郭勇勇 華江環(huán) 楊麗華 周炳升

(中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所, 淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430072)

三峽庫(kù)區(qū)水樣中重金屬含量及其對(duì)斑馬魚胚胎發(fā)育的毒性評(píng)價(jià)

郭勇勇 華江環(huán) 楊麗華 周炳升

(中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所, 淡水生態(tài)與生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430072)

三峽庫(kù)區(qū)水體污染對(duì)庫(kù)區(qū)魚類生存的影響尚不明晰, 因此測(cè)試庫(kù)區(qū)水體中污染物含量及其對(duì)魚類早期發(fā)育的影響對(duì)于庫(kù)區(qū)生態(tài)漁業(yè)的安全發(fā)展具重要意義。研究于三峽庫(kù)區(qū)壩前段典型區(qū)域設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn),用ICP-MS分析了原水中13種重金屬的含量, 并將斑馬魚胚胎暴露于纖維膜過濾后的水樣中, 測(cè)試其內(nèi)分泌及發(fā)育毒性效應(yīng)。結(jié)果表明, 三峽庫(kù)區(qū)水樣中 13種重金屬的濃度均低于地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值, 且3號(hào)采樣點(diǎn)重金屬濃度普遍比1號(hào)和2號(hào)采樣點(diǎn)高。經(jīng)7d暴露后, 處理組和對(duì)照組中斑馬魚胚胎的孵化率、相對(duì)成活率和畸形率(畸形指標(biāo)包括原腸胚終止、心跳/心率、脊柱畸形、心包囊水腫)均無(wú)明顯差異； 但幼魚體內(nèi)生殖相關(guān)基因(如α型雌激素受體, 雄激素受體和芳香化酶)、甲狀腺相關(guān)基因(如甲狀腺激素受體、甲狀腺激素釋放激素、Ⅱ型脫碘酶)和神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因(如α1微管蛋白、突觸蛋白、生長(zhǎng)相關(guān)蛋白)的轉(zhuǎn)錄水平較之對(duì)照組(曝氣 24h的自來水)均顯著下降。上述結(jié)果表明, 三峽庫(kù)區(qū)水體中 13種重金屬的含量仍處于較低水平, 且在此污染水平下不會(huì)對(duì)斑馬魚胚胎發(fā)育過程產(chǎn)生顯著影響。此外, 污染水體導(dǎo)致的分子水平上的變化是否會(huì)引起魚類生長(zhǎng)發(fā)育過程中的長(zhǎng)期影響尚有待進(jìn)一步研究。

三峽庫(kù)區(qū)； 重金屬； 斑馬魚； 發(fā)育毒性

隨著三峽水庫(kù)進(jìn)入正常運(yùn)行階段, 這一工程引發(fā)的環(huán)境問題成為政府和學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)。雖然國(guó)家大力實(shí)施節(jié)能減排政策, 但是由于庫(kù)區(qū)上游制造業(yè)、采礦業(yè)、電力、化學(xué)原料生產(chǎn)和金屬冶煉等工業(yè)產(chǎn)業(yè)比較集中, 再加上農(nóng)藥、化肥以及沿江城市廢棄物等的大量排放, 給庫(kù)區(qū)水環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染負(fù)荷[1,2]。重金屬具有分布廣泛、環(huán)境行為復(fù)雜、毒性效應(yīng)閾值低和毒性效應(yīng)大等特點(diǎn), 因而其污染問題一直備受關(guān)注。我國(guó)專家學(xué)者對(duì)三峽水庫(kù)建成前后重金屬的含量、來源進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明, 三峽庫(kù)區(qū)蓄水后水體中部分重金屬污染呈加重的態(tài)勢(shì), 但隨著蓄水時(shí)間的增長(zhǎng)某些重金屬含量又現(xiàn)出逐年降低的趨勢(shì)[3,4]。因此三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境中重金屬污染水平需要長(zhǎng)期持續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。環(huán)境中的重金屬不僅很難被自然降解, 還可能在生物作用下轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的有機(jī)金屬化合物, 并在水生生物體內(nèi)富集放大, 最終隨食物鏈進(jìn)入人體。重金屬可與生物體內(nèi)的核酸、酶、維生素、激素等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng), 改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物活性[5], 進(jìn)而對(duì)遺傳發(fā)育、內(nèi)分泌以及中樞神經(jīng)等多個(gè)系統(tǒng)的功能產(chǎn)生損害引發(fā)病變甚至死亡[6—8]。因此, 在掌握重金屬污染水平的同時(shí), 評(píng)價(jià)在現(xiàn)有污染水平下對(duì)魚類健康的影響對(duì)于生態(tài)漁業(yè)的發(fā)展也十分有必要。

