菲對(duì)水生動(dòng)物繁育和生長(zhǎng)的影響及機(jī)理

■許友卿 鐘藝文 韓進(jìn)華 覃志彪 李偉峰，2 丁兆坤*

（1.廣西大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)研究所廣西高校水生動(dòng)物健康養(yǎng)殖和營(yíng)養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530004；2.廣西北部灣海洋生物多樣性養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（欽州學(xué)院），廣西欽州535011）

菲（Phe）是一個(gè)3環(huán)多環(huán)芳烴，是多環(huán)芳烴（PAHs）的典型代表，因其分子量小，在水體中溶解度大[1]，生物利用率高，極易進(jìn)入水生生物體內(nèi)產(chǎn)生毒性作用[2-3]。菲暴露可引起相關(guān)抗氧化酶活力變化[4]、生物體脂質(zhì)過氧化損傷[5]、致水生動(dòng)物組織病理變化[6]和急性致死效應(yīng)[7-10]等。由于菲具有高親脂性，極易滲透生物膜，快速累積，并可通過食物鏈傳遞，卻難以降解，是全球普遍存在的持久性有機(jī)污染物，嚴(yán)重威脅人類和水生動(dòng)物健康[11-13]。

目前，對(duì)菲的研究多集中在組織病理變化及致死效應(yīng)方面[6-10]，鮮有研究菲對(duì)水生動(dòng)物的繁殖、發(fā)育和生長(zhǎng)的影響及機(jī)理。

本文綜述了菲對(duì)水生動(dòng)物繁殖、發(fā)育和生長(zhǎng)的影響及其機(jī)理，旨在深入研究并掌握菲對(duì)水生動(dòng)物繁殖、發(fā)育和生長(zhǎng)的影響、機(jī)理，以便有效地控制和防治菲對(duì)水生動(dòng)物的危害，保護(hù)水生生物和生態(tài)環(huán)境。

1 菲對(duì)水生動(dòng)物繁殖的影響

菲可通過影響水生動(dòng)物的性腺發(fā)育及其指數(shù)而影響水生動(dòng)物的繁殖。2018年，Loughery等[14]發(fā)現(xiàn)，暴露于菲202 μg/l溶液7周的雌性黑頭呆魚（Pimephales promelas）的雌性腺指數(shù)比對(duì)照組低，卵母細(xì)胞比例減少8.8倍；而暴露于同樣濃度菲溶液的雄性黑頭呆魚的睪丸組織中精原細(xì)胞比例比對(duì)照組增加2.3倍。Sun等[15]發(fā)現(xiàn)，暴露于菲50 d的雄性褐菖鲉（Se-bastiscus marmoratus）性腺體指數(shù)和精子百分比均呈先降后升，其促性腺激素釋放激素、促卵泡激素、促黃體激素mRNA、17β-雌二醇和γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶活性的水平也先降后升，呈U形。菲通過影響雄性水生動(dòng)物精子形成影響其繁殖。

除了性別差異外，不同菲濃度影響的結(jié)果也相異。Loughery等[16]（2018）報(bào)道，雌性黑頭呆魚卵巢中的皮質(zhì)肺泡期卵母細(xì)胞比例依所暴露的菲濃度而異，暴露于菲29.8 μg/l溶液48 h后，卵母細(xì)胞比例增加，而暴露于菲943 μg/l溶液48 h后，卵母細(xì)胞比例下降。然而，Sun 等[17]把海水青鳉（Oryzias melastigma）暴露于菲濃度為0.06、0.6、6 μg/l和60 μg/l的溶液中80 d，發(fā)現(xiàn)暴露于菲0.06 μg/l和60 μg/l的海水青鳉卵巢中形成卵黃和卵黃卵母細(xì)胞的比例顯著降低，腦中鮭魚型促性腺激素釋放激素、促卵泡激素FSHβ和黃體生成素LHβ的mRNA水平、卵巢中細(xì)胞色素P450芳香化酶（CYP19A）和雌激素受體（ERα）基因、肝中雌激素受體和卵黃蛋白原（VTG）1和2的含量均顯著下降，但暴露于菲6 μg/l的海水青鳉的上述物質(zhì)變化不顯著。換言之，暴露于該實(shí)驗(yàn)低和高濃度菲的海水青鳉卵巢發(fā)育均受顯著抑制，而暴露于中間濃度者卻受影響不顯著。

