海洋生态与环境科学重点实验室知识库

多溴联苯醚（Polybrominated diphenyl ethers，PBDEs）是一类应用广泛的阻燃剂，是备受关注的新型污染物之一，在黄河三角洲沿岸、莱州湾河口等近海海域的沉积物中广泛分布，其含量呈逐年增加趋势。莱州湾建有多处海洋牧场，PBDEs污染可能对海洋牧场中的生物种群造成何种潜在不利影响，亟需开展监测和评估。刺参（Apostichopus japonicus）是海洋牧场中重要的经济物种，营底栖生活，是沉积环境的优良指示生物。本文选择刺参为实验生物，以莱州湾典型PBDEs四溴联苯醚BDE-47为胁迫因子，进行室内模拟实验，设置对照组、低浓度处理组（0.1 μg·L^-1）、中浓度处理组（1.0 μg·L^-1）和高浓度处理组（10.0 μg·L^-1），研究BDE-47在刺参体内的蓄积特征，观察刺参运动、摄食和呼吸行为的变化，并应用代谢组学技术，分析BDE-47影响刺参行为的生理代谢机制，为构建刺参响应BDE-47胁迫的评估方法提供理论支撑，为刺参养殖生境适宜性分析、增养殖水质标准控制、新型有机污染物监测和海洋牧场建设提供数据支持和理论依据。主要研究结果如下：

1.高浓度胁迫组刺参纵纹肌、肠道、呼吸树、触手和体壁中BDE-47蓄积水平均显著高于其他处理组。中浓度处理组除肌肉组织外，其他组织中BDE-47蓄积水平也显著高于低浓度处理组。肌肉和呼吸树是刺参蓄积BDE-47的主要组织，且蓄积浓度与脂肪含量具有高相关性。

2. BDE-47暴露刺参1 d，与对照组相比，中、高浓度处理组刺参的平均运动速率和最大运动速率显著降低。随暴露时间增加，海参运动行为呈现出一定的恢复性。胁迫10 d，处理组与对照组相比，运动行为差异不显著，表明刺参运动行为对BDE-47具有较强适应能力。然而，代谢组结果显示BDE-47能够显著改变刺参肌肉组织中的代谢物水平，导致牛磺酸含量显著上升，去甲状腺素含量显著下降，表明BDE-47可能会引起刺参肌肉组织炎症反应，进一步抑制神经效应从而改变运动行为。

3. 利用多角度摄影记录的方法，对刺参的摄食行为进行了研究，发现BDE-47对刺参的摄食行为无显著影响。代谢组学分析发现BDE-47暴露引起刺参肠道68种代谢物显著改变。其中，牛磺酸的含量显著下降，而肌苷含量随暴露浓度的升高呈现先升高后降低的现象，表明刺参的营养水平受到了影响。推测尽管BDE-47对刺参的摄食行为无显著影响，但是高浓度的BDE-47可以引起肠道炎症反应，改变肠道的吸收能力，造成刺参营养水平的下降。

4. BDE-47暴露20 d，刺参耗氧率和呼吸频率无显著变化，提示BDE-47对刺参呼吸行为无显著影响。代谢组学分析表明，刺参呼吸树中去甲肾上腺素和苯乙胺含量发生了显著变化，表明在BDE-47胁迫下，刺参需要通过增强神经刺激的方式保障呼吸作用，而这可能造成刺参自身能量分配和代谢的改变。

5. IBR指数对暴露浓度的响应呈现组织差异性。中浓度的BDE-47对刺参肌肉组织的影响指数更高，高浓度的BDE-47更易对刺参肠道组织产生影响，而低浓度的BDE-47对刺参的呼吸树能够产生影响。刺参组织IBR指数与BDE-47暴露浓度正相关，表明伴随暴露浓度的增加，组织损伤加剧。

本研究结果表明，肌肉和呼吸树是刺参蓄积BDE-47的主要组织，且蓄积浓度与脂肪含量具有高相关性。暴露1 d，中、高浓度处理组中刺参的平均运动速率和最大运动速率显著降低，随着暴露时间的延长，刺参的运动行表现出对BDE-47具有较强的适应能力。BDE-47对刺参的摄食行为和呼吸行为影响较小，但是对各组织的代谢产物能够造成一定影响。BDE-47对刺参的损伤伴随暴露浓度的增加而加剧，因此，BDE-47暴露对刺参的健康具有潜在影响。刺参代谢产物可以作为PBDEs污染的早期预警指标，建议刺参增养殖区域开展PBDEs污染状况的持续监测。

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 PBDEs对海洋环境健康的威胁

1.2.1 理化特性

1.2.2 污染来源

1.2.3 PBDEs的环境行为

1.2.4 PBDEs在海洋环境中的分布

1.2.5 PBDEs对海洋生物的影响

1.3 研究内容和目的意义

第2章 BDE-47在刺参体内的分布与蓄积

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.2.1 刺参的获得和暂养

2.2.2 BDE-47处理

2.2.3 刺参各组织样品采集

2.2.4 刺参各组织中的BDE-47浓度测定

2.2.5 数据分析

2.3 结果

2.4 讨论

2.5 小结

第3章 BDE-47对刺参运动行为和肌肉生理的影响

3.1 前言

3.2 材料和方法

3.2.1 刺参采集和暂养

3.2.2 BDE-47暴露和运动行为测定

3.2.3 肌肉组织收集和UPLC-Q-TOF-MS检测

3.3 结果

3.3.1 BDE-47对刺参运动行为的影响

3.3.2 BDE-47对刺参肌肉生理的影响

3.4 讨论

3.4.1 BDE-47对刺参运动行为的影响

3.4.2 BDE-47对刺参肌肉生理的影响

3.5 小结

第4章 BDE-47对刺参摄食行为和肠道生理的影响

4.1 引言

4.2 材料和方法

4.2.1 刺参采集及暂养

4.2.2 BDE-47暴露和摄食行为测定

4.2.3 肠道组织采集和UPLC-Q-TOF-MS检测

4.3 结果

4.3.1 BDE-47对刺参摄食行为的影响

4.3.2 BDE-47对刺参肠道生理的影响

4.4 讨论

4.4.1 BDE-47对刺参摄食行为的影响

4.4.2 BDE-47对刺参肠道生理的影响

4.5 小结

第5章 BDE-47对刺参呼吸行为和呼吸生理的影响

5.1 引言

5.2 材料和方法

5.2.1 刺参采集和暂养

5.2.2 BDE-47暴露和呼吸行为测定

5.2.3 呼吸树组织采集和UPLC-Q-TOF-MS检测

5.3 结果

5.3.1 BDE-47对刺参呼吸行为的影响

5.3.2 BDE-47对刺参呼吸生理的影响

5.4 讨论

5.4.1 BDE-47对刺参呼吸行为的影响

5.4.2 BDE-47对刺参呼吸生理的影响

5.5 小结

第6章 综合生物标志物指数分析

6.1 引言

6.2 评估方法

6.3 分析讨论

6.4 小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 创新性

7.3 存在问题

7.4 研究展望

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果