长江上游鱼类体内多环芳烃的含量及饲料菲对中华倒刺鲃生态毒理学影响

摘要

本研究进行了野外调查和实验室观测两个系列的实验。
　　 系列一是调查多环芳烃（PAHs）在长江上游鱼类体内的含量和分布情况。于2010年9-11月在长江朱杨江段采集到10种鱼类标本，分别为中华倒刺鲃（SpinilbarbussinensisLinnaeus）、瓦氏黄颡鱼（PelteobagrusvachelliRichardson）、圆筒吻鮈（RhinogobiocylindricusGünther）、鲤（CyprinuscarpioLinnaeus）、鲫（CarassiusauratusLinnaeus）、大眼鳜（SinipercakneriGarman）、铜鱼(CoreiusheterodonBleeker)、圆口铜鱼（CoreiusguichenotiSauvageetDabry）、大鳍鳠（MystusmacropterusBleeker）和鲇（SilurusasotusLinnaeus）;在该江段上游支流沱江富顺江段采集到6种鱼类标本，分别为鲫、黄颡鱼（PelteobagrusfulvidracoRichardson）、鲤、大眼鳜、大鳍鳠和鲇。每种鱼的样本量为3-11尾，共计195尾。采用快速溶剂萃取及气相色谱法对鱼体中的16种多环芳烃含量进行检测。系列二是实验室条件下含菲（PAHs物质之一）食物暴露实验。以中华倒刺鲃（Spinibarbussinensis）为实验对象（该种鱼在系列一实验中被发现含PAHs总量在所测种类中最多，且为长江上游特有珍稀鱼类），以菲(Phenanthrene，PHE)为毒物，配制含PHE的人工饲料进行投喂。在水温27.5℃下的条件下，进行了两个部分的实验:1、饲料中不同浓度PHE暴露实验。PHE含量分别为0、500、1000和1500μg/g的饲料，喂养中华倒刺鲃16周后取样;2、饲料PHE不同暴露时间实验。以PHE含量为0和1000μg/g的饲料，分别喂养中华倒刺鲃0、1、3、7、14、28、42、56、84和112天后取样。分别观测了上述两类处理的实验鱼体的抗氧化胁迫能力、代谢能力、生长状态和体内PHE累积等方面的指标。
　　 由实验系列一所得结果如下:
　　 1、在长江干流朱杨江段所采集到的10种鱼体样本中均检测到了多种PAHs的存在，其中中华倒刺鲃鱼体内PAHs总量（∑PAHs）最高，其含量为(2.91±0.45)μg/g;鲇体内∑PAHs最低，其含量为(0.52±0.04)μg/g。
　　 2、在沱江富顺江段采集到的6种鱼均检测到多种PAHs存在，其中鲫体内∑PAHs最高，为(8.50±1.13)μg/g;鲇体内∑PAHs最低，其含量为(1.30±0.07)μg/g。
　　 3、采集自长江朱杨段和沱江富顺段两采集地的相同种类有5种，富顺段5种鱼体内∑PAHs均分别高于朱杨段同种类鱼体内的含量;除大眼鳜外，其余4种鱼的差异均达到显著水平。富顺江段鱼类体内高分子量PAHs比例较高，而朱杨江段鱼类体内富集的低分子量PAHs和中分子量PAHs的比例较高。
　　 由实验系列二所得结果如下:
　　 1、饲料中PHE含量水平未对血清中的红细胞数目、血红蛋白和总蛋白造成显著差异;血糖含量随饲料中PHE浓度含量水平的升高表现出先升高后降低的趋势，且各染毒组均显著高于空白对照组(p＜0.05);球蛋白含量在500μgPHE/g组显著高于对照组(p＜0.05)，白蛋白含量则在500μgPHE/g组显著低于对照组(p＜0.05)，而这两个指标在其余含毒饲料组与空白对照组间均无显著差异。
