1H-NMR-based metabolomic study on toxicity of methomyl and methidathion in fish

A ¹H-nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with multivariate analysis was applied to detect the toxicity of antiacetylcholinesterase insecticides, methomyl (methyl (1E)-N-(methylcarbamoyloxy)ethanimidothioate) and methidathion (3-(dimethoxyphosphinothioyl sulfanylmethyl)-5-methoxy-1,3,4-thiadiazol-2-one), using zebrafish (Danio rerio) and Chinese bleak (Aphyocypris chinensis). Generally, methomyl and methidathion have been believed not to highly accumulate in fish tissues. However, these pesticides showed their toxicity by altering patterns of whole-body metabolites in neurotransmitter balance, energy metabolism, oxidative stress, and muscle maintenance in low concentrations. We used Pearson correlation analysis to contextualize the metabolic markers in pesticide treated groups. We observed that the positive correlations of choline with acetate and betaine in untreated control were shifted to null correlations showing acetylcholinesterase specific toxicity. This research demonstrated the applicability and potential of NMR metabolomics in detecting toxic effects of insecticide with a modicum of concentrations in aquatic environment.     

nano-TiO_2与1,2,4-TCB联合作用对斑马鱼鳃组织结构及染色体损伤研究

采用组织病理切片法、微核及彗星试验研究nano-TiO_2和1,2,4-TCB联合染毒对斑马鱼鳃组织结构、细胞微核率及DNA损伤的毒性效应。结果表明,单独nano-TiO_2暴露不会导致斑马鱼鳃组织结构损伤,也不会引起明显的微核及染色体损伤。1,2,4-TCB(≥10 mg·L~(-1))会引起鳃组织和细胞染色体的损伤。nano-TiO_2与1,2,4-TCB联合作用会加重斑马鱼的鳃组织结构损伤,出现鳃小片排列严重紊乱,表皮细胞断失严重,鳃小片上皮细胞坏死脱落,鳃丝结构模糊等症状。两者联合作用会引起鳃细胞微核率增加和彗星细胞率的增加,呈现一定的剂量-效应关系,且两者间的联合作用具有协同作用。对彗星试验的尾部DNA百分比、尾长及尾距的分析发现,与对照组和单独作用相比,两者联合作用对彗星指标均有显著增强作用,这表明两者联合作用对染色体的损伤属于非特定片段损伤。     

Comparative quantitative structure–activity relationship (QSAR) study on acute toxicity of triazole fungicides to zebrafish

We employed two-dimensional quantitative structure–activity relationship (2D-QSAR) and hologram QSAR (HQSAR) methods to quantitatively investigate the mechanism and active site of toxicity for Danio rerio exposed to triazole fungicides. Our results showed that 2D-QSAR models constructed using the energy of the lowest unoccupied molecular orbit, the net C atom charges, the octanol–water partition coefficient and the molecular shape factor had higher predictive abilities. HQSAR models containing the fragment distinctions atoms (As), bonds (Bs), chirality (Ch) and donors and acceptors (D&A) had higher reliability. It was found that 2D-QSAR results explaining the toxicity mechanism were consistent with HQSAR. In summary, the hydrophobicity and shape/size of the molecule were the important factors influencing the toxic effect of these chemicals against D. rerio. In addition, electron exchange may occur between these fungicides and the target. The study provided a method to evaluate the environmental risk of chemicals with a similar structure, based on the QSAR models obtained.     

氯化镉暴露对斑马鱼幼鱼神经行为毒性作用

为探索低剂量镉持续暴露对斑马鱼胚胎和幼鱼神经发育的影响,将受精后36h(36hpf)的斑马鱼胚胎暴露于不同浓度氯化镉受试液中持续至受精后6d(6dpf)。在一般毒性观察的基础上,采用高通量视频跟踪技术检测了48孔板中幼鱼的自发运动能力和对外界刺激产生的惊恐反应及恢复能力。结果显示:在不引起外观形态明显改变的暴露剂量下幼鱼自发运动表现异常。其中,0.1～0.5μmol·L-1暴露组幼鱼自发运动增多、轨迹紊乱、刻板式转向运动增加、触壁活动减少;1.0μmol·L-1暴露组幼鱼出现运动抑制、静止和原地震颤等状态,幼鱼的自发运动距离与氯化镉浓度关系呈现剂量依赖性倒"U"型,这种行为毒性效应与乙醇急性暴露引起的运动效应相似。光照惊恐反射实验中,暴露组幼鱼对突发的光暗变化表现敏感或迟钝。在撤除光源后暗适应减慢或加快。以上结果说明,斑马鱼胚胎和幼鱼对氯化镉的神经发育毒性作用敏感,并且高通量的幼鱼神经行为学方法在外源性化学物的毒性评价中能够提高检测效率,具有良好的应用前景。     

