摘要:為探明微塑料(MPs)對雙酚A(BPA)在魚類腸道中累積特征及魚類生長生理的影響,本研究以黃河鯉魚為模型生物,分析了0.5 um聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)與BPA聯(lián)合作用下鯉魚腸道中微塑料及BPA的累積特征、鯉魚生長及其抗氧化酶活性,以及它們之間的響應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明:聯(lián)合處理下鯉魚腸道中的PS-MPs含量隨時間呈線性增加,且隨投加的微塑料濃度增加而增加,而PS-MPs累積速率隨時間呈先增加后減小趨勢,其中在BPA+PS(L)處理(1 mg·L-1 BPA+20 ug·L-1 PS-MPs)下,0.25 d時鯉魚腸道中PS-MPs累積速率達到峰值(373.81 ug·g-1·d-1),BPA+PS(H)處理(1mg·L-1 BPA+100 ug·L-1 PS-MPs)下,則是在0.125 d達到最高(644.00 ug·g-1·d-1)。與單一BPA暴露相比,聯(lián)合暴露下鯉魚腸道中BPA累積量增加,與BPA(1 mg·L-1 BPA)處理相比,BPA+PS(L)和BPA+PS(H)處理下鯉魚腸道中BPA含量分別提高了6.13%和9.74%,BPA累積速率分別增加了190.01%、373.80%。相較于對照處理,BPA處理和MPs與BPA聯(lián)合處理均引起鯉魚腸組織中超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、還原型谷胱甘肽(GSH)含量、丙二醛(MDA)含量增加,使體質(zhì)量下降幅度減緩,其中BPA、BPA+PS(L)和BPA+PS(H)處理下鯉魚體質(zhì)量(21 d)較對照處理分別下降1.22%、3.90%、4.33%。當微塑料投加量達到100 ug·mL-1時,聯(lián)合處理會增加鯉魚腸道中SOD活性、CAT活性和GSH含量,抑制MDA產(chǎn)生,從而緩解MPs和BPA聯(lián)合作用對鯉魚造成的氧化損傷,并且減緩鯉魚體質(zhì)量下降。研究表明,微塑料的存在會增加雙酚A在鯉魚腸道中的累積,且兩者聯(lián)合作用對鯉魚產(chǎn)生了協(xié)同毒理效應(yīng),導致鯉魚生長速率減緩,體質(zhì)量下降。
關(guān)鍵詞:微塑料;雙酚A;腸組織;抗氧化酶活性;生物標志物響應(yīng)
中圖分類號:X505;X503.225 文獻標志碼:A 文章編號:1672-2043(2024)02-0262-09 doi:10.11654/jaes.2023-0244
塑料因具有耐沖擊性、耐磨性和絕緣性以及加工成本低等優(yōu)點而在全球得到廣泛應(yīng)用。預計到2050年,全球塑料生產(chǎn)總量將達到330億t。但隨著塑料制品的廣泛使用,大量塑料廢棄物最終被排放并累積在環(huán)境中,對土壤或水體環(huán)境造成污染。塑料經(jīng)過長期的物理、化學和生物降解作用轉(zhuǎn)變成粒徑更小、比表面積更大的顆?;蛩槠?,其中粒徑lt;5 mm的塑料碎片、纖維或顆粒稱為微塑料(MPs)。近年來,MPs在世界各地的海洋、湖泊、沉積物、生物體甚至兩極地區(qū)中不斷被檢出。如我國鄱陽湖和烏梁素海表層水體中均存在大量的MPs,其中鄱陽湖表層水體MPs豐度每立方米達到5 000-34 000個,烏梁素海表層水體中,在各個采樣點都發(fā)現(xiàn)大量MPs的存在。