农药对秀丽隐杆线虫毒性效应及其机制的研究进展

随着大量农药被广泛的使用并最终汇聚到环境介质中,对生态环境和人体健康产生潜在影响。秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)是土壤中最丰富的后生动物,在土壤生态系统中具有重要地位,并作为一种重要的模式生物广泛应用于环境毒理学研究。本文从秀丽隐杆线虫常用的毒理学研究方法入手,以致死率、生长发育、运动行为、繁殖、活性氧自由基(ROS)水平、细胞凋亡水平、相关基因表达量和蛋白水平等作为测试指标,归纳总结农药对秀丽隐杆线虫的衰老性、神经及生殖系统的毒性效应,分析探索其毒性机理,并展望了未来的研究重点。     

基于模式生物秀丽隐杆线虫的环境污染物生殖毒性研究进展

由于人类社会的发展,环境污染也越来越严重,研究环境污染物对生态及人类健康的影响极为重要。生殖系统是人和动物繁衍后代的重要系统,常见环境污染物对生殖系统的影响正引起研究人员的广泛关注。秀丽隐杆线虫具有身体透明、品系丰富和遗传背景清楚等优点,为生殖毒理学研究提供了一个便利的平台。以秀丽隐杆线虫为模型已对多种环境污染物的生殖毒性进行了评价。本文重点叙述了重金属、纳米材料、有机物等化学污染,辐射、磁场等物理污染,以及病毒等生物污染对秀丽线虫生殖系统的影响,并归纳讨论了环境污染物造成生殖功能障碍的几种主要机制,如氧化应激、DNA损伤、内质网应激以及神经损伤等,但不同类型污染物的毒性效应与其自身的物化性质紧密相关。环境污染物诱导的生殖毒性中不同响应机制之间的关联性、不同发育阶段的敏感性差异、污染物的传代效应以及有效的缓解方式的筛选等都有待进一步的开展。     

量子点对秀丽隐杆线虫的毒性效应及其调控机制的研究进展

量子点(quantum dots,QD)作为一种纳米微晶体,由于其出色的光学特性,已经被广泛应用于电子、生物医学成像、生物传感器和药物递送中,因而量子点的生物安全性也变得至关重要.秀丽隐杆线虫作为一种简单的生物模型,生物学基础完善、生命周期短、繁殖量大、生活特征易获得,不仅可以提供全动物水平的生理相关数据,还允许在单细...     

高效氯氰菊酯对秀丽隐杆线虫毒性作用的立体选择性研究

为探究高效氯氰菊酯（β-cypermethrin,β-CYP）及其对映体毒性的立体选择性,以秀丽隐杆线虫（C.elegans）为模型,分别评估了β-CYP及其4种对映体对线虫的毒性作用,包括生长发育、摄食行为、运动能力、寿命、体内活性氧自由基（ROS）及抗氧化酶活性等。结果表明,5种药物分别对线虫进行染毒后,暴露组与溶剂对照组相比,生长发育毒性排序为1R-trans-αS>β-CYP>1S-trans-αR>1R-cis-αS>1S-cis-αR,摄食行为毒性排序为1R-trans-αS>1R-cis-αS>1S-trans-αR>β-CYP>1S-cis-αR,对线虫运动行为影响不显著,对平均寿命抑制作用排序为1R-trans-αS>1S-trans-αR>1S-cis-αR>1R-cis-αS>β-CYP,对线虫体内ROS水平、SOD-3和GST-4抗氧化酶的活性抑制作用排序均表现为反式异构体>外消旋体>顺式异构体,不同药物对线虫内部抗氧化酶的调节作用也存在差异。综上所述,4种手性对映体对线虫的毒性和抗氧化作用存在选择性差异,其中1R-trans-αS对线虫的毒性作用普遍强于外消旋体及其他对映单体。     

