三丁基氯化锡对雌性杂色鲍的毒性效应研究

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在实验生态条件下,研究浓度范围为0.1~100ng/L的氯化三丁基锡(TBT)暴露对雌性杂色鲍(Haliotis diversicolor)的总锡、细胞色素含量及生物转化酶、水解酶活性和性激素水平变化的影响,以及在显微和超微结构水平上的组织形态学影响。分别于暴露后2、6、14、26、44、64d和恢复期8、20d取样,观察TBT对上述指标的时间-效应和剂量-效应关系,以探讨其致毒机理及对雌性杂色鲍性腺畸变的内分泌干扰机制,观察长时间低浓度暴露对性腺、鳃和消化腺形态学上的改变。检测了TBT暴露下血淋巴液和肌肉总锡含量和消化腺细胞色素b5含量的变化,检测了消化腺解毒酶[7-乙氧基异吩恶唑-O-脱乙基酶(EROD)]、血淋巴液的超氧化物歧化酶(SOD)、碱性磷酸酶(AKP)和酸性磷酸酶(ACP)的活性,并对性腺及血淋巴液中性激素雌二醇(E2)和睾酮(T)的水平进行测定,还观察了消化腺和性腺的显微结构,以及性腺中卵膜间卵黄颗粒和鳃的细胞核、线粒体、上皮绒毛、粘液细胞等超微结构。  1)研究了TBT暴露后杂色鲍血淋巴液和肌肉总锡含量的变化及富集作用,结果显示,总锡含量随着TBT浓度的递增而增长,增长速率与TBT浓度正相关;总锡在血淋巴液中的含量要大大高于肌肉中的含量,通常在染毒末期达到最高,在20天的恢复期内无法恢复到对照组的含量水平,0.1ng/L浓度组仍表现保持原有水平;而肌肉中含量1ng/L以上组在染毒第44天就达到最高水平,在恢复期内恢复到与对照组相当的水平。这表明肌肉对有机锡及无机锡的蓄积较血淋巴液容易在短时间和低浓度达到平衡,也说明血淋巴液为锡的贮存库之一。总锡的BCF与TBT浓度呈负相关,血淋巴液总锡的BCF达104~107,肌肉总锡的BCF为103~105,说明杂色鲍对TBT及其代谢物有强富集作用,从而加剧了TBT的毒性效应。  2)研究了TBT暴露后生物转化酶的细胞色素含量及EROD、SOD活力的变化,结果显示,细胞色素b5含量在低浓度组主要表现为诱导,随着时间的推移,诱导程度呈现下降趋势,高于1ng/L的各浓度组表现出先诱导后抑制,但随着时间的推移,抑制程度有所下降;EROD活性主要表现为抑制;SOD活性主要表现为诱导。TBT暴露对生物转化酶含量及活性变化呈现较好的时间-效应和剂量-效应关系。TBT暴露对EROD活性和细胞色素b5含量的抑制使有毒性的活化中间产物在体内积累,可能是造成毒作用的重要原因;而对SOD活性的诱导作用,表明TBT在体内的积累和转化过程伴随着负氧阴离子等自由基的产生而致毒。  3)研究了TBT暴露后杂色鲍水解酶系统的影响,TBT对杂色鲍血淋巴液的AKP、ACP活性呈抑制效应,即使在恢复期仍保持显著抑制,除了影响杂色鲍消化功能外,还使免疫功能受到影响,表现出免疫毒性,最终降低了杂色鲍抵御外来攻击的能力。此外,TBT对磷酸酶的抑制会扰乱钙的代谢而使贝壳畸形。  4)研究了TBT暴露后性腺形态学上的变化,在对性腺显微观察中,10ng/L和100ng/L浓度组出现了卵细胞间隙增大,间隙中还有许多椭圆或长圆形染色较深的颗粒物,而对照和低浓度组则是卵细胞间隙致密,中间无颗粒物;从电镜观察卵细胞间隙中颗粒物得知,颗粒物并无二级结构,没有典型的精细胞特征,该颗粒物实际上是一种卵黄颗粒。由于TBT暴露使卵黄滞留在卵膜间隙内退行性变化造成性腺畸变,从而表现出生殖毒性。  5)研究了TBT暴露后雌性杂色鲍性腺及血淋巴液性激素水平的变化,结果显示,对照组性腺中性激素水平随着繁殖阶段的不同而呈现先升后降的变化规律;实验组性腺中T水平并没有明显的时间-效应和剂量-效应关系;性腺中E2水平在0.1ng/L浓度组染毒中期有所下降,1ng/L和10ng/L浓度组则呈现上升,100ng/L浓度组全程维持较低水平;血淋巴液中E2的变化趋势与性腺中基本一致,但滞后于性腺,说明杂色鲍中E2分泌是以性腺为主的。上述情况表明TBT具有内分泌干扰特性。研究还发现,T与E2的比值与性腺畸变在时间上还是强度上都具有十分密切的相关性,可以作为重要的内分泌干扰指标。  6)研究了TBT暴露后杂色鲍组织器官形态学上的变化,结果显示,在消化腺显微结构观察中,当TBT浓度大于10ng/L肝胰小叶出现实质凝聚,小叶边缘和肝小管变得清晰,消化腺积累营养物质的囊泡消失,说明TBT的长期暴露引发消化腺细胞一系列病症,还造成营养物质的大量消耗。通过对鳃超微结构观察,随着TBT浓度的上升,鳃上皮细胞核染色质从匀质到边缘化、凝聚,细胞内胞浆板层小体、空泡及异型核数目增多,这说明了TBT对鳃细胞的直接毒害;鳃呼吸上皮绒毛从皱褶到变得平整、肿胀,上皮绒毛的损伤将会影响气体交换;线粒体也出现空嵴现象,造成细胞内呼吸障碍;粘液细胞从正常到分泌颗粒聚集成分泌泡,甚至形成分泌突,分泌泡的高频出现表现出粘液免疫亢进,粘液细胞自溶则是细胞凋亡和老化的前兆。TBT暴露后杂色鲍鳃细胞超微结构发生了一系列相应的变化,说明鳃是对TBT污染形态变化敏感的器官之一。此外,鳃结构的损伤将引发贝体各器官和系统继发性的毒性效应。  综上所述,本研究通过在污染环境中的TBT低浓度下对杂色鲍进行了慢性暴污实验,跟踪观察TBT及其代谢物的生物富集作用引发了对生物转化、水解酶的影响和组织器官形态改变,性激素的失衡造成了内分泌干扰,并最终导致性腺畸变等一系列毒性效应过程。论文首次在低于当前检测限浓度下发现TBT对杂色鲍部分生化指标和鳃上皮绒毛形态的变化和影响,还首次观察发现杂色鲍卵黄颗粒散落卵膜间隙类型的性腺畸变,揭示了杂色鲍血淋巴液为总锡的贮存库之一,提出以睾酮与雌二醇的比值作为内分泌干扰指标,及内分泌干扰的实质是激素之间比例失衡造成的新观点。  实验结果显示,TBT对人和野生动物的潜在风险评估显得迫切而又重要,TBT对生物包括生殖毒性在内的毒性作用被大大低估。
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