在實(shí)際水體中存在著多種污染物質(zhì), 不同污染物之間還存在著協(xié)同、拮抗和相加等相互影響, 因此針對(duì)單一污染物研究所得的毒性效應(yīng)和風(fēng)險(xiǎn)往往不能真實(shí)反映實(shí)際環(huán)境污染的危害水平。水樣的生物毒性監(jiān)測(cè)可以彌補(bǔ)化學(xué)監(jiān)測(cè)和單一污染物評(píng)價(jià)在目標(biāo)物質(zhì)選擇上的不足, 有效評(píng)估水體污染引起的毒性效應(yīng)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn), 因而被廣泛應(yīng)用[9,10]。鑒于目前關(guān)于三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)污染對(duì)魚類潛在毒性效應(yīng)和風(fēng)險(xiǎn)的研究數(shù)據(jù)仍然缺乏, 本研究在三峽庫(kù)區(qū)壩前段典型區(qū)域設(shè)置采樣點(diǎn), 分析水樣中重金屬的含量水平, 并以早期發(fā)育階段的斑馬魚為模型, 測(cè)試庫(kù)區(qū)水樣對(duì)魚類的發(fā)育和健康存在的潛在危害, 評(píng)價(jià)在目前污染水平下庫(kù)區(qū)水體對(duì)魚類的安全性。

1 材料與方法

1.1 水樣的采集及前處理

選擇三峽庫(kù)區(qū)壩前段秭歸縣干流(1號(hào)采樣點(diǎn))、典型庫(kù)灣(2號(hào)采樣點(diǎn))、百歲溪(距大壩7.3 km) (3號(hào)采樣點(diǎn))等設(shè)置三個(gè)采樣點(diǎn)。每個(gè)采樣點(diǎn)用棕色采樣瓶采集2.5 L 水樣, 運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后用0.7 μm孔徑纖維膜過濾后低溫保存, 使用前放置于培養(yǎng)箱內(nèi)升溫。

1.2 水樣重金屬分析

現(xiàn)場(chǎng)采集水樣10 mL到20%硝酸浸泡過夜的塑料離心管中, 向其中加入一定量的高純硝酸使其終濃度為 2%, 水樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后低溫保存。利用ICP-MS (NexION300X, PerkinElmer, MA)測(cè)定采集水樣中Cu、Zn、As、Cd、Cr、Mn、Co、Ni、Be、Pb、Ti、In和 Sb的濃度, 并以115In、103Rh為雙內(nèi)標(biāo)校正系統(tǒng)。以上實(shí)驗(yàn)所用硝酸和鹽酸均為優(yōu)級(jí)純,超純水電阻率≥18.0 M?·cm。目標(biāo)元素標(biāo)樣購(gòu)自國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。

1.3 斑馬魚的飼養(yǎng)及魚卵的收集

斑馬魚成魚飼養(yǎng)以及胚胎收集、喂養(yǎng)方法參照Shi等[11]的方法。斑馬魚 (野生型AB strain)在封閉式活性碳過濾循環(huán)水系統(tǒng)中飼養(yǎng), 光照周期為 14h︰10h (光︰暗), 水溫(28±0.5)℃。成魚每日投喂豐年蟲(Artemia nauplii)兩次, 斑馬魚飼料一次。雄魚和雌魚以 2︰1的比例過夜混養(yǎng), 次日早晨燈光刺激產(chǎn)卵。所產(chǎn)魚卵以活性炭過濾水清洗剔除異物, 在解剖鏡下挑選受精后 2h內(nèi)發(fā)育正常的囊胚期魚卵作為實(shí)驗(yàn)材料。

1.4 胚胎暴露實(shí)驗(yàn)

首先用剛孵出的斑馬魚幼魚, 將水樣梯度稀釋后進(jìn)行96h 急性毒性測(cè)試, 測(cè)試過程參照美國(guó)環(huán)境保護(hù)局制定的急性毒性標(biāo)準(zhǔn)方法[12]。在實(shí)驗(yàn)過程中,原液和稀釋液暴露組與對(duì)照組相比均未發(fā)現(xiàn)明顯的急性毒性。因此, 在以下實(shí)驗(yàn)中均采用原液暴露。