Lefebvre等在研究地中海野生沙丁魚和鯷魚樣品時發(fā)現(xiàn),在81%的沙丁魚和89%的鳳尾魚中均鑒定出MPs聚合物,該研究證實了MPs在地中海無處不在,并且在魚類消化道中出現(xiàn)率很高。同時在陸地生物(如蚯蚓)的腸道中也發(fā)現(xiàn)了MPs的存在。這些累積在消化道中的MPs對腸道系統(tǒng)產(chǎn)生大量機械性損傷,比如飲食器官和消化道梗阻、假性飽腹感和由此引發(fā)的攝食效率降低、腸道功能紊亂、營養(yǎng)不良、生長緩慢、行為異常、受傷甚至死亡。盡管研究表明大部分被生物攝入的MPs能夠通過排泄過程排出體外,但仍有部分MPs存在于腸道中,甚至穿過腸道壁進入其他臟器,進一步產(chǎn)生更強的毒性效應(yīng)。此外,MPs顆粒小、疏水性強,對有機污染物有較強的吸附能力,可作為有機污染物載體,在環(huán)境中造成流動性污染,甚至可與環(huán)境中有機污染物發(fā)生相互作用,產(chǎn)生復合毒性影響。Rainieri等以斑馬魚為對象,研究了MPs與多氯聯(lián)苯、溴化阻燃劑、全氟化碳和甲基汞對魚類的單獨和聯(lián)合作用,研究發(fā)現(xiàn),與其他處理相比,以吸附污染物的MPs為飼料喂養(yǎng)的魚,其肝臟中呈現(xiàn)出高度的氣泡化且cyplal、pdxJ和gstpJ基因過表達,表明MPs和污染物的組合比單獨使用MPs或污染物造成的影響更大。Zhang等研究了聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)與羅紅霉素對淡水紅羅非魚的聯(lián)合作用,結(jié)果表明,羅紅霉素(ROX)和PS-MPs聯(lián)合處理可以顯著降低魚肝臟中的丙二醛(MDA)含量,并且提高超氧化物歧化酶(SOD)活性,盡管乙酰膽堿酯酶(AChE)的活性被抑制,但其仍高于單獨使用ROX處理的效果,說明MPs的存在減輕了肝臟的氧化損傷且可能會減輕ROX對膽堿能系統(tǒng)的神經(jīng)毒性。侯晨麗等研究發(fā)現(xiàn)單一雙酚A(BPA)或MPs與BPA聯(lián)合作用均會引起黃河鯉魚鰓、肝、腸、腦組織出現(xiàn)不同程度炎癥細胞浸潤,并誘導各組織中的SOD、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽活性及MDA含量增加。因此,進一步摸清MPs與有機物在魚類消化系統(tǒng)內(nèi)的分布情況及其兩者聯(lián)合毒性效應(yīng),對推進生態(tài)環(huán)境治理和漁業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。
近年來,BPA在許多包裝材料中作為增塑劑被廣泛使用,這些廢棄物被排入湖泊后將持續(xù)存在于地表水和沉積物中,經(jīng)過長時間的光照和微生物分解后,這些廢棄物中所含的增塑劑可能會被釋放,繼而被MPs所吸附,并通過食物鏈的傳遞在水生物體內(nèi)進行富集,損害生物體的生理功能,影響其繁殖、發(fā)育與攝食行為,甚至可能威脅到人類健康。目前針對MPs與有機污染物聯(lián)合作用下毒性效應(yīng)的研究大多集中于磺胺嘧啶、羅紅霉素等抗生素類有機污染物,但有關(guān)MPs與BPA聯(lián)合作用下魚類消化系統(tǒng)中MPs與BPA分布情況,以及與魚類的生長和生理的響應(yīng)關(guān)系研究較少。此外,MPs與有機污染物對生物體的復合毒性作用依據(jù)研究對象以及污染物種類的不同而存在差異。因此,本研究選用黃河鯉魚為模型生物,通過研究MPs對有機污染物在魚類腸道中累積特征及與魚類的生長及生理的響應(yīng)關(guān)系,以加深對水環(huán)境中MPs和其他有機污染物的污染風險認識,并為建立水體中這些污染物的監(jiān)管框架提供理論支持。