氨基改性聚苯乙烯对秀丽隐杆线虫的神经毒性及其作用机制

聚苯乙烯微塑料(PS)广泛存在于各种环境介质中,且对生物体会造成多种毒性效应.然而,氨基修饰PS(PS-NH2)的神经毒性及其作用机制尚不明确.本研究以秀丽隐杆线虫为模式生物,以运动行为、神经元发育、神经递质水平及其相关基因表达作为评估终点,探讨环境浓度下(0.1～100 µg·L-1)PS与PS-NH2的神经毒性及神经传递机制.实验结果显示,与原始PS相比,浓度为1 µg·L1的PS-NH2急性暴露即显著降低秀丽线虫的头部摆动与身体弯曲频率,表明PS-NH,具有更强的神经毒性.10～100 μg·L-1的PS-NH2急性暴露显著改变多巴胺能与5-羟色胺能神经元的荧光强度.与此同时,秀丽线虫体内的多巴胺与5-羟色胺含量均显著降低,且dop-1、dat-1与tph-1等相关基因的表达水平显著下调.结果表明,PS-NH2暴露会造成多巴胺能和5-羟色胺能神经元的损伤,可能影响多巴胺和5-羟色胺的神经传递,进而对秀丽线虫造成神经毒性效应.本研究为揭示改性微塑料的潜在风险及其作用机制提供了新的见解.     

微塑料对秀丽隐杆线虫的毒性效应及机制研究进展

微塑料是指粒径小于5 mm的塑料碎片或颗粒,广泛分布在海洋、土壤、大气等环境中,并对生态环境和人类健康造成一定的危害. 秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）作为一种优秀的模式生物,被广泛应用于环境毒理学研究. 本文从肠道损伤、致死率和神经毒性等多方面总结微塑料对秀丽隐杆线虫的毒性效应,探索氧化应激、非编码RNAs以及MAPK等信号通路的作用机制,归纳微塑料对秀丽线虫毒性的影响因素,并对未来的研究方向进行展望. 本综述可为微塑料的生物毒性与健康风险提供一定的理论依据.     

新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的急性毒性及风险评价

为新烟碱类杀虫剂合理使用提供科学依据,本研究采用饲喂法和点滴法测定了9种新烟碱类杀虫剂对蜜蜂的急性毒性效应,且根据风险商值法进行了风险评价,氟啶虫酰胺和吡蚜酮作为对照药剂。试验结果表明:6种新烟碱类杀虫剂(噻虫胺、呋虫胺、吡虫啉、烯啶虫胺、氟啶虫胺腈和噻虫嗪)对蜜蜂经口和接触毒性的48 h-LD50值为1.73×10-3(1.37×10-3~2.45×10-3)~35.3×10-2(30.5×10-2~41.4×10-2)μg·蜂-1,均属于高毒级;其次为氯噻啉,该药剂对蜜蜂经口和接触毒性的48 h-LD50值为56.4×10-2(40.9×10-2~95.5×10-2)和2.05(1.13~3.18)μg·蜂-1,分别为高毒和中毒;而啶虫脒和噻虫啉对蜜蜂经口和接触毒性的48 hLD50值为2.57(1.94~3.75)~9.85(8.23~11.6)μg·蜂-1,为中毒级。对照药剂氟啶虫酰胺和吡蚜酮对蜜蜂经口和接触毒性的48h-LD50值均100μg·蜂-1,为低毒级。风险评价结果表明:噻虫胺、呋虫胺、吡虫啉、噻虫嗪、氯噻啉、烯啶虫胺和氟啶虫胺腈对蜜蜂具有不可接受的风险,啶虫脒、噻虫啉和对照药剂氟啶虫酰胺、吡蚜酮对蜜蜂的风险可接受。因此,在害虫综合治理中,应谨慎使用新烟碱类杀虫剂,以免对蜜蜂产生严重的毒副作用。     

铁矿区水环境样品对秀丽隐杆线虫的毒性研究

矿区环境问题是近年来各研究领域关注的焦点。为探究矿区水环境潜在的生物安全性问题,以安徽省霍邱县大型铁矿区地表水体为研究对象,以秀丽隐杆线虫作为实验动物模型,并以其生长和生殖发育作为生物检测终点,考察了线虫对该矿区周边5个地表水样品的毒性效应的响应。结果表明,矿区水环境样品对线虫的生长和生殖发育具有明显的损伤效应,且这种损伤效应的大小与水样采集点距离采矿区的远近以及水样中主要污染物的含量密切相关。进一步通过主成分分析发现,总铁、可溶性铁、铜、铬和砷是环境水样造成线虫毒性效应的主要影响因子。上述研究结果为铁矿区水环境生物安全性的监测和评价提供了一种新的技术方法和新的视角,并为铁矿区健康风险规避提供新的思路和理论基础数据。     