胚胎隨機(jī)分配至 12個(gè)玻璃培養(yǎng)皿中, 置于(28±0.5)℃的生化培養(yǎng)箱中孵化。共設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)和一個(gè)對(duì)照組(24h曝氣后的自來水), 每組3個(gè)平行皿,每個(gè)培養(yǎng)皿裝有50 mL暴露液和360顆卵。每天定時(shí)更換所有暴露液, 于倒置顯微鏡下觀察記錄胚胎的孵化、畸形(包括原腸胚終止、心跳/心率、脊柱畸形、心包囊水腫)和死亡情況, 并及時(shí)除去培養(yǎng)液中卵膜、死卵及臟物。

暴露周期為7d。在暴露結(jié)束后, 按下述方法統(tǒng)計(jì)一下指標(biāo):

胚胎孵化率=孵化的斑馬魚胚胎數(shù)量/總的斑馬魚胚胎數(shù)量

幼魚存活率=成活的斑馬魚胚胎數(shù)量/總的斑馬魚胚胎數(shù)量

1.2.2 覆膜對(duì)啤酒大麥生長(zhǎng)的影響測(cè)定 采用全膜覆蓋種植方式，于2017年3月27日種植。用0.006mm厚規(guī)格的超薄膜，穴播，每帶6行，行距15 cm，穴距8～10 cm，每穴7～8粒，播種量75 000穴/hm2，525萬(wàn)～600萬(wàn)粒/hm2，種植小區(qū)面積20 m2，設(shè)3個(gè)重復(fù)，以露地種植方式為對(duì)照（CK），7月上旬收獲。

總畸形率=發(fā)生畸形的斑馬魚胚胎總數(shù)/總的斑馬魚胚胎數(shù)量

1.5 總RNA的提取

在暴露結(jié)束后, 用0.03%的MS-222 (Sigma, MO, USA)將幼魚麻醉, 每組(3個(gè)平行)收集30條幼魚于1.5 mL EP 管中, 以PBS (pH=7.4)清洗兩次后凍存于液氮中, 抽提前加入1 mL Trizol (Invitrogen, CA, USA)試劑, 按照說明書提示的操作方法提取總RNA, 并以 DANase Ⅰ (TaKaRa, 大連, 中國(guó))去除DNA污染。1.2% (質(zhì)量體積比)瓊脂糖凝膠電泳(0.5× TBE buffer, 150 V, 15min)檢測(cè) RNA完整性, UV-2000紫外/可見分光光度計(jì)(Unico, Dayton, USA)測(cè)定RNA濃度及純度。

1.6 基因轉(zhuǎn)錄水平的測(cè)定

取1 μg總RNA進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄反應(yīng)得到cDNA, 采用 SYBR? Green I染料法于 ABI 7300 PCR儀(Perkin-Elmer Applied Biosystems, USA)上對(duì)目標(biāo)基因進(jìn)行定量檢測(cè)。反應(yīng)體系均為 20 μL, 包括2×SYBR? Green master mix (Toyobo, Osaka, Japan) 10 μL, ROX Reference Dye (50×) 0.4 μL, 5 μmol/L正義和反義引物各 0.5 μL, cDNA 1 μL和 7.6 μL ddH2O。PCR反應(yīng)程序?yàn)?5℃預(yù)變性3min； 40個(gè)循環(huán): 95℃變性30s, 58℃復(fù)性20s, 72℃延伸35s； 最后一個(gè)循環(huán)做熔解曲線: 95℃變性30s, 58℃復(fù)性20s, 72℃延伸35s。內(nèi)參基因選擇β-actin, 引物如下: 正義引物 5′-CGAGCAGGAGATGGGAACC-3′, 反義引物5′-CAACGGAAACGCTCATTGC-3′。各目標(biāo)基因引物見表1。

所有樣品的定量檢測(cè)至少重復(fù)2次, 每次3個(gè)平行。以delta-delta Ct法計(jì)算目標(biāo)基因mRNA的相對(duì)表達(dá)量。