1材料與方法
1.1實驗材料
實驗所使用的綠色聚苯乙烯熒光微球粒徑為0.5 um(激發(fā)波長:488 nm,發(fā)射波長:525 nm),購自天津倍思樂技術(shù)開發(fā)中心。將MPs原液超聲振蕩10 min搖勻,取1 mL原液(原液濃度為10 000 mg·L-1)用純水稀釋,配制成100 mg·L-1的MPs儲備液備用。BPA分析純(純度99.9%)從上海麥克林生化科技有限公司購得。甲醇、乙酸等(色譜純)購自上海阿拉丁試劑有限公司。黃河鯉魚購自本地黃河鯉魚育種場,平均體長為(12.31±0.97)cm,體質(zhì)量為(25.5±1.5)g。選取體格均勻、健康靈活、無病無傷的黃河鯉魚放入魚缸中馴養(yǎng)7d,馴養(yǎng)用水為曝氣了24 h以上的自來水。馴養(yǎng)期間保證溶解氧濃度大于5.6 mg·L-1,pH為6.8-7.2,溫度為(25±1)℃,光暗比為14 h:10 h,每天定時投喂市售干飼料1次,喂食量約為體質(zhì)量的2%。
1.2實驗設(shè)置與方法
1.2.1實驗設(shè)置
根據(jù)預實驗結(jié)果確定BPA的染毒水平。對黃河鯉魚分別投加5個濃度的BPA (3.8、4.6、5.4、6.0、6.8 mg·L-1),每個濃度設(shè)置3個平行,并設(shè)置空白對照組,共18組。在每組中放入11尾健康的黃河鯉魚,并在完全靜水停食的條件下,對用藥后8h內(nèi)的黃河鯉魚的活動狀況進行連續(xù)觀察,及時撈出死亡的魚。每過2h記錄1次死亡數(shù),并計算96 h死亡率。為保證實驗結(jié)果的準確性,在96 h的實驗過程中,每天對實驗液的溶解氧、pH值和溫度進行檢測,確保溶解氧濃度大于5.6 mg·L-1,pH值在6.8-7.2之間,溫度為(25±1)℃,光暗比為14 h:10 h。以濃度的常用對數(shù)作為橫坐標,死亡率的概率單位作為縱坐標,計算得出96h半致死濃度(96 h LCso),根據(jù)實驗結(jié)果,將BPA的染毒水平設(shè)定為1/5的96 h LCso,即1 mg·L-1。武芳竹等對MPs污染與魚的生態(tài)毒理效應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)不同粒徑和濃度的MPs會對魚類產(chǎn)生不同的生態(tài)毒理效應(yīng)。基于此,本實驗共設(shè)置4個處理,分別為對照處理、BPA處理(1 mg·L-1 BPA)、BPA+PS(L)處理(1 mg·L-1 BPA+20 ug·L-1 PS-MPs)、BPA+PS(H)處理(1 mg·L-1 BPA+100 ug·L-1 PS-MPs)。每個實驗處理均設(shè)置3個平行,共12個魚缸。本次對黃河鯉魚的暴露染毒實驗采用靜態(tài)水體暴露方式,黃河鯉魚在馴養(yǎng)7d后,隨機選取健康活潑的個體用于亞慢性暴露實驗。亞慢性暴露實驗參考Lu等的方法進行實驗設(shè)置。每個玻璃魚缸中裝30 L自來水,隨機選取健康活潑的鯉魚投放到每個玻璃魚缸中,每個魚缸裝有10條魚。按實驗設(shè)置分別在水中加入不同濃度的熒光PS-MPs和BPA或BPA的原液制備測試溶液。所有鯉魚馴養(yǎng)7d后,開始暴露實驗。實驗期間,每天換1次水,每次更換全部的水,更換水前用玻璃移液管從每個魚缸中取10 mL溶液,以確定所有實驗處理中PS-MPs和BPA的實際暴露濃度,并補充對應(yīng)體積的BPA和PS-MPs混合溶液確保暴露濃度穩(wěn)定。暴露期間的其他條件與馴養(yǎng)條件完全一致。靜態(tài)暴露期間分別在0.125、0.25、0.5、1、4、7、14 d和21d進行采樣,從實驗組的魚缸中隨機選取1條黃河鯉魚,用超純水反復沖洗去除皮膚上的顆粒,低溫麻醉《4℃)后迅速解剖,取出魚的腸組織,用0.15 mol·L-1 KC1快速清洗后用吸水紙將其表面溶液吸干,再用錫箔紙包好,編號,稱質(zhì)量并置于-80℃超低溫冰箱中冷凍保存,用于PS-MPs和BPA的檢測。
