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水华束丝藻是我国滇池水体冬春季节的主要水华蓝藻,它可产生麻痹性贝类毒素(PSPs),通过抑制突触钠离子通道的启闭对神经系统造成损伤,该藻株属我国第一株产神经毒的蓝藻。本论文通过腹腔注射的方法系统地研究了该藻株毒素对斑马鱼和小鼠的半致死剂量,高低剂量对斑马鱼(16.03μg/kg BW和33.24μg/kg BW)和小鼠(37.41μg/kg BW和64.64μg/kg BW)的大脑、肝脏、腮、肺等器官在细胞、组织、器官水平上的致毒特征,及鱼体在生理和分子水平上的响应机理,以期探究该毒素对水生动物、水环境的潜在危险,及其致毒机理。具体研究结果如下:
1.束丝藻毒素对斑马鱼和小鼠的毒性大小
斑马鱼和小鼠对该毒素12h的半致死剂量(LD50)分别为21.74和53.88μg/kgBW,属极毒神经毒素。
2.束丝藻毒素对斑马鱼感觉和行为方式的影响
高低剂量的毒素均可引起斑马感觉运动和行为方式异常。具体表现为:感觉功能减退,平衡协调能力下降,头部运动的灵活性下降而呈机械的左右摆动;体侧肌肉运动受到抑制,运动重心后移,尾部正常的M型或S型运动方式消失,也呈机械的左右摆动式;鱼整体的运动呈摇头摆尾状,但不能前行。运动方式的改变最终导致鱼群的活动范围主要集中于鱼缸水体的浅表层或深层局部。而且,毒素剂量越高,行为异常表现得越早,程度也越强烈;剂量越小,行为异常表现得越晚,程度也越不明显,呈明显的剂量—时间—效应关系。
3.束丝藻毒素对斑马鱼和小鼠的致毒特征
1)外形特征:束丝藻毒素引起斑马鱼体色灰暗,活动减少,泳动迟缓,腹壁和腹腔脏器水肿和发炎;使小鼠体色苍白,反应迟钝,怕光怕冷,肌肉颤抖抽搐,不自主运动增多,后肢麻痹拖地,翻正反式消失,呼吸由起初的急促逐渐转为缓慢的深呼吸。
2)器官特征:引起斑马鱼和小鼠脑、肝、鳃、肺等器官充血,色泽加深。脑暗红,肝蜡黄或暗红,肺塌陷,色加深;鳃暗红。
3)组织结构特征:引起斑马鱼和小鼠脑、肝、鳃、肺等组织结构异常。如脑血管充血,结构排列疏松,局部空泡化;肝组织中央静脉和肝血窦充血,中央静脉血管壁破裂,肝细胞索破坏和紊乱,肝细胞周围空泡化;鳃动脉、鳃丝动脉血管充血,鳃丝排列紊乱、断裂,鳃小片脱落、不整齐;肺泡融合,组织出血,肺泡隔和气血屏障增厚。
4)细胞结构特征:引起斑马鱼和小鼠脑、肝、鳃、肺等器官中细胞连接松动和空间加大,细胞水肿和空泡化;脂肪物质积累增多,肝糖原积累减少;同时造成线粒体肿胀,内质网扩张,细胞核固缩和变形,染色质凝聚等细胞水平的损伤;在肝细胞和脑细胞中出现细胞膜发泡和凋亡小体。
4.斑马鱼对束丝藻毒素的响应机理
生理水平响应:斑马鱼染毒后,其脑、肝、鳃组织细胞中均出现MDA、ROS含量升高,GSH水平及SOD、CAT、GPX活性下降的抗氧化系统响应机制,而且都具有明显的时间—剂量—效应关系。另外,斑马鱼脑组织细胞中乙酰胆碱酯酶(AchE)活性在致毒1h时就有明显降低,而且毒素浓度越高,酶活性下降越多。
分子水平响应:斑马鱼染毒后,除脑组织外,可造成肝、鳃组织细胞中的DNA损伤,caspase-3、c-jun、p53、bax等凋亡基因的表达上调。