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)的正態(tài)分布和方差齊性檢驗(yàn)分別用 Kolmogorov-Smirnov和Levene’s tests 法進(jìn)行。對(duì)于不符合檢驗(yàn)條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理, 使其符合相關(guān)分析方法的分析條件。采用單因素方差分析(One-way ANOVA)分析對(duì)照組與各處理組之間的差異顯著性水平。所有數(shù)據(jù)處理均采用 SPSS 13.0(SPSS, Chicago, IL, USA)軟件實(shí)現(xiàn)。所有結(jié)果表示為算術(shù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SEM)。當(dāng)P＜0.05時(shí), 即認(rèn)定為具有顯著性差異； 當(dāng) P＜0.01時(shí), 則認(rèn)定為差異極顯著。作圖使用GraphPad Prism 5.01 (GraphPad Software Inc., CA, USA)軟件完成。

2 結(jié)果

表2列出了三個(gè)采樣點(diǎn)水樣中13種重金屬的濃度, 從表中數(shù)據(jù)可以看出, 1號(hào)和2號(hào)采樣點(diǎn)的水質(zhì)污染情況相近但均輕于3號(hào)采樣點(diǎn)。

2.2 三峽庫(kù)區(qū)水樣對(duì)斑馬魚胚胎發(fā)育的毒性效應(yīng)

如表 3所示, 三峽庫(kù)區(qū)各采樣點(diǎn)水樣暴露組胚胎幼魚的死亡數(shù)與對(duì)照組相比均無(wú)顯著性的增加。各組斑馬魚胚胎的死亡主要發(fā)生于受精后 24h內(nèi), 48h后死亡數(shù)量較少。暴露7d后, 三峽庫(kù)區(qū)水樣暴露組中斑馬魚胚胎的孵化率和總畸形率與對(duì)照組相比均無(wú)顯著性差異(表3)。其中各暴露組8 hpf死亡樣品中原腸胚終止約占50%, 24 hpf畸形率心跳停止︰原腸胚發(fā)育終止︰心包囊水腫總比例為2︰1︰1, 與對(duì)照組相比均無(wú)顯著差異。

表1 定量PCR所用引物信息Tab. 1 Primers for q-RT-PCR

表2 三個(gè)采樣點(diǎn)原水樣中13種重金屬的濃度Tab. 2 Concentrations of 13 heavy metals in water samples from the Three Gorges Reservoir Region

2.3 三峽庫(kù)區(qū)水樣對(duì)斑馬魚基因轉(zhuǎn)錄水平的影響

對(duì)暴露 7d后幼魚體內(nèi)生殖相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明, 在暴露于采樣點(diǎn) 1水樣的幼魚體內(nèi)α型雌激素受體(er α)和雄激素受體(ar)基因的轉(zhuǎn)錄水平與對(duì)照組相比顯著降低(P＜0.05), 暴露于采樣點(diǎn)3水樣的幼魚體內(nèi)er α、ar和芳香化酶cyp19的轉(zhuǎn)錄水平與對(duì)照組相比顯著降低(圖1)。

對(duì)暴露 7d后幼魚體內(nèi)甲狀腺相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行了定量檢測(cè)。結(jié)果表明, 在暴露于采樣點(diǎn)1水樣的幼魚體內(nèi)脫碘酶(dio)基因的轉(zhuǎn)錄水平與對(duì)照組相比顯著降低(P＜0.05)； 暴露于采樣點(diǎn) 2水樣的幼魚體促甲狀腺激素(tsh β)和甲狀腺激素受體(tr α)基因的轉(zhuǎn)錄水平與對(duì)照組相比顯著降低(P＜0.05)；暴露于采樣點(diǎn)3水樣的幼魚體tsh β、tr α和dio基因的轉(zhuǎn)錄水平與對(duì)照組相比均顯著降低(P＜0.05)。

對(duì)暴露7d后幼魚體內(nèi)神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行了定量檢測(cè)。結(jié)果表明, 早期生命階段斑馬魚暴露于 3個(gè)采樣點(diǎn)水樣后, 體內(nèi) α1微管蛋白(α1-tubulin)、突觸蛋白(syn2a)和生長(zhǎng)相關(guān)蛋白(gap43)的轉(zhuǎn)錄與對(duì)照組相比均被顯著抑制(P＜0.05)。

表3 原水暴露對(duì)斑馬魚胚胎的毒性效應(yīng)Tab. 3 Toxic effects of water samples from the Three Gorges Reservoir Region on zebrafish embryos

圖1 三峽庫(kù)區(qū)原水暴露對(duì)斑馬魚胚胎的生殖相關(guān)基因表達(dá)的影響Fig. 1 Effects on the transcription of reproduction-related genes in zebrafish larvae after the exposure to water samples

