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斑马鱼在环境保护中的应用
作者:管理员    发布于:2017-05-09 14:04:03    文字:【】【】【

  中国环境监测斑马鱼在环境保护中的应用刘在平,张松林(西北师范大学地理与环境科学学院,甘肃兰州730070)生物学研究中。近年来,随着水环境问题日益突出,迫切需要有效、全面的环境监测手段。斑马鱼或其转基因品种不失为水环境监测的生物。因为它们对各类水环境污染十分敏感,可实时检测进入水环境的污染物。文章对斑马鱼在环境激素、水质、生物诱导剂检测和环境评价等领域的应用进行初步讨论,为相关研究和应用提供。

  发育生物学和遗传学的实验动物模型。20世纪70年代末期,国外开始以斑马鱼进行化学物的急性毒性研究;1990年代初,用于混合化学物质的急、慢性毒性检测,以及重金属的生物累积效应研究等。近年来,国内外把斑马鱼及其转基因品种拓展到水环境保护领域,让人耳目一新,受到世人关注。本文对此进行回顾和展望,以期对斑马鱼的应用研究和水环境保护有所启迪。

  1斑马鱼概述1.1简介斑马鱼,亦称斑马担尼鱼、蓝条鱼、花条鱼和印度斑马鱼等。原产于印度东部、巴基斯坦、缅甸及孟加拉国的小溪、稻田以及恒河中游地区,是一种小型热带鱼。

  1.2特征成年鱼头稍尖,眼大,口上翘,身体呈纺锤形,尾部稍扁。雄鱼为深蓝色间柠檬色纵纹,身体纤细;雌鱼为蓝色纵纹加银灰色纵纹,身体比雄鱼粗壮,且腹部大。其性腺发育具有特殊性:在孵化后1012d,无论基因决定其是雌或雄,它们的性腺都会先发育成卵巢,直到孵化后23~25d后,性别分化开始启动。一半的鱼将继续其卵巢发育,另一半鱼的卵巢开始退化,逐渐转化成睾丸。在孵化后约40d,性别逆转过程基本完成,60d左右性腺成熟。

  2斑马鱼在环境保护中的应用近年来,国内外开始运用斑马鱼或转基因斑马鱼进行环境激素、水质、生物诱导剂检测和环境评价等,成效显著,因而受到普遍关注。

  基金项目:甘肃省教育厅基金项目(0801-08);甘肃省自然科学基金(2007GS03614):刘在平(1977-),男,安徽滁州人,硕士研究生。

  通讯作者:张松林2.1在环境激素检测中的应用环境雌激素是类激素物质,影响生物的内分泌系统、免疫系统、神经系统以及生殖和发育过程,有的还有致癌作用。因此,有必要对其进行检测,以确保环境生物安全。

  已知的环境激素结构多样,且新的环境激素物质不断出现,因此单从分子结构很难预测其干扰能力,需要新的检测技术。研究表明,斑马鱼可成为检测环境激素的模型生物。斑马鱼暴露于浓度相对较低的环境激素后,其性腺发育过程中就出现性别干扰和反转现象,如将斑马鱼暴露在低于lng/L的17a-乙炔雌二醇(EE2)水溶液中,就出现性别比例变化。Olsson等和Kime等将成年雌性斑马鱼暴露在17p-雌二醇(E2)和EE2中,发现其胚胎发育受到抑制。另外,斑马鱼暴露在一些多氯联苯(PCBs)及其代谢物和邻苯二甲酸-二-2-乙基己基酯(DEHP)等雌激素类化合物中,也发生了类似的现象H.雄性斑马鱼及其幼鱼体内的天然雌激素较少,其血浆卵黄蛋白原(VTG)水平很低;当其体内的VTG浓度增高时,表示存在着外源性雌激素。因此,通过检测斑马鱼体内的VTG水平,可推知环境中有无外源性激素类物质,以便采取相应措施保护水环境。

  2.2在水质检测中的应用水污染威胁人们的身心健康,而对水质进行全面检测以了解其污染状况和可能危害是解决水污染问题的前提。目前人们主要采用理化方法进行检测,但该方法只能反映其污染物的浓度,不能说明其危害程度。而利用水污染的“活检测器”斑马鱼检测水质变化,能更快速、真实和直观地反映水污染状况。