　　 2、血清谷丙转氨酶活性随饲料PHE含量水平的升高表现出升高的趋势，仅在最高浓度组（1500μgPHE/g组）时与空白对照组的差异达到显著水平(p＜0.05);谷草转氨酶也随饲料中PHE含量水平的升高而升高，1000μgPHE/g和1500μgPHE/g组与空白对照组之间差异达到显著水平(p＜0.05)。
　　 3、肝糖原随饲料中PHE浓度含量水平的升高而降低，且各组间的差异均达到了显著水平(p＜0.05);各实验处理组的肌糖原含量均显著低于对照组(p＜0.05)，而3个染毒饲料组之间无显著差异。
　　 4、脑组织中乙酰胆碱酯酶(TChE)活性随着饲料中PHE含量水平增高而降低，且各实验处理组之间的差异显著;该活性还随着PHE食物暴露时间的延长而降低，从染毒的第7天开始，染毒组活性显著低于空白对照组(p＜0.05)。
　　 5、肝胰脏、肠和鳃组织中丙二醛(MDA)含量随着饲料中PHE含量水平的增高而增高，在肠和鳃组织中，各处理组之间的差异达到显著;在肝胰脏组织中，500μgPHE/g组与空白组之间差异不显著，其余各组间差异显著。这3种组织的MDA含量还随着PHE食物暴露时间的延长而增高。其中，肝胰脏和肠组织中MDA含量均于染毒第3天开始显著高于空白对照组(p＜0.05);鳃组织中MDA含量水平从第84天开始显著高于空白对照组(p＜0.05)。
　　 6、随着饲料中PHE含量水平的增高，实验鱼肝胰脏和肠组织中总抗氧化能力(T-AOC)随之降低。各染毒组的肝胰脏组织中T-AOC水平与空白对照组之间的差异显著(p＜0.05)。各染毒组肠组织中T-AOC水平差异显著(p＜0.05)。随着染毒时间的延长，实验鱼体的肝胰脏组织T-AOC水平呈“降低-升高-降低”趋势;肠组织T-AOC水平呈“升高-降低”趋势;鳃组织T-AOC水平呈一直升高的趋势。
　　 7、实验鱼肝胰脏、肠和鳃组织中谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活性随着饲料中PHE含量水平的增高而降低。各染毒组肝胰脏GST活性均显著低于空白对照组(p＜0.05)。肠组织GST活性在各处理组间的差异均达到显著水平(p＜0.05)。1500μgPHE/g组鳃组织GST活性显著低于其余3组(p＜0.05)，其余3组间无显著差异。随着染毒时间的延长，染毒组肝胰脏组织GST活性呈“降低-升高-降低”趋势;肠组织GST活性呈“升高-降低”趋势。
　　 8、实验鱼体的标准体重代谢率(MS)随着饲料中PHE含量水平的升高而升高，1000和1500μgPHE/g组的MS显著高于空白对照组，且二者间差异显著(p＜0.05)。MS还随着PHE食物暴露时间的延长而升高，从染毒第7天开始显著高于空白对照组(p＜0.05)。
　　 9、实验鱼肝胰脏组织线粒体的状态3呼吸率随着饲料中PHE含量水平的增高而增高。1000和1500μgPHE/g组肝胰脏组织线粒体呼吸率显著高于空白对照组，且二者间差异显著(p＜0.05)。该呼吸率还随染毒时间的延长而增高，从染毒的第56天开始，染毒组肝胰脏组织线粒体呼吸率显著高于空白对照组(p＜0.05)。
　　 10、实验鱼的摄食量和饲料效率随着饲料中PHE含量水平的升高而降低;其中，500、1000和1500μgPHE/g组摄食量之间的差异不显著，但三者均显著低于空白对照组(p＜0.05);各染毒组饲料效率差异显著(p＜0.05)。这两个指标还随着染毒时间的延长而降低，分别从染毒的第14和28天开始显著低于空白对照组(p＜0.05)。
