科研 Environmental Pollution：聚乙烯微塑料摄入影响斑马鱼（Danio rer）发育

　　尽管传统上被视为一个微观问题（即大的塑料碎片），但塑料污染问题在较小的范围内也很明显。尽管这些小聚合物对海洋生物群的影响一直是一个重要的研讨热门，但最近的全球查询标明，淡水湖泊和河流也遭到微塑料的影响。但是，尽管有这些发现，现在对这些颗粒物对淡水动物，特别是脊椎动物物种的影响了解依然有限。本研讨的意图是评价高浓度的微塑料（5和20mg/L）在斑马鱼（淡水脊椎动物模型）前期日子阶段的影响。研讨者将斑马鱼胚胎和幼鱼露出在荧光符号的聚乙烯微粒中长达14天，并评价它们的微塑料颗粒含量、成长、孵化和耗氧率。在整个露出进程中，研讨者调查到鱼的胃肠道中以浓度依靠的方法不断堆集微塑料，但无法检测到这些微塑料对幼鱼发育、成长或代谢的任何有害影响。但是，整个动物的转录组学显现，在48小时内，微塑料诱导了幼鱼基因表达的时刻短而广泛的改变，在14天内根本消失。但是，由于这些转录改变产生在幼鱼发育的要害时期，研讨者认为有必要对这些颗粒的潜在长时刻影响进行评价。

　　（即在孵化后的前两周内）。研讨者将卵和幼鱼露出在聚乙烯混合物中（10-45μm）。在随后的2周的微塑料（Microplastics，MP）露出中，研讨者监测了MP的累积、孵化率、逝世率、成长和代谢。此外，为了更好地了解MP露出对猜测的分子途径的影响，评价了露出于不同MP剂量的2天和14天对整个动物的转录反响。总的来说，研讨成果供给了一些关于微塑料对模型淡水脊椎动物物种的影响的见地，并且能够让研讨人员更好地评价这种普遍存在的污染物的一些生理生态效应。

　　前期发育：第一个试验是在高浓度的微塑猜中以0dpf开端培养斑马鱼胚胎 (20mg/L）。已知许多有毒物质在发育胚胎和幼鱼中具有害效果，研讨者监测了露出于MP的斑马鱼的逝世率、孵化率和发育率。在荧光灯下定时查看未受损伤的胚胎标明，MP颗粒无法穿过绒毛膜。此外，在24小时内露出于MP不会影响逝世率，并且在发育的前5天对孵化率没有实质性影响（图2）。考虑到斑马鱼绒毛膜孔的相对巨细（1μm），以及本试验中运用的MP颗粒的数量级较大（10-45μm），因而不影响孵化前的胚胎。此外，最近对小到足以穿透绒毛膜的原始塑料纳米颗粒的毒理学效应研讨发现这些颗粒对胚胎前期逝世或孵化成功的影响很小，因而好像纳米/微塑料全体对斑马鱼最早生命阶段的影响微乎其微。

　　MP堆集与幼鱼成长：在发育的前5天，研讨者继续对幼鱼进行监测，以评价它们开端堆集MP的发育点。广泛挑选（约9个板，70个胚胎/个）标明斑马鱼幼鱼只开端堆集微珠在约5dpf，与开端在这个物种的外源性喂食共同。鉴于这些调查成果，以下一系列MP露出开端于5dpf，然后转移到能够取得外源食物的幼鱼养殖烧杯中。风趣的是，在多个试验中，注意到在调查到的一切发育阶段（5-19dpf），MP只存在于鱼的胃肠道中（见图1）。这与运用纳米塑料的研讨构成比照，后者标明塑料在多个安排中堆集。但是，能够将这种差异归因于MP的巨细差异，由于本试验中的MP在μm水平，因而不太或许穿过上皮膜。风趣的是，另一项研讨标明，在成年斑马鱼中，相同巨细和浓度的MP不只在内脏中堆集，并且在鳃安排中也堆集，研讨者在任何处理中都没有调查到。这或许是由于幼鱼和成年斑马鱼鳃的根本生理差异，斑马鱼鳃直到14DPF（在试验结束时)才彻底发挥效果。因而，这两个生命阶段之间堆集的差异或许是由于露出于功用性鳃的时刻相对较短（5天），以及在整个个体发育进程中，特别是幼鱼和成年鱼之间，鳃的功用和依靠性产生了很大改变。

　　当斑马鱼在5dpf露出于MP时，研讨者调查到动物中MP的剂量依靠性累积（图3）。实际上，在每个取样点记录到的荧光量，20mg/L处理组是5mg/L的两倍。

　　并且在最高剂量下，鱼不会堆集更多的颗粒，并且是“饱满的”，或许或许标明荧光剖析自身的局限性。但是，成果标明，斑马鱼幼鱼继续吸取MP，但由于缺少时刻尺度上的堆集，它们彻底有才能排出MP。许多品种的脊椎动物和无脊椎动物与斑马鱼相似，能够操控MP的排泄，然后避免肠道堵塞和其他胃肠道功用障碍。