1.2.2腸道中PS-MPs含量檢測
本實驗采用KOH消解法對勻漿液樣品進行消化處理。對解剖得到的鯉魚組織準確稱量并記錄,置于2 mL玻璃研磨器中,加入2 mL KOH溶液研磨均勻,將獲取的腸組織液定容至30 mL,轉(zhuǎn)移至50 mL三角瓶中,60℃下消解72 h,得到澄清透明的組織消解液。取200 uL消解液,用酶標儀測定熒光強度,定量消解液中的PS-MPs,檢測重復進行3次,并計算其回收率和誤差。每次檢測的回收率均在80%-120%之間,酶標法3次測定結(jié)果的相對標準偏差為0.05%,分光光度法的標準偏差為0.82%。
1.2.3BPA含量檢測
稱取濕質(zhì)量約0.2 g的腸組織樣本,加入1 mL甲醇冰浴勻漿,冰浴超聲20 min,12 000 r·min-1 4℃離心10 min,取上清液氮吹至干,加入1 mL 50%甲醇復溶,復溶液過C18萃取小柱(3 mL甲醇、3 mL超純水活化),用3 mL 50%甲醇水淋洗,再用3 mL甲醇洗脫,收集洗脫液氮吹至干,加入500 uL甲醇復溶,取復溶的上清液過0.22 um濾膜,上機檢測。
采用島津LC-20AT高效液相色譜儀(日本)進行液相色譜檢測。熒光檢測器、C18反相色譜柱(150mmx4.6 mm,5 um);流動相A為甲醇,B為乙酸水溶液,A:B=35:65,等度洗脫;進樣量10 uL,流速1 mL·min-1,柱溫30℃。
1.2.4鯉魚體質(zhì)量檢測
在實驗暴露期間,分別于1、3、5、7、14、21d時,從3個平行實驗組的每個魚缸中隨機取1尾黃河鯉魚,對取出的黃河鯉魚進行低溫麻醉后用吸水紙將魚體表面的水分擦干,并用分析天平(精度:0.001 g)進行黃河鯉魚體質(zhì)量測量和記錄。
1.2.5氧化損傷檢測
組織勻漿上清液的制備:將黃河鯉魚4℃冷水麻醉后,快速解剖,分離出的腸組織用生理鹽水反復沖洗后用吸水紙吸干水分。稱取約0.2 g(濕質(zhì)量)組織,加入1 mL預冷的生理鹽水進行冰浴勻漿,12 000r·min-1 4℃下離心10 min,收集上清液到新的EP管,-80℃凍存?zhèn)溆?。將制備好的勻漿液,參照南京建成生物工程研究所說明書的步驟對SOD、CAT活性和MDA、還原型谷胱甘肽(GSH)含量進行測定。
1.2.6生物標志物響應(yīng)指數(shù)
生物標志物響應(yīng)指數(shù)(IBR)是一種綜合運用多種生物標志物定性評估環(huán)境壓力的工具,可用于定量評價某種污染物不同劑量對生物體的毒理效應(yīng)。Li等采用IBR指數(shù)比較了不同濃度維拉帕米對虹鱒魚幼魚血液循環(huán)系統(tǒng)的污染脅迫,發(fā)現(xiàn)IBR指數(shù)是一個簡單有效的工具,可以較好地描述生物的健康狀況。較高的IBR值代表較高的氧化應(yīng)激。本研究以SOD、CAT、MDA、GSH作為生物標志物,通過綜合IBR指數(shù)對不同實驗組下氧化酶對生物體的毒理效應(yīng)進行評價。首先計算每種生物標志物在各站位的平均值(X1)以及所有站位該種生物標志物的總平均值(m)和標準差(s);然后將該標志物X1值進行標準化處理:Y1=X1/s,其中,Y1為標準化處理后的值。各站位每種標志物的得分為A1=Z+|min|,其中,若標志物與污染物呈正相關(guān),則令Z=Y1,反之則令Z=-Y1,|min|為Z值中最小值的絕對值;最終通過將獲得的每個生物標志物的A1得分與下一個生物標志物的得分相乘來計算星圖面積,將每個乘積除以2,并將所有值相加。所得出的相應(yīng)的IBR值為:A1xA2/2+A2xA3/2+……+Ax-1XAn/2+Ax×A1/2