菲通過影響雌性水生動(dòng)物的產(chǎn)卵量、受精率、孵化率和仔魚存活率而影響其繁殖性能。把性成熟的斑馬魚（Branchydanio rerio）分別暴露于菲0、0.05、0.5、5、50 μg/l溶液中7 d，然后配對(duì)繁殖，研究上述不同濃度菲對(duì)魚繁殖行為——產(chǎn)卵量、受精率、3 d內(nèi)受精卵孵化率、7 d內(nèi)仔魚死亡率的影響。發(fā)現(xiàn)菲＞0.5 μg/l顯著抑制斑馬魚的上述繁殖行為（P＜0.05），而菲≤0.5 μg/l對(duì)斑馬魚的上述繁殖行為影響不顯著（P＞0.05），反而促進(jìn)卵的孵化。兩種菲濃度均不顯著影響仔魚死亡率[18]。把條紋鋸鮨（Centropristis striata）暴露于不同濃度菲環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)最高菲濃度500 μg/l組魚的受精卵孵化率比菲濃度50 μg/l組魚下降17.80%，48 h后仔魚心臟畸形指數(shù)和仔魚死亡率分別增加214.96%和82.36%[19]。

2 菲對(duì)水生動(dòng)物發(fā)育的影響

菲可以影響水生動(dòng)物鰓、肝、心臟、視覺等的發(fā)育。暴露于菲0.05、100 μg/l溶液的斑馬魚（Barchydanio rerio var）鰓小片上皮細(xì)胞均肥大和水腫，肝細(xì)胞也腫大，產(chǎn)生空泡；而且暴露于菲100 μg/l溶液的斑馬魚肝細(xì)胞變得不規(guī)則，細(xì)胞核萎縮變形和偏離細(xì)胞中心，部分肝細(xì)胞空泡化程度加重，發(fā)生核溶解或細(xì)胞溶解，造成局部肝組織壞死[20]。海水青鳉胚胎暴露于菲400 μg/l的畸形率大于90%，暴露于在菲800 μg/l時(shí)高達(dá)100%[21]。菲對(duì)捕食性遠(yuǎn)洋魚類作用的靶器官主要為心血管系統(tǒng)[22]。暴露于菲溶液中的海水青鳉（Oryzias melastigma）影響胚胎外周血管系統(tǒng)和卵黃囊，顯著影響胚胎的畸形率和死亡率[23]。Cypher等（2017）[24]報(bào)道，菲可以降低斑馬魚心臟參數(shù)，導(dǎo)致心臟肥大[25]。菲暴露不但導(dǎo)致發(fā)育階段的斑馬魚心律失常和功能障礙[26-27]，而且顯著影響斑馬魚視網(wǎng)膜形態(tài)，導(dǎo)致視網(wǎng)膜發(fā)育遲緩、細(xì)胞凋亡和增殖細(xì)胞減少[28]。

3 菲對(duì)水生動(dòng)物生長(zhǎng)的影響

菲可以破壞水生動(dòng)物體內(nèi)氧化系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī)體代謝紊亂，影響其生長(zhǎng)。Berntssen等[29]報(bào)告，多環(huán)芳烴影響大西洋鮭（Salmo salar）的能量代謝，抑制其生長(zhǎng)。添加菲含量不同的飼料，均會(huì)干擾中華倒刺鲃（Spinibarbus sinensis）血糖、肝糖原及肌糖原等能量?jī)?chǔ)備的正常代謝,并損傷肝胰臟細(xì)胞[30]。Machado等[31]發(fā)現(xiàn)，暴露于菲200 mg/l的河口孔雀魚（Poecilia vivipara）的肌肉發(fā)生脂質(zhì)過氧化，釋放到血液中的紅細(xì)胞相對(duì)減少。Bhagat等[32]報(bào)道，暴露于菲10、25、50、100 μg/l導(dǎo)致海洋腹足類動(dòng)物（Morula granulata）DNA損傷和氧化應(yīng)激反應(yīng)，而且菲對(duì)腹足動(dòng)物具有遺傳毒性。暴露于菲溶液中的胭脂魚（Lizaaurata）可導(dǎo)致鰓、肝和腎組織的脂質(zhì)過氧化，其過氧化程度因組織而異[33]。

菲可以降低Ca2+-ATP酶在基因水平的表達(dá)，抑制Ca2+-ATP酶活性，擾亂斑馬魚心細(xì)胞內(nèi)外的Ca2+活動(dòng)，最終導(dǎo)致斑馬魚的心律失常、心功能障礙[34]。菲通過改變Ca2+-ATP酶和Na+/K+-ATP酶活性，改變細(xì)胞內(nèi)Na+和K+分布，導(dǎo)致細(xì)胞水腫變性，結(jié)構(gòu)改變[35]。Karami等[36]發(fā)現(xiàn)，二倍體和三倍體非洲鯰暴露于菲濃度為6.2、76 mg/l溶液中96 h后，導(dǎo)致其糖原含量、肝和鰓組織病理學(xué)病變的發(fā)生率提高。