新烟碱类杀虫剂对非靶标生物毒性效应的研究进展

新烟碱类杀虫剂是目前全球市场占有率最高的一类杀虫剂,它们选择性作用于昆虫烟碱型乙酰胆碱受体,以往普遍认为其对非靶标生物毒性较低。然而,越来越多的证据表明,新烟碱类杀虫剂的暴露会对非靶标生物造成负面影响。本文综述了新烟碱类杀虫剂对水生生物、非靶标昆虫、鸟类和哺乳动物等多种非靶标生物的毒性,以及对人类健康的影响。新烟碱类杀虫剂对各类生物均具有急性致死毒性,但不同物种之间半数致死浓度(LC_(50))或半数致死剂量(LD_(50))差别较大,由低至高依次为昆虫(0.01～2.38 mg·L~(-1),3.7～81 ng·bee~(-1))、甲壳动物(0.59～37.75 mg·L~(-1))、鱼类(1.2～241 mg·L~(-1))、鸟类(15～>2 000 mg·kg~(-1))和哺乳动物(82～>5 000 mg·kg~(-1))。新烟碱类杀虫剂对非靶标生物的亚致死毒性表现在降低繁殖力和生长速度、降低活动性、影响神经系统、扰乱代谢平衡、损伤DNA等。总体上看,吡虫啉的毒性最高,呋虫胺和烯啶虫胺的毒性较低。啶虫脒、噻虫啉、噻虫嗪和噻虫胺的毒性大小顺序随物种不同而不同。对于水生生物和非靶标昆虫,噻虫啉和噻虫胺的毒性较高,而对于鸟类和哺乳动物,啶虫脒的毒性较高。最后针对现有研究的不足,提出了今后的研究方向,以期为该类杀虫剂的风险评估和合理施用提供科学依据。     

利用秀丽隐杆线虫模型研究细交链孢菌酮酸(TeA)与4种真菌毒素的联合毒性

细交链孢菌酮酸(TeA)作为一种新兴真菌毒素,污染广泛,对人和动物可能存在多方面毒性作用,但毒理学数据十分有限,暂未被立法监管。此外,TeA常与赭曲霉毒素A(OTA)、伏马菌素B1(FB1)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、白僵菌素(BEA)等真菌毒素共存于粮食谷物、果蔬坚果中,但其联合毒性效应也未见报道。本研究基于秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans, C. elegans)模型,初步研究了TeA单独暴露对线虫体长、产卵量、头部摆动及身体弯曲频率、脂肪沉积量、摄食量、ATP水平、活性氧(ROS)水平和过氧化氢酶(CAT)活性的影响,以及TeA分别与OTA、FB1、ZEN、BEA联合对线虫的毒性效应。研究表明,当TeA浓度为6.25~25 mg·L^-1时,对秀丽隐杆线虫的生长发育、生殖能力、神经系统、代谢能力存在明显的毒性损伤并可导致机体产生氧化应激,且呈剂量-反应关系。随后,采用Chou-Talalay模型对联合毒性进行评价发现,TeA分别与OTA、FB1、ZEN、BEA联合暴露对线虫生长发育和生殖能力的影响随毒素浓度和暴露时间的变化呈现不同的相互作用效应。其中TeA+OTA、TeA+FB1对体长(24 h)以及TeA+ZEN对产卵量的毒作用随暴露浓度的增加一直呈协同作用,而TeA+OTA对产卵量的毒作用随暴露浓度的增加,由一般拮抗变为协同作用。基于此,本研究结果不仅在一定程度上丰富了TeA的毒理学数据,还为进一步开展TeA风险评估和相关食品安全标准的制定提供科学依据。     

