青鳉鱼的行为特征提取研究

采用生物行为传感器获取青鳉鱼的行为数据时,青鳉鱼个体差异会导致采集到的原始电信号在时空特性下完全不同。重要的行为特征往往被隐藏在原始信号中,传统的信号处理方法无法实时而有效地提取到这些特征。针对这个问题,观察并记录了暴露实验前后青鳉鱼的行为变化,提出了一种可以高效表征行为特征的直方图统计算法。实验结果表明,该方法能够准确对应人眼观测到的暴露实验前后鱼的行为变化趋势,同时也为后续异常行为识别提供一定的支持和参考。     

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。     

基于机器视觉的鱼类行为特征提取与分析

近年来,水污染问题备受关注。生物式水质监测成为目前国家环境保护工作的重要任务之一。为准确监测水质污染情况,本文以青鳉鱼(Oryzias latipes)为研究对象,采用非接触式的机器视觉监测技术,提取青鳉鱼的生理特征(呼吸频率)和运动特征(胸鳍和尾鳍的摆动频率),并分析这些特征与水质之间的关系。本文采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)准确提取鱼鳃,并根据鱼鳃呼吸面积大小变化计算出鱼的呼吸频率。基于形态学细化算法提取青鳉鱼骨架,求出胸鳍和尾鳍的摆动频率。结果显示:不同浓度铜离子暴露实验测得的青鳉鱼生理特征和运动特征与实际情况一致;通过对不同铜离子浓度下的毒性实验数据对比,发现了青鳉鱼的生理特征和运动特征会随不同的铜离子浓度发生相应变化,可以作为水质监测的评价标准。     

水环境中重金属铜暴露下青鳉鱼的行为响应

采用生物行为传感器监测青鳉鱼在重金属铜暴露下的行为数据,分析不同暴露浓度(20、10、5、1和0.1 TU)下青鳉鱼的行为响应。20、10、5、1和0.1 TU的暴露浓度下青鳉鱼对重金属污染的行为反应模式符合环境胁迫阈值模型,且不同浓度梯度重金属对青鳉鱼产生不同的行为毒性效应。利用重金属作用下青鳉鱼的行为变化来研究重金属环境胁迫导致的生物行为响应机制,从而得到重金属暴露下生物行为的实时变化过程和趋势,可对水环境生态系统质量进行综合评价。     

水环境中重金属铜暴露下青鳉鱼的行为响应

本研究采用生物行为传感器监测青鳉鱼重金属铜暴露下的行为数据，分析不同暴露浓度(20、10、5、1和0.1 TU)下青鳉鱼的行为响应。20、10、5、1和0.1 TU的暴露浓度下青鳉鱼对重金属污染的行为反应模式符合环境胁迫阈值模型，且不同浓度梯度重金属对青鳉鱼产生不同的行为毒性效应。通过本研究，利用重金属作用下青鳉鱼的行为变化来研究重金属环境胁迫导致的生物行为响应机制，从而得到重金属暴露下生物行为的实时变化过程和趋势，可对水环境生态系统质量进行综合评价。     

