loligo游泳隧道呼吸系统的应用-温度调节PFAS的积累及对羊头小鱼代谢表现的影响

发布时期	发布来源	下载次数	文件类型	文件大小
2026-05-12	http://www.generule.com	18次	.pdf	8.1 MB
点击下载

气候变暖和化学污染塑造了水生生态系统，但它们共同影响背后的生理机制仍然不清楚。我们研究了夏季平均地表水温预测上升如何改变全氟和多氟烷基物质（PFAS）毒性动力学，以及它们对羊头鱼（Cyprinodon variegatus）生理表现的影响。成鱼在当前及预测的平均温度情景下，长期暴露于环境相关的PFAS混合物（全氟辛烷磺酸盐（PFOS）+全氟辛酸盐（PFOA））。评估了组织PFAS浓度、整体生物代谢率、游泳表现、生殖产出和体细胞指标。温度会以化合物和组织特异性的方式改变PFAS组织浓度，特别是促进PFOA重新分布到卵子。代谢反应依赖温度：在26°C时，组织PFAS浓度升高与标准代谢率和最大代谢率（SMR和MMR）升高相关，维持有氧范围（AS）。在28.5°C时，SMR保持稳定，而MMR和AS随着PFAS上升而下降，表明高能量活动所需的氧气减少。尽管游泳和生殖表现未变，肝炎指数随着组织PFAS浓度和PFAS分布变化的增加，表明排毒成本存在。这些发现表明，平均水温的升高可能加剧污染物压力，影响沿海鱼类种群的韧性和后代发育。PFAS风险评估应考虑低于预期变暖的胁迫因素。

学科

解剖学混合物氧气热力学性质毒素

关键词

PFAS 温度鱼类累积新陈代谢繁殖游泳表现

1. 引言

多种压力源塑造着全球生态系统，并对水生生物构成日益增长的威胁。(1)特别是，化学污染与气候变暖相互作用，增加污染物暴露并提高生物体敏感性，(2,3)其对生长、繁殖和行为的影响可能促进非线性生态反应，降低生态系统韧性。（4−6）驱动这些相互作用的生理机制仍然了解不足，尤其是对于新兴污染物，尽管它们对加速气候变化下预测污染物风险至关重要。

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一大类合成污染物，其温度依赖性效应仍大多未知。自20世纪50年代以来，PFAS因其独特的化学和物理特性被广泛使用。(7)强碳氟键和氟化链使其高度稳定且防水、防油。一些PFAS，如全氟烷基酸（PFAA），也具有亲水基团，使其具有类似表面活性剂的行为。(8)这些特性使PFAS在自然条件下抗降解，并允许其广泛运输和积累，尤其是在水生生态系统中。(9,10)全氟辛酸盐（PFOA）和全氟辛烷磺酸盐（PFOS）是历史上最广泛使用的长链PFAA类型之一，并受到科学、公众和监管界的关注。(11)由于其持久性、生物积累性和毒性，它们分别列入《斯德哥尔摩公约》附件A（消除）和B（限制）(12,13)并且在许多国家受到监管。(14)尽管自2000年代初以来，它们的生产和使用已基本停止，(11)其极高的稳定性和剩余的水源持续污染地表水和地下水。浓度通常从几ng L不等^–1到低μg L^–1,(10)但在工业场地和遗留污染区附近，报告的浓度远高于此;例如，最高可达42,000 ng L^–1PFOA和2700 ng L的^–1在明尼苏达州3M公司处置场附近的地下水中发现了PFOS。(15)

PFAA的生物积累以及人类和野生动物的健康风险已有充分记录。(9)PFAA的两亲性结构赋予了对血清白蛋白、脂肪酸结合蛋白（FABPs）及其他影响其在生物体内分布的内源性蛋白的高亲和力。(16)在鱼类中，PFAS主要积累在富含蛋白质的组织中，如血液、肝脏和肾脏，(17)并且还能与病毒同胞素结合，促进卵子沉积，并带来潜在的多代风险。(18)一般来说，PFAS的生物积累会随着碳链长度和疏水性增加，这取决于官能团的性质。(19)在鱼类中，PFOS和PFOA会诱导生殖毒性，(20)导致发育异常，(21)并干扰能量代谢。(22)

尽管PFAA的生理影响日益被认识，但关于温度如何改变其在鱼类中的吸收、分布和毒性，知之甚少。(23,24)温度决定了水生环境中污染物的环境行为，影响溶解度、结合亲和力和分配。(5)针对PFAA，蛋白质的非共价相互作用通过范德华力和氢键稳定，具有放热性，在高温下减弱，可能增强解离和消除。(25,26)与此同时，温度是外温动物表现的基本驱动力，因为它决定生化反应的节奏，并定义生长、运动和繁殖等关键功能所需的能量容量。（27−30）由于变暖会提高变温动物的新陈代谢率，(31)它可能影响污染物的吸收和内部暴露，(32)尽管摄取并非代谢率的直接函数，而是依赖于多个温度敏感的过程。总体而言，澄清预测平均水温和PFAS暴露的增加如何相互作用以塑造生物能特征，对于预测能量平衡和生物体适应性至关重要。(33)整体生物体代谢率是有价值的综合指标，反映了氧气消耗以及氧气输送和能量转换的综合能力。然而，关于PFAA（以及更广泛的PFAS）和鱼类代谢率的研究仍然稀少。(34)关键是，没有研究涉及PFAA混合物，只有一项研究考察了温度依赖性效应，报告了仅暴露于PFOS的幼鱼代谢紊乱。(35)这一差距强调了通过整体生物代谢特征评估PFAA毒性的必要性，这些特征捕捉能量分配权衡和生态功能，尤其是在不同的热条件下。