玉米赤霉烯酮暴露对秀丽线虫生殖系统的损伤作用

环境雌激素玉米赤霉烯酮(ZEN)的生态安全性近年来受到越来越多的关注。以秀丽隐杆线虫(Caenorhabdites elegans)为模式生物研究ZEN对线虫的生殖损伤作用。在DIC显微镜下观察,48 h暴露后与对照组相比,暴露组线虫性腺臂明显萎缩,卵母细胞数目和大小均受到显著影响(P<0.01),并且可见部分暴露组线虫产卵器严重畸形。这均表明ZEN暴露对秀丽隐杆线虫生殖系统的发育和功能可产生损害作用。     

低剂量丙烯酰胺多世代持续暴露对秀丽隐杆线虫的损伤作用

论文研究了丙烯酰胺(acrylamide, AA)低剂量多代持续暴露对模式生物秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans, C. elegans)的发育、生殖、寿命和捕食行为能力的影响。将线虫暴露于不同剂量水平的AA中,检测对当代线虫的发育周期、后代数量、寿命和捕食行为的影响,结果显示,1.0 mmol·L^-1 AA水平可诱发当代线虫发育周期延长和后代数量减少(P<0.05),0.05 mmol·L^-1和0.001 mmol·L^-1水平可分别诱发捕食行为能力下降和寿命缩短(P<0.05)。进一步选取对当代线虫不产生明显损伤效应的AA剂量,将线虫进行多代持续暴露处理,结果显示,0.01 mmol·L^-1 AA分别可在第2代g1和第3代g2诱发发育周期延长和后代数量减少(P<0.05),0.005 mmol·L^-1 AA可在第2代g1引起摄食行为能力下降,0.0001 mmol·L^-1 (约7 μg·L^-1,低于推测人的平均AA暴露水平)的AA在第2代g1即可诱发寿命缩短(P<0.05)。以上结果表明AA生物学毒性可以在后代间积累,极低剂量AA多代持续暴露仍可诱发生物学损伤。     

基于土壤模式生物的纳米材料毒理研究进展

随着纳米科技与工业的高速发展,大量的纳米材料被广泛应用并最终汇聚到土壤环境中,对土壤生态和人体健康造成潜在影响。由于土壤生物具有多样性,选择具有代表性、敏感性并便于获取的土壤模式生物作为实验受体进行纳米材料的生物安全评估及环境毒理效应研究尤为重要。较为系统地回顾和总结了几种典型土壤模式生物的特点,为纳米材料毒理研究中受试生物的选择提供参考,在此基础上整理了大量基于典型土壤模式生物的纳米材料毒性研究资料,归纳了不同层次的研究方法,分析探索了纳米材料毒性机理,并展望了未来的研究重点。     

基于彗星实验的洛克沙胂对秀丽隐杆线虫胚胎细胞DNA损伤的研究

为评价洛克沙胂的遗传毒性,采用单细胞凝胶电泳(彗星实验),研究了不同浓度的洛克沙胂对秀丽隐杆线虫胚胎细胞脱氧核醣核酸(DNA)的损伤作用。提取秀丽隐杆线虫的胚胎细胞,分别暴露于0(空白对照)、50、250、500μg·L~(-1)含洛克沙胂的溶液染毒1 h。用彗尾DNA百分比含量(TDNA%)、彗星尾长(TL)和Olive尾矩(OTM)作为DNA损伤的指标。实验结果表明,与空白对照组比较,处理组中彗尾DNA百分比含量、彗星尾长以及Olive尾矩显著增加(P0.01)。随着洛克沙胂浓度的增加,彗尾DNA百分比含量、彗星尾长以及Olive尾矩逐渐增加,其相关系数r0.99,说明在实验浓度范围内,存在极显著的浓度-效应关系。洛克沙胂对秀丽隐杆线虫胚胎细胞DNA具有损伤作用,彗星实验操作简便、快速、灵敏度高,能够反映出洛克沙胂的遗传毒性。因此,通过彗星实验建立实验室检测洛克沙胂遗传毒性的方法具有可行性。     

