IOCAS-IR  > 海洋生态与环境科学重点实验室
改性粘土对米氏凯伦藻毒性的影响研究——以海洋青鳉鱼为模式生物
张培培
Subtype博士
Thesis Advisor宋秀贤
2022-05-20
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral中国科学院海洋研究所
Keyword改性粘土 米氏凯伦藻 海洋青鳉鱼 毒性评价
Abstract

米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)是一种常见的有毒甲藻,在全球沿海多个水域形成赤潮,威胁海洋生物的生存和沿海经济的可持续发展,寻找对其有效的控制方法显得尤为重要。利用改性粘土治理赤潮被认为是一种行之有效的方法,但其对米氏凯伦藻毒性的影响尚缺乏研究。目前,米氏凯伦藻毒素成分尚不明晰,研究米氏凯伦藻的毒性主要通过对海洋生物或者细胞的毒性实验来表征。本文以海洋青鳉鱼(Oryzias melastigma)为模式生物,在考察改性粘土对米氏凯伦藻去除效率的基础之上,研究改性粘土对敏感性较高的初孵仔鱼存活、生长、抗氧化系统等的影响;通过对比改性粘土去除米氏凯伦藻前后,海洋青鳉鱼呼吸和消化器官的形态学、生理生态学和分子生物学水平的变化情况,系统阐释了改性粘土对米氏凯伦藻毒性的影响,综合分析并揭示了其影响机制。主要研究结果如下:

1、改性粘土对米氏凯伦藻的去除以及毒性的影响。研究发现,米氏凯伦藻的毒性具有完整细胞依赖性,并受密度制约。当米氏凯伦藻密度大于3.0×103 cells/mL时会造成海洋青鳉鱼的行为异常和快速死亡,无藻细胞过滤液和藻细胞破碎液的毒性都显著低于完整藻细胞;米氏凯伦藻的溶血毒性也与完整藻细胞数目呈显著正相关。在一定范围内,改性粘土对米氏凯伦藻的去除率随改性粘土浓度的升高而增加,0.3 g/L的改性粘土即可有效去除水体中80%以上的藻细胞,镜检发现改性粘土在絮凝沉降藻细胞的同时,还破坏了藻细胞的完整形态。改性粘土去除米氏凯伦藻后,水体中残留藻细胞的单细胞溶血毒性与对照组没有明显差异,说明改性粘土没有增加残留藻细胞产毒;水体中米氏凯伦藻总溶血毒性显著下降,推测与实验体系中完整藻细胞密度的降低有关。该研究表明,改性粘土可以有效去除米氏凯伦藻,并降低其溶血毒性。

2、改性粘土对海洋青鳉鱼初孵仔鱼的影响。选择相较于幼鱼和成鱼敏感性更高的海洋青鳉鱼初孵仔鱼为实验对象,进行96 h毒性实验,结果表明,改性粘土对海洋青鳉鱼初孵仔鱼的96 h-LC505.20 g/L,低于0.5 g/L的改性粘土对初孵仔鱼的存活、生长、形态、体内铝含量和抗氧化系统相关指标均没有显著影响,有效治理米氏凯伦藻赤潮的改性粘土用量(0.3 g/L)不会对海洋青鳉鱼产生不利影响。

3、改性粘土去除米氏凯伦藻对海洋青鳉鱼呼吸器官的影响。米氏凯伦藻会导致海洋青鳉鱼鱼鳃表面形态明显破坏,影响鱼鳃渗透调节功能,显著降低Na+/K+-ATP酶(NKA)的活性;对鱼鳃造成明显的氧化损伤,使鱼鳃的丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活性显著上升;对鱼鳃的基因表达造成影响,与对照组相比,差异表达基因显著增多,炎症与免疫、细胞凋亡、氧化应激、信号等相关通路明显变化。改性粘土本身对海洋青鳉鱼鱼鳃的影响很小,鱼鳃表面形态、氧化应激、基因表达等与对照组差异不明显。改性粘土去除米氏凯伦藻后,大大降低了米氏凯伦藻对鱼鳃的损伤,鱼鳃表面结构和渗透调节功能未被破坏、无明显氧化损伤、差异表达基因和通路受影响的数目和程度也显著降低,改性粘土可以降低米氏凯伦藻对海洋青鳉鱼鱼鳃的不良影响。

4、改性粘土去除米氏凯伦藻对海洋青鳉鱼消化器官的影响。米氏凯伦藻能对海洋青鳉鱼肝脏造成明显氧化损伤,MDA含量、SOD活性和CAT活性显著上升;也会影响肝脏的解毒能力,表现为谷胱甘肽-S-转移酶(GST)活性和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性显著降低;对肝脏的基因表达造成影响,与对照组相比,差异基因显著增多,肝脏内质网(ER)应激、物质代谢、细胞凋亡等相关通路发生明显变化。米氏凯伦藻对海洋青鳉鱼肠道造成一定程度的表面形态损伤以及氧化损伤,MDA含量和SOD活性显著升高,但对肠道菌群没有造成明显影响。改性粘土本身对海洋青鳉鱼肝脏和肠道表面形态、氧化应激、基因表达等影响较小。改性粘土去除米氏凯伦藻后,肝脏和肠道的抗氧化系统参数、肠道表面形态、肠道菌群组成与对照组差别不大,肝脏中差异表达基因减少,相关通路变化受影响程度降低。改性粘土可以有效降低米氏凯伦藻对海洋青鳉鱼肝脏和肠道的毒性。

综上所述,本文以海洋青鳉鱼为模式生物,系统研究了改性粘土对米氏凯伦藻毒性的影响。研究发现,改性粘土对米氏凯伦藻具有高效的去除作用,其本身对海洋青鳉鱼有较高的安全性。改性粘土通过快速絮凝沉降藻细胞、破坏藻细胞形态,减少水体中的完整藻细胞数量、降低体系中米氏凯伦藻的溶血毒性,从而降低海洋青鳉鱼接触完整藻细胞的几率及风险。改性粘土可以有效降低米氏凯伦藻对海洋青鳉鱼的毒性,延长鱼的存活时间,降低米氏凯伦藻对鱼鳃、肝脏、肠道的形态结构、生理生化指标、基因表达等多个层面的不良影响。本研究进一步说明改性粘土是一种安全高效的米氏凯伦藻赤潮防治方法,为改性粘土的现场应用提供一定的理论基础。

Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/178375
Collection海洋生态与环境科学重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
张培培. 改性粘土对米氏凯伦藻毒性的影响研究——以海洋青鳉鱼为模式生物[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2022.
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