4 菲影響水生動(dòng)物繁殖、發(fā)育和生長(zhǎng)的機(jī)理

菲可以通過多種途徑影響水生動(dòng)物繁殖、發(fā)育和生長(zhǎng)。

4.1 通過芳香烴受體發(fā)揮作用

菲通過芳香烴受體（AhR）發(fā)揮作用。菲與芳香烴受體結(jié)合，便轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，激活核內(nèi)靶基因即細(xì)胞色素450（CYP450）的表達(dá)[37-38]，產(chǎn)生一些高度致癌性中間產(chǎn)物，危害抗氧化酶，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或癌癥等[39-41]。

4.2 通過影響基因表達(dá)

Piazza等[42]將扇貝（Nodipecten nodosus）鰓暴露于菲200 μg/l 24 h和96 h，發(fā)現(xiàn)其CYP2D20轉(zhuǎn)錄水平分別增加2.95倍和5.6倍，CYP2UI水平增加2.05倍和2.4倍。然而，Zhang等[26]把斑馬魚心臟或H9C2細(xì)胞暴露于菲，其SERCA2a Ca2+泵的mRNA水平以及蛋白質(zhì)表達(dá)水平顯著降低。結(jié)果表明，菲影響斑馬魚胚胎心臟的正常發(fā)育和誘導(dǎo)心臟缺陷，而且是由菲影響MMP-9基因和TGF-b基因表達(dá)所致。

4.3 通過影響酶的活性

Karami等[36]發(fā)現(xiàn)，暴露于菲 76 mg/l，能夠誘導(dǎo)三倍體非洲鯰fushitarazu因子1（ftz-f1）RNA、堿性磷酸酶（ALP）、乳酸脫氫酶（LDH）水平增加，以及誘導(dǎo)二倍體和三倍體非洲鯰色氨酸羥化酶2（tph2）水平增加。許友卿[43-44]等發(fā)現(xiàn)，暴露于不同濃度菲溶液的海水青鳉仔魚體內(nèi)的丙二醛（MDA）、谷胱甘肽-S轉(zhuǎn)移酶（GST）、7-乙氧基異吩噁唑酮脫乙基酶（EROD）和金屬硫蛋白（MT）活性都顯著升高。Xu等[45]和Correia等[46]分別將羅非魚（Oreochromis）和大西洋鯛（Sparus aurata）暴露于不同濃度菲溶液中，發(fā)現(xiàn)羅非魚和大西洋鯛體內(nèi)的EROD活性均顯著升高。

4.4 通過其他途徑影響

菲可以作為質(zhì)子透過線粒體膜，改變線粒體膜內(nèi)外的質(zhì)子濃度差，影響線粒體膜內(nèi)外的能量信號(hào)傳導(dǎo)，進(jìn)而導(dǎo)致氧化作用和磷酸化作用解偶聯(lián)[47]。菲200 μg/l可致河鲀（Takifugu rubripes）幼魚肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體數(shù)量減少，導(dǎo)致肝物質(zhì)代謝水平尤其是蛋白質(zhì)代謝水平下降，影響肝細(xì)胞的正常生理活動(dòng)，進(jìn)而影響肝功能[48]。

5 結(jié)語與展望

綜上所述，菲污染嚴(yán)重影響水生動(dòng)物的繁殖、發(fā)育和生長(zhǎng)。隨著工農(nóng)業(yè)和城市化的快速發(fā)展，污染物排放日益增多，菲污染也日益嚴(yán)重，我們應(yīng)更加注重該領(lǐng)域的研究。目前許多研究都關(guān)注單一因子的影響，而鮮有研究多種環(huán)境因子同時(shí)產(chǎn)生的綜合效應(yīng)[49]。未來應(yīng)該綜合利用多學(xué)科，從基因、分子、細(xì)胞、器官和整體水平，多層次、全面和深入地研究菲和其他因子對(duì)水生動(dòng)物繁殖、發(fā)育和生長(zhǎng)的影響，特別要注重運(yùn)用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)從分子和基因水平研究其機(jī)理，有效地控制和防治菲/和其他因子對(duì)水生動(dòng)物的危害，為保護(hù)水生生物和生態(tài)環(huán)境而努力。特別應(yīng)注意研究：①對(duì)菲敏感的生物標(biāo)記物；②深入研究菲影響水生動(dòng)物繁殖、發(fā)育和生長(zhǎng)的具體途徑和機(jī)制；③菲與其他因子復(fù)合影響水生動(dòng)物繁殖、發(fā)育和生長(zhǎng)的途徑和機(jī)制；④菲在水生動(dòng)物體內(nèi)代謝、降解和排除的機(jī)制；⑤建立水體和沉積物的菲濃度控制水平；⑥研究調(diào)控和預(yù)防菲的方法，保護(hù)水體生態(tài)環(huán)境和對(duì)菲敏感的水生生物，服務(wù)于生產(chǎn)衛(wèi)生安全的漁業(yè)產(chǎn)品和發(fā)展可持續(xù)的漁業(yè)。