多环芳烃对植物的基因毒性及氧化胁迫

摘要

多环芳烃(PAHs)是环境中广泛存在的一类持久性有机污染物，具有较强的生理和遗传毒性且自然降解率低，对生态系统和人类健康构成持久威胁，是优先控制的一类污染物。鉴于PAHs具有致癌、致畸、致突变的“三致”效应，研究PAHs的基因毒性就显得十分重要。单纯用PAHs的浓度很难代表其潜在的毒性，如何快速、准确的评价PAHs对植物的基因毒性，建立可靠的评价体系，从而利用植物进行PAHs的原位监测？
　　本研究以PAHs对植物DNA损伤的彗星实验为主，结合抗氧化酶活性，丙二醛含量等相关指标，揭示PAHs对植物的基因毒性以及氧化胁迫。同时探讨影响PAHs基因毒性的可能因素，旨在为土壤PAHs污染生态毒理指标的建立和完善以及PAHs的早期监测和预警提供理论依据。取得的主要结果如下:
　　(1)以蚕豆(Vicia Faba)为对象、菲为PAHs代表物，利用彗星实验，采用水培染毒2h，研究了PAHs的DNA损伤效应。利用已知的基因毒性试剂甲基磺酸乙酯(EMS)为污染物进行水培2h染毒，结果确定了Olive尾动量(OTM)为评价DNA损伤的参数（水培条件下）。在细胞彗星实验中蚕豆根尖DNA损伤的程度随菲浓度(0～0.6 mg·L-1)升高而显著增大。最高浓度组(0.6 mg·L-1)OTM值比阴性对照增加了132.63％，存在剂量依赖性，表明菲能诱导蚕豆根尖DNA的损伤。培养液中菲浓度为0.1 mg·L-1时培养蚕豆0～12 h，DNA损伤随时间延长而增大，12 h时OTM值为38.82±4.48;12～24 h，DNA损伤则随时间趋小。为确定菲污染导致DNA损伤的途径，进行了非细胞彗星实验;结果表明，0.05 mg·L-1菲即可造成显著的DNA损伤(OTM值为22.27±0.42)，且随菲浓度提高，DNA损伤增大。菲对蚕豆根尖细胞可能存在直接的DNA损伤效应。
　　(2)采用沙培的方法，以菲、芘为PAHs代表，研究了其对植物氧化胁迫、DNA损伤及两者之间的关系。以超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量为指标研究了菲、芘对蚕豆的氧化胁迫;利用彗星实验检测了菲、芘对蚕豆的DNA损伤效应;通过蚕豆幼苗根（使用或不使用抗氧化剂维生素E预处理）暴露于菲、芘研究了DNA损伤与氧化胁迫的关系。结果表明，菲、芘污染能够造成蚕豆SOD、POD、CAT活性提高和MDA含量上升，且MDA含量随菲、芘污染程度的升高而增加;蚕豆根尖细胞DNA损伤也随菲、芘暴露浓度的升高而增大，菲污染条件下尾矩(TM)值从阴性对照的46.41μm增加到50 mg·kg-1处理浓度的122.04μm，增加了162.96％(P＜0.01)。50 mg·kg-1芘暴露下TM值从阴性对照的44.30μm增加到50 mg·kg-1处理浓度的110.36μm，增加了149.21％(P＜0.01);研究同时显示，经过抗氧化剂维生素E(2，4 mg·L-1)预处理，蚕豆的DNA损伤程度减小。菲、芘能对蚕豆产生氧化胁迫，对蚕豆根尖细胞具有DNA损伤效应且菲、芘诱导的DNA损伤与氧化胁迫有关。
　　(3)采用沙培染毒48 h的方法，研究了苊烯、苊、芴、菲、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[a]芘等8种PAHs在10，30，50 mg·kg-1三个浓度下对蚕豆的DNA损伤效应。结果表明，随着PAHs环数和分子量的增加，PAHs对蚕豆根尖细胞DNA损伤程度减小。通过不同浓度PAHs基因毒性大小(TM值)与环数、分子量、溶解度、辛醇-水分配系数（Kow）等的皮尔逊相关性分析，8种多环芳烃基因毒性大小(TM值)与多环芳烃环数、分子量、logKow均存在极显著的相关性(P＜0.01)。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1．1 引言

1．2 多环芳烃及其来源

1．2．1 多环芳烃

1．2．2 PAHs的来源

1．3 PAHs的毒性与致毒机理

1．3．1 PAHs的毒性

1．3．2 PAHs致毒机理

1．3．3 PAHs的DNA损伤效应机制

1．4 植物彗星实验及其在生态毒理学中的应用

1．4．1 彗星实验

1．4．2 非细胞彗星实验

1．4．3 植物彗星实验在生态毒理学中的应用

1．5 问题与展望

1．6 技术路线

第二章 彗星实验评价指标选择及其在菲对蚕豆DNA损伤中的应用

2．1 材料与方法

2．1．1 主要试剂

2．1．2 供试植物

2．1．3 细胞核分离

2．1．4 彗星实验

2．1．5 细胞彗星实验分析

2．1．6 非细胞彗星实验分析

2．1．7 数据分析

2．2 结果与分析

2．2．1 DNA损伤评价参数的选择

2．2．2 利用细胞彗星实验分析DNA损伤

2．2．3 暴露时间对菲引起的DNA损伤的影响

2．2．4 利用非细胞彗星实验分析DNA损伤

2．3 讨论

2．4 结论

第三章 菲、芘诱导的蚕豆氧化胁迫与DNA损伤之间的关系

3．1 材料与方法

3．1．1 主要试剂

3．1．2 供试材料

3．1．3 材料处理

3．1．4 指标测定

3．1．5 数据分析

3．2 结果与分析

3．2．1 菲、芘对蚕豆SOD活性的影响

3．2．2 菲、芘对蚕豆POD活性的影响

3．2．3 菲、芘对蚕豆CAT活性的影响

3．2．4 菲、芘对蚕豆MDA含量的影响

3．2．5 菲、芘对蚕豆的DNA损伤及维生素E对DNA损伤的抑制作用

3．2．6 菲、芘浓度与抗氧化酶活性、MDA含量以及DNA损伤之间的相关性分析

3．3 讨论

3．4 结论

第四章 多环芳烃致植物基因毒性的影响因素

4．1 材料与方法

4．1．1 主要试剂

4．1．2 供试材料

4．1．3 材料处理

4．1．4 彗星实验

4．2 结果与分析

4．2．1 PAHs不同污染强度对基因毒性的影响

4．2．2 不同种类PAHs对基因毒性的影响

4．3 讨论

4．4 结论

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