水体酸化条件下Cu(II)对斑马鱼胚胎的毒性效应

为评价由酸雨、酸性矿山排水等环境污染导致的水体酸化及水体重金属联合作用对水生生物的生态毒性效应,研究了不同pH值(pH=3、4、5、6、7和7.8)条件下Cu2+对斑马鱼胚胎发育的影响。结果表明,酸性水体及Cu2+单一存在时,酸对斑马鱼胚胎24h半数效应浓度值EC50为pH=3.65,Cu2+(pH=7.8)对斑马鱼胚胎24h-EC50为0.267mg·L-1;当水体酸化及水体中的Cu2+共存时,较低的pH对Cu2+的生物毒性起协同作用,表现为随溶液pH的降低,各浓度Cu2+对斑马鱼胚胎的24h凝结率显著增高(P24h致死率=0.001),而斑马鱼胚胎96h孵化率显著降低(P96h孵化率=0.002),且不同浓度的Cu2+之间的生物毒性效应存在显著性差异(P24h致死率=0.0321;P96h孵化率=0.0028)。这说明酸性水体和Cu2+都显著影响斑马鱼胚胎的发育,且Cu2+在酸性水体中对斑马鱼胚胎的毒性显著增强。因此,在受重金属Cu2+污染的地区,如同时受到酸雨或酸性矿山排水等较低pH值和Cu2+的双重胁迫,较低浓度的Cu2+就能够对水生生物的生殖发育及水生生态系统产生严重的影响和危害。     

节球藻毒素对斑马鱼胚胎发育的毒性效应

研究了节球藻毒素对斑马鱼(Danio rerio)胚胎的急性毒性效应。采用水浴染毒法,将受精后2h的斑马鱼卵分别暴露于含有0、50、100、200、400、800、1600及3200μg·L-1节球藻毒素的试液中,显微观察不同浓度节球藻毒素对斑马鱼受精卵及其胚胎发育过程的影响,并通过累计孵化率、死亡率、发育畸形率的比较,评价节球藻毒素对斑马鱼胚胎的发育毒性。结果显示:随着节球藻毒素浓度的增加,斑马鱼胚胎的孵化率降低、死亡率和畸形率增加。与对照组比较,浓度≥1600μg·L-1的实验组胚胎发育明显迟缓。浓度≥400μg·L-1时,胚胎孵化率显著降低,72hpf的孵化率由对照组的87%降低到高浓度组(3200μg·L-1)的7%。浓度≥800μg·L-1时,斑马鱼的死亡率、畸形率明显升高;144hpf的死亡率由对照组的7%增加到73%;144hpf的畸形率由对照组的0%增加到93%,畸形主要表现为脊柱弯曲,心包囊肿,尾畸弯曲等。节球藻毒素暴露48hpf对斑马鱼半致死浓度LC50为2572.76μg·L-1,暴露144hpf时为1056.33μg·L-1。节球藻毒素对斑马鱼早期生命发育阶段有一定的抑制效应,高浓度亦会导致死亡。     

2，4’-DDT对斑马鱼生长、繁殖力及卵黄蛋白原的影响

以斑马鱼体内卵黄蛋白原（Vtg）作为雌激素污染物的生物标志物,比较研究了不同浓度2,4。DDT对成年斑马鱼生长、发育、繁殖以及体内Vtg含量的影响。结果表明,当水环境中p（2,4。DDT）为2和10μg·L-1时,斑马鱼产卵量和受精率与空白和溶剂对照组相比均显著下降（P〈0．05）。当水环境中P（2,4。DDT）为0．2、2和10μg·L-1时,斑马鱼肝脏指数与空白和溶剂对照组相比显著升高（P〈0．05）;10μg·L。2,4。DDT处理组雄性斑马鱼体内Vtg含量显著高于空白和溶剂对照组（P〈0．05）,而0．2、2和10μg·L～2,4。DDT处理组雌性斑马鱼体内Vtg含量均显著高于空白和溶剂对照组（P〈0．05）,且随暴露浓度的增加而增大。SDS—PAGE检测及免疫印迹分析均显示雄鱼血液内出现Vtg特异条带,表明2,4。DDT对斑马鱼具有雌激素效应。     

