多环麝香对蚯蚓的生态毒理效应与分子诊断

摘要

鉴于目前多环麝香普遍存在性和潜在的环境风险已引起人们日益重视和关注，而陆地生态系统中多环麝香的环境行为及其生态毒理效应的研究还十分薄弱。本文以多环麝香的典型代表吐纳麝香(AHTN)和佳乐麝香(HHCB)为供试污染物，以土壤动物蚯蚓(赤子爱胜蚓Eisenia fetida)为模式受体生物，结合环境化学、传统蚯蚓毒理学以及分子生态毒理学等理论体系和方法技术，从蚯蚓个体组织、生理生化、分子水平等多水平层次上，分析研究多环麝香的急性毒性、亚急性毒性、生物蓄积行为与细胞水平毒性以及基因毒性等生态毒理效应。旨在为陆地生境中多环麝香的生态毒理学阈限标准和控制基准提供依据，以期构建多环麝香土壤污染早期预警的分子诊断技术平台。
　　 蚯蚓滤纸急性毒性实验结果表明，多环麝香AHTN(48h-LC50：20.76μgcm-2)与HHCB(48h-LC50：11.87μgcm-2)的急性经皮毒性等级为中等毒性，而蚯蚓自然土壤急性毒性实验测试AHTN（14d-LC50:436.3μgg-1）与HHCB（14d-LC50：392.4μgg-1）为低毒级化学物质，毒性等级鉴别的差异可能是由于不同染毒暴露途径下蚯蚓摄取吸收多环麝香能力的不同所造成的。两种毒性测试方法均发现HHCB的急性毒性要略强于AHTN。28d土壤亚急性长期暴露显示AHTN或HHCB毒性胁迫对蚯蚓繁殖率有显著性抑制作用，其繁殖率最低可见效应浓度（LOEC值）皆为50μgg-1，而蚯蚓生长速率则无明显变化。可知，蚯蚓繁殖率可作为生理水平上的生物标志物，应用于监测或表征多环麝香在土壤中污染压力水平及其亚急性毒性效应。
　　 生物蓄积与细胞水平毒性效应分析结果表明：其一，HHCB在蚯蚓体内的生物蓄积系数与土壤有机碳含量间呈负相关关系；其二，土壤有机碳含量可延缓或减低HHCB污染土壤的生态毒性效应水平；此外，当HHCB的毒性胁迫程度超出“毒性基线水平”时，毒性效应作用的加剧可引起HHCB生物蓄积能力的下降。
　　 建立了蚯蚓供试基因的Sybr Green I荧光定量PCR检测的标准方法，以及验证多环麝香胁迫下基因表达相对定量分析中β-actin作为持家基因的适用性，从而为多环麝香毒理效应的分子诊断研究奠定了理论依据和方法基础。
　　 活性氧自由基介导的脂质过氧化表明，自由基诱导的细胞氧化损伤可能是AHTH或HHCB暴露胁迫对蚯蚓毒性效应的主要作用途径方式。SOD与CAT作为氧化应激相关基因，其转录水平上的表达上调是抗氧化酶体系分子水平上的响应方式，与蚯蚓体内自由基的清除、氧化应激损伤的防御等生理机制密切相关。而大量自由基的累积可抑制抗氧化酶基因的表达，导致蚯蚓内清除抵御自由基能力的下降，从而引起生物大分子被氧化破坏和加剧自由基氧化应激损伤的程度。而且SOD、CAT基因表达水平与AHTN或HHCB暴露浓度间呈显著的剂量-效应和时间-效应关系，建议SOD、CAT基因可成为有效的分子生物标志物，用于监测和表征早期土壤环境中AHTN或HHCB痕量污染水平与其生态毒理效应。另外，与蚯蚓繁殖率这一生理水平上的生物标志物相比较，生殖基因产卵激素Annetocin作为一种新型分子标志物，为监测多环麝香痕量污染水平提供了更为敏感专一性的生态毒理学终点。此外，还发现多环麝香污染胁迫下应激防御蛋白基因（热休克蛋白、钙网蛋白、亲环素蛋白等）的响应表达，可能与蚯蚓体内自由基水平及其氧化应激调控机制有关。