Method Article
Embryonic stages are the most susceptible to xenobiotics. Although chemical toxicity depends on salinity, no method exists to test the salinity dependence of toxicity to aquatic organisms. Here, we describe a new and high-throughput method for determining the salinity dependence of toxicity to aquatic embryos.
الملوحة هي من أهم خصائص البيئة المائية. للكائنات المائية أنها تحدد موائل المياه العذبة والمياه المالحة، ومياه البحر. في كثير من الأحيان يتم إجراء اختبارات السمية للمواد الكيميائية وتقييم المخاطر البيئية على الأحياء المائية في المياه العذبة، ولكن سمية المواد الكيميائية للكائنات المائية يعتمد على درجة الحموضة، ودرجة الحرارة، والملوحة. لا توجد طريقة، ومع ذلك، لاختبار الاعتماد ملوحة السمية بالنسبة للكائنات المائية. هنا، كنا الميداكا (Oryzias latipes) لأنها يمكن أن تتكيف مع المياه العذبة والمياه المالحة، ومياه البحر. تركيزات مختلفة من متوسطة تربية جنين (ERM) (1X، 5X، 10X، 15X، 20X، و30X) كانوا يعملون لاختبار سمية الجسيمات nanocolloidal الفضة (الرسائل الوطنية الثانية) لالميداكا البيض (1X ERM و30X ERM ديك الضغوط الأسموزية أي ما يعادل على المياه العذبة ومياه البحر، على التوالي). في لوحات ستة جيدا البلاستيكية، تعرضت 15 بيضة الميداكا في ثلاث نسخ إلى الرسائل الوطنية الثانية في 10 ملغم / لتر و# 8722؛ (1) في تركيزات مختلفة من إدارة مخاطر المؤسسات في الرقم الهيدروجيني 7 و 25 درجة مئوية في الظلام.
كنا المجهر تشريح وميكرومتر لقياس معدل ضربات القلب في 15 ثانية والعين قطر يوم 6 و طول الجسم الكامل للاليرقات على الفقس اليوم (القسم 4). وقد لوحظت الأجنة حتى الفقس أو 14 يوما. نحن ثم عد معدل الفقس كل يوم لمدة 14 يوما (المادة 4). لنرى تراكم الفضة في الأجنة، استخدمنا إضافة بالحث البلازما الطيفي لقياس تركيز الفضة من الحلول اختبار (القسم 5) والأجنة dechorionated (المادة 6). وسمية الرسائل الوطنية الثانية لأجنة الميداكا زيادة الواضح مع زيادة الملوحة. هذا الأسلوب الجديد يسمح لنا لاختبار سمية المواد الكيميائية في درجات الملوحة المختلفة.
منذ إنشاء منظمة التعاون الاقتصادي والمبادئ التوجيهية للاختبار التنمية (OECD) للمواد الكيميائية الاختبار في عام 1979، تم نشر 38 المبادئ التوجيهية للاختبار في القسم 2 من المبادئ التوجيهية، تأثيرات على الأنظمة الحيوية 1. جميع الكائنات الحية المائية اختبارها كانت من موائل المياه العذبة، وهي محطات المياه العذبة؛ الطحالب. اللافقاريات مثل الغار والهاموش. والأسماك مثل الميداكا، الزرد، وتراوت قوس قزح. بالمقارنة مع بيئات المياه المالحة، وبيئات المياه العذبة أكثر المتضررين مباشرة من الأنشطة الاقتصادية والصناعية الإنسان. ولذلك، فقد تم ترتيب أولوية بيئات المياه العذبة لاختبار لأنهم أكثر عرضة من التلوث.
في المناطق الساحلية، بما في ذلك مصبات الأنهار، الملوحة تختلف بين أوضاع المياه ومياه البحر المالحة، وغالبا ما لوثت هذه المناطق حسب النشاط الصناعي 2. تتميز المناطق الساحلية والأراضي الرطبة المرتبطة بها التي كتبها hالتنوع البيولوجي البيئي IGH والإنتاجية. ولذلك يجب أن النظم الإيكولوجية الساحلية تكون محمية من التلوث الكيميائي. ومع ذلك، هناك كان محدودا البحوث السمية البيئية في موائل المياه ومياه البحر المالحة.
