习和记忆能力明显下降,主要表现为找到食物端的正确率显著降低和所需的时间较对照组显著增多。
本实验证明了明铅具有神经毒性、心血管毒性、加剧细胞凋亡等一系列毒性效应。总之,醋酸铅暴露使斑马鱼出现了各种发育和行为异常甚至死亡,尤其是对斑马鱼胚胎和仔鱼,具有不可恢复的毒性且效应浓度非常低。因此,本研究可以为相关部门制定含铅废水、废气的排放标准以及制定工业制品中的含铅水平提供较好的科学依据,同时也为高等院校和科研机构开展发育毒理和行为学研究尤其是学习与记忆研究提供良好的范例。