基于斑马鱼胚胎毒性与非靶化学分析的典型工业园区废水处理效率研究

工业园区废水中污染物种类复杂、毒性大、去除难,在处理出水水质达标的情况下仍可能存在生态健康风险,因此,有效评估园区废水的处理效率具有重要意义.采用斑马鱼胚胎毒性实验和基于液相色谱-质谱的非靶标污染物筛查方法分析了两家典型工业园区污水处理厂的处理效率.研究结果表明,生物毒性检测和非靶标化学分析可从不同侧面解释废水中毒害污染物在水处理过程中的沿程变化情况,两者的研究结果相互支撑.两类分析方法都发现,生化处理工艺无法有效去除工业废水中斑马鱼胚胎发育毒性物质.高级氧化技术、吸附技术和膜生物反应器技术等可以进一步有效削减污染物丰度及毒性,市政污水的混入提升了工业废水中毒害污染物的去除率及生物毒性的削减率.本研究结果证实了斑马鱼胚胎毒性与非靶化学分析可用于确定工业废水处理的效率,对工业废水处理过程的设计和调控具有指导意义.     

生物硫铁复合材料对铜暴露斑马鱼的保护研究

为了研究生物硫铁应用于铜污染事故应急处理中保护鱼类免于死亡的可行性,以斑马鱼为受试对象,测定了铜对斑马鱼的各时间半致死浓度(LC_(50)),考察了投加量、投加时间、pH环境等条件对铜暴露中斑马鱼死亡率的影响。结果表明:投加量越大斑马鱼死亡率越低,最佳投加量(硫化物与铜离子摩尔比)为1∶1,此时斑马鱼96 h死亡率由对照组(不投加生物硫铁材料)的83%降低至0%;在(24 h-LC_(50))mg/L浓度下12 h内投加生物硫铁的斑马鱼死亡率都明显低于对照组,超过24 h则与对照基本一致;水体初始p H对生物硫铁的投加有影响,p H为8时生物硫铁对铜暴露斑马鱼的保护效果较好,在(48 h-LC_(50))mg/L浓度下pH5投加组和p H 8投加组的斑马鱼96 h死亡率分别由100%和77%降低至50%和0%。研究表明,生物硫铁复合材料能快速降低水中铜离子浓度,从而保护鱼类免受毒害,其在铜污染事故应急处理中具有较好的应用前景。     

双酚AF暴露降低斑马鱼学习记忆能力并影响神经系统相关基因表达

双酚AF(4,4'-六氟-2-二酚,BPAF)应用渐为广泛,对生态环境具有潜在威胁。为探究BPAF对水生生物的神经毒性,选择斑马鱼作为实验对象,利用T型迷宫和实时定量PCR的研究方法,考察0、0.005、0.05和0.5 mg·L~(-1)3种不同浓度BPAF暴露下,成年斑马鱼的学习记忆能力,并检测鱼脑中胶质纤维酸性蛋白基因(glial fibrillary acidic protein,gfap)、音猬基因(sonic hedgehog,shha)和突触蛋白基因(synapsinⅡa,syn2a)表达量变化。结果表明:在T迷宫行为学检测中,0.5 mg·L~(-1)BPAF暴露浓度下,斑马鱼在第1天进入T型迷宫规定臂的潜伏时间与对照组相比显著增加(P0.01),随着暴露浓度和染毒时间的增加,潜伏时间显著延长,具有明显的剂效和时效关系。暴露6 d后,BPAF各暴露浓度组中雌鱼脑部gfap基因显著上调,雄鱼脑中gfap基因在高浓度暴露组(0.5 mg·L~(-1))下表达量下调,而在0.005 mg·L~(-1)BPAF暴露组差异不明显。BPAF暴露可导致雌鱼脑部shha基因下调,使雄鱼脑中shha基因表达量随暴露浓度增大呈先上升后下降的趋势。BPAF各暴露浓度组中雌鱼和雄鱼脑部syn2a基因下调,呈现出随暴露浓度增大而下降的趋势。综上,初步认为BPAF对斑马鱼具有潜在的神经认知干扰效应。     