Sakaizumi 3 درس التفاعلات السامة بين ميثيل الزئبق والملوحة في البيض الميداكا اليابانية، ووجدت أن زيادة الضغط الاسموزي لمحلول الاختبار تعزيز سمية ميثيل الزئبق. . Sumitani آخرون 4 يستخدم البيض الميداكا للتحقيق سمية العصارة المكب. وجدوا أن معادلة الاسموزية للالعصارة إلى البيض هو المفتاح لإحداث تشوهات خلال مرحلة التطور الجنيني. وبالإضافة إلى ذلك، ذكرت Kashiwada 5 أن الجسيمات النانوية البلاستيك (39.4 نانومتر في القطر) تغلغلت بسهولة من خلال المشيمه الميداكا البيض في ظل ظروف شديدة الملوحة (15X الجنين تربية المتوسطة (ERM)).
نموذج سمكة صغيرة نموذجية، والميداكا اليابانية (Oryzias latipes ) وقد استخدمت في البيولوجيا الأساسية والسمية الإيكولوجية 6. يمكن الميداكا اليابانية يعيشون في ظروف تتراوح من المياه العذبة إلى مياه البحر بسبب كلوريد الخلايا المتقدمة جدا على 7. وهم بالتالي من المحتمل أن تكون مفيدة لاختبار في ظروف مع مجموعة واسعة من الملوحة.
تم علاج الميداكا اليابانية المستخدمة في هذه الدراسة إنسانية وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية للجامعة تويو، مع إيلاء الاعتبار الواجب للتخفيف من القلق والانزعاج.
1. الفضة Nanocolloids (الرسائل الوطنية الثانية)
2. إعداد SNC حلول (خليط من الفضة الغروية وحج +) مع الملوحة المختلفة
3. الميداكا الثقافة وحصاد البيض
4. سمية اختبار الرسائل الوطنية الثانية أو AGNO 3 في الملوحة إدارة مخاطر المؤسسات المختلفة
5. عزل الفضة القابلة للذوبان من SNC الحل، وتحليل الفضة
6. قياس الفضة التراكم في الميداكا الأجنة
7. قياس تركيز الفضة التي كتبها ICP-MS تحليل
وكان تأثير الملوحة على سمية SNC اضح جدا: كان تحريض تشوه أو موت الملوحة تعتمد (الشكلان 1 و 2). قمنا بقياس المؤشرات الحيوية المظهرية (معدل ضربات القلب، وحجم العين، طول كامل الجسم، ومعدل الفقس) في SNC (10 ملغ / لتر -1) الأجنة -exposed. وكشفت هذه المؤشرات الحيوية المظهرية التي تعتمد على ملوحة SNC سمية.
وتراوحت معدلات القلب 29،6-32،2 نبضة / 15 ثانية في جميع أنحاء 1x إلى 30X ERM في الضوابط. ومع ذلك، فإنها انخفضت بشكل ملحوظ (P <0.01) مع SNC أو AGNO تعرض 3 في 30X ERM (الشكل 3A). انخفاض معدل ضربات القلب يشير إلى تدهور حالته الصحية. لم تكن هناك اختلافات كبيرة في طول الجسم الكامل لليرقات تحت السيطرة أو AGNO 3 التعرض في الملوحة تتراوح بين 5X إلى 30X ERM مقارنة مع فيما يخصه 1X ERM الصورةolutions. كان طول الجسم باستمرار 4،55-4،69 ملم. ومع ذلك، انخفض طول الجسم معنويا (P <0.01) إلى 4.33 و 3.77 ملم، نتيجة التعرض SNC في 15X 20X وERM مقارنة مع الحلول 1X إدارة مخاطر المؤسسات المعنية؛ علاوة على ذلك، فقد انخفضت إلى 3.75 مم في 30X ERM (كان التحليل الإحصائي غير متوفر في 30X ERM لفقس واحد فقط) (الشكل 3C). تناقص طول كامل الجسم يشير إلى تثبيط النمو. لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية في قطر العين في التحكم في الملوحة تتراوح من 1x إلى 30X ERM مقارنة مع 1X إدارة مخاطر المؤسسات. كان قطرها العين باستمرار 0،357-0،366 مم. ومع ذلك، انخفضت بشكل ملحوظ على SNC أو AGNO تعرض 3 في 20x وأو 30X ERM مقارنة مع في الحلول 1X إدارة مخاطر المؤسسات المعنية (الشكل 3B). تناقص قطر العين يدل على تثبيط التنموي للجهاز العصبي. كل البيض السيطرة تحاك في غضون 14 يوما. ومع ذلك، عند التعرض SNC في 20x وو30X ERM انخفض معدل الفقس بشكل كبير إلى 71٪ و 2٪ على التوالي من المعدل في 1X ERM (P <0.01) (الشكل 3D). أيضا، على AGNO 3 التعرض أنها انخفضت بشكل ملحوظ في 30X ERM (P <0.01). انخفاض معدل الفقس يدل على التأثير السام وجود الرسائل الوطنية الثانية أو AGNO 3. وبالتالي تظهر هذه الأربعة المؤشرات الحيوية المظهرية الملوحة تعتمد سمية SNC.
