前言

磷酸三（2-氯丙基）酯（TCPP）是最常見的有機(jī)磷酸酯之一，常被作為阻燃劑用于塑料、泡沫等產(chǎn)品中。人工納米顆粒（如納米二氧化鈦 nTiO）由于其小顆粒尺寸、大比表面積和強(qiáng)吸附能力，被廣泛應(yīng)用于化妝品、食品添加劑等領(lǐng)域。釋放到環(huán)境中的 TCPP 和 nTiO可能會對海洋生物產(chǎn)生毒性。但關(guān)于 nTiO與 TCPP 在水環(huán)境中的聯(lián)合作用以及它們?nèi)绾谓换ビ绊懰鷦游锏纳韺W(xué)尚缺乏研究。

近日，上海海洋大學(xué)王有基教授、浙江大學(xué)林道輝教授為共同通訊作者，在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué) TOP 期刊 Science of the Total Environment (IF: 10.753) 在線發(fā)表了題為“nTiOalleviates the toxic effects of TCPP on mussels by adjusting respiratory metabolism and gut microbiota”的研究論文，報(bào)道了 TCPP 影響厚殼貽貝的呼吸代謝并改變腸道菌群的群落結(jié)構(gòu)，而 nTiO減輕了 TCPP 的毒性，為nTiO在調(diào)節(jié) TCPP 毒性方面的作用提供了新見解。

研究結(jié)果

厚殼貽貝分別置于 4 個處理?xiàng)l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，通過檢測酮酸激酶 (PK)、己糖激酶 (HK)、乳酸脫氫酶 (LDH)、琥珀酸脫氫酶 (SDH)的活性，乙酰膽堿 (Ach)、肌肉乳酸 (LD) 的含量，以及腸道微生物群落組成，來評估 TCPP 與 nTiO 對厚殼貽貝的毒性。

結(jié)果顯示，與對照相比 T1 的 PK 活性顯著升高，但 PK 活性隨 nTiO 濃度增加呈下降趨勢（圖 1A）。HK 活性與對照組無明顯差異，但 T3 組 HK 活性顯著高于 T1 和 T2（圖 1B）。與對照相比，T1 的 LDH、SDH 活性和 LD 含量顯著降低，但隨 nTiO濃度增加呈上升趨勢（圖 1C-E）。Ach 濃度隨 nTiO處理濃度增加呈上升趨勢（圖 1F）。

圖 1 | 暴露 14 天后 PK、HK、LDH、LD、Ach 的變化

微生物多樣性測序結(jié)果顯示，T2 與對照組之間 Chao1 指數(shù)有顯著差異，T2 中微生物豐度顯著增加；T2 與 T3 組之間 Chao1 和 Shannon 指數(shù)也存在顯著差異，T2 中微生物豐度顯著增加（圖 2）。

圖 2 | 貽貝腸道菌群的 Alpha 多樣性指數(shù)

在門水平上，相對占比最高的 3 類細(xì)菌為 Proteobacteria、Bacteroidetes 和 Firmicutes（圖 3）；在屬水平上，相對占比最高的 3 類細(xì)菌為 Burkholderia-Caballeronia-Paraburkholderia、Sphingomonas 和 Bacteroides（圖 4）。

圖 3 | 腸道微生物相對豐度 top15 的門

圖 4 | 腸道微生物相對豐度 top15 的屬

LEfSe 分析顯示，在所有組中和 是屬水平的生物標(biāo)志物。LDA 評分顯示，是 T1 組屬水平生物標(biāo)志物。T2 組有 8 種特異性微生物，其中 和 ?是唯一的微生物。 和 是 T3 組中的特異性微生物。 和 ?是對照組的特殊屬（圖 5A）。

在科水平上，Weeksellaceae、Microbacteriaceae、Flammeovirgaceae 分別在對照組、T1 組、T2 組中豐度較高，而 Defluviitaleaceae 是 T3 組特異的科（圖 5B）。

圖 5 | 腸道微生物的 LEfSe 分析

腸道微生物的 KEGG 功能預(yù)測分析顯示，不同處理改變了厚殼貽貝的腸功能（圖 6）。對照組的“消化系統(tǒng)”、“排泄系統(tǒng)”、“運(yùn)輸和分解代謝”增加。與對照組相比，T1組“免疫系統(tǒng)”增加，但“消化系統(tǒng)”、“排泄系統(tǒng)”和“運(yùn)輸和分解代謝”減少。T2組“細(xì)胞通訊”和“神經(jīng)系統(tǒng)”途徑增加，但其他途徑減少。T3 組“膜轉(zhuǎn)運(yùn)”和“感覺系統(tǒng)”顯著增加，但“消化系統(tǒng)”和“神經(jīng)系統(tǒng)”途徑減少。添加 TCPP 導(dǎo)致貽貝的消化、排泄和代謝功能下降，因此，貽貝的免疫系統(tǒng)開始工作，以應(yīng)對 TCPP 的威脅。此外，當(dāng)nTiO 濃度為 0-0.5 mg/L時，TCPP 的毒性增強(qiáng)，神經(jīng)系統(tǒng)功能被激活。當(dāng)nTiO濃度為 0.5-1.0 mg/L 時，可以減輕 TCPP 對貽貝的毒性。

圖 6 | 腸道微生物預(yù)測功能的聚類熱圖

研究結(jié)論

nTiO 可吸附有機(jī)污染物以產(chǎn)生交互作用，并改變其在水環(huán)境中的生物利用度和行為。本研究表明，在1.0 mg/L時，nTiO可以減輕 TCPP 對厚殼貽貝呼吸代謝和腸道微生物的影響。本研究為復(fù)雜水環(huán)境中雙殼類中 TCPP 的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估以及nTiO在調(diào)節(jié) TCPP 毒性中的作用提供了新的見解。

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