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        紅霉素對連續(xù)3個(gè)世代多刺裸腹溞存活和生殖的影響

        2018-08-01 01:25:34儲(chǔ)斌席貽龍朱凌云馮若楠
        生態(tài)毒理學(xué)報(bào) 2018年3期

        儲(chǔ)斌,席貽龍,朱凌云,馮若楠

        安徽師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,安徽省重要生物資源的保護(hù)和利用研究省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,皖江城市帶退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建安徽省協(xié)同創(chuàng)新中心,蕪湖 241000

        抗生素的發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是20世紀(jì)最重要的科學(xué)成就之一。抗生素不僅被廣泛地用于人和動(dòng)物疾病的預(yù)防和治療,還被作為生長促進(jìn)劑添加于飼料中用于畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)[1]。常規(guī)服用的抗生素,約有50%~90%以原藥或其代謝物形式通過糞尿被排出體外,然后通過污水處理后間接進(jìn)入環(huán)境,或通過施肥直接進(jìn)入環(huán)境中[2]。紅霉素的長期使用使得地表水、地下水以及處理過的污水中均有殘留[3-7],其生物活性即使是在非常低的濃度下(ng·L-1)也可能威脅水生態(tài)環(huán)境和人類健康[8-11]。因此,研究紅霉素對水生生物的影響具有重要的意義。

        有關(guān)紅霉素對水生生物的毒性作用研究,已有一些報(bào)道:研究所使用的受試生物包括細(xì)菌、藻類、浮萍、原生動(dòng)物、輪蟲、枝角類、庫蚊、魚類和兩棲動(dòng)物等類群的多種生物;實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)涉及半數(shù)致死濃度等急性毒性實(shí)驗(yàn)指標(biāo)以及存活、生長、生殖和遺傳毒性等慢性毒性實(shí)驗(yàn)指標(biāo)[8,12-21]。然而,上述研究均只涉及單一世代的受試生物。自然水體中,水生生物是持續(xù)暴露于環(huán)境污染物之中的,僅研究預(yù)先沒有暴露于污染物中的母體可能會(huì)低估污染物的毒性作用[22-24]。因此,研究污染物對連續(xù)世代的水生生物的毒性作用具有重要的意義;但有關(guān)紅霉素對連續(xù)世代的枝角類存活和生殖等的影響尚未見報(bào)告。

        多刺裸腹溞屬于甲殼綱、枝角亞目、裸腹溞屬,是許多淡水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。由于其生命周期短,對污染物敏感性強(qiáng),能通過孤雌生殖獲得純系,因此被廣泛用于水體污染物的毒性監(jiān)測和生態(tài)毒理學(xué)研究[25-28]。近幾年來,以其為受試生物開展枝角類連續(xù)世代的毒理學(xué)研究在逐漸增多[26-29]。本文以多刺裸腹溞為研究對象,研究了紅霉素對其連續(xù)3個(gè)世代(F0、F1和F2)生活史參數(shù)的影響,旨在彌補(bǔ)國內(nèi)外此方面研究之不足,揭示紅霉素毒性隨其孤雌生殖世代數(shù)增加而變化的規(guī)律。

        1 材料與方法(Materials and methods)

        1.1 實(shí)驗(yàn)材料

        受試動(dòng)物:試驗(yàn)用多刺裸腹溞(Moinamacrocopa)由香港科技大學(xué)提供,在(25±1) ℃、自然光照的恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行克隆培養(yǎng)。培養(yǎng)時(shí),以EPA(通過溶解96 mg NaHCO3、60 mg CaSO4、60 mg MgSO4和4 mg KCl于1 L蒸餾水中配制而成)[30]為培養(yǎng)液,以用HB-4培養(yǎng)基[31]培養(yǎng)的、處于指數(shù)增長期的斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)為食物。斜生柵藻離心濃縮并經(jīng)顯微計(jì)數(shù)后使用,投喂密度為1.0×106cells·mL-1[32]。

        實(shí)驗(yàn)藥品:試驗(yàn)用紅霉素(純度≥98%)購于Sigma-Slarbio公司。實(shí)驗(yàn)前,用丙酮將紅霉素配制成1 g·L-1的原液,然后用蒸餾水稀釋成10 mg·L-1的母液,母液每周更換1次。實(shí)驗(yàn)時(shí)用EPA將母液配制成所需要的濃度。

