《Aquatic Toxicology》：Hepatic toxicity induced by exposure to glyphosate/aminomethylphosphonic acid and oxytetracycline alone or in combination in zebrafish: A novel mechanism of the gut-liver axis
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本研究针对钢铁工业区沉降性大气颗粒物（SePM）对水生生态系统的潜在威胁，以罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）为模型，通过96小时暴露实验揭示了SePM作为多金属污染载体的生态风险。研究发现SePM可显著提高24种金属元素（如Fe、Cr、Ni、Sr等）的水体溶解度，导致虾体出现剂量依赖性生物富集（以Ba、Sr、Fe、Cu、Zn为主），并诱发抗氧化酶系统（CAT、SOD、GPx、GST）衰竭、谷胱甘肽（GSH）耗竭、脂质过氧化（LPO）升高及DNA链断裂（DNA-SB）等氧化损伤。扫描电镜-能谱分析证实蜕皮外骨骼中金属颗粒的嵌入，表明其作为污染物循环新途径。该研究为工业区大气沉降物跨界污染评估提供了关键毒理学证据，呼吁修订现有环境监测标准。
钢铁工业的快速发展在推动经济的同时，也向大气中释放了大量富含金属元素的颗粒物。这些颗粒物沉降到邻近水体后，成为一类容易被忽视的跨界污染源——沉降性大气颗粒物（SePM）。在巴西维多利亚市等工业区，源自铁矿加工和钢铁生产的SePM持续输入水生环境，其复杂的化学组成，特别是多种常规和新兴金属的共存，对水生生物构成了潜在威胁。然而，传统的环境监测往往聚焦于单一金属的水体浓度，严重低估了SePM这种复杂混合物可能产生的协同毒性效应。为了深入揭示SePM对关键水生生物的生态毒理风险，一项发表在《Aquatic Toxicology》上的研究，由Michelly Pereira Soares等人领衔，以具有重要生态和经济价值的淡水虾——罗氏沼虾（Macrobrachium rosenbergii）为模型，开展了一项系统的暴露实验研究。
为了评估SePM的毒性，研究人员设计了一套严谨的实验方案。首先，他们在巴西维多利亚市工业区附近的Ilha do Boi点采集了SePM样本，并制备成不同浓度（0.00, 0.01, 0.10, 1.00 g L-1）的暴露溶液。健康的罗氏沼虾幼虾被随机分组，在这些溶液中暴露96小时。实验期间，研究人员定期更新溶液以维持暴露稳定性。暴露结束后，他们采集水样和虾体样本，运用了一系列关键技术进行分析：利用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）精确量化了水体和虾体内多种金属元素的浓度；通过生化分析检测了虾体的抗氧化酶活性（超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、谷胱甘肽过氧化物酶GPx、谷胱甘肽S-转移酶GST）、谷胱甘肽（GSH）含量、脂质过氧化（LPO）水平以及DNA链断裂（DNA-SB）程度；此外，还采用扫描电子显微镜结合X射线能谱分析（SEM-EDS）对虾蜕皮后的外骨骼进行了超微结构观察和元素分析，以探究金属的 sequestration（隔离）情况。统计分析则包括单因素方差分析（ANOVA）、Tukey检验、Spearman相关性分析和线性判别分析（LDA），用于评估不同处理组间的差异以及变量间的关联。
3.1. SePM暴露与金属生物富集
