STOTEN黄海水产所学者：NMT发现NPs致青鳉胚胎排Ca2+↑且该过程被海水酸化加强 为探究NPs对海洋环境的影响提供证据

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基本信息

主题：NMT发现PS-NPs胁迫下海水青鳉胚胎的Ca²⁺流速变化

期刊：Science of the Total Environment

影响因子：10.754

研究使用平台：NMT毒理创新平台

标题：Charge-dependent negative effects of polystyrene nanoplastics on Oryzias melastigma under ocean acidification conditions

作者：中国水产科学研究院黄海水产研究所 夏斌、陈昱霏

获奖情况：该成果获得2022-2023年度“中关村优秀NMT成果奖”二等奖

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检测离子/分子指标

Ca²⁺

 

检测样品

海水青鳉胚胎

 

中文摘要

海洋纳米塑料因其对海洋环境的有害影响而受到越来越多的关注。一个共存的主要环境问题是海洋酸化(OA)。然而，在OA条件下，不同电荷的纳米颗粒(NPs)对海洋生物的影响还知之甚少。因此，我们研究了OA对带正电荷和负电荷的聚苯乙烯(PS) NPs对海水青鳉胚胎毒性的影响。与带负电荷的PS-COOH相比，带正电荷的PS-NH2在正常条件下聚集性更弱，在OA条件下聚集性更强。根据综合生物标志物方法，OA逆转了带正电荷和负电荷的NPs对胚胎的毒性。重要的是，在环境相关的浓度下，两种类型的PS-NPs都可以通过绒毛膜孔进入胚胎，然后转移到幼虫。OA逆转了褐藻螺中PS-NH2和PS-COOH的内化。总的来说，与OA相关的PSNH2和PS-COOH的反向毒性可能是由于NPs对海藻的反向生物利用度，这归因于NPs在酸化海水中的聚集改变。这一发现证明了NPs对海洋鱼类的电荷依赖性毒性，并为在不久的将来可能遇到的OA条件下NPs对海洋环境的潜在危害提供了新的见解。

 

离子/分子流实验处理方法

10μg/L PS-NPs对青鳉胚胎进行10天的暴露

 

离子/分子流实验结果

由于Ca²⁺流速与神经发育和肌肉刺激密切相关，因此，为了阐明PS-NPs影响仔鱼游泳能力的潜在机制，我们采用非损伤微测技术（NMT）研究了胚胎的Ca²⁺流速。在正常海水条件下，PS-COOH和PS-NH2暴露组的Ca²⁺外排明显高于对照组，表明NPs暴露导致Ca²⁺外排增加。在海洋酸化条件下NPs暴露的Ca²⁺外排流速，显著高于单独正常海水下的NPs处理，表明OA和NPs联合暴露导致胚胎的Ca²⁺外排更多（图1）。

 

图1.海水青鳉胚胎暴露于不同实验组中胚胎表面Ca²⁺流速实时变化图。正值代表Ca²⁺外排。

 

 

其他实验结果

• PS-NH2比PS-COOH在酸化海水中具有更强的聚集性。
• 海洋酸化逆转了带正电荷和负电荷的NPs的毒性。
• 海洋酸化逆转了PS-NH2和PS-COOH的内化。
• 环境水平的PS-NPs可以从胚胎转移到幼虫。

 

结论

NPs对海水青鳉胚胎的皮肤离子细胞产生损伤，导致离子调节功能受损，扰乱胚胎细胞离子稳态，从而威胁鱼类生长和发育。此外，在海水酸化条件下不同表面修饰的NPs的毒性效应增强。在海洋酸化条件下，NPs阻碍海水青鳉胚胎对Ca2+的吸收，从而抑制神经发育和肌肉刺激，诱导仔鱼脊柱畸形，影响运动能力。同时，Ca²⁺缺乏诱导心脏收缩功能受损，使心率加快，影响海水青鳉正常发育，导致细胞生长周期缩短以及生理机能和器官发育不健全。

 

测试液

370 mM NaCl，54 mM MgSO₄，10 mM KCl，2 mM NaHCO₃，0.4 mM CaCl₂，pH为7.4和8.2

 

NMT仪器信息

·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

文章原文：http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.161248

 

供稿：陈昱霏

编辑：叶斌，刘兆义

 

关键词：Ca²⁺；毒理；海洋酸化；青鳉；胚胎；动物类

 

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