        1.2 多刺裸腹溞生活史實(shí)驗(yàn)方法

        依據(jù)紅霉素對多刺裸腹溞存活和生殖的7 d-NOEC值為50 mg·L-1 [8],實(shí)驗(yàn)將紅霉素濃度設(shè)置為6個(gè)梯度,分別為0.02、0.2、2、20、200和2 000 μg·L-1,另設(shè)空白對照組和丙酮(助溶劑)對照組(其中丙酮含量與2 000 μg·L-1濃度組中的含量相同,為0.5‰)。實(shí)驗(yàn)在與預(yù)培養(yǎng)相同的條件下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)選取多刺裸腹溞各世代于第3窩所產(chǎn)的幼體(齡長<12 h)進(jìn)行;其中,F(xiàn)0代幼體為預(yù)培養(yǎng)狀態(tài)下多刺裸腹溞在第3代第3窩所產(chǎn)的雌性幼體,F(xiàn)1代幼體為F0代在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下第3窩所產(chǎn)的雌性幼體,F(xiàn)2代幼體為F1代在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下第3窩所產(chǎn)的雌性幼體。實(shí)驗(yàn)在6孔培養(yǎng)板內(nèi)進(jìn)行,每孔加入10 mL測試液(內(nèi)含密度為1.0×106cells·mL-1的斜生柵藻)和1只多刺裸腹溞幼體,每個(gè)濃度設(shè)12個(gè)重復(fù)。實(shí)驗(yàn)開始后,每天更換50%測試液一次(內(nèi)含密度為1.0×106cells·mL-1的斜生柵藻),每12小時(shí)觀察并記錄1次多刺裸腹溞的存活數(shù)、繁殖窩數(shù)和每窩所產(chǎn)的幼體數(shù),并移出幼體。實(shí)驗(yàn)持續(xù)到所有原初個(gè)體死亡為止;死亡標(biāo)準(zhǔn)以晃動(dòng)杯子15 s不動(dòng)為準(zhǔn)[8,33]。

        表1 連續(xù)3個(gè)世代暴露于不同濃度紅霉素溶液中多刺裸腹溞的存活和生殖參數(shù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)Table 1 Parameters of survival and reproduction of three successive generations of M. macrocopa exposed to different erythromycin concentrations (Mean±SE)

        注:*與各世代的空白對照組相比有顯著性差異(P<0.05)。Note: *significantly different from the blank controls in each generation (P<0.05).

        1.3 數(shù)據(jù)處理方法

        采用SPASS 19.0分析軟件對各生活史參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素、雙因素方差分析和多重比較(LSD檢驗(yàn)),以揭示不同紅霉素濃度、世代數(shù)以及它們之間的交互作用對多刺裸腹溞各生活史參數(shù)影響的顯著性。

        2 結(jié)果(Results)

        與空白對照組相比,暴露于0.5‰的丙酮(助溶劑)溶液中多刺裸腹溞,除了F1代和F2代的首次生殖年齡顯著減小了13.73%和16.00%外(P<0.05),3個(gè)世代多刺裸腹溞的其他各生活史參數(shù)均未出現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)(表1)。

        2.1 紅霉素濃度對連續(xù)3個(gè)世代多刺裸腹溞存活的影響

        紅霉素濃度對多刺裸腹溞F0代平均壽命的影響表現(xiàn)出“低促高抑”的劑量-效應(yīng)關(guān)系(P<0.05),但其對平均壽命影響的顯著性隨著多刺裸腹溞世代數(shù)的增加而消失(P>0.05)。與空白對照組相比,暴露于0.02 μg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F0代的平均壽命延長了10.26%(P<0.05),但暴露于2~2 000 μg·L-1紅霉素溶液中的F0代的平均壽命則縮短了25.87%~54.84%(P<0.05);暴露于各濃度紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F1和F2代的平均壽命均未出現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)(表1)。

        2.2 紅霉素濃度對連續(xù)3個(gè)世代多刺裸腹溞首次生殖年齡的影響

        紅霉素濃度對多刺裸腹溞F0代的首次生殖年齡無顯著性影響(P>0.05),但卻顯著地影響了多刺裸腹溞F1和F2代的首次生殖年齡(P<0.05)。與空白對照組相比,暴露于0.2、20~2 000 μg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F1代的首次生殖年齡減小了4.90%~15.69%(P<0.05),暴露于0.2~2 000 μg·L-1紅霉素溶液中的F2代的首次生殖年齡減小了5.00%~16.00%(P<0.05)(表1)。

