四种咪唑类离子液体对斑马鱼的急性毒性、氧化损伤及基因毒性

摘要

离子液体（Ionic Liquids，ILs）是指在室温或室温附近温度时呈液态的由阴阳离子所构成的盐。ILs具有独特的理化性质，比如蒸汽压低、液态范围宽、溶解性高、易循环利用等特点，因此ILs被认为是“绿色溶剂”，并广泛应用于分析化学、生物催化、生物传感器、有机合成、电化学、材料加工等领域。随着ILs的广泛应用，ILs不可避免地进入水环境中，从而对水环境中的生物造成一定程度上的损害。为探究ILs在水环境中的安全情况，预测其对水生生物的毒性影响势在必行。斑马鱼（Danio rerio）是国际上公认的发育生物学的模式动物，由于个体小、养殖花费低、具有顽强的生命力等特点，在应用与生命科学研究中得到了广泛的应用，常用于水质环境的监测。在众多离子液体中，咪唑类ILs最受关注并且应用研究最多，但其对水生生物的急性毒性及其亚慢性毒性的研究数据还比较匮乏。本实验选取了四种不同结构的咪唑类ILs进行急性毒性及亚慢性毒性实验，分别是1-丁基-3-甲基氯化咪唑（[Bmim]Cl）、1-丁基-3-甲基四氟硼酸咪唑（[Bmim]BF4）、1-辛基-3-甲基氯化咪唑（[Omim]Cl）和1-辛基-3-甲基四氟硼酸咪唑（[Omim]BF4）。首先，测定了四种ILs对斑马鱼的96h急性毒性，根据结果计算出半数致死浓度（96h LC50）。然后，根据96h LC50确定了亚慢毒性实验浓度，在0-1/4 LC50之间设置5个浓度梯度，将斑马鱼暴露于不同浓度离子液体中，于染毒后的第7天和14天分别进行取样测定。通过测定染毒后斑马鱼肝脏细胞的活性氧（ROS）含量、抗氧化酶（超氧化物歧化酶SOD和过氧化氢酶CAT）活性、解毒酶（谷胱甘肽硫转移酶GST）、脂质过氧化（MDA）程度和DNA损伤情况，综合评价离子液体对斑马鱼的氧化胁迫和遗传毒性，为全面地认识和了解离子液体可能给水生生态系统带来的影响提供理论基础。本实验结果显示，不同浓度的离子液体对斑马鱼具有不同的毒性效应，本实验中所测定指标均有显著的诱导或抑制效应，具体表现如下：
　　1.四种ILs（[Bmim]Cl、[Bmim]BF4、[Omim]Cl、[Omim]BF4）对斑马鱼的96h LC50分别是623.9、604.6、152.3、144.0 mg/L，均属于低毒性。由此可知，供试ILs对斑马鱼96h的毒性大小依次是[Omim]BF4>[Omim]Cl>[Bmim]BF4>[Bmim]Cl。
　　2.[Bmim]Cl和[Bmim]BF4在低浓度20mg/L时对斑马鱼的氧化胁迫作用与对照组相比没有显著差异，类似情况出现在低浓度5mg/L[Omim]Cl和[Omim]BF4处理组。然而[Bmim]Cl和[Bmim]BF4高浓度处理组（80和160 mg/L）以及[Omim]Cl和[Omim]BF4高浓度处理组（20和40 mg/L）均诱导斑马鱼体内出现氧化应激效应。低浓度处理组（[Bmim]Cl和[Bmim]BF4浓度为20mg/L、[Omim]Cl和[Omim]BF4浓度为5mg/L）的斑马鱼体内ROS含量、SOD和CAT活性以及GST活性均与对照组没有显著差异。与对照组相比，[Bmim]Cl和[Bmim]BF4高浓度处理组（80和160 mg/L）以及[Omim]Cl和[Omim]BF4高浓度处理组（20和40 mg/L）的斑马鱼肝脏细胞的ROS含量随着时间和浓度的升高而升高，SOD活性呈现先升高后降低的规律，CAT活性则随着时间积累显著降低，GST活性显著升高。
　　3.经四种ILs处理后，[Bmim]Cl和[Bmim]BF4高浓度处理组（80和160 mg/L）以及[Omim]Cl和[Omim]BF4高浓度处理组（20和40 mg/L）的斑马鱼体内MDA含量显著升高，说明四种ILs均能诱导斑马鱼体内出现脂质过氧化。在[Bmim]Cl和[Bmim]BF4浓度为20mg/L、[Omim]Cl和[Omim]BF4浓度为5mg/L时，与对照组相比，DNA损伤就出现了显著升高，并且DNA损伤程度均随着ILs浓度的增高和染毒时间的增加而增强。
　　4.本研究综合比较了不同结构的咪唑类ILs对斑马鱼的毒性大小。ILs的结构对ILs的毒性评估有着重要关系，其中阳离子起到关键作用，而阴离子作用较小。毒性大小比较，[Omim]+显著高于[Bmim]+，阴离子中BF4-略高于Cl-，阳离子中烷基碳链长度越长毒性越大，四氟硼酸阴离子毒性略大于含氯阴离子。此结果为今后ILs的生态毒性研究提供了理论基础，为在以后的工业应用中选择出环境友好型的ILs提供科学依据。

目录

封面

声明

符 号 说 明

目录

中文摘要

英文摘要

1前 言

1.1离子液体研究现状

1.2本实验选取的指示生物

1.3本实验选取的测定指标

1.4本课题的研究内容

2材料与方法

2.1药品试剂

2.2仪器设备

2.3供试生物

2.4实验方法

2.5蛋白含量的测定

2.6 ROS含量的测定

2.7抗氧化酶活性的测定

2.8 GST活性的测定

2.9 MDA含量的测定

2.10彗星实验

2.11数据处理

3结果与分析

3.1四种离子液体对斑马鱼的急性毒性影响

3.2四种离子液体对斑马鱼ROS含量的影响

3.3 四种离子液体对斑马鱼抗氧化酶活性的影响

3.4四种离子液体对斑马鱼GST活性的影响

3.5 四种离子液体对斑马鱼MDA含量的影响

3.6 四种离子液体对斑马鱼DNA损伤的影响

4讨 论

4.1离子液体对斑马鱼的急性毒性评估

4.2四种离子液体对斑马鱼肝脏细胞的ROS的影响

4.3四种离子液体对斑马鱼肝脏细胞的抗氧化酶的影响

4.4 四种离子液体对斑马鱼肝脏细胞的解毒酶活性的影响

4.5 四种离子液体对斑马鱼体内脂质过氧化的影响

4.6 四种离子液体对斑马鱼肝脏细胞的DNA损伤情况

4.7 各个实验指标间的关系

5结 论

6本论文创新之处

参考文献

致谢

9攻读学位期间发表论文