本项目选取土霉素为典型抗生素,铅和锌为典型重金属,以赤子爱胜蚓为供试生物,从个体水平、组织水平、细胞/亚细胞水平和分子生物学水平系统开展土霉素-重金属复合污染对蚯蚓的毒性效应研究,包括应激行为和急性毒性效应、信号传导机制及氧化损伤作用、跨膜机制及基因损伤等。在此基础上,通过对DNA分子诊断标靶基因的研究和纳米生物条形码技术的分子诊断标靶基因/蛋白质研究,筛选出用于分子诊断的敏感标靶基因/蛋白质。然后,通过对土霉素-重金属复合污染快速分子诊断方法的验证,建立相应的复合污染快速分子诊断方法及标准化诊断程序,同时,确立土霉素-重金属复合污染毒性效应诊断的标靶基因/蛋白质,为土霉素-重金属复合污染的毒理学研究提供特异及敏感的分子生物学标志物。本研究不仅为抗生素-重金属复合污染毒理效应的分子机制提供理论基础和实验证据,而且为复合污染土壤快速诊断提供方法学依据。
Oxytetracycline;Heavy metal;Combined pollution;Toxicological mechanism;Molecular diagnosis
以赤子爱胜蚓为研究对象,采用自然土壤法研究了土霉素-铅/锌复合污染对蚯蚓和微生物的毒性效应及致毒机制研究。研究结果表明 (1)当土壤中土霉素、铅和锌的浓度分别为2560 mg/kg、1200 mg/kg 和400 mg/kg时,蚯蚓表现出明显的回避反应;铅、锌胁迫下,表现为明显的协同效应 。 (2)暴露初期,在铅、锌胁迫下,土霉素对蚯蚓体内谷光甘肽转移酶(GST)和乙酰胆碱酯酶(AChE)活性刺激均减弱,呈拮抗刺激,而对过氧化氢酶(CAT)表现为协同刺激作用;随着时间增加,暴露中、后期,铅胁迫下土霉素对GST和AChE的抑制作用增强,而锌胁迫下土霉素对三种酶整体表现为抑制作用 。 (3)与对照相比,土霉素、铅、锌单一污染下蚯蚓溶酶体中性红保留时间显著减少,且随着浓度增加呈现明显的剂量-效应关系。与单一污染相比,铅、锌胁迫下,土霉素对蚯蚓溶酶体中性红保留时间大幅下降,呈毒性抑制效应 。 (4)土霉素、铅、锌单一污染下,蚯蚓体腔细胞凋亡显著增加,且细胞晚期凋亡率随污染浓度增加而升高。与单一污染相比,铅、锌胁迫下土霉素对蚯蚓体腔细胞的毒性减弱,表现为拮抗效应。 (5)与土霉素单一污染相比,铅胁迫下土霉素对蔗糖酶和过氧化氢酶活性表现为拮抗抑制作用;对脲酶活性主要表现为协同刺激作用;低浓度铅与土霉素复合污染对碱性磷酸酶活性表现为协同刺激作用,而中高浓度铅与土霉素复合处理主要表现为拮抗刺激作用。(6)土霉素对细菌、真菌和放线菌数量的影响主要表现为刺激作用,刺激程度大小顺序为真菌>细菌>放线菌。复合污染对真菌、放线菌数量影响的交互作用类型是主要表现为拮抗刺激作用;低、高浓度的铅与土霉素复合处理的交互作用表现为协同刺激作用;中浓度铅与土霉素复合处理的交互作用表现为拮抗刺激作用。(7)铅的存在抑制了土霉素在土壤中的降解,且随着复合污染中铅浓度的升高,抑制作用增大。在中、高浓度铅胁迫条件下,土霉素具易降解性;在低浓度铅胁迫下,土霉素具较易降解性。