PCBs对斑马鱼肠道免疫、代谢和微生物的影响及PCBs降解混合菌剂的制备

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多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)是分布广泛的环境毒物,具有高脂溶性和生物蓄积性,通过食物链蓄积于海洋生物体内,从而污染鱼粉和海产品,对人类和动物健康造成危害。PCBs对海洋生物的毒性毋庸置疑,但是利用斑马鱼肠道从免疫、代谢和微生物三方面综合测定PCBs毒性的生物学分析尚未见报道。为了揭示PCBs对斑马鱼肠道以上三方面的影响,本文通过PCBs混合物Aroclor1254(5μg/L、10μg/L、15μg/L)对斑马鱼进行为期21 d的暴露实验,研究相关指标。并基于环境中PCBs的难降解性和其对生物的危害性,本实验采集湛江红树林沉积物,从中分离、筛选PCBs降解性较好的菌株,通过正交实验优化组合从而制备混合菌剂,以期满足PCBs风险消减和污染修复等的迫切需求。结果表明:(1)Aroclor1254暴露造成斑马鱼肠道组织损伤。将斑马鱼暴露在不同染毒浓度的Aroclor1254后,其肠道上皮细胞坏死和脱落;肠壁变薄;隐窝变浅、肠绒毛损伤;且随着染毒浓度的增加,其肠道损伤逐步加重且肠壁逐渐变通透。(2)Aroclor1254暴露引起斑马鱼肠道氧化应激反应。过氧化氢酶(catalase,CAT)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、和谷胱甘肽酶(glutathione,GSH)的活性及总抗氧化能力(total antioxidant capacity,TAOC)降低;丙二醛(malondialdehyde,MDA)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量升高。(3)Aroclor1254暴露引起斑马鱼肠道通透性增加:二胺氧化酶(diamine oxidase,DAO)活性降低和D-乳酸(D-lactic acid)含量升高。(4)Aroclor1254暴露使斑马鱼肠道炎症反应相关因子发生变化。低剂量的Aroclor1254暴露会使斑马鱼肠道出现炎症反应,IL-8、IL-1、IL-6和TNF-α的m RNA相对表达量升高;高剂量的Aroclor1254使斑马鱼肠道产生免疫抑制,IL-8、IL-1、IL-6和TNF-α的m RNA相对表达量降低。(5)代谢组学分析结果发现,Aroclor1254暴露会使斑马鱼肠道代谢物发生变化,其中132种代谢物发生了显著变化(P<0.05、VIP>1)(55种代谢物上调,77种代谢物下调)其中主要是氨基酸代谢和脂肪代谢紊乱。(6)高通量测序的宏基因组分析发现,检测Aroclor1254暴露会使斑马鱼肠道出现炎症反应的斑马鱼肠道微生物群落的变化,Aroclor1254处理后的斑马鱼和对照组斑马鱼的肠道微生物区系均以变形杆菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteriota)为主。不同剂量的Aroclor1254暴露会使斑马鱼肠道出现炎症反应暴露在属水平上诱导了各不相同的肠道微生物群。对照组和Aroclor1254暴露会使斑马鱼肠道出现炎症反应处理组中成功分离15个发生显著改变的菌属。其中,11个细菌属相对于对照组明显增多,4个细菌属相对于对照组明显减少。这15个细菌属大部分属于梭杆菌门(Fusobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobiota)。(7)从红树林沉积物中分离出10种具有PCBs降解性的细菌,之后从中筛选出降解性最好的4株菌种,通过正交实验得到最优混合组即:寡养单胞菌(Stenotrophomonas.sp.strain)和嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia strain)。当寡养单胞菌和嗜麦芽窄食单胞菌添加量分别为3.0‰和0.5‰时,对四氯联苯有最高的降解效果,24h后,对四氯联苯的降解率达到99.73%以上。综上所述,Aroclor1254暴露会使斑马鱼肠道出现炎症反应引起斑马鱼肠道氧化应激和通透性增加;高剂量Aroclor1254暴露会使斑马鱼发生免疫抑制,低剂量Aroclor1254暴露会使斑马鱼肠道出现炎症反应;且Aroclor1254暴露会使斑马鱼肠道出现炎症反应,暴露会导致斑马鱼肠道代谢和微生物群紊乱。而在我们的降解菌优化实验中,发现使用添加量为3.0‰寡养单胞菌和0.5‰嗜麦芽窄食单胞菌所制备的混合菌剂对四氯联苯具有最优降解效果。这些结果为Aroclor1254暴露会使斑马鱼肠道出现炎症反应的危害与消除提供了理论基础,并为实际环境污染物的微生物修复提供理论支持。
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