3种酰胺类除草剂对斑马鱼不同生长阶段的急性毒性效应

为探明酰胺类除草剂对鱼类不同生长阶段的毒性效应,分别以斑马鱼胚胎、8日龄仔鱼、55日龄幼鱼和3月龄成鱼为受试对象,研究3种酰胺类除草剂乙草胺、丙草胺和丁草胺对斑马鱼(Danio rerio)不同生长阶段的毒性效应。研究发现,高浓度乙草胺、丙草胺和丁草胺均可抑制斑马鱼胚胎的孵化。乙草胺对斑马鱼胚胎、仔鱼、幼鱼和成鱼的96 h-LC50值分别为5.82、1.34、3.00、1.44 mg·L-1,毒性从高到低顺序依次为:仔鱼成鱼幼鱼胚胎。丙草胺对斑马鱼胚胎、仔鱼、幼鱼和成鱼的96 hLC50值分别为2.79、2.02、2.26、2.01 mg·L-1,毒性从高到低顺序依次为:仔鱼、成鱼幼鱼胚胎。丁草胺对斑马鱼胚胎、仔鱼、幼鱼和成鱼的96 h-LC50值分别为1.73、0.919、3.37、1.19 mg·L-1,毒性从高到低顺序依次为:仔鱼成鱼胚胎幼鱼。研究结果表明,酰胺类除草剂对斑马鱼4个典型生长阶段的毒性差异较大,仔鱼阶段对酰胺类除草剂最敏感,成鱼其次。     

辛硫磷和敌百虫协同抑制斑马鱼乙酰胆碱酯酶(AChE)活性

以辛硫磷和敌百虫为供试毒物,研究其对斑马鱼的单一和联合毒性效应。结果显示,辛硫磷和敌百虫对斑马鱼的96 h半致死浓度(96 h-LC_(50))值分别为6.482 mg·L~(-1)和27.877 mg·L~(-1);按照农药毒性分级标准,辛硫磷对斑马鱼是高毒,敌百虫对斑马鱼是中毒。在辛硫磷和敌百虫联合急性毒性实验中,24、48、72和96 h的相加指数均大于0,表明辛硫磷和敌百虫对斑马鱼的联合毒性为协同效应。采用生化法测定乙酰胆碱酯酶活性发现,乙酰胆碱酯酶活性与辛硫磷、敌百虫以及辛硫磷+敌百虫之间有显著的剂量-效应关系,而且联合作用毒性均大于单一作用毒性。     

斑马鱼对水源特定污染物的水质监测预警

选取浑浊度、石油类、亚硝酸盐、苯、砷化物、锰等不同类型的环境污染物,研究了斑马鱼在不同污染物压力下行为强度变化规律,分析了不同条件下斑马鱼的活性及在线系统报警特征。结果表明:斑马鱼的行为生态学变化与环境污染物压力存在显著的相关性。在不同类型的环境污染物下,斑马鱼行为变化存在明显差异,对砷和锰等剧毒物质更加敏感;在高浓度环境污染物压力下,斑马鱼的行为生态学特征出现剧烈变化;随着暴露时间的增加,斑马鱼的行为生态学变化会逐渐降低。斑马鱼的行为强度变化可以快速评判水质污染程度,但应结合当地的水质特征设定具体的报警阈值。     

应用斑马鱼和凡纳对虾诊断污染场地污水的生物毒性

应用斑马鱼(Brachydanio rerio)和凡纳对虾(Penaeus vannamei)对某废弃有机污染场地中有毒有机废弃物堆积产生的污水(1号塘污水)和场地及周边地表径流积水(2号塘污水)的生物毒性进行了试验.结果表明,1号塘污水对斑马鱼和凡纳对虾96 hLC50分别为46.2%和59.6%, 2号塘污水的毒性试验中两种试验生物的死亡率皆为0.化学检测表明,1号塘污水中的主要污染物为苯酚类和酞酸脂类物质,而2号塘污水中均未检出有机污染物.化学检测结果与毒性试验结果具有较好的相关性.     