环境浓度水平的镍对不同生命阶段秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)体长与运动的刺激效应

毒物兴奋效应(hormesis)受到广泛关注。本文以秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)的L1(自虫卵开始培养10 h)、L3阶段(36 h)和年轻成虫阶段(72 h)为起始暴露阶段,进行环境浓度(3.18E-3、3.18E-2、3.18E-1和3.18μmol·L-1)水平的72 h镍暴露试验,以体长与行为学指标为终点研究了不同生命阶段对毒物兴奋效应的影响。在所有暴露浓度下,镍对L1线虫的体长均表现出显著的刺激效应,3个较高浓度下(3.18E-2、3.18E-1和3.18μmol·L-1)的刺激效应相似,均表现为比空白多23.6%(P0.05)的水平;L3线虫的体长在低浓度受到刺激,在高浓度受到抑制,表现为毒物兴奋效应;年轻成虫在所设4个浓度下均没有显著响应。在所有暴露浓度下,镍对L1线虫的身体弯曲运动无显著效应;镍对L3线虫的身体弯曲频率表现为刺激效应,并且该刺激效应随暴露浓度增加,先增加后减小,在3.18E-2μmol·L-1表现出最大刺激效应,比空白多59.0%(P0.05);镍对年轻成虫的身体弯曲频率表现为比空白多17.7%~30.1%(P0.05)的刺激效应,该刺激效应在不同浓度下不具有显著性差异。镍对L1线虫的倒退运动表现出显著的、随暴露浓度增加而增加的刺激效应,在3.18μmol·L-1表现出最大刺激效应,比空白多187.0%(P0.05);镍对L3线虫的倒退运动在3.18μmol·L-1下表现为比空白多22.7%(P0.05)的刺激效应;镍对年轻成虫的倒退运动在较高的3个浓度下(3.18E-2、3.18E-1和3.18μmol·L-1)表现为比空白多46.7%~86.7%(P0.05)的刺激效应。研究揭示环境浓度水平的镍暴露对不同生命阶段秀丽线虫的体长与运动具有不同程度的刺激效应。     

环境浓度下壬基酚对秀丽隐杆线虫时间依赖性的毒性兴奋效应

为研究暴露时间对壬基酚生态毒理学效应的影响,选取秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)作为受试生物,采用急性(24 h和72 h)、慢性(10 d) 3个不同时间点,进行壬基酚环境浓度下(0、0.0001、0.001、0.01、0.1、0.2 mg·L^-1)的暴露实验,以秀丽隐杆线虫的生理指标(体长、运动行为)、生化指标(氧化应激、细胞凋亡、脂褐素)为终点进行评估。结果表明：急性暴露24 h后,活性氧自由基(ROS)在0.01 mg·L^-1时即出现了明显的下降,其他生理生化指标无统计学意义上的明显变化。72 h暴露条件下,体长随壬基酚浓度的增加呈现倒U型趋势,在0.0001 mg·L^-1时表现出最大刺激效应,比对照组高出26.4%(P<0.01);头部摆动频率和身体弯曲频率在2个较高浓度(0.1和0.2 mg·L^-1)时表现出明显的刺激效应;细胞凋亡水平在0.0001 mg·L^-1时显著性下降,呈现负剂量-效应关系(P<0.05),在0.2 mg·L^-1时表现出最大刺激效应,比对照组降低了45.5%;ROS及脂褐素在壬基酚暴露浓度范围内呈正相关性增加。慢性暴露条件下,脂褐素在0.001 mg·L^-1时表现出最大效应,和对照组相比下降了65.4%,并且随着壬基酚浓度的增加呈现U型趋势;其他生理生化指标随着壬基酚浓度的增加表现出明显的负面效应。研究揭示了环境浓度水平的壬基酚对秀丽隐杆线虫的生态毒理效应是时间依赖性的,急性暴露以引起刺激作用为主,表现为毒性兴奋效应,而长期暴露后壬基酚对生理生化指标的负面效应更为明显。上述结果为进行壬基酚的毒性评价及更好地理解其毒性作用机理提供基础数据。     

磁性纳米颗粒对不同模式生物的毒性研究

磁性纳米颗粒在生物医学等领域应用广泛,而其毒性研究尚未深入,对生物的影响及作用机制仍未阐明。本文综述了磁性纳米颗粒近年来对于细胞、鼠、家兔和秀丽隐杆线虫的毒理学研究,为磁性纳米颗粒的应用提供参考。