微囊藻毒素和重金属铜复合作用的鱼类积累与发育毒性及机制研究

As two kinds of widely concerned pollutants, microcystins and heavy metals copper have shown great harm to ecological safety and environmental health. They are coexisted in the environment, such as eutrophic lakes, rivers, especially in the water body which used copper algicide. Due to the interaction, their combined pollution in the environment is likely to change their own bioavailability and ecotoxicity.However, the current research is based on their single toxicity, and the combined toxicity and mechanism of compound pollution is still not clear. Hence, in this research, we chose plan to investigate the single and joint toxicity and mechanisms of copper and microcystins on growth and development of zebrafish with short-term and long-term exposure experiments, based on our previously studies. The research will reveal the mechanisms of combined toxicity of copper and microcystins from their bioaccumulation, which affected by complexation and transmembrane genes expression of polltants. Moreover, research will also explore the development toxicity and internal mechanism of their mixture from histopathology, enzyme activity, oxidative stress, DNA damage, and apoptosis, and screening the biomarkers to evaluate the joint toxicity. This research will deepen the ecological effects research of important pollutants in the environment especially in algae-bloom water bodies, and provide technical support for the biological monitoring, early-warning and risk evaluation of their compound pollution in algae-bloom water bodies, but also benefit for the establishment of a more scientific and rational environmental standards.

微囊藻毒素与重金属铜是当前广受关注的两类环境污染物，对生态安全与环境健康具有极大的威胁。它们广泛共存于蓝藻水华发生的湖泊、河流等水域中(尤其是使用含铜杀藻剂的水域)，其复合作用可能会对它们各自的生物有效性与毒性产生显著影响；而目前有关它们复合污染的生态效应还鲜有研究，其联合毒性与机制尚不清楚。本项目针对这一问题，在前期基础上，拟开展微囊藻毒素与铜复合作用对鱼胚发育的亚急性毒性与幼鱼生长的慢性毒性研究，并揭示其机制。研究从二者的络合作用、跨膜基因等驱动的污染物生物积累方面来揭示其复合毒性产生的过程与基础；从组织病理、酶活、氧化应激、DNA损伤与细胞凋亡等方面，进一步解析其对鱼类的复合效应与内在机理，并筛选单一及复合条件下的生物标志物，评价联合毒性。研究结果能深入解析微囊藻毒素与铜的生物影响与作用机制，为两类污染物的生物监测、预警与风险评估提供理论支撑，为制定科学合理的环境标准提供可靠依据。

微囊藻毒素（MCs）与重金属铜是当前广受关注的两类环境污染物，对生态安全与环境健康具有极大的威胁。它们广泛共存于蓝藻水华发生的湖泊、河流等水域中(尤其是使用含铜杀藻剂的水域)，其复合作用可能会对它们各自的生物有效性与毒性产生显著影响；而目前有关它们复合污染的生态效应还鲜有研究，其联合毒性与机制尚不清楚。本项目针对这一问题，首先开展了我国湖泊主要水体MCs和重金属分布与污染特征的文献总结分析，进而开展了微囊藻毒素与铜复合作用对斑马鱼的联合毒性效应与致毒机制研究；为了使研究工作更具系统性，项目还探讨了两种污染物的联合作用对苦草的毒性效应。主要研究结果如下：(1) 已有的数据分析表明，MCs与重金属Cu复合污染广泛存在，其在我国湖泊中的浓度分别为0.05~2.39 μg/L和0.02~10.2 μg/L。(2) MCLR与Cu离子对斑马鱼胚胎发育72h-LC50分别为2.79mg/L和3.23mg/L;在环境浓度的MCLR与Cu离子（低于60 μg/L）的复合作用对斑马鱼胚胎发育强烈的协同毒性作用。这种协同毒性作用是由于它们交互作用促进了毒物各自生物积累，进而引起氧化应激效应；在水生植物苦草中也表现出类似的规律。（3）MCLR与Cu交互作用能显著诱导有机阴离子多肽转运蛋白家族 OATPs基因表达 (如Oatp1d1 和 oatp2b1)和金属铜离子转运基因表达 (如 ctr1 和 atp7a)，从而促进了MCLR和Cu在生物体内的积累。（4）长期低剂量的MCLR与Cu离子复合暴露，对斑马鱼的影响分两个阶段，第一阶段（在暴露32 d以内），6 μg/L MCLR + 30 μg/L Cu联合暴露显著增加了幼鱼的死亡率和抑制个体生长，表现为协同效应；但后期存活下来的鱼表现出兴奋生长特性，其抗氧化系统酶学特征能很好的解释这种现象。转录组学分析发现，1 μg/L MCLR暴露主要影响光转导、离子跨膜转运等过程，5 μg/L Cu主要影响氧气运输、代谢和细胞排毒过程，它们联合作用影响了离子跨膜过程和神经系统；而6 μg/L MCLR + 30μg/L Cu更能引起生殖细胞的发育，从而产生生殖毒性。本研究系统揭示了MCLR－Cu在生物体内的毒性作用及其可能的毒性机制，对于正确评估有毒蓝藻水华的生态风险具有重要的现实意义。