镉胁迫下黑点青鳉(Oryzias melastigma)肝脏金属硫蛋白mRNA性别差异性表达研究

鱼类金属硫蛋白(metallothionein,MT)mRNA作为生物标志物已越来越多地应用到水环境重金属污染的监测中,然而重金属胁迫下鱼类MT mRNA表达是否具有性别差异性特征目前尚无相关报道。以海洋模式鱼类—黑点青鳉(Oryzias melastigma)为实验鱼类,首次克隆了其MT基因全长c DNA序列,分析了黑点青鳉MT基因和氨基酸序列特征,然后进一步研究了水体中镉暴露后雌、雄性黑点青鳉肝脏中MT mRNA表达的差异性。结果显示,黑点青鳉MT基因c DNA全长为385 bp,编码60个氨基酸,预测编码的多肽分子量为5 990 Da,含有脊椎动物MT基因特征性序列结构cys-x-cys、cys-x-x-cys和cys-x-cys-cys。镉胁迫下雌、雄性黑点青鳉肝脏MT mRNA表达结果显示,在0.8,4.0和8.0μg·L-1环境浓度的镉暴露1~7 d条件下,与对照组相比,雄性黑点青鳉在所有的不同暴露浓度和不同暴露时间的实验组中肝脏MT mRNA几乎均被显著性诱导表达;而雌性黑点青鳉只在较高暴露浓度和较长暴露时间的实验组中才被显著性诱导表达,并且MT mRNA的表达水平比雄性低得多。上述研究结果表明,在相同的镉胁迫条件下,雄性黑点青鳉肝脏MT mRNA的表达比雌性更敏感;以黑点青鳉MT mRNA作为生物标志物监测海洋环境重金属污染生物效应状况时,应选择更敏感的雄性黑点青鳉作为监测鱼类。利用生物标志物监测水环境污染物生物效应时,监测动物的性别差异是一个应当考虑的重要因素。     

基于机器视觉的鱼类模式生物在线监测技术方法研究

水污染的防治问题是我国关注的重中之重,现有理化监测方法的实时性和综合性较差,特别是对于一些极端可变化的环境,更需要新的方法以辅助和解决。生物式水质监测方法被提出,通过利用生物对环境污染或变化所产生的反应来直接或间接体现水质的污染情况。然而,观测指标与量化标准是面临的一大难题。文章利用机器视觉的方法,以青鳉鱼为模式生物,并以青鳉鱼的生理特征以及运动特征(呼吸频率、胸鳍摆动频率、摆尾频率)为观测指标,两方面综合评定青鳉鱼应激状态,实时监测与分析。实验结果表明该方法能为生物式水质监测和预警的发展提供一定支持与参考。测得青鳉鱼呼吸频率为3.06 Hz,胸鳍摆动频率为4.83 Hz,尾鳍摆动频率为5.08 Hz,结果与实际指标一致。     

日本青鳉(Oryzias latipes)胚胎和卵黄期仔鱼对镉的 敏感性

物理化学方法对镉的监测忽略了其生物可利用性,生物监测可以有效地弥补这种不足。本研究测试了日本青鳉(Ory-zias latipes)胚胎和卵黄期仔鱼对镉的敏感性。结果表明:日本青鳉胚胎和卵黄期仔鱼的蛋白含量对镉表现出较高的敏感性,卵黄期仔鱼的蛋白含量在4μg·L-1的氯化镉暴露后就出现显著降低;氯化镉对卵黄期仔鱼脊柱畸形的EC50低于国家地表水环境质量标准规定的Ⅱ类水标准;脊柱畸形率与镉浓度之间存在的线性关系,可为定量监测镉污染提供理论依据;脊柱畸形可以在48h之内被4μg·L-1的氯化镉极显著地诱导,因此这种潜在的生物监测模型很有希望应用到水环境污染的快速预警中。通过对国内主要水体中镉污染水平的分析发现,卵黄期仔鱼的蛋白含量变化和脊柱畸形率对部分水体的镉污染可以实现生物监测。因此,利用日本青鳉胚胎和卵黄期仔鱼对低水平镉污染的高度敏感性,能够建立起1种简易廉价并且有效的水环境中低水平镉污染的生物监测模型。     

2种除草剂联合胁迫下日本青鳉的逐级行为响应(The Stepwise Behavioral Responses of the Japanese Medaka under the Joint Stress of Two Herbicides)

探讨了日本青鳉在两种除草剂阿特拉津和百草枯联合暴露下的逐级行为响应,采用水质安全在线生物预警系统(BEWs)记录行为强度数据,分析不同暴露浓度、不同暴露时间日本青鳉的行为响应.10、5、1和0.1TU的暴露浓度下行为反应时间分别为:0.74、7.7、29.4和42.2h,而每个浓度不同配比之间行为反应时间差异明显.结果表明:在两种除草剂的暴露下,日本青鳉的逐级行为响应既受化合物浓度高低的影响,又受暴露时间的影响,而且每个浓度两种药物不同配比暴露下的青鳉鱼的逐级行为响应基本一致,每个浓度不同配比之间行为反应时间差异明显,即两种作用机制不同的除草剂对日本青鳉的行为毒性是协同作用.     

邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)和邻苯二甲酸单乙基己基酯(MEHP)长期暴露对海洋青鳉(Oryzias melastigma)内分泌干扰效应的评价

为探讨邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)和邻苯二甲酸单乙基己基酯(MEHP)长期暴露对海水生物的内分泌干扰效应及机制,将孵化后1周的海洋青鳉(Oryzias melastigma)分别暴露于DEHP(0.1 mg·L-1和0.5 mg·L-1)和MEHP(0.1 mg·L-1和0.5 mg·L-1)6个月。结果显示:DEHP显著增加了雌性和雄性海洋青鳉的肝指数,而MEHP只在高剂量时显著增加雄性青鳉的肝指数。对于雌性青鳉,DEHP暴露后肝脏雌激素相关基因ERα、ERβ、ERγ、VTG1、VTG2、ChgH和ChgL的表达水平显著上调,而对于雄性青鳉,DEHP暴露后,只有肝脏ERβ的表达水平显著上调。相比之下,MEHP暴露对雌性和雄性青鳉肝VTG和Chg基因表达无显著影响。DEHP激活了雌性和雄性青鳉的肝过氧化物增殖激活受体PPARα和PPARγ,而MEHP只在低剂量时上调了雄性青鳉PPARγ的表达。在雌性和雄性青鳉体内,VTG和Chg的表达与ERα和ERγ的表达显著相关,并且ER与PPAR也显著相关。研究表明,DEHP长期暴露可通过激活肝性激素受体调控肝雌激素响应基因(VTG和Chg)和过氧化物增殖激活受体(PPARα和PPARγ)的表达而对海洋青鳉产生内分泌干扰效应,并且显示出性别特异性。MEHP对海洋青鳉的内分泌干扰效应弱于DEHP。     

六溴环十二烷(HBCD)对斑马鱼发育早期能量代谢及软骨、肌肉和鱼鳍发育的影响

六溴环十二烷(hexabromocyclododecane, HBCDs)是一种添加型阻燃剂,在环境中广泛存在。由于具有持久性、生物蓄积性和毒性等特征,HBCD很可能在水生生物体内富集并对其生长发育产生影响。将斑马鱼胚胎暴露于不同浓度的HBCD(0.1、0.5和1 mg·L^-1),通过油红O和阿尔新蓝染色观察幼鱼发育状况,并通过能量代谢及发育相关基因探讨可能的作用机制。结果表明,HBCD暴露影响了幼鱼对卵黄囊内生脂肪的吸收,并对幼鱼躯干骨骼肌、头部软骨和鱼鳍的发育产生损害。进一步研究发现,暴露组幼鱼体内ATP含量降低,ATP合成酶及电子呼吸链中还原性辅酶Ⅰ(NOX)和细胞色素C氧化酶(COX)等的活性显著降低;同时,早期发育相关基因如骨形成蛋白bmp、肌肉决定因子myod以及sox9a和wnt等基因的转录水平均受到显著抑制(P<0.05)。上述结果表明,HBCD会影响早期发育阶段的斑马鱼对卵黄囊营养物质的吸收,干扰体内能量代谢,导致能量供应不足,并通过bmp-sox9和wnt-myod等信号通路影响软骨组织、鱼鳍和骨骼肌的正常发育。     

Medaka (Oryzias latipes) for use in evaluating developmental effects of endocrine active chemicals with special reference to gonadal intersex (testis-ova).