1.3數(shù)據(jù)處理及分析
采用Microsoft Excel 2018和Origin 2022進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制。使用SPSS 24.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,差異性分析通過單因素ANOVA檢驗確定,當Plt;0.05時,判定數(shù)據(jù)結(jié)果存在顯著性差異。
2結(jié)果與分析
2.1黃河鯉魚腸道中PS-MPs和BPA的累積特征
2.1.1黃河鯉魚腸道中PS-MPs的累積特征
PS-MPs和BPA聯(lián)合暴露處理下魚腸道PS-MPs含量隨時間的變化趨勢如圖1所示。由圖可知,在BPA+PS(L)處理下,黃河鯉魚腸道中的PS-MPs含量隨時間增加總體呈逐漸增長趨勢。其中,在0.5 d和7d時黃河鯉魚腸道中的PS-MPs含量降低,分別為66.35 ug·g-1和292.12 ug·g-1,在21d時,黃河鯉魚腸組織中的PS-MPs含量達到最高值(724.64 ug·g-1),在0.25 d時,累積速率達到最高值(373.81 ug·g-1·d-1),之后呈下降趨勢。值得注意的是,累積速率在5d和21d時出現(xiàn)了輕微上升趨勢。在BPA+PS(H)處理中,黃河鯉魚腸組織中的PS-MPs含量在21d時達到最高(1 209.22 ug·g-1),總體呈現(xiàn)增長趨勢,在0.5 d時出現(xiàn)下降(82.33 ug·g-1),累積速率在0.125 d時達到最高(644 ug·g-1·d-1),在1、3、Sd時波動較為明顯。與低MPs濃度暴露條件相比,更高的MPs濃度下黃河鯉魚腸組織中的PS-MPs含量以及PS-MPs在腸道中的增長速率顯著高于低MPs濃度條件下的聯(lián)合暴露組。以上結(jié)果表明,BPA+PS(H)處理對黃河鯉魚腸組織中PS-MPs的累積影響更為明顯。
2.1.2黃河鯉魚腸道中BPA的累積特征
BPA處理、BPA+PS(L)處理、BPA+PS (H)處理下黃河鯉魚腸組織BPA含量隨時間的變化趨勢如圖2所示。3個實驗組的BPA累積速率均在0.125 d達到最高,分別為62.86、186.36、297.83 ug·g-1·d-1,BPA累積速率隨著時間增加呈逐漸下降趨勢。在暴露前期BPA+PS(H)、BPA+PS(L)處理下的BPA累積速率遠大于BPA處理,0.125 d時BPA累積速率表現(xiàn)為BPA+PS(H)處理gt;BPA+PS(L)處理gt;BPA處理,說明MPs和BPA聯(lián)合作用會導致黃河鯉魚腸組織中BPA累積速率增加。隨著時間的增加,3個實驗組的BPA含量也在不斷增加,并在14 d時達到峰值后逐漸降低。BPA含量表現(xiàn)為BPA+PS(H)處理gt;BPA+PS(L)處理gt;BPA處理,說明MPs的存在會導致BPA更容易在黃河鯉魚的腸道中累積。
2.2PS-MPs與BPA聯(lián)合暴露對黃河鯉魚生長的影響