        2.3 紅霉素濃度對連續(xù)3個(gè)世代多刺裸腹溞生殖窩數(shù)、窩卵數(shù)和總后代數(shù)的影響

        與空白對照組相比,暴露于20 μg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F0代的生殖窩數(shù)減小了55.76%(P< 0.05),但暴露于各濃度紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F1和F2代的生殖窩數(shù)并未出現(xiàn)顯著性差異(P>0.05)。

        表2 紅霉素濃度對連續(xù)暴露3個(gè)世代的多刺裸腹溞的存活和生殖參數(shù)的影響(雙因素方差分析)Table 2 Effects of erythromycin (ER) concentration on parameters of survival and reproduction of three successive generations of M. macrocopa (Two-way ANOVA)

        紅霉素濃度對多刺裸腹溞窩卵數(shù)的顯著性影響只出現(xiàn)在F1代(P<0.05),表現(xiàn)為與空白對照組相比,暴露于20和200 μg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F1代的窩卵數(shù)分別增加了28.87%和10.18%(表1)。

        紅霉素濃度對多刺裸腹溞總后代數(shù)的顯著性影響出現(xiàn)在F0和F1代(P<0.05),在F2代中消失(P>0.05)。與空白對照組相比,暴露于2~200 μg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F0代的總后代數(shù)減少了43.99%~62.21%(P< 0.05),而暴露于20和200 μg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F1代的總后代數(shù)分別增加28.56%和37.17%(P<0.05)(表1)。

        雙因素方差分析結(jié)果表明,多刺裸腹溞的平均壽命、首次生殖年齡和生殖窩數(shù)受世代數(shù)、紅霉素濃度以及兩者間的交互作用的顯著影響,窩卵數(shù)受世代數(shù)和紅霉素濃度間交互作用的顯著影響,總后代數(shù)受世代數(shù)以及世代數(shù)和紅霉素濃度間交互作用的顯著影響(表2)。

        3 討論(Discussion)

        3.1 助溶劑對枝角類生活史參數(shù)的影響

        丙酮的毒性在各種有機(jī)溶劑中最低,所以丙酮是水生態(tài)毒理學(xué)試驗(yàn)中一種常用的有機(jī)溶劑[34-35];但在水生態(tài)毒理學(xué)試驗(yàn)中,丙酮對受試生物的影響并非可以完全忽視。Sánchez等[36]發(fā)現(xiàn),與空白對照組相比,10-4μg·L-1的丙酮對大型溞母代和F1代第1窩個(gè)體所有生活史參數(shù)均無顯著性影響,但卻提高了F1代第3窩個(gè)體的窩卵數(shù)和總后代數(shù)。Chu等[37]也發(fā)現(xiàn)與空白對照組相比,丙酮對多刺裸腹溞的繁殖具有促進(jìn)作用;推測其原因可能是細(xì)菌以丙酮為補(bǔ)充營養(yǎng)源,進(jìn)而為枝角類提供更多的食物。陳艷等[27]研究發(fā)現(xiàn),與空白對照組相比,0.5‰的丙酮對多刺裸腹溞F0生命表參數(shù)無顯著性影響,但卻顯著提高了F1代和F2代的種群內(nèi)稟增長率。本研究發(fā)現(xiàn),與空白對照組相比,0.5‰的丙酮對多刺裸腹溞F0代的存活和生殖均無顯著性影響,但卻顯著縮短了多刺裸腹溞F1和F2代的首次生殖時(shí)間。

        3.2 污染物濃度與浮游動(dòng)物生活史參數(shù)之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系

        低污染物濃度范圍內(nèi)的劑量-反應(yīng)性質(zhì)一直是毒理學(xué)研究中最具挑戰(zhàn)的話題之一[38]。越來越多的證據(jù)表明這類劑量-反應(yīng)關(guān)系呈“U”形,表現(xiàn)為毒物刺激效應(yīng)(hormesis),以“低促高抑”為特征[38]。低濃度的艾氏劑(aldrin)、十氯丹(chlordecone)和鄰苯二甲酸丁芐酯促進(jìn)萼花臂尾輪蟲的種群增長[39-41];1.0×106cells·mL-1的斜生柵藻密度下,6.0 μg·L-1的Hg2+促進(jìn)萼花臂尾輪蟲的存活、生殖和種群增長[42];一定濃度的艾氏劑促進(jìn)多刺裸腹溞F2代的種群增長[27]。本研究中,毒物刺激效應(yīng)也是明顯的,主要表現(xiàn)為與對照組相比,暴露于0.02 μg·L-1的紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F0代的平均壽命顯著延長,暴露于0.2、20~2 000 μg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F1代的首次生殖年齡顯著減小,暴露于20和200 μg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F1代的窩卵數(shù)和總后代數(shù)顯著增加。低濃度的污染物可能刺激了多刺裸腹溞的攝食,因此促進(jìn)了它的存活、發(fā)育和生殖;而高濃度的污染物可能減少了多刺裸腹溞的攝食,加之污染物的毒性作用,由此抑制了它的存活、發(fā)育和生殖。