Japanese medaka (Oryzias latipes) has been widely used for the evaluation of the toxicity of endocrine active chemicals (EACs) and other chemicals as well as for monitoring the adverse effects of effluent discharges in relation to sexual development and function. It is useful for these evaluations for many reasons including the following: 1) it has a short life cycle facilitating studies extending over long phases of development and over multigenerations, 2) it is easy to rear, 3) male and female phenotypes can easily be distinguished on the basis of secondary sex characteristics, and 4) a genetic marker (DMY) is available for identifying the true genotypic sex. Several biomarkers have been found to be useful for identifying the effects of exposure to estrogenic and androgenic chemicals in medaka and they include increased levels of hepatic vitellogenin (VTG) and testis-ova induction in males for exposure to estrogenic chemicals, and decreased levels of hepatic VTG in females and an altered morphology of dorsal and anal fins and formation of papillae for androgenic chemicals. In this paper, we present a critical analysis of the use of medaka as a test species for studies of endocrine disruption and report on the use of sex-related genetic markers and alterations in gonadal development, including the induction of testis-ova formation, for assessing the disruptive effects of EACs. In this paper, we focus on some of the more recent studies and findings.     

Annual re-sightings of photographically identified white sharks (<Emphasis Type="Italic">Carcharodon carcharias)</Emphasis> at an eastern Pacific aggregation site (Guadalupe Island,Mexico)

A systematic, reliable method for identifying white sharks, Carcharodon carcharias Linnaeus, from underwater photographs was developed and applied to examine site fidelity at Guadalupe Island, Mexico (29˚N, 118˚W). The most reliable features for repeat identification in multiple years were the pigment patterns on the gill flaps, pelvic fins, and caudal fins. Pigment patterns in all three regions were asymmetrical on the right and left sides making it necessary to photograph both sides to catalog each individual. However, once cataloged, an individual could be re-identified using a partial body image. Using this method, 73 individuals were identified between 2001 and 2005. Site fidelity was indicated through repeated annual sightings of individuals with 78% of the identified sharks observed over at least 2 years. Males were found to arrive at Guadalupe Island as early as July and females in September. Peak abundances at the site occurred August–December. The sex ratio was not significantly different from unity in 2002, 2004, and 2005. This monitoring technique has shown Guadalupe Island to be an important white shark aggregation site in the eastern Pacific.     

Behavioural flexibility in reef fishes responding to a rapidly changing wave environment

Flexible traits can be crucial in helping animals meet the challenges of a highly variable environment. We examined whether coral reef fishes systematically alter their swimming behaviour in response to temporal changes in hydrodynamic conditions. Exploiting site-based differences in wave energy impinging on reef habitats over calm and rough weather, we found many reef fishes changed their swimming behaviour alongside increases in wave-driven water motion. Most fishes tended to orient their bodies parallel to oncoming wave-driven flow and recruited additional stabilising fins during rough weather; such changes in swimming behaviour aid stability and minimise drag. However, not all species displayed such flexibility, with fishes possessing highly tapered pectoral fins and high levels of swimming performance continuing to successfully navigate reef habitats without significantly altering their swimming behaviour. We highlight how labile behaviours augment the morphology and performance of species to underpin their occupation of habitats subject to variable environmental conditions.     

极性有机物整合采样技术在监测水环境中农药的应用

明确水环境中农残的污染状况对研究其环境行为和生态风险至关重要。传统主动采样法耗能、耗力且单次采样仅获得瞬时浓度值。被动采样节能、方便且为时间加权平均浓度,利于大规模采样。极性有机物整合采样技术(polar organic chemical integrative sampler,POCIS)是针对极性有机物的被动采样技术,近年来在水环境中农药监测的运用越来越广泛。本文概述了POCIS结构、原理和校正方法,探讨了环境因素(如水流速率、温度、p H、溶解性有机质、盐度和膜污染)、化合物性质及POCIS结构对农药采样速率(Rs)的影响。此外,综述了POCIS在监测水环境中农药的应用,展望了POCIS在该领域中的问题、解决方式及前景。