表1為21d暴露期間黃河鯉魚的體質(zhì)量變化。可以看出在暴露期間各實驗組黃河鯉魚平均體質(zhì)量總體呈增長趨勢,暴露期間均未出現(xiàn)死亡或異?,F(xiàn)象。在對照處理與BPA處理下,黃河鯉魚體質(zhì)量隨著時間增加不斷增長,BPA+PS(L)處理下黃河鯉魚體質(zhì)量在7d出現(xiàn)負增長,BPA+PS(H)處理在14 d出現(xiàn)負增長,說明PS-MPs的存在會對黃河鯉魚的生長產(chǎn)生負面影響。前14 d各實驗組之間黃河鯉魚體質(zhì)量變化無顯著差異。在21d時,BPA處理與對照處理下鯉魚平均體質(zhì)量差異不顯著(Pgt;0.05),BPA+PS(L)處理與BPA處理之間的平均體質(zhì)量無顯著差異(Pgt;0.05)。BPA+PS(H)處理與BPA處理相比,平均體質(zhì)量表現(xiàn)出顯著差異(Plt;0.05);BPA處理鯉魚體質(zhì)量增長速率在3d時顯著高于其他3個處理。21d時增長速率的差異性與體質(zhì)量差異基本一致。與對照處理相比,其他3組暴露21d后黃河鯉魚體質(zhì)量增長速率均出現(xiàn)不同程度的下降,BPA處理、BPA+PS(L)處理下對黃河鯉魚體質(zhì)量增長速率的影響不明顯,而BPA+PS(H)處理會對黃河鯉魚平均體質(zhì)量增長速率產(chǎn)生顯著影響。
2.3PS-MPs與BPA聯(lián)合暴露下黃河鯉魚的毒理效應(yīng)
2.3.1聯(lián)合暴露對黃河鯉魚抗氧化酶活性的影響
暴露于BPA和PS-MPs的黃河鯉魚腸組織中SOD、CAT活性及MDA、GSH含量的變化如圖3所示。在圖3(a)中,與對照處理相比,BPA處理、BPA+PS(L)處理、BPA+PS(H)處理下黃河鯉魚腸組織SOD活性顯著提升(Plt;0.05),腸組織中SOD活性分別為458.63、730.12、856.34、1 325.91 U·g-1。在PS-MPs與BPA聯(lián)合處理下SOD活性隨著PS-MPs濃度增大而不斷加強,說明PS-MPs與BPA兩種污染物對黃河鯉魚腸組織中SOD活性的影響可能呈現(xiàn)出協(xié)同作用。在圖3(b)中,與對照組相比,BPA單獨暴露、BPA+PS(L)處理、BPA+PS(H)處理下黃河鯉魚腸組織中CAT活性顯著提升(Plt;0.05),腸組織中CAT活性分別為11.98、17.40、16.23、16.47 nmol·g-1·min-1,BPA處理、BPA+PS(L)處理、BPA+PS (H)處理之間無顯著差異(Pgt;0.05)。在圖3(c)中,對照處理、BPA+PS(H)處理與BPA處理、BPA+PS (L)處理之間存在顯著差異(Plt;0.05),腸組織中MDA含量分別為165.34、209.43、263.08、182.06 nmol·g-1·min-1,在不同處理下MDA含量從高到低依次為BPA+PS(L)處理gt;BPA處理gt;BPA+PS(H)處理gt;對照處理。在圖3(d)中,BPA+PS(H)處理組中GSH含量與BPA處理組GSH含量呈現(xiàn)出顯著差異性(Plt;0.05),這可能是高濃度的PS-MPs導致黃河鯉魚腸道中PS-MPs大量累積,從而對腸道功能造成了一定程度的損害,導致GSH含量顯著增高。而在BPA+PS(L)處理組中GSH含量較BPA處理有略微下降,可能是因為腸道中部分BPA被PS-MPs吸附,并隨PS-MPs排出體外從而降低了對腸道的損害。
2.3.2綜合生物標志物響應(yīng)
