久效磷对秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)多种毒性效应的当量评价
致死率是评价外源化合物对生物体毒性的最重要指标。然而,环境中外源化合物的浓度普遍较低,往往无法导致生物体死亡。越来越多的研究表明,亚致死剂量外源化合物能对生物体产生多种毒性效应,危害生物体健康。通常情况下,这些多种毒性效应是同时存在的,而每一种毒性效应当量又各不相同,它们既相互联系又有主次之分,因此对生物体产生的危害程度也各不相同。如何快速确定外源化合物多种毒性中的主要毒性,如何从外源化合物多种毒性评价指标中快速筛选出能够反映其主要毒性效应的生物标志物,就成为外源化合物毒理学评价中的首要问题,而主要毒性的确定也将为一种未知外源化合物毒性生物检测提供科学依据。
久效磷(MCP)是一种广谱类内吸附性有机磷农药(OPs),其毒性作用主要是通过抑制生物体内乙酰胆碱酯酶(AChE)的活性,影响乙酰胆碱(ACh)正常代谢产生神经毒性。此外,久效磷还具有细胞毒性、遗传毒性、生殖毒性、发育毒性和环境雌激素效应。久效磷的多种毒性效应间存在何种关联,哪种毒性效应对生物体危害最大,逐渐引起了我们的关注。为了解决这些问题,本文选取秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)为实验动物,研究了久效磷对秀丽隐杆线虫的多种毒性效应,通过相关性分析和主成分分析进行当量评价,确定多种毒性效应间的相互关系和主要毒性效应。
本文以体长和怀卵数为指标分别研究了久效磷的发育毒性和生殖毒性,以乙酰胆碱酯酶活性和行为为指标研究了久效磷的神经毒性,以多种胁迫相关基因表达为指标研究久效磷的环境雌激素效应、细胞毒性、发育毒性和神经毒性,然后通过相关性分析和主成分分析对久效磷的生殖毒性、发育毒性、神经毒性、细胞毒性和环境雌激素效应进行当量评价。
研究结果表明:
(1)0.5、5.0和50.0 mg·L-1久效磷暴露24 h后,秀丽隐杆线虫体长、怀卵数和乙酰胆碱酯酶活性均受到显著抑制,且具有剂量效应关系,表明久效磷具有发育毒性、生殖毒性和神经毒性效应。
(2)0.5、5.0和50.0 mg·L-1久效磷暴露24 h后,各暴露组秀丽隐杆线虫头部摆动和身体弯曲频率均极显著降低,0.5 mg·L-1暴露组秀丽隐杆线虫向前摆动次数显著减少,5.0和50.0 mg·L-1极显著减少,5.0和50.0 mg·L-1暴露组秀丽隐杆线虫在NaCl存在和缺少食物条件下,对NaCl的趋向性极显著升高,50.0 mg·L-1暴露组秀丽隐杆线虫菌落接触率与对照组相比在2,4,6,8 h均显著降低,在24 h极显著降低。结果表明久效磷能够导致秀丽隐杆线虫运动、学习和觅食行为的严重缺陷,表现出神经毒性效应。
(3)0.5、5.0和50.0 mg·L-1久效磷暴露24 h后,采用实时荧光定量PCR方法检测了多种胁迫相关基因表达水平,结果发现久效磷暴露能够导致hsp-16.41、hsp-70、cyp-35a2、vit-2、vit-6和age-1基因表达量显著升高,导致cep-1、ape-1、sod-1、sod-3、ctl-2、ctl-3、gst-1、daf-12和daf-21基因表达量显著降低,而对hsp-16.2、mtl-1和mtl-2基因表达量无显著影响。研究结果表明久效磷具有环境雌激素效应、细胞毒性、发育毒性和神经毒性。
(4)相关性分析表明,25种久效磷毒性评价指标中192对指标间存在显著相关性,证明了久效磷可以同时产生多种毒性效应且相互关联;主成分分析表明,第一主成分的特征向量中,身体弯曲和化学趋向性载荷较高,第二主成分的特征向量中,ctl-3和vit-6基因表达载荷较高,第三主成分的特征向量中,vit-2和age-1基因表达载荷较高,证明神经毒性是久效磷最主要的毒性效应,其次是久效磷的环境雌激素效应。当量评价结果与文献报道的久效磷主要毒性效应相吻合,验证了该方法的正确性。
综上所述,本文通过对久效磷多种毒性效应的当量评价,证明了相关性和主成分分析可以应用于久效磷多种毒性效应间相互关系和主要毒性效应判定,并认为利用该方法可以建立一种外源化合物主要毒性效应筛选程序,为快速筛选敏感性生物标志物应用于外源化合物的生物检测提供科学依据。
久效磷;秀丽隐杆线虫;毒性效应;相关性分析;主成分分析;生物检测
中国海洋大学
博士
生态学
汝少国
2011
中文
S482.3
95
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）