圖2 三峽庫(kù)區(qū)原水暴露對(duì)斑馬魚胚胎甲狀腺相關(guān)基因表達(dá)的影響Fig. 2 Effects on the transcription of thyroid-related genes in zebrafish larvae after the exposure to water samples

圖3 庫(kù)區(qū)原水暴露對(duì)斑馬魚胚胎的神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)的影響Fig. 3 Effects on the transcription of neural development-related genes in zebrafish larvae after the exposure to water

3 討論

本研究測(cè)定了三峽庫(kù)區(qū)(干流、典型庫(kù)灣、百歲溪)水體中 13種重金屬的含量, 結(jié)果顯示, 重金屬銅、鋅、砷、鎘、鉻、錳等含量符合地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)。鈷、鎳、鈹、鉛、鈦、銦、銻等重金屬的含量也均低于地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值。比較發(fā)現(xiàn), 百歲溪水樣中重金屬的含量要高于干流和典型庫(kù)灣的水樣。

先前的研究表明斑馬魚胚胎毒性試驗(yàn)具有靈敏度高, 重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn), 能準(zhǔn)確地用于評(píng)價(jià)表層水生物毒性的危害程度[13]。因此, 在本實(shí)驗(yàn)中選用斑馬魚胚胎發(fā)育來評(píng)估三峽庫(kù)區(qū)原水樣對(duì)魚類的安全性。結(jié)果顯示, 與對(duì)照組相比三峽庫(kù)區(qū) 3個(gè)采樣點(diǎn)原水暴露均未對(duì)斑馬魚胚胎發(fā)育(如孵化率、相對(duì)成活率、畸形率)產(chǎn)生不良影響, 提示三峽庫(kù)區(qū)水中有毒物質(zhì)所致的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)度目前還處于較低的水平。這一結(jié)果與水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果相吻合, 先前的結(jié)果同樣表明三峽庫(kù)區(qū)水域未受到明顯的重金屬污染, 重金屬含量低于國(guó)家環(huán)境相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)限值[14]。由于蓄水后三峽庫(kù)區(qū)重點(diǎn)區(qū)域斷面平均流速僅為建庫(kù)前的 1/10左右, 水面變寬, 停留時(shí)間增長(zhǎng), 有毒物質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)大大降低, 長(zhǎng)期下去將會(huì)影響到污染物的降解與擴(kuò)散, 造成有毒物質(zhì)含量的上升[15]。有研究發(fā)現(xiàn), 部分重金屬(Cr、Zn、Pb)在三峽庫(kù)區(qū)魚類體內(nèi)富集倍數(shù)超過 1000, 說明重金屬通過食物鏈層次富集作用比較明顯, 提示需進(jìn)一步密切關(guān)注重金屬在三峽庫(kù)區(qū)水體的變化及其對(duì)魚類的潛在風(fēng)險(xiǎn)[14]。

大量的生態(tài)毒理學(xué)研究表明, 在環(huán)境污染物脅迫下的生物損傷最先發(fā)生在基因水平上, 最終才在個(gè)體水平上反映出來。因而, 基因轉(zhuǎn)錄水平的改變?cè)诃h(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)早期預(yù)警中顯得非常重要[16—19]。魚類的生殖活動(dòng)受外部環(huán)境因素和神經(jīng)內(nèi)分泌的雙重調(diào)節(jié), 下丘腦、腦垂體和性腺通過相互調(diào)節(jié), 促進(jìn)和制約著魚類生殖細(xì)胞的發(fā)生、性別分化和性腺發(fā)育成熟及其繁殖活動(dòng)[20]。本實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了與魚類生殖(er α, er β, ar, cyp19b)、甲狀腺激素合成(tsh β, tr α, dio)和神經(jīng)發(fā)育(α1-tubulin, mbp, syn2a, gap43)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平, 結(jié)果表明, 三峽庫(kù)區(qū)各采樣點(diǎn)水樣均能不同程度地改變相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平。具體表現(xiàn)為, 采樣點(diǎn) 1的水樣能改變與魚類生殖(er α, ar)和神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因(α1-tubulin, mbp, gap43)的轉(zhuǎn)錄水平, 采樣點(diǎn) 2的水樣能改變與魚類甲狀腺激素合成(tsh β, tr α)和神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平, 而采樣點(diǎn) 3的水樣能改變與魚類生殖, 甲狀腺激素合成以及神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平。因此推測(cè)3號(hào)采樣點(diǎn)水樣綜合毒性大于1號(hào)和2號(hào)采樣點(diǎn)水樣。這一結(jié)果與我們的化學(xué)分析結(jié)果相吻合, 3號(hào)采樣點(diǎn)水樣中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb等含量均高于1號(hào)和2號(hào)采樣點(diǎn)。研究表明, 這幾種重金屬在魚類體內(nèi)的富集能力為: Cd ＞ Zn ＞ Pb ＞ Cu ＞ Cr[14]。其中As、Cd、Pb等均被美國(guó)Our Stolen Future 網(wǎng)站列入《具有內(nèi)分泌干擾效應(yīng)的普遍污染物清單》中[21], 因此推測(cè)這些有毒重金屬可能與性腺和甲狀腺相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的改變有關(guān)。毒理學(xué)研究表明, 除Pb、As、Cd外, Cu、Zn、Cr、Mn、Ni、Co等重金屬也都會(huì)對(duì)生物體神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響[22—24], 表明生物體的神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)重金屬污染物更為敏感。而在本研究中, 3個(gè)采樣點(diǎn)的水樣均能抑制斑馬魚神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平, 提示神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因是很好的生物標(biāo)志物, 同時(shí)也驗(yàn)證了斑馬魚幼魚基因轉(zhuǎn)錄水平的變化與水體中重金屬污染有關(guān)的推測(cè)。