本研究將不同的生物標志物(SOD、CAT、MDA和GSH)與黃河鯉魚接觸21d后的IBR值進行整合,并以星形圖表示(圖4)。在不同的處理組中,不同生物標志物的IBR值在星形圖中產(chǎn)生了不同的模式。在BPA+PS(L)和BPA+PS(H)處理下的SOD、GSH活性IBR值較BPA處理組高,且隨PS-MPs濃度增加而增加,說明SOD、CSH活性對PS-MPs的敏感性較強,推測PS-MPs可能對這兩個酶的活性影響占主導地位。另外,MDA含量在BPA+PS(L)處理下更為敏感,表明BPA與PS-MPs聯(lián)合作用能夠引起更大的氧化應(yīng)激反應(yīng)。
2.4鯉魚生長及生理指標與PS-MPs和BPA含量的響應(yīng)關(guān)系
聯(lián)合暴露處理下鯉魚生長及生理指標與PS-MPs和BPA含量的響應(yīng)關(guān)系如圖5所示。由圖5可知,鯉魚體質(zhì)量與腸道中PS-MPs含量和SOD活性呈負相關(guān),與CAT活性、MAD含量及BPA含量呈正相關(guān)關(guān)系,但整體相關(guān)性不顯著(Plt;0.05)。鯉魚腸道中PS-MPs含量與SOD活性呈顯著正相關(guān)關(guān)系(Plt;0.05),相關(guān)系數(shù)為0.95;而PS-MPs含量與MDA含量呈顯著負相關(guān)(Plt;0.05)。鯉魚腸道中BPA含量與CAT活性和GSH含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(Plt;0.05),相關(guān)系數(shù)≥0.90。綜上所述,聯(lián)合暴露下鯉魚腸道中PS-MPs和BPA含量的累積會引起鯉魚的氧化損害,并通過增加SOD、CAT活性和GSH含量以及抑制MDA產(chǎn)生來緩解MPs和BPA對鯉魚的影響,而這種適應(yīng)措施會導致黃河鯉魚的生長緩慢。
3討論
3.1聯(lián)合暴露對黃河鯉魚腸道中PS-MPs與BPA累積特征的影響
本研究發(fā)現(xiàn),隨著暴露時間的增加黃河鯉魚腸組織中的MPs含量也在不斷增加,這種現(xiàn)象在BPA+PS(H)處理下更為明顯。而韓旭的研究發(fā)現(xiàn),隨著暴露時間的延長,斑馬魚對MPs(20 um)的清除量增加,累積量降低。本研究與韓旭研究所得出的結(jié)論不同,這可能是由于本研究所使用的MPs粒徑(0.5 um)較小,與大粒徑的MPs相比,較小粒徑的MPs更容易在生物體內(nèi)長期累積。此外,MPs作為一種高分子聚合物,難以被生物體代謝或降解,本研究中黃河鯉魚腸組織中BPA含量表現(xiàn)為BPA+PS(H)處理gt;BPA+PS(L)處理gt;BPA處理,造成此現(xiàn)象的原因可能是隨著MPs含量的升高,黃河鯉魚攝入了更多小粒徑MPs,由于MPs具有較大的比表面積,可以吸附疏水性物質(zhì)在其表面形成局部的聚集。Diego等的研究表明,聚對苯二甲酸乙酯微塑料的外表面具有顯著的親核性,可以促進BPA在MPs結(jié)構(gòu)中的傳質(zhì)和在粒子內(nèi)擴散。在分子間距離較短的情況下,BPA和聚對苯二甲酸乙酯微塑料能夠通過內(nèi)部或外部吸附作用形成穩(wěn)定的復合物,而隨著攝入量的增加,大量MPs在腸道聚集,導致暴露前期腸道中BPA含量不斷增加,表明攝入攜帶BPA的MPs可能是導致BPA在魚類腸道中生物積累的額外暴露途徑。Zhang等研究了PS-MPs與ROX對淡水紅羅非魚的聯(lián)合作用,結(jié)果表明,MPs可以作為紅羅非魚ROX的載體,在這種情況下,PS-MPs的存在可以顯著促進ROX在紅羅非魚各組織中的生物富集,這與本研究得到的結(jié)果基本一致。此外,本研究發(fā)現(xiàn)黃河鯉魚腸組織中BPA含量在第14天達到峰值后開始衰減,這可能是由于隨著暴露時間的延長,黃河鯉魚對BPA的吸收能力降低,導致其腸組織中BPA的清除量增加、累積量降低。此外,部分BPA可能會吸附在MPs表面,并隨著MPs被排出體外。
