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题目:氟化钠对中华大蟾蜍胚胎发育的影响

关键词:氟化钠;中华大蟾蜍;毒理研究;胚胎发育;脱碘酶

  摘要


       氟是存在于地球上最丰富的化学元素之一,由于氟化学性质活泼,在自然界中几乎不以氟单体的形式存在,而是与其它元素结合形成无机和有机氟化物。氟是动物及人体发育过程中必需的微量元素之一。适量摄入氟有益于龋齿的预防和骨骼发育,然而过量的氟摄取会对动物及人体产生毒性效应,造成氟斑牙、氟骨症外, 还会引起机体神经系统、内分泌腺等非骨相组织器官的损伤。近年来,随着现代工业的发展,人类生产活动造成大量氟化物的产生,如金属冶炼、有机肥料的加工、含氟“三废”的排放,导致水环境中氟含量持续升高。中华大蟾蜍作为我国两栖类最具代表性的物种,其胚胎发育和幼体发育均在水域中进行, 水域氟污染会直接影响其发育。

      在本研究中,首先研究了氟化钠对中华大蟾蜍胚胎的急性毒性效应,以及亚致死浓度下氟化钠对中华大蟾蜍胚胎生长发育的影响,其次对胚胎的体重和体长进行了测量和分期,和电镜观察,最后采用 RT-PCR 和 Real-time PCR 方法,对不同分期中华大蟾蜍胚胎样本中的 Dio2, Dio3, TRα 和 TRβ mRNA 水平进行定量研究。本文的主要研究结果如下:

      1. 采用半静态生物毒性试验方法对中华大蟾蜍 G11 期- G22 期(本研究依照Gosner(1960)对蛙类胚胎的分期方法来确定蛙胚的不同发育时期)的胚胎进行氟化钠的高浓度 (200-500 mg/L) 毒性试验,统计了氟化钠对中华大蟾蜍胚胎的致畸个数和致死个数,并计算了半数致畸浓度 (EC50) 和半数致死浓度 (LC50)。结果显示中华大蟾蜍胚胎暴露在氟化钠中 216 小时的 EC50 和 LC50 分别为 416.37 mg/L和561.64 mg/L,并且暴露在 500 mg/L的畸形率和致死率分别是 66.25% 和 47.50%。

       2. 氟化钠可以造成中华大蟾蜍胚胎畸形,主要包括卵黄囊水肿、体轴弯曲和组织畸形增生。扫描电镜进一步了解氟化钠对胚胎的致畸效应,结果显示氟化钠会导致胚胎尾部表皮细胞畸形增生和变性。

       3. 采用半静态生物毒性试验方法对中华大蟾蜍 G7 期- G22 期的胚胎进行氟化钠的亚致死浓度 (1-150 mg/L) 毒性试验,通过测定体重和体长等相关形态学数据,推测氟化钠对中华大蟾蜍胚胎生长发育的影响。结果显示,氟暴露对体重和体长均呈现出了剂量相关性的影响。1 mg/L 氟暴露对胚胎的体重和体长没有显著性影响 (p >0.05),10-150 mg/L 氟暴露会造成胚胎的体重和体长的显著降低 (p  <0.05)。

      4. 在亚致死浓度毒性试验中,记录暴露在不同浓度氟化钠,中华大蟾蜍胚胎发育到 G22 期的累计发育时间;记录 6 d-9 d,胚胎发育的平均时期。采用两种不同的统计方法,分析氟化钠对中华大蟾蜍胚胎生长发育的影响。累计发育时间结果的统计分析显示,在氟化钠处理组,胚胎的发育延迟显著 (p <0.05);胚胎发育分期的结果统计分析表明,1 mg/L 氟暴露对胚胎的发育进程无显著性影响 (p >0.05),10-150 mg/L 氟暴露会显著延迟胚胎发育(p <0.05)

       5. 采用实时定量 Real-time PCR方法, 检测氟化钠在中华大蟾蜍胚胎发育过程中对脱碘酶基因 Dio2, Dio3以及甲状腺激素受体基因 TRα 和 TRβ 表达水平的影响。结果显示:在 G11期 (原肠胚期),氟化钠处理组中Dio3 和TRβ基因的表达量显著性增加 (p <0.05),而Dio2 和 TRα 基因的表达水平与对照组相比,无显著性差异 (p >0.05);在 G16 期 (神经胚期),经氟化钠暴露的实验组,其Dio2, Dio3, TRα 和 TRβ 基因的表达水平与对照组相比均有显著性升高 (p <0.05);在 G18 期 (肌肉效应期),经100 mg/L 氟化钠处理的实验组中,Dio2 和 TRα 基因的表达量显著性降低 (p <0.05),而Dio3 和TRβ基因的表达量在100 和 150 mg/L 氟化钠暴露组中显著性增加 (p <0.05);在 G22 期 (尾鳍循环期),经氟化钠暴露的实验组,其Dio2, Dio3, TRα 和 TRβ 基因的表达水平与对照组相比均有显著性降低 (p <0.05)。推测氟化钠可能通过干扰脱碘酶基因 Dio2 和 Dio3,以及甲状腺激素受体基因 TRα 和 TRβ 的正常表达,从而影响中华大蟾蜍胚胎的发育。

       本研究首次从传统毒理学和现代分子生物学水平较系统的研究了氟化钠对中华大蟾蜍胚胎发育的影响,取得了较完整的研究数据,揭示了氟化钠对中华大蟾蜍胚胎的中毒机理,为两栖类毒理学研究及其栖息地的保护研究提供了参考。