本研究的总体目标是评估夏季平均地表水温的预测上升如何改变PFAA毒动学，并损害羊头鱼（Cyprinodon variegatus）的生理表现。羊头鱼在毒理学研究中被广泛使用。(36,37)它们是一种欧瑞热物种，广泛分布于美国大西洋沿岸和墨西哥湾，包括受污水处理厂（WWTPs）排放影响的地区，由于去除效率较低，PFAS是PFAS的来源。(38)与这一暴露背景相符，我们在WWTPs下游（康涅狄格海岸长岛海峡）的实地采样中，在所有调查地点检测到PFOS/PFOA，并记录到羊头鱼，证实了暴露相关性（未发表数据）。在我们的研究中，我们的目标是（i）表征温度如何影响PFOS和PFOA混合物的组织积累和分布，（ii）评估温度是否调节混合物对鱼类代谢、游泳和繁殖表现的毒性。我们假设PFOS的积累浓度会高于PFOA，因为它已知具有更强的蛋白质结合亲和力和较慢的消除速度，(19)因此，主要驱动PFAA相关毒性。我们进一步验证了水温升高会改变PFOS和PFOA组织的积累与分布的假说，因为先前研究表明温度会影响PFAA与蛋白质的结合。(25)最后，基于PFOS暴露能改变鱼类氧气消耗的证据，且这些影响随温度变化，(35)我们测试了暴露于PFOS和PFOA混合物质会以温度依赖性的方式改变代谢率和有氧范围，可能对游泳和繁殖表现产生影响的假说。为验证这些预测，我们进行了两项补充的实验室慢性水暴露实验，使用适应三种地表水温的成年羊头鱼，这些温度代表了美国东北部当前及预测的平均地表水温。通过将热应激源和污染物胁迫因素整合进整体有机体框架，本研究进一步推动了我们对环境胁迫因素在全球变化背景下如何影响鱼类生理功能和生态适应性的理解。

2. 材料与方法

2.1. 鱼类养殖与温度适应

所有鱼类饲养和实验程序均遵循康涅狄格大学机构动物护理与使用委员会协议A22–049和A23–049。幼年羊头鱼（孵化后>60天，dph）来自美国科罗拉多州福特柯林斯的Aquatic BioSystems，饲养时体重约为24ppt。到达后，鱼类通过逐步稀释12天（每48小时减4ppt，从24ppt降至1）逐步适应，使用脱氯淡水混合即时海洋合成海盐（Aquarium Systems， Inc.，美国），然后在两个380–1360升的循环养殖系统中维持1ppt（Iwaki Aquatic Systems and Services，美国马萨诸塞州霍利斯顿）直到成年后才开始实验性暴露。盐度被设定为1 ppt，以表示沿海系统中可能出现的低盐度河口状况（例如淡水涌入事件期间）。

水质条件为：温度24°C，盐度1ppt，溶解氧8 mg/L，pH 7.5。循环水产养殖系统的温度通过由恒温器控制的水库加热器维持（图1).饲养期间，使用多参数YSI探针每周监测水质参数（温度、盐度、溶解氧、pH值），氨、亚硝酸盐和硝酸盐每周检查，以确保其保持在可接受范围内。在实验开始前，性成熟鱼类在同一监测体系下至少适应3周至指定温度（经验1：24、26或28.5°C;经验2：24或28.5°C）。鱼类每天喂食一次，以标准商业片饲料（TetraMin热带鱼片、Tetra、Melle、德国）满足，直到鱼不再浮出水面觅食，并在停养和实验期间保持在14小时光照：10小时暗光周期内。

曝光模块的示意图和实验设计。温度处理与两种PFAS处理（PFAS暴露组和未暴露对照组）混合使用：实验1中的24、26和28.5°C;实验2中温度分别为24和28.5°C。实验1：在6天的暴露前和28天的暴露期内进行每日卵子采集，以定量产卵量;在暴露第0、第14和第28天采集了额外的卵样本进行PFAS分析。实验1–2：在28天暴露期间采集水样以监测PFAS浓度。暴露结束时，实验1采集了男性和女性的无皮肌肉用于PFAS分析，而实验2则采集了女性的无皮肌肉、肝脏、性腺和血液进行PFAS分析。两个实验均在终止时评估了躯体终点。在实验1中，解剖次日早晨采集并评估了更多男性的游泳和代谢表现，随后对全身样本进行了PFAS分析。

上一篇：Loligo微孔板呼吸法系统应用：通过新型太阳能氯光芬顿工艺处理废水的生态毒理学评估，用于可持续作物灌溉
下一篇：用于高效比较不同入侵哺乳动物管理方案下声景的声学区域工作流程

下载分类

联系我们