3.2PS-MPs對黃河鯉魚生長生理的影響
MPs粒徑小且具有較強吸附性,其進入生物體內(nèi)會使生物體的吸收和代謝過程受到干擾,還可能會對生物體造成機械物理損傷和復合毒性引起的化學損傷,從而對生物的生長生理造成一定影響。本研究發(fā)現(xiàn),與對照組相比,其他3組暴露21d后黃河鯉魚體質(zhì)量均出現(xiàn)不同程度下降,其中BPA+PS(H)處理與對照處理差異最為顯著(Plt;0.05),出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是由于聯(lián)合暴露處理下PS-MPs和BPA會在鯉魚的腸道內(nèi)大量累積,鯉魚腸道菌群紊亂,擾亂了調(diào)節(jié)代謝,造成鯉魚營養(yǎng)不良、生長緩慢,體質(zhì)量下降。Tang等在對蚯蚓腸道的研究中也得到相似結(jié)論,研究發(fā)現(xiàn)土壤中PS-MPs的存在會顯著降低擬桿菌門的相對豐度,影響蚯蚓的脂質(zhì)代謝,從而進一步增加了蚯蚓的腸道通透性,擾亂了滲透調(diào)節(jié)代謝。另外也可能是由于MPs機械物理損傷和復合毒性引起腸組織黏膜層杯狀數(shù)量顯著減少,部分黏膜層隱窩結(jié)構(gòu)消失,從而引起炎癥細胞及纖維組織增生,對黃河鯉魚腸道消化功能產(chǎn)生較大影響,導致鯉魚體質(zhì)量顯著下降。本研究發(fā)現(xiàn)在BPA+PS(L)和BPA+PS(H)處理下的SOD、GSH活性的IBR值較BPA處理組高,且隨PS-MPs濃度增加而增加,表明MPs的存在會由于吸附作用而增強BPA對黃河鯉魚的神經(jīng)毒性,影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)和多巴胺系統(tǒng),并對各種生物標志物產(chǎn)生顯著影響,從而造成氧化應(yīng)激。此外,研究發(fā)現(xiàn),與對照處理相比,其他3組中SOD、CAT活性均顯著增加,隨著MPs濃度增加SOD活性逐漸升高,出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是由于PS-MPs在斑馬魚體內(nèi)的積累引起肝臟炎癥和脂質(zhì)積累,誘導黃河鯉魚肝臟代謝途徑以及脂質(zhì)和能量代謝發(fā)生改變,從而對黃河鯉魚造成不可逆的氧化損傷。在聯(lián)合處理下,腸道中的SOD、GSH活性均高于BPA單獨暴露組,BPA+PS(H)聯(lián)合處理下腸道中MDA含量低于BPA單獨暴露組,表明當PS-MPs濃度達到100 ug·mL-1時,聯(lián)合暴露會誘導魚體內(nèi)的抗氧化系統(tǒng),從而降低氧化損傷。
4結(jié)論
(l)MPs顆粒可作為BPA在黃河鯉魚腸道內(nèi)的承載體,PS-MPs的存在可顯著促進BPA在黃河鯉魚腸道內(nèi)的富集。
(2)MPs的存在會促進BPA在鯉魚腸道中的累積,且兩者聯(lián)合對鯉魚的毒理效應(yīng)為協(xié)同作用,聯(lián)合暴露導致鯉魚生長速率減緩,體質(zhì)量下降。
(3)當MPs投加量達到100 ug·mL-1時,聯(lián)合暴露會誘導腸道中SOD活性、CAT活性和GSH含量增加,抑制MDA的產(chǎn)生,從而緩解MPs和BPA聯(lián)合作用對鯉魚的氧化損傷。