  潘力军等检测了被农药污染的饮用水和地表水源水,发现斑马鱼对两种农药具有较高的灵敏性,低可达微克级,而且速度快。随后他们又用斑马鱼对几家乡镇皮革厂经过简单沉淀池处理的综合废水和某小区生活污水进行了检测。结果表明,斑马鱼可灵敏、价廉和快速地检测工业废水和生活污水的毒性。张青碧等观察了不同浓度的城市生活污水对斑马鱼的发育影响,发现在早期生命阶段高浓度的生活污水对斑马鱼有致畸、致死效应,原因主要是污水中含有不少有机污染物和大量的细茵、病毒、部分寄生虫卵以及化学有害物。但类似的报道仍较少,且其污染机理也需要进一步研究。

  转基因斑马鱼对水体污染物更敏感,一旦微量的有毒有害物质进入水源就会立刻产生反应。宋后燕等成功培育了一种可检测水环境中雌激素污染的Fi代转基因斑马鱼,能直观、灵敏、特异和快速地显示水环境中雌激素类污染,即便极微量,其肝脏也会发射绿色荧光。还有的学者运用转基因斑马鱼的一些效应元件来检测某些污染物,当这些效应元件遇到其敏感的污染物时,就会被激活而发出绿光或红光,以提示水中存在特定的有毒有害物质。

  2.3在生物诱导剂检测中的应用采用斑马鱼诱导效应确定水环境污染物的研究较少。金鹏等。可见,斑马鱼也是生物诱导剂的敏感生物,可有效检测水环境中的生物诱导剂。

  2.4评估环境中化学物质的毒性目前,在美国化学文摘中登记的化学物质已超过2000万种,其中有数万种通过生产和使用等途径进入人们生活的各个方面,严重影响了人们赖以生存的环境和劳动卫生条件。随着环保要求曰益严格,生产、应用或排放每种化学物质时需要详细了解其毒性数据,而斑马鱼是佳的试验动物模型之一。

  赵春青等以斑马鱼为试材,采用半静态法在室内测定了10种不同类型农药对斑马鱼的毒性。根据96h的LC;。值,25氟虫腈悬浮剂和8精喹禾灵微乳剂对斑马鱼高毒,10吡唑草胺乳油、5己唑醇悬浮剂、40乙草胺可湿性粉剂、30三环异稻可湿性粉剂和65噻嗪酮可湿性粉剂对斑马鱼的毒性中等,25甲霜-霜霉威可湿性粉剂、300g/L双酰草胺乳油和35吡-异可湿性粉剂对斑马鱼低毒。赵于丁等。刘信勇等研究了人工纳米材料多壁碳纳米管(MWCNTs)对斑马鱼成体脑和肝组织中乙酰胆碱酯酶(AchE)、谷胱甘肽过氧化物-ATP酶活性的影响。结果发现,随着处理时间延长和p(MWCNTs,为质量浓度)增高,AchE和GSH~PX的活性降低,Na+、K+-ATP酶活性先升高后降低。

  3展望斑马鱼基因与人类基因的相似度达87,意味着斑马鱼毒性实验结果多数情况下也适用于人体,因此斑马鱼环境检测受到环境科学研究和实际保护工作者的重视。此外,斑马鱼胚胎透明,在24h内就可发育成形,易观察水环境污染物对其发育过程的影响,且雌性斑马鱼一次可产卵数百、上千枚,使研究者可在同一代鱼身上进行大量的不同的实验研究和低廉的监测工作,解决环境监测工作量大、成本昂贵的瓶颈问题。

  在国内,斑马鱼虽在感官系统、神经系统疾病、血管研究、癌症研究、免疫系统、内分泌系统、心脏发育调控、基因克隆和遗传学等方面有所应用,但这些应用研究还比较有限,有待进一步加强。

  总之,斑马鱼及其胚胎的性质决定了其在环境保护方面的广泛应用前景,尤其是生物技术的发展,推动了生物‘’环保哨兵“的创建。利用斑马鱼及其转基因品种对水环境污染物进行直观、快速的检测掀起了其环境保护应用高潮。随着研究工作的不断深入,相信其在环境保护等领域中将会发挥更大的作用。

  注:本文得到甘肃省重点学科生态经济学资助。

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