苯醚甲环唑对斑马鱼抗氧化酶的影响

以斑马鱼为模式生物研究了三唑类杀菌剂苯醚甲环唑对斑马鱼脑和肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽还原酶(GR)四种抗氧化酶活性的影响.结果发现:苯醚甲环唑暴露后,斑马鱼脑中CAT酶活性随暴露时间延长呈现出先升高后降低的趋势.50μg/L及更高浓度的苯醚甲环唑能够显著抑制斑马鱼脑和肝脏中GPx的活性,且对脑中GPx活性的抑制程度更强.另外,500μg/L苯醚甲环唑处理后,斑马鱼肝脏和脑中GR活性表现出不同的变化趋势,肝脏中GR活性下降,而脑中GR活性升高.上述结果表明50μg/L的苯醚甲环唑即可影响斑马鱼的抗氧化系统,其对农业水域中的鱼类影响值得重视.     

金雀异黄素对雄性斑马鱼卵黄原蛋白mRNA的诱导机理

采用质量浓度分别为1、10、100、1 000 μg/L的金雀异黄素对成年雄性斑马鱼进行水体暴露28 d,通过real-time PCR技术检测雄性斑马鱼肝脏内Vtg-1(卵黄原蛋白)、ERα和ERβ1 mRNA(雌激素受体)的表达水平,并利用同位素放射免疫法检测雄性斑马鱼性腺w(睾酮)和w(E₂)(E₂为17β-estradiol,17β-雌二醇). 结果表明:10~1 000 μg/L金雀异黄素显著诱导了雄性斑马鱼肝脏Vtg-1 mRNA的表达,二者呈剂量-效应关系,同时显著上调了雌激素受体ERβ1 mRNA的表达;但1~1 000 μg/L金雀异黄素却极显著地抑制了雄性斑马鱼肝脏内ERα mRNA的表达,同时造成雄性斑马鱼性腺w(E₂)的升高和w(睾酮)的降低. 研究结果显示,金雀异黄素可能通过提高雄性斑马鱼体内ERβ1mRNA的表达和内源w(E₂),增强ERβ1对内源雌激素的介导作用,从而促进Vtg-1的表达.      

氟啶胺对斑马鱼胚胎线粒体氧化磷酸化和多巴胺系统基因表达的干扰效应

杀菌剂氟啶胺是哺乳动物细胞中一种典型的线粒体氧化磷酸化解偶联试剂,极易在鱼体内富集,且对鱼类具有极高的毒性。本文测定了氟啶胺对斑马鱼(Danio rerio)胚胎的96 h半数致死浓度LC50值,并研究了该浓度下氟啶胺对斑马鱼胚胎线粒体呼吸耗氧速率和多巴胺神经通路中关键基因表达的干扰效应。氟啶胺对斑马鱼胚胎的96 h-LC50值为0.5μmol·L~(-1),该浓度下氟啶胺能够导致胚胎发生中轴骨骼发育不全和心脏水肿等畸形现象,这说明该杀菌剂对斑马鱼胚胎具有极高的毒性。在该浓度下,胚胎的基础呼吸速率和ATP产量均受到了显著抑制,这说明氟啶胺在斑马鱼细胞内同样具有解偶联活性,该杀菌剂能够干扰斑马鱼的线粒体氧化磷酸化过程。另外,LC50浓度氟啶胺还能够激活线粒体内锰超氧化物歧化酶基因(sod2)的表达,这说明氟啶胺能够引发线粒体内氧化自由基的产生,从而导致线粒体功能异常。由于多巴胺系统对线粒体能量产生和氧气消耗具有较高的敏感性,因此本文检测了斑马鱼体内多巴胺系统关键基因的转录水平。LC50浓度的氟啶胺能够显著抑制与多巴胺合成有关的酪氨酸羟化酶基因(th)和与多巴胺接收有关的多巴胺受体基因(drd2a)的转录水平,这说明斑马鱼在发育中多巴胺系统是氟啶胺引发神经疾病的有效靶位。一直以来氟啶胺在水环境中的残留是备受关注的环境问题,因此研究氟啶胺对斑马鱼胚胎的毒性作用机制具有重要意义。