الملوحة يزيد تشكيل مجمع المعادن القابلة للذوبان في الماء، وهذه المجمعات قد يكون لها آثار سامة 3،8. في دراستنا، ICP-MS تحليل الفضة كشفت أن تركيزات الفضة القابلة للذوبان في حلول اختبار زادت مع زيادة الملوحة. تركيز الفضة في الأجنة أيضا زيادة (أرقام 3E، 3F).
"/>
الشكل 1: زيادة الملوحة يزيد SNC سمية. ارتفع عدد الوفيات وعدد الأجنة وضعت بشكل غير طبيعي مع زيادة الملوحة تحت التعرض SNC. (أ) مجموعة صورة البيض الميداكا تعرضت ل 10 ملغم / لتر -1 حل SNC بتركيزات إدارة مخاطر المؤسسات المختلفة. الصور هي نموذجية من البيض الميداكا تتعرض لالرسائل الوطنية الثانية، ولاحظ تحت المجهر تشريح. البيض الميداكا السيطرة وضعت بشكل جيد، وجميع من لهم تحاك في 1x إلى 30X إدارة مخاطر المؤسسات. في 10 ملغم / لتر -1 التعرض SNC، على الرغم من كل البيض الميداكا تحاك في 1x إلى 15X إدارة مخاطر المؤسسات، وتشوهات تنموية (أوجز الأحمر المستطيلات، لم يفقس) وأجنة لم يفقس في غضون 14 يوما (الأخضر أوجز المستطيلات، لم يفقس) لوحظت في 20x وو 30X إدارة مخاطر المؤسسات. (ب) تضخمت الصور من أسفل اليمين من (أ). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الحمار = "jove_content" FO: المحافظة على together.within الصفحات = "1">
تعرضت المؤشرات الحيوية المظهرية النموذجية من البيض الميداكا تتعرض لالرسائل الوطنية الثانية البيض الميداكا في مرحلة التطوير 21 إلى الرسائل الوطنية الثانية (10 ملغ / لتر -1) في تركيزات مختلفة من ERM لمدة 6 أيام (أ) الجنين الميداكا تحكم مع التطور الطبيعي: الرقم 2.. (ب) التشوه التنموي (درجة خفيفة من الضرر). هذا الجنين عرض ذمة pericardiovascular. قلب أنبوبي. جلطات الدم؛ تطوير كافية من الأوعية الدموية (وبالتالي نقص التروية)، النخاع الشوكي، والذيل، عيون، والدماغ. وذيل قصير. (ج) تشوه التنموي (درجة كبيرة من الضرر). وأظهر هذا الجنين تدمير الكيس المحي. تطوير كافية من الأوعية الدموية (وبالتالي نقص التروية)، النخاع الشوكي، والذيل، عيون، والدماغ. وذيل قصير. وقد لوحظت علامات في (ب) و (ج) عند التعرض SNC في 20x وو30X إدارة مخاطر المؤسسات. <وأ href = "https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53550/53550fig2large.jpg" الهدف = "_ فارغة"> الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الرقم 3: آثار التعرض للالرسائل الوطنية الثانية أو نترات الفضة على المؤشرات الحيوية السمية خلال تطوير الميداكا البيض التنموية مرحلة 21 البيض الميداكا تتعرض لالرسائل الوطنية