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镉是一种剧毒的重金属污染物,具有致畸性、致突变性和致癌性。由于人为活动(采矿、化肥使用和工业排放等)导致水环境中的镉浓度显著增加。已有的实验研究表明,中华大蟾蜍(Bufo gargarizans)蝌蚪对水污染有高度的敏感性,是评价水污染物毒性效应的理想指示生物。本研究评估了镉暴露对中华大蟾蜍蝌蚪的慢性毒理效应,实验的主要研究内容和结果如下:1.为了研究镉的慢性暴露对中华大蟾蜍蝌蚪肝脏、脂肪酸合成、脂肪酸β-氧化和胆汁分泌的影响。对中华大蟾蜍Gosner 26(Gs 26)期蝌蚪进行不同浓度:0、5、10、50、100和200 μg Cd L-1的慢性水体暴露至发育到Gs 42期。检测Gs 42期中华大蟾蜍肝脏组织的病理学变化。选择对照组,5 μg L-1作为低浓度镉暴露组,200 μg L-1作为高浓度镉暴露组,三个浓度镉暴露下的中华大蟾蜍蝌蚪肝脏进行转录组测序。根据转录组数据的注释结果,我们筛选出21个与脂肪酸合成、脂肪酸β-氧化和胆汁分泌相关的差异表达基因,并用RT-qPCR技术检测了 12个差异表达基因的表达量,来检测镉暴露对这些基因参与代谢过程的影响。我们的研究结果表明,在200μg L-1处理组可以观察到肝脏组织中细胞边界消失,核固缩和黑色素巨噬细胞增多。RT-qPCR结果显示,在所有镉暴露处理组中,ELOVL1、HSD17B12、MECR和TER基因(脂肪酸合成相关基因)的mRNA表达量显著上调。此外,在脂肪酸β-氧化相关基因中,在5、10、50、100和200 μg L-1处理组中,ACAA2和ECHS1基因的mRNA表达量显著上调;在100和200 μg L-1处理组中,ACOT1、ACAA1、HADH和PPT基因的mRNA表达量显著下调;而HADHA基因的mRNA表达量仅在200 μg L-1处理组中显著下调。原位杂交结果表明,ABCB11基因的表达位置在肝细胞细胞核和细胞膜上,与对照组相比,200 μg L-1处理组中ABCB11基因在肝细胞细胞核上的表达较弱。HSD17B12基因的表达位置在肝细胞细胞膜上,与对照组相比,200μg L-1处理组中HSD17B12基因在肝细胞细胞膜上的表达较弱。2.为了研究镉的慢性暴露对中华大蟾蜍蝌蚪的肠道组织病理学变化及肠道微生物的影响,对中华大蟾蜍Gs 26期蝌蚪进行不同浓度:0、5、100和200 μg L-1的慢性水体暴露至发育到Gs 38期结束。我们采用组织学分析和高通量测序技术研究Gs 38期中华大蟾蜍蝌蚪肠道组织及肠道微生物群的变化。我们的研究结果显示,100和200 μg Cd L-1暴露组中,组织学变化主要包括上皮细胞退化,栅栏组织损伤,细胞边界模糊及细胞核固缩。采用MiSeq平台对16S rRNA进行测序。结果显示,Chao和Ace指数随着Cd暴露浓度的增加而逐渐下降,说明在镉暴露条件下肠道菌群的物种丰富度降低。此外,Shannon和Simpson指数表明,在100 μg Cd L-1的暴露组中,肠道微生物群的多样性显著降低。主成分分析(PCA)、层级聚类树和非度量多维尺度分析(NMDS)结果表明,在对照组和三个镉暴露组中,肠道微生物群落差异显著。分类分析的结果表明,在Gs38期的蝌蚪肠道菌群门级分类水平上,主要的门为变形菌门(Proteobacteria),拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes),与对照组相比,变形菌门在5和100 μg L-1的镉暴露组中显著增加。属级分类水平中,克雷白氏杆菌属(Klebsiella)和气单胞菌属(Aeromonas)是两个主要的属。与对照组相比,克雷白氏杆菌属在5μg L-1暴露组中的丰度和气单胞菌属在5 μg L-1暴露组中的丰度显著增加。PICRUSt方法分析的结果表明,与对照组相比,碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢、辅酶因子、维生素代谢、核苷酸代谢、脂质代谢、外源性物质降解和代谢的相对丰度在5 μg L-1镉暴露组中显著增加,并在200 μg L-1暴露组中显著降低。