论文部分内容阅读
量子点(quantum dots,QDs)作为一种新型的纳米材料,被广泛应用于物理、材料、生物等领域。目前,研究较多的是含Cd量子点。随着量子点的广泛使用,其将不可避免地进入水环境中,对水生生物产生毒性,最终危害人类健康,因此对量子点的安全性评估十分重要。有研究者指出ZnSe QDs的毒性较低。关于ZnSe/ZnS QDs是否会对生物体产生毒性效应,以及该QDs较含Cd QDs是否更安全还未见文献报道。本研究以稀有鮈鲫为实验对象,探究ZnSe/ZnS QDs对其胚胎的发育毒性。实验方法实验对象为我国特有小型鱼类稀有鮈鲫(Gobicypris rarus)。实验浓度设置为:对照组(即稀有鮈鲫胚胎培养液ISO1996)、50、100、200、400和800nmol/L QDs浓度组。采用水体浸泡暴露方式,检测不同浓度ZnSe/ZnS QDs在胚胎发育至12、24、48、72和96hpf(hours post fertilization)对稀有鮈鲫胚胎形态、自主运动频率、心率、孵化率、存活率、全长和畸形率的影响。利用荧光实时定量PCR检测发育相关基因(Wnt8a、Mstn、Vezf1、Cp、Gfap、Foxl2)以及氧化应激相关基因(Hsp70、Cyp1a、Cat、Gpx)的mRNA的表达水平;测定SOD、GPX酶活性、MDA含量和Ca2+–ATP酶活性;彗星实验检测96hpf DNA损伤程度。实验显示暴露至36hpf,各浓度组的自主运动频率均低于对照组7.58±3.92次/min;暴露至48hpf,800nmol/LQDs浓度组心率为44.17±1.75次/min,显著低于对照组52.33±0.67次/min(p<0.05);采用概率单位法,得出稀有鮈鲫胚胎72hpf的LC50为1418.683nmol/L。暴露至96hpf,100至800nmol/L浓度组的胚胎孵化率、体长和畸形率均与对照组差异显著(p<0.05),同时导致多种畸形症状,如心包囊水肿、脊柱弯曲、尾部弯曲和卵黄囊水肿等;暴露96hpf,各浓度组存活率均低于对照组97.08±0.80%;Ca2+–ATP酶活性随ZnSe/ZnS QDs浓度的升高而降低,Ca2+的运输受到阻碍,使Ca2+在细胞内大量累积,引起骨骼异常发育。此外,暴露至72hpf,高浓度组Mstn与对照组无显著性差异,但Wnt8α的表达量较对照组极显著上调(p<0.01),使得骨骼和肌肉的生长速度不一致,导致胚胎脊柱弯曲。随着ZnSe/ZnS QDs暴露浓度增大,Vezf1的表达量和Ca2+–ATP酶活性均下调,这说明ZnSe/ZnS QDs对稀有鮈鲫胚胎心脏的发育产生了一定的损害,同时暴露至48hpf,各浓度组的心率均低于对照组,这可能是胚胎受到外界不良环境的刺激,胚胎代谢速度减慢,导致呼吸减慢。暴露至12hpf,SOD活性和Cat的表达量与对照组无显著性差异,保持一定的同步性,而100和200nmol/L浓度组的Gpx表达量显著高于对照组,可能是SOD和CAT提前清除ROS,氧化应激能力被激活,诱导GPX产生,随着时间的延长,高浓度组(400和800nmol/L)GPX酶活性被极显著激活,协同SOD和CAT酶,及时清除体内多余的ROS。暴露至24hpf,SOD活性和MDA含量虽然有变化,但与对照组无显著性差异,此时,Hsp70和Cyplα的表达量与对照组有显著性差异(p<0.05),可能是ZnSe/ZnS QDs最先诱导抗氧化基因的表达,表明抗氧化酶活性及抗氧化基因mRNA水平表达不同步。暴露至48hpf,SOD活性与对照组无显著变化;MDA含量和Olive尾距均与对照组差异显著(p<0.05);同时800nmol/L浓度组的Hsp70、Cyplα和Cp的表达量与对照组有显著性差异(p<0.05),可能是ROS被SOD转化为H2O2,SOD迅速复原,抗氧化系统相关的酶和基因被迅速激活;暴露至72hpf,SOD活性和MDA含量均与对照组相比无显著性差异,此时,800nmol/L浓度组的Hsp70和Cyplα的表达量与对照组有显著性差异(p<0.05),表明当胚胎受到氧化胁迫,但是产生的ROS未超出机体自身的清除能力,抗氧化系统维持在动态平衡中。暴露至96hpf,800nmol/L QDs浓度组胚胎SOD的活力和MDA含量均与对照组有显著性差异(p<0.05),同时200 nmol/LQDs浓度组的Hsp70和Cyplα表达量与对照组差异显著(p<0.05),高浓度组Olive尾距较对照组显著升高(p<0.05)。此时,800nmol/L浓度组的Cat和50nmol/L浓度组的Gpx表达水平显著高于对照组(p<0.05)。各浓度组Cp表达水平均与对照组无显著性差异,但50、100和400nmol/L浓度组Cp表达量低于对照组,可能是卵膜对胚胎有保护作用,72hpf之前胚胎未孵化,卵膜限制了QDs进入胚胎,72hpf之后,胚胎孵化失去卵膜的保护作用,QDs与胚胎直接接触,导致抗抗氧化蛋白的结构发生改变,胚胎抗氧化能力不足。这说明随着QDs暴露时间延长,稀有鮈鲫胚胎氧化损伤程度增加。随DQs暴露浓度增大,胚胎细胞核的拖尾现象越严重,说明QDs对稀有鮈鲫胚胎造成了DNA损伤,可能是QDs粒径较小,穿过细胞膜进入到细胞,诱导胚胎产生过量ROS,最终导致胚胎DNA断裂。结论ZnSe/ZnS QDs暴露会对稀有鮈鲫胚胎一定程度的毒性,主要表现在心率下降、胚胎孵化时间延迟、体长变化以及心包水肿、脊柱和尾部弯曲等。Ca2+–ATP酶及发育相关基因的变化会导致胚胎畸形、氧化应激。这可能是与量子点的大小,吸附性,富集作用以及释放出的Se等有关。