双氟磺草胺对斑马鱼成鱼及胚胎的毒性效应研究

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xiatiandegushi1989
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双氟磺草胺(Florasulam)是由美国陶氏益农公司研制并开发的一种新型除草剂,主要应用于小麦、大麦及玉米等农田杂草防治,由于其成本低、防治效果好,已在全球范围内广泛使。但是随着双氟磺草胺大面积推广使用,不可避免的造成其在水环境中残留,而农药在水环境介质中容易引起生物富集现象,对生物个体乃至整个水生生态系统造成严重危害,目前双氟磺草胺对水生生物的生态毒理学研究极其匮乏。因此本研究以斑马鱼为指示生物,探究双氟磺草胺对斑马鱼成鱼及胚胎的毒性效应。环境中的农药水平决定了生物体暴露的剂量,因此本试验以水环境中双氟磺草胺残留量为依据,研究不同浓度(0.1和1μg/L)的双氟磺草胺对斑马鱼的急性毒性以及在斑马鱼成鱼暴露14和28天后以及胚胎暴露120小时后的亚慢性毒性效应。本研究通过测定斑马鱼肝脏及胚胎中活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)活性、谷胱甘肽硫转移酶(glutathione S-transferase,GST)活性、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH-Px)活性和丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量,来评估双氟磺草胺对斑马鱼成鱼及胚胎的氧化应激效应;通过测定斑马鱼肝脏及胚胎中8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxydeoxyguanosine,8-OHd G)的含量,来评估双氟磺草胺对斑马鱼成鱼及胚胎的DNA损伤;通过测定与细胞凋亡相关的6个基因p53基因、B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)、Bcl-2-Associated X的蛋白质(Bax)和含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)家族中的Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9基因的表达量,探究了双氟磺草胺对斑马鱼成鱼及胚胎细胞凋亡的影响。本研究对评估双氟磺草胺的生态毒性和遗传毒性具有指导意义。本研究主要结果如下:(1)双氟磺草胺对成鱼和胚胎的急性毒性96小时半数致死浓度(median lethal concentration,LC50)均大于100 mg/L,双氟磺草胺对斑马鱼表现为低毒性。(2)双氟磺草胺暴露下第14和28天时,斑马鱼成鱼体内ROS含量与SC相比显著增加,过量的ROS会对斑马鱼体内SOD、CAT和GST活性均产生影响,具体表现为第14和28天时SOD、CAT和GST活性在0.1μg/L处理组中均表现出激活状态,说明双氟磺草胺可引起斑马鱼的氧化应激。在第14和28天时,0.1μg/L和1μg/L处理组的MDA含量显著增加,并且随着暴露浓度的增加,出现剂量-效应关系。这是因为ROS的增加导致了MDA在体内积累,造成了脂质过氧化损伤。在第14和28天时,0.1μg/L和1μg/L处理组中8-OHd G含量均显著高于SC对照,这也反应出双氟磺草胺对斑马鱼造成一定程度的DNA损伤。(3)双氟磺草胺暴露120小时后,斑马鱼胚胎中ROS含量呈现上升趋势,0.1μg/L和1μg/L处理组中ROS含量与对照组相比显著增加,这一现象表明ROS在胚胎中产生了积累的现象。抗氧化酶系中的SOD和CAT活性随着双氟磺草胺暴露浓度的增加而上升呈现出剂量-效应关系;斑马鱼胚胎中GSH-Px活性在1μg/L处理组与SC之间出现了显著性差异,这说明双氟磺草胺对斑马鱼胚胎造成了氧化应激。MDA含量随着染毒浓度的增加而升高,1μg/L处理组与SC出现显著性差异,说明斑马鱼胚胎内出现脂质过氧化损伤现象。与成鱼不同的是胚胎中8-OHd G的含量在整个染毒过程中未出现明显差异,说明双氟磺草胺未对胚胎造成DNA损伤。(4)双氟磺草胺暴露下斑马鱼成鱼基因表达受到了一定影响,在第28天时0.1μg/L染毒处理组中p53基因表达量上调;在第14和28天时0.1μg/L和1μg/L处理组中Bcl-2/Bax比值下降,说明机体出现促进细胞凋亡现象。第28天时0.1μg/L和1μg/L处理组中Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9基因表达量下调,说明双氟磺草胺暴露导致机体出现抑制细胞凋亡现象,容易诱导细胞发生癌变。(5)双氟磺草胺暴露120小时后斑马鱼胚胎基因表达受到一定影响,1μg/L染毒处理组中Bcl-2/Bax比值显著增加,说明外源污染物双氟磺草胺对机体造成了一定的损伤,对机体细胞的凋亡产生了抑制作用,容易诱导细胞发生癌变。p53、Caspase-3、Caspase-8和Caspase-9基因均在0.1μg/L和1μg/L染毒处理组中表达量上调,这一结果说明为了减轻双氟磺草胺的影响,机体中出现促进细胞凋亡现象,来清除部分癌变细胞。(6)通过计算综合生物标记物响应指数(integrated biomarker response,IBR),可以看出双氟磺草胺暴露对斑马鱼成鱼毒性随着暴露浓度的增加而增加,毒性大小为0.1μg/L处理组<1μg/L处理组;毒性大小随着暴露时间的增加而降低,毒性大小为14天>28天,斑马鱼成鱼对污染物比较敏感的指标为MDA和8-OHd G。双氟磺草胺暴露对斑马鱼胚胎的毒性大小随暴露浓度增加而增加,毒性大小为0.1μg/L处理组<1μg/L处理组,胚胎中比较敏感的指标为p53基因。因此在评估双氟磺草胺对斑马鱼成鱼以及胚胎的影响时,应首先关注MDA、8-OHd G和p53基因这些敏感指标。
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