毒死蜱对斑马鱼的跨代毒性效应及其机制.pdf

摘要

毒死蜱（Chlorpyrifos，CPF）是当今世界广泛使用的一种有机磷杀虫剂，已在国内

外多个自然水体检测到其残留，其非靶标生物毒性效应已引起广泛关注，然而，关于CPF

对水生生物的慢性毒性甚至跨代毒性影响却知之甚少。本研究以斑马鱼为模型，研究环

境相关浓度CPF（3、60μg/L）暴露90d对亲代及子代的毒性影响。通过高效液相色谱

检测到暴露水样中CPF实际浓度分别为0、4.45±0.52和63.38±2.38μg/L。F0代斑马

鱼卵巢和F1胚胎中CPF的积累量随CPF暴露浓度的增加而升高，60μg/LCPF组卵巢

和F1胚胎中CPF含量分别为718.73±64.34和698.72±43.97ng/g。3和60μg/L暴露组

F1仔鱼中CPF浓度分别为471.06±4.44和481.20±0.66ng/g，表明亲代CPF暴露可以

直接传递至未暴露的F1代，在F1代卵巢和F2仔鱼中均未检测到CPF，这可能是由于F1

代在不含CPF的环境生长发育过程中将CPF消耗，也可能是F1代卵巢和F2代仔鱼中

CPF含量低于最低检测限值。

与对照组相比，CPF暴露90d，对斑马鱼体长并无明显影响。通过HE染色制作

组织切片发现，CPF暴露组斑马鱼鳃、脑、肝胰脏、脾、肠道、精巢和卵巢组织结构都

有不同程度的改变，提示CPF暴露可能对斑马鱼产生慢性毒性效应。

进一步研究发现，CPF暴露90d后，3μg/L暴露组斑马鱼产卵量略有增加但无明显

差异，60μg/L暴露组斑马鱼产卵量显著下降，表明CPF慢性暴露能降低斑马鱼繁殖力。

为研究其具体机制，对卵巢进行转录组测序，结果显示，与对照组相比，低浓度暴

露组斑马鱼卵巢有172个差异表达基因（DEGs），其中115个上调，57个下调；高浓

度暴露组有241个DEGs，其中38个下调，203个上调。采用qPCR对随机挑选的15个

DEGs进行表达验证，结果显示qPCR结果与转录组结果具有良好的相关性，表明测序

数据可信。GO富集分析表明，3和60μg/L暴露组DEGs分别有62和83个条目显著富

集于生物过程、细胞组分以及分子功能，表明CPF对斑马鱼卵巢产生诸多不利影响。

KEGG分析发现，氨基酸和碳水化合物的生物合成和代谢、细胞过程、脂质代谢等途径

显著富集，表明卵母细胞成熟过程中代谢和其他途径的扰乱可能会干扰卵母细胞的发育

和质量，导致产卵量下降。

通过对F1代仔鱼发育过程观察发现，母代CPF暴露未显著改变子代斑马鱼胚胎发

育表型，CPF暴露组斑马鱼胚胎孵化率、体长与对照组相比无显著差异，而CPF暴露组

斑马鱼仔鱼心率显著降低，高浓度CPF暴露组斑马鱼子代存活率显著下降。CPF暴露组

斑马鱼子代畸形率增加但与对照组相比并无显著差异，主要表现为头部畸形、身体变形、

心包水肿、脊柱弯曲、卵黄囊水肿等，证实亲代CPF暴露可引起F1代发育毒性。

进一步检测F1代仔鱼氧化应激、炎症、免疫和凋亡相关指标发现，与对照组相比，

3和60μg/LCPF暴露组F1代仔鱼ROS含量显著增加、SOD和CAT活性明显降低、

MDA含量增加；TNF-α和IL-1β含量普遍升高，IL-10含量普遍降低，IgM和C3含量

变化趋势与IL-1β和IL-10相似；此外，CPF暴露组F1仔鱼caspase-3含量普遍升高，表

明亲代CPF暴露可以破坏F1代仔鱼的氧化平衡，诱导炎症反应和凋亡。

为深入研究CPF暴露致F1代仔鱼的毒性机制，对F1仔鱼进行转录组测序，结果显

示，3和60μg/L暴露组仔鱼分别有1147个DEGs（其中下调基因907个，上调基因240

个）和275个DEGs（上调183个，下调92个）。qPCR结果与测序结果相似，说明测

序结果可信。基于DEGs进行GO和KEGG分析表明，过氧化物酶体、细胞因子、炎

症、免疫、凋亡和代谢相关通路显著富集，证实亲本暴露CPF可诱导F1代早期发育毒

性，这可能与CPF引起的斑马鱼仔鱼氧化应激、炎症、凋亡和代谢反应有关。

F1代成鱼产卵量统计分析发现，暴露组F1代成鱼产卵量随