水环境中孕激素物质的生物地球化学过程及其生物效应

The occurrence and endocrine disrupting effects of natural and synthetic steroid hormones including estrogens, androgens, progestogens and corticosteroids in aquatic environments have recently received considerable attention. The reported research mainly focused on the investigation of concentrations of these steroids in the environment and aquatic toxicological effects caused by estrogenic and androgenic substances. Little has been known about the biogeochemical processes and ecotoxicological effects of progestogens in aquatic environments. On the basis of previous investigations, this project will study the roles of progestogens in the biogeochemical processes involved with different aquatic organisms (bacteria, green algae and fish) with a natural progestogen Progesterone and a synthetic progestogen Norgestrol as the model compounds. This investigation includes: (1) microbial degradation of the progestogens in simulated water-sediment systems under different redox conditions, (2) interaction mechanisms between the progestogens and green algae, and (3) toxicological effects of the progestogens on fish's all life cycle and potential bioaccumulation and transformation of these compounds within fish body. Through the above experimental studies, we will be able to assess the environmental fate and potential ecological risks of these progestogens in aquatic environments.

近年有关水环境中天然与合成类固醇激素（雌激素、雄激素、孕激素和皮质激素）污染及其内分泌干扰效应受到广泛关注，但研究主要集中于它们的环境调查以及雌激素和雄激素物质的水生生态毒理效应研究，而对水环境中孕激素物质的环境地球化学过程与生态毒理效应研究十分薄弱。本项目将在已有研究基础上以天然孕激素黄体酮和合成孕激素甲炔诺酮为目标化合物，研究水环境中不同营养级生物细菌、绿藻和鱼在孕激素物质的生物地球化学过程中的作用。重点研究好氧和厌氧条件下孕激素物质在水－沉积物体系中的微生物降解规律，孕激素物质与绿藻的相互作用机制，以及孕激素物质对鱼全生命周期各阶段的生态毒理效应和生物富集转化机理。通过实验室各种实验处理研究，系统评价水环境中孕激素物质的归宿和潜在的生态风险。

近年有关水环境中天然与合成类固醇激素（雌激素、雄激素、孕激素和皮质激素）污染及其内分泌干扰效应受到广泛关注，但研究主要集中于它们的环境调查以及雌激素和雄激素物质的水生生态毒理效应研究，而对水环境中孕激素物质的环境地球化学过程与生态毒理效应研究十分薄弱。本项目主要以天然孕激素黄体酮和合成孕激素甲炔诺酮为目标化合物，研究水环境中不同营养级生物细菌、绿藻和鱼在孕激素物质的生物地球化学过程中的作用。重点研究好氧和厌氧条件下孕激素物质的微生物降解规律，孕激素物质与绿藻的相互作用机制，以及孕激素物质对鱼全生命周期各阶段的生态毒理效应和生物富集转化机理。通过以上研究，项目以取得了一系列研究成果，主要研究成果为：（1）天然孕激素的微生物降解速率显著大于人工合成孕激素，好氧条件下孕激素的降解速率显著大于厌氧条件。驯化分离出21种黄体酮降解菌和14种去氢孕酮降解菌，其中降解菌P19 Bacillus sp. I12B-00915和G2 uncultured Bacillus sp.分别对黄体酮和去氢孕酮的降解效率最高，降解转化主要包括羟基化、去氢和加氢三种机制；（2）两株淡水绿藻（斜生栅藻和蛋白核小球藻）对黄体酮和诺炔孕酮具有较好的去除能力，诺炔孕酮降解效率低于黄体酮，斜生栅藻的降解效率更高，降解途径主要为绿藻生物降解。（3）黄体酮和甲炔诺酮对斑马鱼早期胚胎发育阶段的毒性作用基本一致，但对斑马鱼幼鱼和成鱼阶段的影响有显著差异，黄体酮和甲炔诺酮主要干扰了斑马鱼胚胎、幼鱼和成鱼发育阶段HPG轴相关基因的转录水平以及性激素水平和性别分化，从而对斑马鱼生殖内分泌系统有潜在的风险。黄体酮、甲炔诺酮和雌二醇复合暴露显著提高了大部分HPG轴和昼夜节律相关基因的转录水平，从而增强了对斑马鱼生殖内分泌系统的干扰效应。相关的研究成果已发表SCI论文16篇，第一标注8篇；培养博士研究生4名（其中2名已毕业），硕士研究生1名（已毕业）。