微塑料颗粒对秀丽线虫和斑马鱼的毒性效应及其机制

论文摘要

微塑料是指小于5mm的各类塑料碎片。由于尺寸小和比表面大等特性,微塑料普遍被认为具有比大型塑料更大的环境危害,现已成为一个全球关注的环境问题。近年来,微塑料的相关毒理学研究有所增多,然而大多数研究均基于统一规格的单一类型微塑料开展,对不同类型和粒径的微塑料之间的毒性差异知之甚少。另外,相关研究显示微塑料暴露能够诱导生物产生机械损伤、炎症和应激等效应,但具体的毒性机制研究尚未阐明。本研究以粒径为70μm相近尺寸的聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）微塑料颗粒,和粒径为0.05、0.1、0.5、1.0、2.0和5.0μm的不同尺寸聚苯乙烯（PS）微塑料颗粒为代表,以土壤动物秀丽隐杆线虫及淡水脊椎动物斑马鱼为模式生物,系统研究了微塑料颗粒的毒性效应及其机制。L1或L2期线虫暴露于附有微塑料浓度梯度为0.5-10.0mg·m-2的培养基表面或浓度为1mg·L-1的微塑料溶液中2-3d。成年斑马鱼暴露于浓度梯度为0.001-10mg·L-1的微塑料溶液中10d。从线虫或斑马鱼的生长发育、肠道损伤、氧化应激及运动神经毒性等方面,比较分析了多种类型和粒径的微塑料颗粒的毒性效应。并利用多种荧光标记的转基因线虫,从分子基因水平研究了PS颗粒对线虫体内钙相关蛋白、肠腔内酸度相关基因及谷胱甘肽S-转移酶等表达的影响。主要结果如下:（1）0.5-10.0mg·m-2的PA、PE、PP、PVC（70μm）和PS（1.0和5.0μm）颗粒慢性暴露均能诱导线虫的致死率升高,但与暴露浓度无关。在5mg·m-2的浓度下,不同类型及粒径的微塑料颗粒使得线虫的体长受到抑制、怀卵数及后代数目下降。同时1mg·L-1、粒径为0.1-5.0μm的PS颗粒使线虫的寿命缩短。其中1.0μm的PS颗粒对线虫的存活率、体长、生殖及寿命的影响最大。（2）1mg·L-1、粒径为70μm的PA、PE、PP和PVC颗粒暴露均能显著诱导斑马鱼的肠道绒毛褶皱破裂和肠道上皮细胞破损。粒径为0.05和1.0μm的PS颗粒(1mg·L-1)慢性暴露能够引起线虫的肠膜形态异常和上皮细胞破裂。此外,粒径为0.05和1.0μm的PS颗粒在1mg·L-1的浓度暴露后,线虫体内钙相关蛋白GCaMP表达降低,肠腔内酸度相关基因vha-6、opt-2和nhx-2表达升高。（3）5mg·m-2的PA、PE、PP、PVC和PS颗粒暴露均能诱导线虫体内谷胱甘肽S-转移酶表达显著升高。浓度为200μmol·L-1的抗氧化剂姜黄素、原花青素或抗生素土霉素均能有效逆转抑制1mg·L-1的PS颗粒（0.1-5.0μm）所诱导的线虫谷胱甘肽S-转移酶的表达上调。（4）粒径为0.1-0.5μm的PS颗粒在1mg·L-1的浓度慢性暴露下能引起线虫的头部摆动和身体弯曲频率加快。同时PS颗粒暴露后,线虫平均爬行速度和爬行弯曲角度变化频率表现出有规律性变化特征。1mg·L-1的PS颗粒（0.1-5.0μm）暴露后,线虫体内与运动相关的乙酰胆碱能和GABA能神经元表现出退变和损伤特征,但多巴胺能神经元并未受到影响。以上实验结果表明:（1）单纯微塑料颗粒对线虫的生长发育毒性很大程度上取决于其粒径大小。（2）肠道是微塑料颗粒毒性效应的主要靶向器官之一,在肠腔内与机体发生物理作用,进而诱导线虫及斑马鱼的肠道组织发生病理学改变。（3）微塑料颗粒引发线虫的慢性神经毒性,使线虫的运动行为发生障碍,并导致线虫体内部分运动相关神经元退变损伤。（4）线虫体内钙相关蛋白、肠腔酸度基因表达异常和氧化应激是微塑料颗粒毒性效应的重要机制。本论文系统比较了不同类型和粒径的微塑料颗粒对线虫及斑马鱼的毒性效应差异,揭示了微塑料颗粒的粒径依赖性毒性。同时,对线虫及斑马鱼的肠道病理学检查、线虫钙相关蛋白及肠腔酸度相关基因表达和谷胱甘肽S-转移酶相关的氧化应激等的研究,为微塑料的毒性作用途径和机制提供了新的见解及证据。此外,本论文揭示了微塑料颗粒对线虫的慢性神经毒性。这些研究结果为揭示微塑料颗粒的环境危害和健康风险提供了重要科学依据。

