石油污染对海洋模式生物海胆的分子毒理效应及机制研究

石油烃的沉降与积累特性导致海底环境的油污染程度相对最高，而基于分子机制的油污染对底栖生物的毒理效应与生物标志物研究还很欠缺。在已有工作基础上，本项目选择海洋底栖类模式生物-海胆为受试生物，试验研究低浓度长期石油烃污染对海胆胚胎生长发育的影响及分子毒理学机制，包括：（1）调控胚胎发育的关键基因Hox基因、Runx基因，以及解毒与防御系统关键基因细胞色素P450基因、谷胱甘肽硫转移酶GST基因、过氧化氢酶CAT基因、超氧化物歧化酶SOD基因在石油烃暴露下的异常表达水平变化，并筛选对油污染敏感的易感基因；（2）对易感基因进行遗传损伤指标检测，包括DNA加合物、DNA链断裂、基因突变等；（3）进行易感基因的表观遗传学指标检测，包括全基因组和目标基因DNA甲基化程度的检测，分析DNA甲基化对基因表达的调控机制。在分子水平上为海底生态石油污染的早期预警寻找合适的生物标志物，为制定相关防范对策提供依据。

石油烃的沉降和难降解特性导致近岸海底环境的油污染程度相对较高。本项目选取海洋底栖环境模式生物-海胆作为受试生物，分别从个体发育、生化反应和分子遗传等不同水平，综合研究石油烃污染对海胆的毒理效应及影响机制，并寻找适合监测与诊断油污染程度的生物标志物。主要研究结论如下：.（1）石油烃在低浓度时对不同发育期海胆胚胎抗氧化防御系统的CAT、SOD、GPX、GST及P450等主要酶活性主要体现为诱导效应，但随着石油烃浓度的增加会逐渐转化为抑制效应。其中囊胚期的GPX、GST和P450酶活性对石油烃污染相对最为敏感，比较适合作为油污染程度较高条件下的生物监测指标；.（2）应用单细胞凝胶电泳技术（SCGE），研究石油烃污染对马粪海胆DNA损伤程度，结果表明石油烃浓度在超过50mg/L时开始对马粪海胆的DNA造成一定的损伤。同时暴露天数与细胞受损率、彗尾DNA百分含量与DNA平均迁移长度之间具有良好的相关性，可以作为污染暴露强度的分子生物指标；.（3）采用PCR-SSCP技术和测序方法，在低剂量石油烃染毒条件下研究SPLOX、 WNT8和HFN—6基因突变情况。发现各个基因在编码区的不同位上均发生了碱基变化，氨基酸产生转换突变，表明低剂量石油烃污染会造成马粪海胆DNA突变，具有一定的基因毒性；.（4）应用随机扩增多态性DNA标记生物技术（RAPD），在分子水平上研究石油烃对马粪海胆DNA的损伤程度。结果发现，随着石油烃浓度的不同，马粪海胆性腺组织DNA易损伤位点各不相同，出现明暗变化的时间也不同，说明其易损伤位点的耐污性不同，因此可以通过损伤位点推断污染强度；.（5）采用高效液相色谱法对马粪海胆全基因组DNA甲基化水平检测结果表明：石油烃污染与马粪海胆的全基因组DNA甲基化程度的剂量-效应之间虽然未呈现很明显的线性关系，但随着暴露时间延长，马粪海胆全基因组DNA甲基化水平比对照组显著降低，出现低甲基化现象，这可能是由于长时间暴露使得DNA甲基转移酶活性逐渐受到抑制造成的，适合作为低剂量长期暴露污染程度的分子标志物；. 总之，石油烃污染对海胆胚胎的个体发育、生化反应和分子遗传均会产生不利影响，且污染强度和生物效应之间的表征关系总体比较明显，说明海胆作为海洋石油烃污染监测的模式生物是非常合适的，可以根据污染强度和暴露时间特征选择不同的标志物作为生物监测指标。