CuInS2-ZnS QDs對(duì)稀有鮈鯽的生殖及胚胎發(fā)育毒性效應(yīng)研究.pdf

1、量子點(diǎn)（quantum dots，QDs）作為一種新型的納米材料，被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞成像、生物醫(yī)學(xué)、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。目前研究主要集中于Ⅱ-Ⅵ族和Ⅳ-Ⅵ族QDs，然而，這些QDs核心含有毒元素（如：Cd、Pb、Hg、Te和As），因此其對(duì)人類健康和環(huán)境污染的潛在危害引起學(xué)者們的廣泛關(guān)注。QDs在與生物和非生物環(huán)境因子的相互作用過(guò)程中，結(jié)構(gòu)容易發(fā)生改變和降解，核心的有毒金屬離子釋放進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)，從而對(duì)水生生物產(chǎn)生毒性作用，也可通過(guò)食物鏈

2、富集作用進(jìn)入較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)。有關(guān)QDs對(duì)細(xì)菌、微藻和無(wú)脊椎動(dòng)物的毒性效應(yīng)已有研究，但人類對(duì)QDs對(duì)魚(yú)類的毒性效應(yīng)還知之甚少。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族化合物銅銦硫/硫化鋅量子點(diǎn)（CuInS2/ZnS QDs，SIC/ZnS QDs）上，由于其核心不含有毒元素鎘，并且是QDs敏化太陽(yáng)能電池的理想材料。關(guān)于CuInS2/ZnS QDs是否會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生毒性效應(yīng)，以及該QDs較CdSe/ZnS QDs是否更安全還未可知。本研究以稀有鮈鯽為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，就CuInS

3、2/ZnS QDs對(duì)稀有鮈鯽胚胎的早期發(fā)育毒性、染毒性成熟稀有鮈鯽的生殖毒性以及子代的胚胎發(fā)育毒性進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。
　　實(shí)驗(yàn)一早期發(fā)育毒性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)濃度設(shè)置為：對(duì)照組（即稀有鮈鯽胚胎培養(yǎng)液ISO1996）、50、100、200、400和800nmol/L QDs濃度組。采用水體浸泡暴露方式，探究不同濃度的CuInS2/ZnS QDs在胚胎發(fā)育至12、24、48、72和96hpf（Hours post fertilization）對(duì)

4、稀有鮈鯽胚胎形態(tài)特征、氧化損傷、基因表達(dá)以及DNA損傷的發(fā)育毒性。結(jié)果表明CuInS2/ZnS QDs暴露對(duì)稀有鮈鯽胚胎發(fā)育有一定的毒性效應(yīng)，主要表現(xiàn)在降低胚胎孵化率、存活率和心率，改變體長(zhǎng)和孵化時(shí)間以及導(dǎo)致多種畸形癥狀，如心包水腫、脊柱和尾巴彎曲等。發(fā)育至60hpf，QDs已進(jìn)入胚胎，隨后眼睛和肛門等部位聚集。72hpf的半致死濃度（LC50）為624.364nmol/L。CuInS2/ZnS QDs暴露后，Hsp70、Cyp1a和W

5、nt8α基因mRNA表達(dá)顯著上調(diào)，Mstn基因mRNA表達(dá)在暴露至12hpf時(shí)顯著上調(diào)（P＜0.05）。胚胎發(fā)育早期，SOD活性和MDA含量無(wú)顯著變化，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，SOD活性和MDA含量逐漸升高（P＜0.05）。發(fā)育早期胚胎細(xì)胞的彗星拖尾不明顯，隨暴露時(shí)間延長(zhǎng)及濃度增大，拖尾現(xiàn)象越嚴(yán)重，Olive尾矩也逐漸增大（P＜0.05）。
　　實(shí)驗(yàn)二生殖毒性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)濃度設(shè)置為：對(duì)照組（0.65％NaCl對(duì)照組）、100、200、4