        Ji等[8]研究發(fā)現(xiàn),與對照組相比,21 d慢性毒性暴露后,暴露于100和300 mg·L-1紅霉素溶液中的大型溞的存活率顯著降低,暴露于33.3 mg·L-1紅霉素溶液中的大型溞的窩卵數(shù)和總后代數(shù)顯著減少,但暴露于3.7~33.3 mg·L-1紅霉素溶液中的大型溞的首次生殖時(shí)間未出現(xiàn)顯著性差異;暴露于400和1 600 μg·L-1紅霉素硫氰酸鹽溶液中的大型溞的壽命顯著縮短,暴露于1 600 μg·L-1紅霉素硫氰酸鹽溶液中的大型溞的首次生殖年齡顯著縮短,暴露于400、800和1 600 μg·L-1紅霉素硫氰酸鹽溶液中的大型溞的生殖窩數(shù)和總后代數(shù)顯著減少[17];7 d慢性毒性暴露后,暴露于150 mg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞的存活率顯著降低;但暴露于1.85~50.0 mg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞的首次生殖時(shí)間、窩卵數(shù)和總后代數(shù)均無顯著變化[8]。由于慢性毒性試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間和測試的紅霉素濃度范圍等不同,本研究所得到的結(jié)果也與上述結(jié)果之間有所不同。本研究結(jié)果顯示,與空白對照組相比,暴露于0.02 μg·L-1紅霉素溶液中的多刺裸腹溞F0代的平均壽命顯著延長了,但暴露于2~2 000 μg·L-1紅霉素溶液中的F0代的平均壽命顯著縮短;暴露于20 μg·L-1紅霉素溶液中的F0代的生殖窩數(shù)顯著減小,暴露于2~200 μg·L-1紅霉素溶液中的F0代的總后代數(shù)顯著減少。

        3.3 污染物濃度對枝角類生活史參數(shù)影響的世代間差異

        已有研究結(jié)果表明,枝角類的存活和生殖等對污染物的響應(yīng)因孤雌生殖世代數(shù)或窩數(shù)的不同而異。如21 d慢性毒性暴露后,大型溞的平均壽命、首次生殖年齡、生殖窩數(shù)、窩卵數(shù)和總后代數(shù)對二嗪農(nóng)濃度的響應(yīng)在F0代、F1代第1窩和第3窩個(gè)體間明顯不同[36];完全生命周期慢性暴露后,多刺裸腹溞的生命期望和凈生殖率對升高的艾氏劑濃度的反應(yīng)以及平均壽命、首次生殖年齡和總后代數(shù)對升高的壬基酚濃度的反應(yīng)均在F0、F1和F2代之間存在著顯著的差異[27, 29];一定濃度的鄰苯二甲酸丁芐酯使多刺裸腹溞F0代的生命期望和凈生殖率顯著降低,但對F1代卻無顯著性影響[28];200.0 μg·L-1的氧氟沙星和900.0 μg·L-1的布洛芬對大型溞繁殖的影響表現(xiàn)出世代差異性[43]。與上述結(jié)果一致,本研究中,紅霉素濃度對多刺裸腹溞的平均壽命、首次生殖年齡、生殖窩數(shù)、窩卵數(shù)和總后代數(shù)的影響在多刺裸腹溞世代間也均存在著差異。

        大型溞前幾代在生殖方面表現(xiàn)出對200.0 μg·L-1的氧氟沙星和900.0 μg·L-1的布洛芬一定的適應(yīng)性或耐受性[43]。本研究結(jié)果表明,多刺裸腹溞F1和F2代在存活、F2代在生殖等方面對各濃度的紅霉素也表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性或耐受性。當(dāng)然,更多世代的多刺裸腹溞對紅霉素污染的響應(yīng)仍需要進(jìn)一步的研究。

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