论文目录

摘要

ABSTRACT

缩略词

1 绪论

1.1 塑料与微塑料污染

1.2 微塑料污染研究进展

1.2.1 海洋生态系统

1.2.2 淡水生态系统

1.2.3 土壤和沉积物

1.2.4 食物中微塑料污染现状

1.3 微塑料毒理学研究进展

1.3.1 对海洋生物的毒性

1.3.2 对淡水生物的毒性

1.3.3 对陆地生物的毒性

1.4 毒理学模式生物

1.4.1 秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegan， C. elegans）

1.4.2 斑马鱼（Danio rerio，D. rerio）

1.5 本文研究目的及内容

2 五种常见微塑料暴露对秀丽线虫的生长发育毒性

2.1 实验材料及设备

2.1.1 实验材料

1)微塑料

2)模式动物

3)试剂

2.1.2 实验溶液

2.1.3 实验仪器与设备

2.2 实验方法

2.2.1 线虫的培养及同步化

2.2.2 微塑料的表征测定

2.2.3 微塑料暴露对线虫的生长发育毒性测定方法

1)存活率

2)体长

3)怀卵数

4)后代数目

5)微塑料在线虫中的分布

6)寿命

2.2.4 数据分析

2.3 结果

2.3.1 线虫存活率变化

2.3.2 线虫体长变化

2.3.3 线虫怀卵数变化

2.3.4 线虫后代数目变化

2.3.5 微塑料在线虫中的分布

2.3.6 线虫寿命变化

2.4 讨论

3 微塑料暴露对斑马鱼及线虫的肠道损伤及其机制

3.1 实验材料及设备

3.1.1 实验材料

1)微塑料

2)模式动物

3)试剂

3.1.2 实验溶液

3.1.3 实验仪器与设备

3.2 实验方法

3.2.1 微塑料暴露对斑马鱼的肠道损伤效应测定

1)斑马鱼的培养

2)斑马鱼的存活率测定

3)斑马鱼的肠道病理学检查

3.2.2 微塑料暴露对线虫的肠道损伤效应测定

1)线虫的培养及同步化

2)线虫的肠道病理学检查

3)线虫钙指示蛋白GCaMP表达变化测定

4)线虫肠道肠膜蛋白表达变化测定

5 ) 线虫肠腔内nhx-2p::pHluorin变化测定

3.2.3 数据分析

3.3 结果

3.3.1 微塑料暴露对斑马鱼的肠道损伤效应

3.3.2 微塑料暴露对线虫的肠道损伤及相关蛋白表达

1)微塑料诱导线虫肠道病理学结果

2)对线虫钙指示蛋白GCaMP表达的影响

3)对线虫肠道肠膜蛋白表达的影响

4)对线虫肠腔内nhx-2p::pHluorin表达的影响

3.4 讨论

4 五种常见微塑料暴露对线虫的氧化应激效应

4.1 实验材料及设备

4.1.1 实验材料

1)微塑料

2)模式动物

3)试剂

4.1.2 实验溶液

4.1.3 实验仪器与设备

4.2 实验方法

4.2.1 线虫的培养及同步化

4.2.2 微塑料暴露对线虫gst-4 基因表达的测定

4.2.3 抗氧化剂/抗生素与微塑料联合暴露对线虫gst-4 基因表达的测定

4.2.4 数据分析

4.3 结果

4.3.1 微塑料暴露对线虫gst-4 基因表达的影响

4.3.2 姜黄素或原花青素与微塑料联合暴露对线虫gst-4 基因表达的影响

4.3.3 土霉素与微塑料联合暴露对线虫gst-4 基因表达的影响

4.4 讨论

5 不同粒径PS颗粒暴露对线虫的神经毒性

5.1 实验材料及设备

5.1.1 实验材料

1)微塑料

2)模式动物

3)试剂

5.1.2 实验溶液

5.1.3 实验仪器与设备

5.2 实验方法

5.2.1 线虫的培养及同步化

5.2.2 微塑料暴露对线虫的运动行为测定

1 ) 局部运动测定

2 ) 爬行运动测定

5.2.3 微塑料暴露对线虫的运动神经元测定

5.2.4 数据分析

5.3 结果

5.3.1 微塑料暴露对线虫的运动行为影响

1 ) 局部运动

2 ) 爬行运动

5.3.2 微塑料暴露对线虫运动神经元的影响

1)胆碱能神经元

2) GABA能神经元

3)多巴胺能神经元

5.4 讨论

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 论文创新点

6.3 研究展望

参考文献

硕士期间所取得的科研成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 雷丽丽

导师: 何德富

关键词: 微塑料,秀丽隐杆线虫,斑马鱼,肠道损伤,神经毒性

来源: 华东师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 华东师范大学

分类号: X171.5

总页数: 98

文件大小: 4335K

下载量: 1149

微塑料颗粒对秀丽线虫和斑马鱼的毒性效应及其机制

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