6、00和800nmol/L QDs濃度組。采取腹腔注射暴露方式，探究不同濃度的CuInS2/ZnS QDs對(duì)雌性和雄性性成熟稀有鮈鯽暴露36h后的精子激活率和有效運(yùn)動(dòng)時(shí)間變化、暴露1d、4d和7d后的精子DNA損傷情況、暴露7d后的性腺指數(shù)及性腺顯微及超微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，暴露至36h時(shí)，各QDs濃度組的精子激活率無(wú)顯著變化（P＞0.05），有效運(yùn)動(dòng)時(shí)間顯著減短（P＜0.05）。對(duì)親本雄魚(yú)腹腔注射QDs1d后，所產(chǎn)精子隨暴露濃度增大，

7、彗星拖尾越嚴(yán)重，Olive尾矩顯著增加（P＜0.05）；暴露7d較暴露1d后，精子彗星尾長(zhǎng)明顯變短。顯微結(jié)構(gòu)觀察到，稀有鮈鯽精巢的精原細(xì)胞數(shù)量減少，非細(xì)胞區(qū)域增大，而卵巢結(jié)構(gòu)無(wú)顯著變化。超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，暴露2d后，精子頭部線粒體腫脹或破裂，尾部輕微腫脹；精母細(xì)胞溶解，髓樣結(jié)構(gòu)增多；支持細(xì)胞輕微腫脹。暴露7d后，精巢中線粒體結(jié)構(gòu)正常，個(gè)別精子尾巴輕微腫脹及個(gè)別精母細(xì)胞溶解。
　　實(shí)驗(yàn)三染毒親本子代的胚胎發(fā)育毒性實(shí)驗(yàn)。腹腔注射染毒親本7

8、d后，通過(guò)人工授精方式獲得子代受精卵，探究CuInS2/ZnS QDs對(duì)子代的發(fā)育毒性效應(yīng)。結(jié)果表明親本腹腔注射染毒CuInS2/ZnS QDs對(duì)子代胚胎發(fā)育產(chǎn)生了毒性效應(yīng)，主要表現(xiàn)為胚胎自主運(yùn)動(dòng)頻率降低（P＜0.05）；心率減緩（P＜0.05）；體長(zhǎng)發(fā)育受抑制（P＜0.05）；畸形率升高（P＜0.05）；存活率和孵化率無(wú)顯著差異（P＞0.05）。
　　主要研究結(jié)論：
　?。?）CuInS2/ZnS QDs對(duì)稀有鮈鯽早期發(fā)育

9、產(chǎn)生一定的毒性效應(yīng)，主要表現(xiàn)在胚胎孵化時(shí)間改變、孵化率降低，體長(zhǎng)變化以及心包水腫、脊柱和尾部彎曲等；誘導(dǎo)發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)量上調(diào)，體軸延伸和肌肉發(fā)育緩慢可能與稀有鮈鯽早期身體發(fā)育畸形有關(guān)。
　?。?）CuInS2/ZnS QDs引起稀有鮈鯽機(jī)體產(chǎn)生了氧化損傷，導(dǎo)致DNA鏈斷裂，造成DNA損傷，但具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。
　?。?）CuInS2/ZnS QDs的早期發(fā)育毒性可能源于兩方面：一方面由于QDs誘導(dǎo)產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，導(dǎo)致

10、脂質(zhì)過(guò)氧化以及DNA損傷；另一方面，可能與其可穿透卵膜進(jìn)入胚體的納米性質(zhì)有關(guān)。
　?。?）CuInS2/ZnS QDs暴露導(dǎo)致稀有鮈鯽精子質(zhì)量下降，精巢結(jié)構(gòu)遭到破壞。
　?。?）CuInS2/ZnS QDs暴露性成熟稀有鮈鯽后，QDs可對(duì)其子代的發(fā)育產(chǎn)生一定的毒性效應(yīng)，與對(duì)照組相比，死亡率未發(fā)生顯著變化，說(shuō)明CuInS2/ZnS QDs對(duì)后代的致死毒性小。
　　大，拖尾現(xiàn)象越嚴(yán)重，Olive尾矩也逐漸增大（P＜0.05

