丙溴磷对雄性海鳉（Oryzias melastigma）的长期生态风险：生物富集、毒性机制及暴露后恢复

《Journal of Hazardous Materials》：Long-term ecological risks of prometryn in male marine medaka (Oryzias melastigma): bioaccumulation, toxicity mechanism, and post-exposure recovery

　　

摘要

普罗米特林 (Pro) 是一种三嗪类除草剂，在水生环境中的检出率日益增加，但其对海洋鱼类的长期效应及暴露后恢复情况仍知之甚少。我们研究了雄性海稻鱼 (Oryzias melastigma) 在暴露于 10 和 100 μg/L Pro 42 天及 18 天净化期后的 Pro 生物富集、毒性及恢复情况。Pro 在肝脏、肠道和鳃中快速积累，在净化 4 天内消除约 80%，并在 18 天完全清除。暴露显著降低了生存率和肝体指数，并导致多个组织的组织病理学损伤，同时破坏了抗氧化防御并增加了脂质过氧化，表明存在氧化应激。肝脏转录组揭示了 5,068 个差异表达基因 (DEGs)，富集通路包括 PPAR 信号、类固醇激素生物合成和细胞色素 P450 介导的代谢，表明广泛的代谢和解毒功能受损。净化后，DEGs 减少至 2,976，但残留的转录活性、氧化应激标志物和组织形态表明恢复是实质性的但仍不完整。值得注意的是，快速消除先于几个生物学终点的恢复，揭示了化学清除与生物恢复之间的脱节。这些发现表明，仅凭组织残留物减少可能会低估除草剂诱导效应的持续性，突显了整合化学、生化、组织病理学和分子终点来评估水生污染物暴露后的生态风险和恢复情况的必要性。

引言

除草剂在全球范围内广泛应用，全球年消费量超过 160 万吨 [1], [2]。估计超过 70% 的应用农药进入地表径流并最终在海洋生态系统中积累 [3], [4]。普罗米特林 (Pro) 是一种硫甲基三嗪类除草剂，用于控制农业和水产养殖中的有害植被和藻类，由于其相对较长的半衰期，已成为海洋环境和生物中的常见污染物 [5], [6]。Pro 的报告浓度在黄海和渤海为 0.63 μg/L，在海南沿海地区为 0.44 μg/L，在中国某些内陆水域高达 7.12 μg/L [7], [8]。Pro 也在希腊 (0.078–4.4 μg/L) 和法国西部 (100–330 ng/L, [9], [10]) 检出。因此，Pro 的广泛出现引发了人们对其对海洋生物潜在影响的担忧。

水生生物可以通过水和饮食途径吸附 Pro，可能导致生物富集和毒性效应 [11], [12], [13]。先前的研究报告称，Pro 暴露诱导多种不良结果，主要通过破坏代谢调节、免疫功能和氧化稳态 [14], [15], [16]。在鱼类中，长期 Pro 暴露引起了显著的器官损伤，包括肝坏死、肾损伤、炎症和出血，以及早期生命阶段发育受损 [17], [18], [19]。机制上，Pro 已被证明会损害线粒体功能，引发氧化应激和炎症反应，并诱导细胞死亡 [5], [20], [21]。例如，Pro 在海参中的积累导致严重的肠道病变，破坏抗氧化系统，并减少肠道微生物多样性 [11]。迄今为止，大多数研究集中在贝类和海参等底栖无脊椎动物上 [11], [22]，留下了关于鱼类如何积累、分布和排出 Pro 的关键知识空白。此外，大多数研究采用了高浓度的短期暴露，忽视了与环境相关浓度下长期暴露于 Pro 的潜在风险。

为弥补这一空白，本研究利用海稻鱼 (Oryzias melastigma) 调查了 Pro 的长期生态风险，它是生态毒理学中一种成熟的模式生物，由于其染色体水平基因组组装、丰富的转录组资源以及明显的性别二态性，允许性别控制的实验设计和稳健的多组学通路分析 [23], [24]。海稻鱼暴露于环境相关浓度的 Pro (0, 10 和 100 μg/L) 42 天，随后进行 18 天的净化期。首先，评估了组织特异性生物富集和净化，以确定 Pro 的内部分布及其随时间消除的效力。随后，分析了组织病理学和体成分指数，以评估生理和结构变化。进一步进行了肝脏转录组分析以阐明潜在机制。最后，评估了暴露后恢复情况以确定 Pro 诱导效应的可逆性。总体而言，本研究提供了对雄性海稻鱼中 Pro 的生物富集、毒性效应和恢复潜力的见解，对海洋环境中除草剂的生态风险评估具有启示意义。

章节摘要

化学品和试剂

普罗米特林 (CAS: 7287-19-6; 纯度 > 99%), 二甲基亚砜 (DMSO, CAS: 67-68-5; 纯度 > 99.6%), 有机溶剂包括甲醇 (CAS: 67-56-1)、乙腈，以及 Oasis HLB 固相萃取小柱 (500 mg/6 mL) 购自 Sigma-Aldrich (上海，中国)。

测试生物的饲养

本研究中使用的海稻鱼已在我们的实验室饲养了数代。成年雄性 (0.22 ± 0.03 g 湿重和 2.20 ± 0.05 cm 标准体长) 饲养在含有 50 L

鱼类组织中普罗米特林的生物富集和净化

在 42 天的暴露期间，10 和 100 μg/L 暴露组海水中的 Pro 浓度分别稳定在 8.6–9.8 μg/L 和 86.2–99.6 μg/L。对照组样本中未检出 Pro，表明没有背景污染。组织分析揭示了 Pro 显著的时间和剂量依赖性积累 (图 1)。在前 7 天内，Pro 在所有组织中积累，随后通过第 42 天逐渐增加。肝脏、肠道和鳃是主要

讨论

本研究证明，慢性暴露于环境相关浓度的普罗米特林 (Pro) 在雄性海稻鱼中产生了一系列协调的化学积累、生理损害、氧化应激、组织损伤和转录组破坏序列。Pro 优先在肝脏、肠道和鳃中积累，诱导显著的组织病理学和氧化改变，并干扰了与代谢和外源物质处理相关的通路。值得注意的是，

结论

环境相关浓度的 Pro 暴露协调了雄性海稻鱼中的化学、生化、组织病理学和分子干扰。Pro 优先在肝脏、肠道和鳃中积累，并与氧化应激、组织损伤、生理损害以及涉及代谢、外源物质处理和内分泌调节的肝脏通路破坏有关。尽管在净化 4 天内消除了较高比例的积累 Pro 并且

未引用参考文献

[[59], [60]]

CRediT 作者贡献声明

王俊：写作 – 回顾和编辑，监督，资金获取，概念化。 NA Samreen：写作 – 原稿，软件，方法学，调查，形式分析，数据整理。

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能会影响本论文报告的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金 (42376146) 和国家留学基金委 (CSC 编号 2022GXZ008162) 的支持。

意义声明

除草剂普罗米特林 (Pro) 的广泛使用对海洋生态系统构成了潜在威胁，然而其毒性动力学和非目标生物的生物恢复能力仍知之甚少。本研究通过整合化学、生理和分子分析来追踪命运和

王俊 Samreen

中国海洋大学海洋生命学院，中国青岛 266003