环境浓度氧四环素和聚苯乙烯微塑料复合暴露对斑马鱼生长及肠道健康的影响

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氧四环素(Oxytetracycline,OTC)是一种广谱抑菌药物,在人类及动物的疾病防治、畜牧业及水产养殖等领域广泛应用,导致其在水环境中频繁被检测到。OTC在水中的分布还受其他污染物的影响,有研究表明聚苯乙烯微塑料(Polystyrene microplastics,PS-MPs)能够吸附包括OTC在内的多种抗生素而产生复合污染作用,但OTC和PS-MPs复合暴露对水生生物毒性效应的研究甚少。在本研究中,我们以斑马鱼为实验动物,探究了环境浓度OTC(500 ng/L和5000 ng/L)和环境浓度PS-MPs(200μg/L)单独及复合暴露90 d后对斑马鱼生长的影响,从消化酶活性(胰蛋白酶(trypsin,TRS)、淀粉酶(amylase,AMS)、脂肪酶(lipase,LPS))、肠道结构和肠道生理指标(血清素(5-HT)含量、紧密连接蛋白TJP2含量、白介素-1β(IL-1β)含量)以及肠道微生物群落结构的变化来解析生长受影响的可能原因。研究结果如下:1.化学分析结果表示,200μg/L 5μm的PS-MPs会在斑马鱼肠道中累积,5000ng/L OTC与PS-MPs复合暴露加剧了PS-MPs在肠道中的累积。2.毒理学终点指标表明环境浓度OTC显著抑制了斑马鱼雌雄鱼体长、体重;PS-MPs显著抑制了雄鱼的体重;OTC与PS-MPs复合后显著抑制了斑马鱼的生长F发育,包括体长体重显著性降低、肝体比(Hepato somatic index,HSI)和脑体比(Brain somatic index,BSI)显著性下降;且与OTC单独暴露组相比较,雄鱼的体长和BSI显著性下降,雌鱼无显著性变化;与PS-MPs单独组相比较,高浓度复合暴露组斑马鱼体长体重、BSI和HSI均显著性下降;结果表明OTC和PS-MPs对斑马鱼的生长抑制作用表现出协同效应,且雄鱼受到的影响更大。3.组织病理学结果表明环境浓度OTC导致了雌雄鱼肠道结构损伤,表现为绒毛高度和杯状细胞数量显著性下降;环境浓度PS-MPs引起雌雄鱼绒毛高度显著下降,雄鱼杯状细胞显著降低,表现出显著的肠道损伤效应;OTC和PS-MPs复合暴露后加剧了OTC或PS-MPs单独暴露诱导的肠组织损伤,表现为肠绒毛高度和肠体比(Intestinal somatic index,ISI)较OTC单独暴露组显著降低,ISI较PS-MPs单独组显著性较低,呈现出协同毒性效应。肠道生理指标表明5000 ng/L OTC显著改变了肠道TJP2和5-HT含量,影响了斑马鱼的肠道健康;OTC与PS-MPs复合暴露显著改变了肠道TJP2和5-HT含量,肠道健康产生负面影响但并无协同效应。4.分析与生长密切相关的消化酶(TRS、AMS和LPS)活性,结果表明5000 ng/L OTC导致斑马鱼消化酶活性显著性降低;PS-MPs显著降低了雄鱼消化酶活性,但对雌鱼无显著性影响,这可能是PS-MPs性别依赖性抑制雄鱼的生长的主要原因之一。OTC和PS-MPs复合后进一步抑制了雌雄鱼的消化酶活性,表现出协同毒性效应,这与复合组生长发育受到协同抑制的结果是一致的,表明OTC和PS-MPs可能通过协同抑制TRS、AMS、LPS的活性来抑制鱼类的生长。5.肠道微生物分析表示,OTC单独暴露导致斑马鱼肠道菌群紊乱,表现为雌雄鱼变形菌门相对丰度显著性增加,雌鱼放线菌门显著性下降;在属水平上,雌鱼假单胞菌属的相对丰度显著升高,雄鱼亚历山大海洋柄菌的相对丰度显著降低。PS-MPs单独暴露使斑马鱼变形菌门相对丰度显著性升高,雄鱼放线菌门相对丰度显著降低。与PS-MPs和OTC单独暴露相比较,复合暴露加剧了肠道菌群紊乱,表现为显著增加雌鱼变形菌门和假单胞菌属以及显著降低雄鱼变形菌门和亚历山大海洋柄菌的相对丰度。进一步相关性分析表明雌鱼中假单胞菌属与体长、体重和HSI成显著负相关,雄鱼中亚历山大海洋柄菌与体重成显著正相关。这表明,致病菌属假单胞菌属的显著升高可能与雌鱼生长抑制相关,解毒相关菌属亚历山大海洋柄菌显著降低可能与雄鱼生长抑制相关。综上所述,我们的研究结果表明环境浓度OTC和PS-MPs单独暴露均会导致斑马鱼生长发育受到显著抑制,两者的复合加剧了OTC和PS-MPs单独暴露的生长抑制作用,表现出显著的协同毒性效应。进一步的研究表明OTC和PS-MPs均导致了肠道损伤,肠道健康相关生理指标受影响,且主要通过抑制消化酶的活性来引起生长发育受阻,且两者复合后表现出显著显著的协同效应。肠道微生物群落结构分析表明环境浓度OTC和PS-MPs单独及复合均引起了肠道菌群紊乱。相关性分析表明致病菌属假单胞菌属的显著升高可能与雌鱼生长抑制相关,解毒相关菌属亚历山大海洋柄菌显著降低可能与雄鱼生长抑制相关。
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