الثانية (10 ملغ / لتر -1) أو نترات الفضة (10 ملغ / لتر -1 والفضة) في. وقد لوحظت سلسلة من ERMS لمدة 6 أيام. [الأزرق] تحكم (ERM)؛ [الأحمر] الرسائل الوطنية الثانية في 10 ملغم / لتر -1 في إدارة مخاطر المؤسسات. [الأخضر] AGNO 3 في 10 ملغم / لتر -1 والفضة في إدارة مخاطر المؤسسات. (أ) معدل ضربات القلب في 15 ثانية. انخفاض معدل ضربات القلب يشير إلى تدهور حالته الصحية. قطرها (ب) عين. تناقص قطر العين يدل على تثبيط التنموي للجهاز العصبي. (ج) طول الجسم كامل. ديالتجعيد طول كامل الجسم يدل على تثبيط نمو. (د) معدل الفقس. انخفاض معدل الفقس يشير إلى التأثير السام وجود الرسائل الوطنية الثانية. (ه) تركيزات المجمعات الفضة القابلة للذوبان من الرسائل الوطنية الثانية أو نترات الفضة في حلول اختبار (ملغم / لتر -1). (و) تركيزات الفضة في الأجنة تتعرض لالرسائل الوطنية الثانية أو نترات الفضة في سلسلة من ERMS. * فرق كبير (تحليل التباين، P <0.05) مقارنة مع حل 1X إدارة مخاطر المؤسسات المعنية. NA: غير متوفر بسبب تحاك واحد فقط. أشرطة الخطأ تشير إلى الانحراف المعياري. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الميداكا هو أسماك المياه العذبة التي هي متسامح للغاية لمياه البحر. ليس من المعروف جيدا أن الموائل الطبيعية الأصلية لهذه الأسماك والمياه المالحة قبالة الساحل الياباني 6. وبالتالي، الأسماك الميداكا وضعت بشكل جيد خلايا كلوريد 7. هذه الخاصية الفريدة توفر العلماء طريقة جديدة لاختبار سمية المواد الكيميائية في البيئة بوصفها وظيفة من الملوحة (المياه العذبة إلى مياه البحر) باستخدام سوى نوع واحد من الأسماك.
للحصول على البيض الميداكا في المرحلة 21، يجب أن تحصد البيض كل صباح واختار في المرحلة 20. عادة، الميداكا أزواج يبدأ التزاوج في الصباح الباكر (قبل شروق الشمس) وإنتاج البيض بنسبة شروق الشمس. البيض حصادها في الصباح يجب أن تكون على نحو مرحلة 10 أو 11. إذا كان هناك حاجة للسيطرة على نمو البويضات قبل بدء التجربة، والتنمية البيض يمكن إبطاء باستخدام درجات حرارة بين 15 و 20 درجة مئوية قبل الوصول إلى مرحلة 21. قياس تركيز الفضة (الفضه للذوبانإيه) كانت في اختبار الحلول وفي الأجنة dechorionated المهم أن تحقيقنا للاعتماد ملوحة سمية SNC. الفقس الانزيم هو أفضل انزيم مناسب من الناحية البيولوجية لإزالة المشيماء، لأن خصوصية العالية تعني أنه لا يوجد لديه بروتين ضار. لا ينصح proteinases أخرى. وحتى الآن، الانزيم فقط الفقس المتاح هو أن لالميداكا. هذا هو واحد الحد من هذا الأسلوب.