　　 11、实验鱼的器官指数随着饲料中PHE含量水平增高而升高;肝胰脏指数在500和1000μgPHE/g组之间无显著差异，二者与空白对照及1500μgPHE/g组之间的差异达到显著水平(p＜0.05)。500μgPHE/g组肠指数与空白对照组差异不显著，其余各组间差异均显著(p＜0.05)。
　　 12、实验鱼体的特定体重生长率随着饲料中PHE含量水平的增高而降低，各实验处理组之间的差异显著(p＜0.05)。该值也随着染毒时间的延长而降低，从14天开始与空白组间的差异显著(p＜0.05)。
　　 13、鱼体肥满度随着饲料中PHE水平的升高而降低。其中500和1000μgPHE/g组差异不显著，但二者均显著高于1500μgPHE/g组而显著低于空白对照组(p＜0.05)。
　　 14、实验鱼体对饲料中PHE的摄入量、日粮水平、累积量和累积率均随着饲料中PHE含量水平的升高而增高，且各组间差异均显著(p＜0.05)。
　　 15、肝胰脏、肠和肌肉组织对于饲料中PHE的累积量(μgPHE/g)随着饲料中PHE含量水平的升高而升高。同一染毒组个体不同器官组织的PHE含量从高到低依次均为:肝胰脏＞肠＞肌肉;其中，肌肉的PHE含量与饲料PHE含量水平的相关关系为:y=0.038x-2.900(r2=0.978)。这3种组织的PHE含量也随着染毒时间的延长而增高;在1000μgPHE/g饲料条件下，肌肉的PHE含量与食物PHE暴露时间的相关关系为:y=0.341x+0.791(r2=0.942)。
　　 通过讨论得出以下结论:
　　 1、长江朱杨段及其支流沱江富顺段的鱼类均受到了PAHs的污染，而沱江鱼类受PAHs的污染程度高于长江干流朱杨段鱼类。
　　 2、沱江富顺段鱼体所含的高分子量PAHs组成百分比高于长江干流朱杨段的鱼体，而中、低分子量PAHs组成百分比相对于干流鱼类较低，表明两个江段PAHs的污染源不同。
　　 3、中华倒刺鲃血液学指标、肝胰脏指数和糖原含量受到饲料中PHE含量水平的影响，PHE对鱼体的肝胰脏组织造成了组织损伤，并干扰了鱼体正常的碳水化合物代谢过程。
　　 4、PHE食物暴露会导致鱼体组织器官的氧化损伤并抑制鱼体相应解毒酶系统的活性，可引起鱼类肝脏和肠道出现组织增大等形态结构特征的改变;且这些毒性胁迫会随着PHE暴露的浓度增长或时间延长而加剧。
　　 5、中华倒刺鲃静止代谢率和肝胰脏组织线粒体呼吸耗氧率随着暴露浓度的增高和染毒时间的延长而增高，表明鱼体可通过生理性调节，提高其代谢强度，以满足机体抵抗PHE食物暴露胁迫的有关生理过程对能量的额外需求。
　　 6、染毒组中华倒刺鲃的生长率、摄食率、饲料效率等生长状态指标的下降与鱼体的代谢增强，糖原含量降低，解毒酶系统功能调整等现象相伴而发生，表明染毒鱼体生长率较低的主要原因是外源能量摄入不足和额外代谢能量消耗。
　　 7、在食物中一定浓度的PHE暴露下，中华倒刺鲃鱼体各器官所累积的PHE浓度不同，表明PHE在鱼体内的累积与分布具有器官及组织的特异性。
　　 8、根据我国食品安全标准进行估算，为保证鱼体肌肉中PHE含量不超标，对中华倒刺鲃饲喂16周时所采用的食物中PHE含量不得高于207.90μg/g;若PHE食物暴露的浓度达到1000μg/g时，则暴露天数最多不得超过12天。