11、）。
　　實(shí)驗(yàn)二生殖毒性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)濃度設(shè)置為：對(duì)照組（0.65%NaCl對(duì)照組）、100、200、400和800nmol/L QDs濃度組。采取腹腔注射暴露方式，探究不同濃度的CuInS2/ZnS QDs對(duì)雌性和雄性性成熟稀有鮈鯽暴露36h后的精子激活率和有效運(yùn)動(dòng)時(shí)間變化、暴露1d、4d和7d后的精子DNA損傷情況、暴露7d后的性腺指數(shù)及性腺顯微及超微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，暴露至36h時(shí)，各QDs濃度組的精子激活率無(wú)顯著變化（P＞

12、0.05），有效運(yùn)動(dòng)時(shí)間顯著減短（P＜0.05）。對(duì)親本雄魚(yú)腹腔注射QDs1d后，所產(chǎn)精子隨暴露濃度增大，彗星拖尾越嚴(yán)重，Olive尾矩顯著增加（P＜0.05）；暴露7d較暴露1d后，精子彗星尾長(zhǎng)明顯變短。顯微結(jié)構(gòu)觀察到，稀有鮈鯽精巢的精原細(xì)胞數(shù)量減少，非細(xì)胞區(qū)域增大，而卵巢結(jié)構(gòu)無(wú)顯著變化。超微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，暴露2d后，精子頭部線粒體腫脹或破裂，尾部輕微腫脹；精母細(xì)胞溶解，髓樣結(jié)構(gòu)增多；支持細(xì)胞輕微腫脹。暴露7d后，精巢中線粒體結(jié)構(gòu)正常，個(gè)

13、別精子尾巴輕微腫脹及個(gè)別精母細(xì)胞溶解。
　　實(shí)驗(yàn)三染毒親本子代的胚胎發(fā)育毒性實(shí)驗(yàn)。腹腔注射染毒親本7d后，通過(guò)人工授精方式獲得子代受精卵，探究CuInS2/ZnS QDs對(duì)子代的發(fā)育毒性效應(yīng)。結(jié)果表明親本腹腔注射染毒CuInS2/ZnS QDs對(duì)子代胚胎發(fā)育產(chǎn)生了毒性效應(yīng)，主要表現(xiàn)為胚胎自主運(yùn)動(dòng)頻率降低（P＜0.05）；心率減緩（P＜0.05）；體長(zhǎng)發(fā)育受抑制（P＜0.05）；畸形率升高（P＜0.05）；存活率和孵化率無(wú)顯著差異（

14、P＞0.05）。
　　主要研究結(jié)論：
　?。?）CuInS2/ZnS QDs對(duì)稀有鮈鯽早期發(fā)育產(chǎn)生一定的毒性效應(yīng)，主要表現(xiàn)在胚胎孵化時(shí)間改變、孵化率降低，體長(zhǎng)變化以及心包水腫、脊柱和尾部彎曲等；誘導(dǎo)發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)量上調(diào)，體軸延伸和肌肉發(fā)育緩慢可能與稀有鮈鯽早期身體發(fā)育畸形有關(guān)。
　　（2）CuInS2/ZnS QDs引起稀有鮈鯽機(jī)體產(chǎn)生了氧化損傷，導(dǎo)致DNA鏈斷裂，造成DNA損傷，但具體機(jī)制還需進(jìn)一步研究。
　

15、?。?）CuInS2/ZnS QDs的早期發(fā)育毒性可能源于兩方面：一方面由于QDs誘導(dǎo)產(chǎn)生活性氧物質(zhì)，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化以及DNA損傷；另一方面，可能與其可穿透卵膜進(jìn)入胚體的納米性質(zhì)有關(guān)。
　?。?）CuInS2/ZnS QDs暴露導(dǎo)致稀有鮈鯽精子質(zhì)量下降，精巢結(jié)構(gòu)遭到破壞。
　?。?）CuInS2/ZnS QDs暴露性成熟稀有鮈鯽后，QDs可對(duì)其子代的發(fā)育產(chǎn)生一定的毒性效應(yīng)，與對(duì)照組相比，死亡率未發(fā)生顯著變化，說(shuō)明CuInS2