由于三峽庫(kù)區(qū)水體中污染物的分布存在一定的規(guī)律性, 即豐水期水體污染稍重于枯水期水體污染[14]。本研究中所用的水樣采集于2013年4月, 只能代表三峽庫(kù)區(qū)這一期間內(nèi)的水質(zhì)情況, 因而需要對(duì)三峽庫(kù)區(qū)上游水體中各有毒物質(zhì)的含量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和長(zhǎng)期評(píng)估。此外, 在有毒物質(zhì)長(zhǎng)期存在條件下是否會(huì)對(duì)上游水體區(qū)域中的魚類種群產(chǎn)生影響需要開展進(jìn)一步的調(diào)查研究。

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ANALYSIS OF HEAVY METALS IN THE SURFACE WATER FROM THE THREE GORGES RESERVOIR AND ITS TOXIC EFFECTS ON THE EMBRYONIC DEVELOPMENT OF THE ZEBRAFISH

GUO Yong-Yong, HUA Jiang-Huan, YANG Li-Hua and ZHOU Bing-Sheng
(Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China)

It has been obscure whether the pollution in the Three Gorges Reservoir (TGR) has impacts on the survival of fish that inhabit in the upstream of TGR, thus it is very important to monitor the pollution level and to investigate the toxic effects on fish early development. In this study, we collected surface water samples from three typical areas of the TGR, and employed the ICP-MS method to determine the concentrations of 13 typical heavy metals. We also evaluated the toxic effects by exposing zebrafish embryos (2h post-fertilization, hpf) to filtrated water samples until 168 hpf. The concentrations of 13 heavy metals in the TGR were all under the limits set by the environmental quality standards for surface water. We then examined the developmental endpoints, the transcription of several key genes in reproduction, in the synthesis of thyroid hormone, and in the neural development of fish. There were no significant differences in hatching, survival, and deformity rates between embryos exposed to the TGR water and the control group. However, zebrafish larvae exposed to TGR surface water showed reduced transcription of genes involved in reproduction (er α, ar, and cyp19b), in the synthesis of thyroid hormone (tr α, tsh β, and dio) and in the neural development (α1-tubulin, syn2a, and gap43), and the water from site 3 had the most profound effects. Our results suggested that there might not be considerable heavy metal pollution in the surface water of the TGR, and that the early development of fish might not be affected at this pollution level. Further study is needed to test whether the molecular-level alteration may have long-term effects on the development of individual fish.

The Three Gorges Reservoir； Heavy metal； Zebrafish； Developmental toxicity

X171.5

A

1000-3207(2015)05-0885-08

10.7541/2015.117

2015-02-16；

2015-04-10

中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司科研項(xiàng)目(CT-12-08-01)資助

郭勇勇(1983—), 男, 湖南邵陽(yáng)人； 碩士； 主要研究方向?yàn)榄h(huán)境毒理學(xué)。E-mail: yyguo@ihb.ac.cn

楊麗華(1984—), 女, 河北滄州人； 博士； 主要研究方向?yàn)榄h(huán)境毒理學(xué)。E-mail: lhyang@ihb.ac.cn