红树林沉积物微塑料微生物降解产物对斑马鱼肠道毒性的研究
作者单位：广东海洋大学
学位级别：硕士
导师姓名：陈进军;马现永
授予年度：2023年
学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学]
摘 要：微塑料(Microplastics,MPs)可以通过水和洋流进入红树林生态系统,导致环境污染。一旦MPs进入红树林生态系统,它们很可能被红树林生物摄入,导致死亡或生殖损害。此外,由于红树林生态系统中的生物相互依赖,MPs的污染会导致整个生态系统的失衡,甚至对附近的水资源(如海洋和河流)造成更大的污染。由于鱼类是海产品行业中鱼粉和副产品的主要来源,在加工和分配过程中,它们摄入的MPs对畜禽和人类健康构成威胁。目前,对MPs的研究仅限于探索其在受控环境中的微生物降解特性。然而,从自然环境中提取的MPs的降解机制尚未报道。为验证环境中提取的MPs微生物降解前后的作用,本试验从广东省湛江市麻章区红树林沉积物中采集并鉴定MPs,以了解红树林MPs污染情况,探索MPs对微生物区系的影响。并从中分离、筛选MPs降解菌株,通过降解试验验证菌株的降解效果,从中挑选降解效果最好的菌株用于提取物MPs的降解试验。将提取的MPs进行细菌降解前和降解后处理,以斑马鱼为试验动物,进行为期21 d的暴露试验(0μg/L、2μg/L、10μg/L、50μg/L),研究相关指标,探究提取物MPs降解前后变化。结果表明: (1)研究区的MPs平均丰度为10053.3-15793.3项目/千克,MPs的数量随着潮汐带的扩大而增加,HML。操作分类单元分析和16S高通量测序结果显示Shannon、Simpson和Shannon指数差异显著(P0.05)。MPs可能危害红树林沉积物中不同潮间带生物群的组成和多样性。通过功能预测分析,表明MPs对不同菌群的功能有不同的影响。红树林中还存在一些未知的细菌起着作用,需要进一步探讨。 (2)以PE为唯一碳源,利用无碳源培养基MM30对沉积物中的微生物进行驯化、分离、鉴定,共分离出三株降解菌。通过形态学观察、革兰氏染色和16S r RNA序列构建系统发育进化树等,确定了降解菌K1-1为不动杆菌属(Acinetobucter venetianus),K1-2为假单胞菌属(Pseudomonas monteilii),K1-3为芽孢杆菌属(Bacillus wiedmannii)。 (3)经过120 d的降解验证试验,K1-1不动杆菌属(Acinetobucter venetianus)对PA、PU和PE塑料薄膜的失重百分比分别为11.89%、10.93%和6.42%;K1-2假单胞菌属(Pseudomonas monteilii)对PA、PU和PE塑料薄膜的失重百分比分别为10.03%、9.01%和5.38%;K1-3芽孢杆菌属(Bacillus wiedmannii)记录的PA、PU和PE的失重百分比分别为9.53%、8.56%和5.73%。结果表明菌株K1-1对三种类型的MPs降解效果最好,PA最易被降解,其次是PU,最后是PE。通过安捷伦(Agilent)8700 LDIR激光红外成像光谱仪检测,发现三株菌均能改变MPs的内部结构,红外谱图出现了新的官能团,说明通过酸化和三羧酸循环在细菌细胞中代谢,从而促进生物降解。 (4)从沉积物中提取的MPs利用菌株K1-1分别进行降解120 d和未降解的处理,分别进行斑马鱼暴露试验。发现提取物MPs降解前比降解后对斑马鱼肠道组织影响更为严重,并随着暴露剂量的增加,肠道损伤情况越明显。说明MPs对斑马鱼肠道的影响不仅和是否降解有关,还与MPs的暴露剂量有关。 (5)微生物降解提取物MPs和未降解的提取物MPs分别暴露给斑马鱼后,检测氧化应激(SOD、CAT)与免疫细胞因子(IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α)的相关基因的m RNA的相对表达量发现,IL-1和IL-8的表达量与对照组相比,随着暴露时间的延长呈现先上升后下降的趋势,而TNF-α与之相反,随着暴露时间的延长呈现先下降后上升的趋势。IL-6在7 d时表达量上升,14 d发生下降,21 d又恢复上升趋势。CAT的表达量均降低了。SOD仅在MPs降解前组中m RNA的相对表达量出现升高,但在降解后组中表达量却出现降低。所有指标因子都表现出MPs降解后比降解前损伤更轻,并都随着MPs暴露剂量的增加反应越明显的现象。 综上所述,湛江红树林沉积物中MPs污染较为严重,MPs类型主要以PA、PU和PE为主,MPs对红树林沉积物中的细菌多样性产生显著影响。从沉积物中分离出的降解菌株K1-1降解MPs效果最好,具有修复MPs污染环境的潜力。通过该菌株对提取物MPs进行降解处理后染毒斑马鱼,与未降解的MPs作对比,结果表明,两处理组均能导致斑马鱼的肠道组织损伤,肠壁变薄,肠绒毛上皮细胞脱落等。并随着暴露剂量的增加和时间的延长,各炎症基因越明显。MPs降解后相较于MPs降解前炎症损伤情况更低,说明MPs经细菌降解后对斑马鱼
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