目录

声明

摘要

第1章 多环芳烃对鱼类的生态毒理学影响的研究进展

1．1 多环芳烃的种类、来源和特性

1．2 水环境和鱼类体内的多环芳烃

1．2．1 水环境中的PAHs

1．2．2 鱼类体内的多环芳烃

1．3 PAHs对鱼类的生态毒理学效应

1．3．1 PAHs对鱼类的氧化胁迫

1．3．2 多环芳烃对鱼类神经系统及行为的影响

1．3．3 多环芳烃对鱼类血液学指标的影响

1．3．4 多环芳烃对鱼类代谢及能量储存的影响

1．3．5 多环芳烃PAHs对鱼类生长发育的影响

1．3．6 多环芳烃对鱼类生殖的影响及遗传毒性

1．3．7 多环芳烃对鱼类种群的影响

1．4 实验对象及研究目的

第2章 长江上游鱼类体内多环芳烃的调查研究

2．1 引言

2．2 实验设计与方法

2．2．1 样本采集

2．2．2 样品预处理

2．2．3 样品PAHs含量测定

2．2．4 数据处理方法

2．3 结果

2．3．1 长江朱杨江段鱼类体内PAHs的含量及分布

2．3．2 沱江富顺江段鱼类体内PAHs的含量及分布

2．4 讨论

2．4．1 长江朱杨段和沱江富顺段的鱼体均受到PAHs的污染

2．4．2 长江上游干流与其支流沱江水体受PAHs污染的差异

第3章 饲料中不同浓度菲对中华倒刺鲃几种血液学指标和肝胰脏的影响

3．1 引言

3．2 实验设计与方法

3．2．1 饲料配制

3．2．2 实验鱼来源与驯化

3．2．3 实验设计与处理

3．2．4 指标测定

3．2．5 数据处理方法

3．3 结果

3．3．1 中华倒刺鲃的血液学指标随其饲料中菲浓度的变化

3．3．2 中华倒刺鲃的肝胰脏指数随其饲料中菲浓度的变化

3．3．3 中华倒刺鲃的肝胰脏糖原、肌糖原含量随其饲料中菲浓度的变化

3．4 讨论

3．4．1 饲料PHE暴露对中华倒刺鲃血液学指标的影响

3．4．2 中华倒刺鲃应对饲料PHE暴露胁迫的能量代谢反应

3．4．3 饲料PHE暴露对中华倒刺鲃肝脏功能的影响

第4章 饲料菲对中华倒刺鲃氧化胁迫作用及神经毒性作用

4．1 引言

4．2 实验设计与方法

4．2．1 饲料配制、实验鱼来源与驯化

4．2．2 实验设计与处理

4．2．3 指标测定

4．3 结果

4．3．4 中华倒刺鲃脑组织乙酰胆碱酯酶(TChE)的变化

4．3．1 中华倒刺鲃肝胰脏、肠和鳃的氧化损伤

4．3．2 中华倒刺鲃肝胰脏、肠和鳃总抗氧化能力(T-AOC)的变化

4．3．3 中华倒刺鲃肝胰脏、肠和鳃谷胱甘肽—S—转移酶(GST)的变化

4．4 讨论

4．4．1 食物中的菲对中华倒刺鲃具有神经毒性

4．4．2 饲料中菲对中华倒刺鲃各器官造成氧化损伤

4．4．3 食物中的菲抑制了鱼体解毒酶系统的活性

第5章 饲料菲对中华倒刺鲃能量代谢的胁迫作用

5．1 引言

5．2 实验设计与方法

5．2．1 饲料配制、实验鱼来源与驯化

5．2．2 实验设计与处理

5．2．3 指标测定

5．3 结果

5．3．1 PHE食物暴露对中华倒刺鲃标准体重代谢率的影响

5．3．2 PHE食物暴露对中华倒刺鲃肝胰脏线粒体代谢水平的影响

5．4 讨论

第6章 饲料菲对中华倒刺鲃生长性能的影响

6．1 引言

6．2 实验设计与方法

6．2．1 饲料配制、实验鱼来源与驯化

6．2．2 实验设计与处理

6．2．3 生长状态指标测定

6．3 结果

6．3．1 摄食量及摄食效率

6．3．2 器官指数

6．3．3 生长率

6．3．4 丰满度

6．4 讨论

第7章 饲料菲在中华倒刺鲃体内的累积

7．1 引言

7．2 实验设计与方法

7．2．1 饲料配制、实验鱼来源与驯化

7．2．2 实验设计与处理

7．2．3 指标测定

7．3 结果

7．3．1 中华倒刺鲃对饲料中PHE的摄入量、累积量和累积率

7．3．2 PHE在中华倒剌鲃体内的分布

7．4 讨论

参考文献

致谢

在学期间发表的论文

科研工作