前言

磷酸三（2-氯丙基）酯（TCPP）是最常见的有机磷酸酯之一，常被作为阻燃剂用于塑料、泡沫等产品中。人工纳米颗粒（如纳米二氧化钛 nTiO）由于其小颗粒尺寸、大比表面积和强吸附能力，被广泛应用于化妆品、食品添加剂等领域。释放到环境中的 TCPP 和 nTiO可能会对海洋生物产生毒性。但关于 nTiO与 TCPP 在水环境中的联合作用以及它们如何交互影响水生动物的生理学尚缺乏研究。

 

近日，上海海洋大学王有基教授、浙江大学林道辉教授为共同通讯作者，在环境科学与生态学 TOP 期刊 Science of the Total Environment (IF: 10.753) 在线发表了题为“nTiOalleviates the toxic effects of TCPP on mussels by adjusting respiratory metabolism and gut microbiota”的研究论文，报道了 TCPP 影响厚壳贻贝的呼吸代谢并改变肠道菌群的群落结构，而 nTiO减轻了 TCPP 的毒性，为nTiO在调节 TCPP 毒性方面的作用提供了新见解。

 

 

研究结果

 

厚壳贻贝分别置于 4 个处理条件下 Control (0 μg/L TCPP + 0 nTiO)、T1 (100 μg/L TCPP + 0 nTiO2)、T2 (100 μg/L TCPP + 0.5mg/L nTiO2)、T3 (100 μg/L TCPP + 1.0mg/L nTiO2)，暴露 14 天后，通过检测酮酸激酶 (PK)、己糖激酶 (HK)、乳酸脱氢酶 (LDH)、琥珀酸脱氢酶 (SDH)的活性，乙酰胆碱 (Ach)、肌肉乳酸 (LD) 的含量，以及肠道微生物群落组成，来评估 TCPP 与 nTiO 对厚壳贻贝的毒性。

 

结果显示，与对照相比 T1 的 PK 活性显著升高，但 PK 活性随 nTiO 浓度增加呈下降趋势（图 1A）。HK 活性与对照组无明显差异，但 T3 组 HK 活性显著高于 T1 和 T2（图 1B）。与对照相比，T1 的 LDH、SDH 活性和 LD 含量显著降低，但随 nTiO浓度增加呈上升趋势（图 1C-E）。Ach 浓度随 nTiO处理浓度增加呈上升趋势（图 1F）。

 

图 1 | 暴露 14 天后 PK、HK、LDH、LD、Ach 的变化

 

微生物多样性测序结果显示，T2 与对照组之间 Chao1 指数有显著差异，T2 中微生物丰度显著增加；T2 与 T3 组之间 Chao1 和 Shannon 指数也存在显著差异，T2 中微生物丰度显著增加（图 2）。

 

图 2 | 贻贝肠道菌群的 Alpha 多样性指数

 

在门水平上，相对占比最高的 3 类细菌为 Proteobacteria、Bacteroidetes 和 Firmicutes（图 3）；在属水平上，相对占比最高的 3 类细菌为 Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia、Sphingomonas 和 Bacteroides（图 4）。

 

图 3 | 肠道微生物相对丰度 15 的门

 

图 4 | 肠道微生物相对丰度15 的属

 

LEfSe 分析显示，在所有组中 Chryseobacterium 和 Massilia 是属水平的生物标志物。LDA 评分显示，Curtobacterium 是 T1 组属水平生物标志物。T2 组有 8 种特异性微生物，其中 Kangiella 和 Enhydrobacter 是微生物。Lachnospira 和 Defluviitaleaceae_UCG_011 是 T3 组中的特异性微生物。Chrysobacterium、Massilia 和 Muribaculum 是对照组的特殊属（图 5A）。

 

图 5 | 肠道微生物的 LEfSe 分析

 

肠道微生物的 KEGG 功能预测分析显示，不同处理改变了厚壳贻贝的肠功能（图 6）。对照组的“消化系统”、“排泄系统”、“运输和分解代谢”增加。与对照组相比，T1组“免疫系统”增加，但“消化系统”、“排泄系统”和“运输和分解代谢”减少。T2组“细胞通讯”和“神经系统”途径增加，但其他途径减少。T3 组“膜转运”和“感觉系统”显著增加，但“消化系统”和“神经系统”途径减少。添加 TCPP 导致贻贝的消化、排泄和代谢功能下降，因此，贻贝的免疫系统开始工作，以应对 TCPP 的威胁。此外，当nTiO 浓度为 0-0.5 mg/L时，TCPP 的毒性增强，神经系统功能被激活。当nTiO浓度为 0.5-1.0 mg/L 时，可以减轻 TCPP 对贻贝的毒性。

 

图 6 | 肠道微生物预测功能的聚类热图

 

研究结论

nTiO 可吸附有机污染物以产生交互作用，并改变其在水环境中的生物利用度和行为。本研究表明，在1.0 mg/L时，nTiO可以减轻 TCPP 对厚壳贻贝呼吸代谢和肠道微生物的影响。本研究为复杂水环境中双壳类中 TCPP 的生态风险评估以及nTiO在调节 TCPP 毒性中的作用提供了新的见解。

欧易生物在本研究中承担了微生物多样性测序及分析工作。

原文链接：

10.1016/j.scitotenv.2022.158176
 

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