【摘 要】
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有机硅对不同产品、工业及农业材料都有重要的作用,由于其优越的性能在商业上有着广泛的应用,从而通过人类活动进入环境和生态系统。一些有机硅化合物很难降解,能够长期存在于环境中。我们注意到,有机硅对环境中的植物、水生动物和微生物具有一定的毒性。近年来,稻虾共作模式广泛地应用在中国农业生产中。其养殖水田可能存在系列有机硅化合物,从而引起养殖动物和植物的氧化应激反应。目前,有机硅对水生动物的毒性和氧化胁迫应
【基金项目】
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The National Key Research and Development Program (2018YFC1800305); Guangxi Major Special Project of Science and Technique (AA17202026-3); Hubei Special Project for T
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有机硅对不同产品、工业及农业材料都有重要的作用,由于其优越的性能在商业上有着广泛的应用,从而通过人类活动进入环境和生态系统。一些有机硅化合物很难降解,能够长期存在于环境中。我们注意到,有机硅对环境中的植物、水生动物和微生物具有一定的毒性。近年来,稻虾共作模式广泛地应用在中国农业生产中。其养殖水田可能存在系列有机硅化合物,从而引起养殖动物和植物的氧化应激反应。目前,有机硅对水生动物的毒性和氧化胁迫应激反应却少见报道。本项目采用室内培养试验,研究了三种典型有机硅化合物(KH560,KH570和D6)对小龙虾(Procambarus clarkii)抗氧化系统的反应及其分子机制,为有机硅的农业应用提供理论依据。1.在水培条件下,研究了两种典型的硅烷偶联剂(KH-560(3-甘氨酰氧基丙基三甲氧基硅烷)和KH-570(3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷))对小龙虾存活率、抗氧化反应和基因表达的影响。在含有不同浓度(0、10、100和1000 mg L-1)KH-560和KH-570的黑色水产养殖箱中养殖小龙虾72小时,采集小龙虾样品并分离成甲壳、鳃和肌肉组织进行分析的发现,除100 mg L-1 KH-570处理外,有机硅显著增加肌肉丙二醛(MDA)含量17%~38%,降低小龙虾成活率。此外,KH-570使肌肉组织中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的活性分别提高了15%~31%、17%~35%和9%~46%,抗坏血酸(As A)和谷胱甘肽(GSH)的含量分别提高了19%~31%和23%~29%。KH-560也有类似的结果。然而,在甲壳中,两种有机硅处理的高浓度水平显著降低了SOD活性。有机硅处理后,螯虾腹肌中硅含量较高。基因表达分析表明,有机硅胁迫下抗氧化相关基因(Sod1、Sod2、Cat1、Cat2和Pod1、Pod2)的表达明显增加。以上结果表明,有机硅在小龙虾体内的生化和分子水平上都有明显的应激反应。2.有机硅单体D6(十二甲基环六硅氧烷)广泛应用于化工行业中,在环境中广泛存在,但其生态毒性尚不明确。通过水培试验,研究了D6暴露(10~1000 mg L-1)对小龙虾氧化应激诱导和基因表达变化的影响。结果表明,在低浓度(10 mg L-1)D6处理下,肌肉中的超氧化物歧化酶(SOD)活性增加了20%~32%,而高浓度(1000 mg L-1)则降低了鳃组织中的SOD活性。高浓度的D6(1000 mg L-1)也使肌肉组织中的过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性分别增加了14%~37%和14%~45%,在螯虾的甲壳和鳃组织中也观察到了相同的趋势。在D6处理下,螯虾肌肉中丙二醛(MDA)、抗坏血酸(As A)和谷胱甘肽(GSH)含量分别增加了16%~31%、19%~31%和21%~28%。此外,小龙虾鳃、甲壳和肌肉三个器官的硅含量都有所增加。检测到与酶和非酶活性相关的基因,当螯虾接触D6时,肌肉中的Sod3、Cat3、Pod3和Gsh3等基因上调,而Asa3和Oxido3则显著下调。研究结果有助于了解D6对螯虾的毒性,为进一步研究D6对螯虾等水生生物的胁迫机制提供依据。
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