أظهرت تأثير واضح الملوحة على نتائج اختبارات السمية الكيميائية التي تحاكي تلك الخصائص المائية الطبيعية واقعية قدر الإمكان، كما هو الحال في تجاربنا، كان مفيدا للتحقيق سمية المواد الكيميائية في البيئة. اكتشاف أن تم زيادة SNC سمية المقرر أن تركيزات الفضة عالية من الملوحة ينطبق إلى حد كبير على السمية الإيكولوجية للمواد الكيميائية الملوثة في جميع المجالات المائية. في حالة العام اختبار السمية الكيميائية في مياه البحر، لا يوجد حتى الآن أي nominat نموذج الأسماكإد من قبل المنظمات الدولية أذن (على سبيل المثال، ومنظمة التعاون والتنمية المنظمة الدولية للتوحيد القياسي). بين أسماك المياه العذبة (على سبيل المثال، الميداكا، الزرد، الكارب، التراوت، والمنوة) التي تم استخدامها لاختبار السمية الكيميائية، إلا أن الميداكا لديه كل من مزايا التكيف الملوحة، الفقس توافر انزيم، الخصوبة العالية، و حجم صغير بما فيه الكفاية لسهولة استخدامها في التجارب المعملية. وعلاوة على ذلك، الميداكا يمكن أن تتكيف مع مجموعة واسعة درجة الحرارة (2-38 درجة مئوية) 6. في البيئات المائية، والملوحة ودرجة الحرارة هي التأثيرات البيئية الأكثر أهمية على مصير المواد الكيميائية؛ لذا يجب أن يكون لدينا وسيلة للتعديل لمجموعة من البحوث البيئية المائية.
The authors declare that they have no competing financial interests.
We are grateful to Ms. Kaori Shimizu and Mr. Masaki Takasu of the Graduate School of Life Sciences, Toyo University, for their technical support. This project was supported by research grants from the Special Research Foundation and Bio-Nano Electronics Research Centre of Toyo University (to SK); by the Science Research Promotion Fund of the Promotion and Mutual Aid Corporation for Private Schools of Japan (to SK); by the New Project Fund for Risk Assessments, from the Ministry of Economy, Trade and Industry (to SK); by a Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research (award 23651028 to SK); by a Grant-in-Aid for Scientific Research (B) and (C) (award 23310026 and 26340030 to SK); and by a Grant-in-Aid for Strategic Research Base Project for Private Universities (award S1411016 to SK) from the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology of Japan.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Silver nanocolloids | Utopia Silver Supplements | ||
NaCl | Nacalai Tesque, Inc. | 31319-45 | For making ERM |
KCl | Nacalai Tesque, Inc. | 28513-85 | For making ERM |
CaCl2·2H2O | Nacalai Tesque, Inc. | 06730-15 | For making ERM |
MgSO4·7H2O | Nacalai Tesque, Inc. | 21002-85 | For making ERM |
NaHCO3 | Nacalai Tesque, Inc. | 31212-25 | For making ERM |
AgNO3 | Nacalai Tesque, Inc. | 31018-72 | |
pH meter | HORIBA, Ltd. | F-51S | |
Balance | Mettler-Toledo International Inc. | MS204S | |
medaka (Oryzias latipes) orange-red strain | National Institute for Environmental Studies | ||
medaka flow-through culturing system | Meito Suien Co. | MEITOsystem | |
Artemia salina nauplii eggs | Japan pet design Co. Ltd | 4975677033759 | |
aeration pump | Japan pet design Co. Ltd | non-noise w300 | |
Otohime larval β-1 | Marubeni Nissin Feed Co. Ltd | Otohime larval β-1 | Artificial dry fish diet |
dissecting microscope | Leica microsystems | M165FC | |
micrometer | Fujikogaku, Ltd. | 10450023 | |
incubator | Nksystem | TG-180-5LB | |
shaker | ELMI Ltd. | Aizkraukles 21-136 | |
6-well plastic plates | Greiner CELLSTAR | M8562-100EA | |
aluminum foil | AS ONE Co. | 6-713-02 | |
stopwatch | DRETEC Co. Ltd. | SW-111YE | |
3 kDa membrane filter | EMD Millipore Corporation | 0.5 ml centrifugal-type filter | |
50 ml Teflon beaker | AS ONE Co. | 33431097 | |
Custom claritas standard | SPEXertificate | ZSTC-538 | For internal standard |
Custom claritas standard | SPEXertificate | ZSTC-622 | For external standard |
ultrapure nitric acid | Kanto Chemical Co. | 28163-5B | |
hydrogen peroxide | Kanto Chemical Co. | 18084-1B | for atomic absorption spectrometry |
ICP-MS | Thermo Scientific | Thermo Scientific X Series 2 | |
hot plate | Tiger Co. | CRC-A300 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved