亚硝酸盐暴露对中华大蟾蜍(Bufo gargarizans)蝌蚪肠道菌群结构以及骨骼发育的影响

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两栖动物在变态过程之中会发生一系列生理、形态和行为的变化,主要包括尾部吸收、四肢发育以及肠道等器官和组织重建。肠道是机体脂质吸收、免疫应答和健康维持的重要器官。在肠道中储存有数万亿微生物,它们在维持机体的消化和免疫机能等方面具有不可或缺的作用。两栖动物变态过程受甲状腺激素精确调控,干扰甲状腺激素的正常活性会影响两栖动物的生长发育。亚硝酸盐(NO2-)作为生态系统氮循环的一部分,是水生态系统中最常见的污染化合物之一,研究其对两栖动物的毒性影响对于环境化学污染的监控具有重要意义。本研究以中华大蟾蜍(Bufo gargarizans)蝌蚪为研究对象,设置0,10,100,500,1000 μg/LNO2-N浓度,探究亚硝酸盐对蝌蚪变态过程中肠道微生物,甲状腺激素,骨骼发育,以及运动能力的等指标的影响。研究分三个部分,第一部分,探究不同浓度亚硝酸盐对Gs38期中华大蟾蜍蝌蚪肠道组织参数、消化酶活性、免疫应答和微生物组成的影响。第二部分,探究不同浓度亚硝酸盐对Gs42期蝌蚪变态、甲状腺激素分泌以及骨骼发育的影响。第三部分,探究亚硝酸盐暴露对Gs46期幼体骨骼发育以及运动能力的影响。主要结果和结论如下:1.形态学数据显示,在100μg/LNO2-N处理组中,46期蝌蚪的体重显著降低。在500μg/L NO2-N处理组中,46期蝌蚪的体长,前肢长显著降低。在1000 μg/L NO2-N处理组中,46期蝌蚪的体长,体重,前肢长,后肢长均显著降低。2.变态时间统计显示,10 μg/LNO2-N暴露加快了蝌蚪的变态速率,而500和1000 μg/LNO2-N暴露却延缓了蝌蚪的变态速率。3.组织学观察显示,亚硝酸盐暴露引起了肠道和甲状腺的组织学损伤。肠道组织病理学结果显示,在对照组,蝌蚪肠道外观正常,肠上皮细胞紧密均匀,细胞质清晰,胞浆边界规整,微绒毛均匀。在100 μg/L NO2-N处理后,细胞边界不清晰。在500μg/L和1000 μg/L NO2-N处理后,肠道组织病理学异常严重,如肠腔内细胞核散落、细胞质损伤、细胞边界不清、微绒毛缺失等。甲状腺组织病理学观察显示,在10 μg/LNO2-N处理组,甲状腺滤泡中胶体数量明显减少,在100、500和1000 μg/LNO2-N处理组,甲状腺滤泡中几乎未发现胶体并可观察到滤泡上皮细胞增生和畸形。4.肠道消化酶检测显示,在38期蝌蚪肠道中,脂肪酶,胰蛋白酶和胃蛋白酶活性在NO2-N处理后显著下降,说明亚硝酸盐暴露可能影响消化过程,导致肠道正常功能紊乱。5.肠道微生物α-多样性结果显示,与对照组相比,1000 μg/L NO2-N组肠道微生物丰富度显著上升,而100和500 μg/L NO2-N组微生物多样性显著下降。β-多样性显示,相比10,100μg/LNO2-N暴露组,500和1000μg/LNO2-N组微生物群落与对照组距离更远,说明500和1000 μg/L NO2-N暴露组对微生物群落结构影响更为显著。肠道微生物群落的功能预测显示,NO2-N暴露显著改变了大多数代谢途径的丰度,干扰了蝌蚪的代谢功能,增加了蝌蚪患疾病的风险。6.骨骼双染色观察显示,42期和46期蝌蚪的胫骨、腓骨、脚趾、前臂、指骨的长度在500 μg/L和1000 μg/LNO2-N处理组中均小于对照组。表明高浓度亚硝酸盐暴露抑制了蝌蚪的骨骼发育,降低了蝌蚪的骨骼长度。7.跳跃距离检测显示,在500,1000μg/LNO2-N处理组,46期蝌蚪最大跳跃距离和平均跳跃距离显著降低。表明高浓度亚硝酸盐暴露对蝌蚪的运动有抑制作用。此外,跳跃距离结合形态学的相关分析显示,跳跃距离与体重、体长、后肢长、前肢长呈正相关。8.RT-qPCR检测结果显示,在38期蝌蚪中,氧化应激相关基因SOD、GPx和HSP表达在1000 μg/L NO2-N均显著下降,炎症和免疫相关基因SOCS3、IL-27、IL-1β和IL-17D的转录谱在NO2-N处理组中也发生显著变化。在42,46期蝌蚪中,NO2-N处理组显著下调Dio2,TRα,TRβ的表达水平,显著上调Dio3,VEGFA,VEGFB,VEGFR1,VEGFR2和VEGFR3的的表达水平。表明亚硝酸盐会诱导免疫功能障碍,导致甲状腺激素破坏,抑制蝌蚪的骨骼发育。综上所述,亚硝酸盐暴露可以抑制中华大蟾蜍蝌蚪的正常生长,比如体长,体重,前肢,后肢长等。同时也导致蝌蚪肠道组织损伤,免疫功能紊乱和肠道微生物变化。此外,亚硝酸盐也造成甲状腺组织的损伤,影响蝌蚪的变态,抑制蝌蚪的骨骼发育,导致青蛙的跳跃性能变差。这些结果为亚硝酸盐对中华大蟾蜍蝌蚪免疫应答和肠道微生物群的影响提供了重要的理论依据,为亚硝酸盐暴露对两栖动物甲状腺激素稳态和骨骼发育的影响提供了实验参考,也为过量的含氮化合物对两栖动物种群的下降和水环境的治理提供了详实的资料。
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