2023年4月28日
本文介绍了用于评估新热带蛙类物种生物标志物的标准化生态毒理学方法。具体而言,本文详细阐述了在不同尺度上的多种生态毒理学评价方法,包括基因水平、细胞-组织学水平、生物化学水平、形态学水平以及个体水平。
尽管生化生物标志物的检测技术已得到广泛应用,但本方案提供了在新热带无尾目动物中标准化和重复该方法的关键细节。该技术的主要优势在于其低成本、可重复性及适用性。该技术可用于获取定量数据,以评估体内黑色素的变化。
彗星试验是一种灵敏、通用且简单的技术,可用于检测特定化合物诱导的基因毒性效应。该方法可应用于任何类型的真核细胞,以监测DNA损伤、DNA修复以及评估细胞的抗氧化状态。首先,打开Image-Pro Plus 6.0软件,并将菜单和工具栏选择为生物学模式。
为了量化黑色素所占的面积,选择“测量”功能,然后选择用于拍摄显微照片的放大倍数对应的空间校准。打开组织学图像后,选择“工具计数”功能,然后选择“测量对象”。使用“选择颜色”和“吸管工具”在图像中标记需要测量的着色区域,然后关闭窗口。
通过点击计数、查看和统计来可视化结果。将 PBS、过氧化氢和样品的混合物在容积为三毫升、光程为一厘米的石英比色皿中孵育。然后取出保存在 500 微升离心管中的样品,并将其加入石英比色皿中。
使用紫外分光光度计在 240 纳米波长下读取两分钟内的过氧化氢酶动力学,并利用屏幕上显示的公式计算酶活性。用一毫升磷酸盐缓冲液(PBS)稀释采集的血液样本,在 381 ×g 条件下离心九分钟,然后用 50 毫升 PBS 重悬沉淀物。
取30微升血液样本与70微升低熔点琼脂糖(LMPA)混合,使琼脂糖终浓度为0.5%,形成第二层。将50微升第二层混合液加至已预先涂有第一层的载玻片上,第一层含100微升0.5%正常熔点琼脂糖。盖上盖玻片,置于4摄氏度低温环境中10分钟,使第二层凝固。
凝固后,移除盖玻片。加入100微升0.5%低熔点琼脂糖(LMPA)形成第三层,并再次覆盖载玻片。待第三层凝固后,移除盖玻片,将每张载玻片浸入盛有当日新鲜配制裂解液的100毫升柯铂林罐(coplin jar)中。
将Coplin染色缸置于4°C的冷浴中,在避光条件下放置1小时,以使细胞裂解。裂解结束后,取出载玻片并浸入电泳槽中的电泳缓冲液内,在4°C下孵育15分钟,使核DNA解旋。DNA解旋后,在相同缓冲液中于4°C、25伏特和250毫安条件下进行电泳,持续10分钟。
电泳结束后,通过每次加入两毫升三羟甲基氨基甲烷盐酸溶液,重复三次,每次五分钟,中和载玻片上的样品。将样品置于含有95%酒精的100毫升柯普林瓶中,在4°C下脱水。在载玻片中央加入10微升DAPI对样品进行染色。
然后用盖玻片将染料均匀分布于各样本中。使用配备NU滤光片的荧光显微镜观察载玻片。通过评估DNA从核样结构迁移的长度来定量DNA损伤程度。
在此情况下,从100个随机选择且无重叠的细胞中进行目视判定。然后将DNA损伤分为四类:0至1分为无损伤,2分为最小损伤,3分为中等损伤,4分为最大损伤。以每个处理组的受损细胞平均数和平均彗星评分来表示数据。
最后,根据屏幕上显示的公式,利用这些数据计算每种测试生物的遗传损伤指数(GDI)。本图展示了成年美丽树蛙(Boana pulchella)和勒氏细趾蟾(Leptodactylus luctator)的标准化质量指数。在分析标准化质量指数时,进行了非线性回归分析,以揭示该物种SVL与体重之间的幂函数关系,从而确定缩放指数。
加权质量指数可用于比较同一物种的成年或幼年群体。此处展示了拉氏沼蛙(Boana raniceps)肝脏的组织学切片。从这些切片中可以观察到肝细胞及其细胞核的c含量更高,且肝细胞和细胞核的尺寸更大。
本图展示了在除草剂暴露情景下,美丽雨蛙(Boana pulchella)中细胞遗传学生物标志物的不同且互补的反应。其中,黑色柱状图表示暴露48小时,灰色柱状图表示暴露96小时。暴露时间和浓度在此应始终被视为影响因素,因为特定的暴露时间或浓度可能不足以诱导损伤。
代表性图像描述了生物标志物与生物标志物响应指数之间的关系。其中,蓝色代表对照组,而橙色、黄色和绿色代表暴露于BDE 209的不同情景。该数据表明,过氧化氢酶是一种有效的生物标志物,适用于应激源浓度最高时的应激状况。
计算体型状况指数时,应始终从相同距离拍摄照片。对于蝌蚪,测量从吻端到泄殖腔管的SVL体长,不包括背鳍褶。该方法可安全地反映两栖动物的生理特征及其对环境变化的响应。
尽管存在其他可能具有侵入性的生物标志物,但这些方法可提供关于氧化应激、毒物动力学和毒物遗传学的信息。与氧化应激相关的其他酶学检测可作为替代方法。色差分析技术基于颜色差异,对显微照片中的组织反应进行评估。
对于色素系统,需确保程序的校准与显微照片一致。该先进技术在研究外源性物质是否直接作用于不同类型细胞中的DNA方面具有重要作用,可解答其他细胞遗传学技术无法涉及的关于遗传物质氧化损伤及修复过程的问题。
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本文介绍了用于评估新热带地区无尾目物种生物标志物的标准化生态毒理学方法。详细阐述了涵盖遗传、细胞-组织学、生物化学、形态学以及个体水平等多个尺度的生态毒理学评价方法学。
新热带无尾目动物中标准化的生态毒理学生物标志物方法,能够在多个生物学尺度上有效检测环境胁迫因子的影响。这些经过验证的实验方案可提高毒理学风险评估的预测可信度,并推动从环境监测向临床前模型开发的转化连续性。通过提供针对异源物质在个体、组织、生化及遗传水平上的定量、可重复的响应数据,这些方法的整合应用有助于加强科研项目决策的科学性。
这些方法将生态毒理学生物标志物评估确立为贯穿环境与化学风险评估的早期发现、筛选及转化研究的基础性能力。