　　图3：斑马鱼幼体发育进程中的微塑料堆集。用荧光法测定了斑马鱼幼体发育进程中的微塑性物质浓度[5 mg/L(粉赤色) and 20mg/L(赤色)，n =4]。

　　成长和存活率，这两个重要的生理变量在这一要害时期的开展。总的来说，1dpf后的存活率在98%以上，并且在任何处理之间没有差异。幼鱼体型巨细预计会跟着幼鱼年纪的添加而添加，但两种处理之间好像没有任何差异（图4）。关于MP对幼鱼发育影响的报导很少，依据试验设计、品种和研讨中的MP，成果各不相同。例如，尽管MP对斑马鱼幼体的微观影响好像很小，但露出于MP的幼体鲈鱼逝世率跟着MP剂量的添加而添加，但其成长率相同未受影响。比较之下，MP对海胆幼鱼的成长和存活影响有限，而对腹足类红鳞鱼幼鱼的成长有负面影响。

　　呼吸丈量:由于成长速度好像相对不受试验条件的影响，研讨人员估测幼鱼生理的其他方面，即推陈出新，将遭到肠道中MP堆集的负面影响。事实上，假如MP的堆集影响养分物质的吸收或GIT功用的其他方面，人们会希望能量平衡有一个不同的分配，也就是说，假如要坚持成长速度，其他代谢开销应该削减。为了研讨这一点，作者对试验中不同发育阶段的一切成长的幼鱼进行了全动物呼吸测定。从受精中取得的MP鱼在7dpf时的耗氧量有明显但时刻短的削减（近50%）（图5）。这些影响好像仅仅暂时的，由于耗氧率与对照组（12dpf）比较无明显差异（图5）。当斑马鱼从5dpf开端在MP水中养殖时，在整个发育期间的耗氧量没有明显改变（图5）。因而，MP露出或许会影响一些MP处理的幼鱼的耗氧量。不同处理间的时刻差异或许能够解释为，从受精中养殖的斑马鱼一旦开端外源性喂食（~5dpf）就能够开端摄入MP，然后表现出前期反响，采样或许错过了其他MP处理的时刻窗。现在运用的呼吸丈量体系或许并不能照实估量动物的惯例代谢率，幼鱼有时在呼吸室内十分活泼。很少有研讨运用呼吸丈量法来评价MP对生理的影响，在桡足类动物中的一项研讨标明MP对活性代谢率没有影响。

　　图4：微塑料露出对幼鱼成长的影响。用显微镜丈量斑马鱼幼体在5dpf的条件下养殖2、7和14天后的巨细，淡化水（蓝色），5mg/L微塑料（粉赤色），和20mg/L微塑料（赤色）微塑料。

　　高剂量的MP露出好像对发育中的斑马鱼幼体的各种生理特性几乎没有影响。但是，最近在不同物种中的一些陈述标明MP露出具有分子效应。研讨者探求了MP露出对斑马鱼的分子根底。总的来说，MP处理的幼体主要在2天的时刻点表现出明显的基因表达差异，而第14天的露出产生了更少的DEG。GO注释成果显现，最明显的改变与脑发育、眼和感觉器官发育、胚胎和器官发育、胚胎器官形状产生以及头部发育等多种发育程序的下调有关。

　　最明显的下调类别与中枢和外周神经体系有关。例如，与中枢神经体系各种结构（如乳头体、中脑、后脑和下丘脑）相关的发育基因遭到明显影响（图6）。此外，MP露出继续影响与正常神经发育（树突和神经发育）、突触功用（囊泡周期、囊泡介导的突触转运、突触拼装）和整个神经进程（神经激动的传递）相关的转录本（图6）。此外，5mg/L处理上，大多数上调类别与翻译、核糖体和剪接体功用有关，标明蛋白质组成进程添加（图6C）。研讨者还进行了平行的David和GSEA剖析，以证明这些成果。

　　在一切受MP处理影响的通路中，大部分下调的DEG与神经体系有关（图6）。研讨发现与神经元功用、神经元分解和轴突构成以及视觉相关分子相关的转录物均匀有30%下调，但现在还不清楚MP影响鱼类神经生理学的机制。

　　在MP处理的鱼中，一些代谢基因一直遭到影响。包含糖酵解途径（己糖激酶、丙酮酸激酶、肌酸激酶、醛缩酶）、嘌呤代谢（腺苷酸环化酶）、氧化代谢（ATPase）和赖氨酸代谢。关于这些基因中的大多数，MP处理之间的下调是共同的，在20 mg/L处理中有更强的效果趋势，标明MP处理鱼的细胞代谢途径产生了深入的改变。在MP幼虫中至少有50%的与氮代谢相关的转录物和更详细的与尿毒症产生和转运相关的基因（氨甲酰磷酸组成酶III、鸟氨酸转氨酶、谷氨酰胺组成酶、水通道蛋白9b）上调。这些或许标明添加的蛋白水解促进MP露出的鱼中的促生途径的更高活性。综上所述，MP处理的鱼（尤其是高剂量的鱼）表现出代谢基因表达的调理，并对多种代谢途径产生潜在的影响。

　　大多数动物和每一个养分水平都或许遭到这种普遍存在的污染物的影响。为了更好地了解微塑料对淡水脊椎动物的潜在影响，研讨者将斑马鱼胚胎和幼体露出在超生态浓度的聚乙烯MP中。研讨成果标明，试验条件下，MP露出对发育中的胚胎和幼体的短期生理水平影响很小。但是，在MP露出后数千个基因表达产生时刻短改变，但在2周后根本消失。原因或许是露出产生在发育的要害阶段，试验动物以根本进程（如大脑和神经分解、推陈出新）为方针，未发现MP露出对动物后期的健康状况的影响。此外，在实际环境条件下，MP通常以更杂乱的混合物的方式存在，因而有必要在更符合实际环境的条件下研讨MP露出对各个生命阶段的影响。以便更好地了解并应对微塑料的潜在要挟。

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