研究结果显示，SePM的加入显著提高了暴露水体中多种金属的浓度，尤其是铁（Fe）、铬（Cr）、镍（Ni）、铝（Al）和锌（Zn），同时一些新兴元素如锶（Sr）、锰（Mn）和钡（Ba）也有明显增加。随着SePM浓度的升高，大部分金属在水中的溶解度呈上升趋势，其中Cr、Ni、Fe、Zn、Sn等元素的增加尤为显著。暴露96小时后，虽然在所有测试浓度下虾的存活率均为100%，但其体内检测到了24种金属元素的生物富集。富集程度最高的金属包括Ba、Sr、Fe、Cu和Zn，且整体上呈现出剂量依赖性增长（除Mo和W外）。通过计算吸收因子（AF）发现，不同金属的积累动力学存在差异，例如Cu和Ba在较高SePM浓度下表现出更强的吸收倾向。特别值得注意的是，扫描电镜和能谱分析在虾的蜕皮外骨骼中发现了嵌入的金属颗粒（如Ba、Al、Pb、Cr、Mo、Ti、Mn、Ag、Ni等），这表明外骨骼可能成为金属污染物的一种 incidental（偶然的） sequestration 途径。
3.2. 生物标志物响应
在生化水平上，SePM暴露对罗氏沼虾的氧化应激系统产生了显著影响。与对照组相比，暴露于SePM的虾，其多种抗氧化酶的活性（GPx、GST、SOD）以及非酶抗氧化剂GSH的含量均出现下降，且这种抑制效应在最低暴露浓度（0.01 g L-1）下就已显现，并未随浓度增加而进一步加剧。而过氧化氢酶（CAT）的活性则在较高浓度（0.1和1.0 g L-1）下才显著降低。与此同时，作为氧化损伤指标的脂质过氧化（LPO）水平在所有暴露组均升高了57%。金属硫蛋白（Metallothionein）的含量则因暴露而增加了78%，这可能是机体的一种解毒适应反应。最令人担忧的是，DNA链断裂（DNA-SB）表现出明显的剂量依赖性增加，在最高浓度组增加了49%，表明SePM具有基因毒性。
3.3. 整合分析
相关性分析进一步证实了金属富集与氧化损伤之间的密切联系。大多数在虾体内富集的金属元素与CAT、GPx等抗氧化酶活性呈负相关，而与LPO和DNA-SB等损伤指标呈正相关，其中DNA-SB是与金属富集相关性最强的生物标志物。线性判别分析（LDA）成功地将不同暴露组区分开来，筛选出的关键区分参数主要包括虾体内富集的金属元素，而生物标志物在区分中低浓度组时效果稍逊。
该研究的讨论部分深入阐释了上述发现的意义。SePM被证实是水体金属污染的一个重要载体，它不仅释放常规的工业污染物（如Fe、Al），还 mobilizes（动员）了多种新兴元素（如Cr、Ni、Sr、Sn、稀土元素等）。罗氏沼虾通过鳃和消化道吸收了这些金属，导致体内大量富集。研究发现虾在暴露期间发生蜕皮，且外骨骼中嵌有金属颗粒，这提示蜕皮可能作为一种潜在的金属排出或隔离方式，但也可能意味着污染物通过丢弃的外骨骼重新进入环境或食物链。尽管虾在急性暴露下存活，但其氧化防御系统已受到严重破坏，抗氧化能力衰竭，氧化损伤加剧，并出现了显著的DNA损伤。这种氧化应激在极低浓度的SePM下即被触发，表明其毒性阈值很低，在自然波动的水环境中，生物体可能难以获得足够的恢复时间。金属硫蛋白的诱导上调是一种保护性反应，但不足以完全抵消SePM混合物的强烈毒性效应。
综上所述，这项研究有力地证明了源自钢铁工业的沉降性大气颗粒物（SePM）对罗氏沼虾能造成多金属复合污染，引发显著的生物富集、氧化应激和基因毒性。其毒性不能简单地由单个金属的效应叠加来预测，凸显了复杂混合物评估的重要性。研究结果强调了将大气沉降物纳入水生生态系统监测体系的紧迫性，并呼吁扩展环境质量标准涵盖的污染物清单，以更全面地评估和管理工业活动对水生态环境的潜在风险。这项发表于《Aquatic Toxicology》的工作为理解和管理工业区大气沉降物对水生态系统的跨界污染提供了重要的科学依据。
