邻苯二甲酸酯对大型溞的生殖毒性及生态风险评价研究

In this research, we will focus on the eco-toxicological effects of typical pollutants phthalates esters stress on aquatic organism. Daphnia magna is one of the most commonly studied model organism for development toxicology. Combining cross-disciplines method, molecular biology, biology slice and ecotoxicology, will be used to systemically study the population dynamics, the toxic endpoints and the function of gene in response to phthalates esters stress in D. magna during reproductive development. The methods of experimental ecology will be used to study the effect of phthalates esters on the survival, growth, and reproduction of D. magna. The reproductive developmental toxicity of phthalates esters to D. magna will be determined with the method of biological toxicity and biochemical toxicity. The histopathological change will be observed by using biology slice techniques. The study is carried out through the integrative analysis the differentially expressed genes and their expression patterns. The expression and identification of corresponding genes will be obtained using RT-PCR approach. The aim of our research is to illuminate toxic mechanism of phthalates esters to the reproductive development process of D. magna and reveal the molecular response mechanism of corresponding genes involved in the regulation of stress tolerance in D. magna. We will build evaluation indexes system and assessment method for environmental pollution accident risks for phthalates esters. This study not only offers basic data for toxicity assessment, risk appraisement and the safety concentration of phthalates esters in aquaculture, but also it is important in biotest model building on the water environment pollutant.

本项目针对典型的环境雌激素邻苯二甲酸酯类化合物对水生生物的生态毒理效应，采用生殖转化和毒理学研究的模式生物大型溞为受试动物，以邻苯二甲酸酯胁迫大型溞生殖发育各阶段终点效应以及生殖发育相关基因的转录水平为切入点，利用RT-RCR、生物切片技术和生态毒理学分析等一系列实验方法，从种群动态变化、基因调控水平及发育毒性终点效应三个方面，揭示邻苯二甲酸酯类化合物对大型溞生殖发育的毒性效应及特定基因对大型溞生命过程的调控机制，以期从分子水平阐明邻苯二甲酸酯类化合物的致毒机理并建立邻苯二甲酸酯生态风险评价的指标体系和方法，为邻苯二甲酸酯的毒性评价、污染控制和环境监测提供科学依据。

本项目针对典型的环境雌激素邻苯二甲酸酯类化合物对水生生物的生态毒理效应，采用模式生物大型溞（Daphnia magna）为受试动物，利用生态毒理学分析、RT-PCR等一系列实验方法，从种群动态变化、基因调控水平及发育毒性终点效应三个方面，系统研究了常见邻苯二甲酸酯类化合物--邻苯二甲酸二丁酯（DBP） 和邻苯二甲酸二（2-乙基己）酯（DEHP）对大型溞生殖发育的毒性效应。结果表明，从急性毒性效应来看，大型溞的死亡率与DBP和DEHP的剂量存在显著的线性相关，DEHP对大型溞的毒性较DBP强；从慢性毒性效应来看，在试验浓度范围内，DBP和DEHP均对大型溞P代生殖具有明显的促进作用，DBP对F1代具明显抑制作用，而DEHP对F1代无明显作用，二者对F3代均呈现低浓度促进，高浓度抑制；从生理生化指标和相关基因表达来看，T-AOC、MDA以及GST、CAT基因表达量对DBP胁迫效应表现出较高的敏感性，幼溞对DBP较成溞敏感，而成溞对DEHP较幼溞敏感；从脂肪酸组成和含量来看，0.2~1.0mg/L DBP组，大型溞的总脂肪酸（TFA）含量均随DBP浓度的增加呈先升后降的趋势；从转录组分析来看，本研究采用转录组Illumina Hiseq4000二代测序平台技术，能有效地筛选出大型溞响应DBP胁迫的差异表达基因如CYP-3和GSP；从胚胎发育来看，DBP的剂量与大型溞胚胎的死亡率之间存在着显著的相关性，DBP对大型溞胚胎的48 h LC50值为2.621mg/L。用母体暴露或胚胎直接暴露两种DBP胁迫处理下，胚胎异常发生率均随DBP浓度的增加而明显升高，且胚胎直接暴露下胚胎的发育异常发生率均高于母体暴露。在胚胎发育阶段，COX3和ATP6基因对DBP胁迫效应表现出较高敏感性，其表达量较对照组均显著抑制（p<0.05）。应用多元线性回归法、主成分回归法和偏最小二乘法等进行了定量构效关系分析，建立了PEs等有机污染物的环境污染风险评价模型。本项目结合上述毒性终点指标，筛选出了PEs毒性监测的生物标志物。本项目研究结果为邻苯二甲酸酯的毒性评价、污染控制和环境监测提供了科学依据。