4-氯-3-甲基苯酚(PCMC)暴露对成年斑马鱼内源性物质的影响

建立了4-氯-3-甲基苯酚（PCMC）的水生生物斑马鱼暴露毒理学模型,研究了斑马鱼PCMC暴露后内源性代谢物的变化.同时,在斑马鱼PCMC半数致死浓度LC₅₀的基础上,以1/10 LC₅₀为暴露浓度进行代谢组学分析.最后,经超高效液相色谱串联三重四级杆飞行时间质谱（UHPLC-Triple-TOF-MS）检测,结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）进行代谢谱分析.结果发现,空白对照组和暴露组在代谢水平上有明显差异.进一步分析后筛选出9种上调物质和11种下调物质作为潜在生物标志物,主要包括氨基酸、嘌呤、糖类和脂质.根据差异代谢物生理功能分析发现,PCMC主要通过影响嘌呤代谢、甘油磷脂代谢、淀粉和蔗糖代谢、组氨酸代谢、丙酮酸代谢及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,对斑马鱼的心血管系统、神经系统、蛋白代谢和能量代谢等方面产生毒性效应.本研究建立的代谢组学方法能全面评价氯酚类消毒剂对水生生物的毒性效应,为进一步阐明氯酚类消毒剂的毒性机制提供了理论基础.     

磷石膏浸出液对斑马鱼的急性毒性及氧化应激损伤

以斑马鱼（Danio rerio）为受试鱼种,研究了磷石膏浸出液对水生生物的急性毒性及亚致死浓度下对斑马鱼肝脏、肌肉和鳃中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和丙二醛（MDA）的影响,以及96 h后肝脏和鳃组织病理变化.结果表明,磷石膏浸出液中总磷、氟化物和Cd、Cr、Pb、Hg浓度超出地表水V类水标准,其对斑马鱼的毒性较强,96 h半数致死浓度（LC₅₀）为6.5%（体积分数）.慢性毒性实验显示,随暴露时间延长,各组织内3种抗氧化酶活性变化趋势不完全一致,但高浓度（0.65%和3.25%）暴露后期（72 h和96 h）几乎均受到显著抑制,其中,SOD对浸出液的敏感性最高;MDA含量变化规律较为一致,随浸出液浓度增加而升高,肝脏、肌肉和鳃中MDA最高含量均出现在72 h,分别是空白对照组的1.8、1.6和2.1倍,至96 h时略有降低,但仍显著高于对照组.各浓度组暴露96 h后,肝细胞窦间隙扩大,肝巨噬细胞增多,细胞核固缩,部分细胞质空泡化,组织水肿;鳃组织出现上皮细胞增生、脱落,鳃丝充血,鳃小片弯曲变形等现象.综上,未加处理的磷石膏浸出液已超出斑马鱼耐受极限,任其排入环境具有潜在的生态风险.     

纳米塑料和砷对斑马鱼的联合毒性

以斑马鱼为供试生物,采用半静态实验法,将其分别暴露于5mg/L聚苯乙烯纳米塑料(PS-NPs),1、10和100μg/L砷(As)单一及其复合污染中7d,探讨PS-NPs影响下As在斑马鱼肝脏、肠道、鳃和肌肉组织中的积累,肝脏和鳃中PS-NPs的荧光强度和应激响应.结果表明:PS-NPs能在斑马鱼的肝脏和鳃中富集,且促进As在斑马鱼各组织中的积累.在5mg/L PS-NPs和100μg/L As复合污染下,肝脏、鳃、肠道和肌肉组织的As含量较As单一暴露时分别上升了35.18%、147.33%、163.12%和66.96%. PS-NPs和As的共同暴露导致肝脏的GST和GPx活性增加, MDA含量减少,氧化胁迫减弱.而鳃的GSH含量和GST活性减少,MDA含量增加,氧化胁迫增强.高浓度(100μg/L)As叠加PS-NPs后,鳃中AChE活性显著降低.相比单一As胁迫,混合暴露导致肝脏和鳃中gpx, Mn-sod, Cu/Zn-sod和ache表达量下降, PS-NPs的存在能降低As对斑马鱼氧化应激和神经毒性相关基因的诱导表达量.