Effetti ecotossicologici delle microplastiche sullo sviluppo di embrioni di uccelli mediante schiusa senza guscio d'uovo
Summary
Questo documento introduce un metodo di schiusa senza utilizzare un guscio d’uovo per studi tossicologici su inquinanti particellari come le microplastiche.
Abstract
Le microplastiche sono un tipo di inquinante globale emergente che rappresenta una grande minaccia per la salute degli animali a causa del loro assorbimento e traslocazione nei tessuti e negli organi animali. Gli effetti ecotossicologici delle microplastiche sullo sviluppo di embrioni di uccelli non sono noti. L’uovo di uccello è un sistema completo di sviluppo e nutrizione e l’intero sviluppo dell’embrione avviene nel guscio d’uovo. Pertanto, una registrazione diretta dello sviluppo di embrioni di uccelli sotto lo stress di inquinanti come le microplastiche è altamente limitata dal guscio d’uovo opaco nella schiusa tradizionale. In questo studio, gli effetti delle microplastiche sullo sviluppo di embrioni di quaglia sono stati monitorati visivamente dalla schiusa senza guscio d’uovo. I passaggi principali includono la pulizia e la disinfezione delle uova fecondate, l’incubazione prima dell’esposizione, l’incubazione a breve termine dopo l’esposizione e l’estrazione del campione. I risultati mostrano che, rispetto al gruppo di controllo, il peso umido e la lunghezza corporea del gruppo esposto alle microplastiche hanno mostrato una differenza statistica e la proporzione epatica dell’intero gruppo esposto è aumentata in modo significativo. Inoltre, abbiamo valutato fattori esterni che influenzano l’incubazione: temperatura, umidità, angolo di rotazione delle uova e altre condizioni. Questo metodo sperimentale fornisce preziose informazioni sull’ecotossicologia delle microplastiche e un nuovo modo di studiare gli effetti negativi degli inquinanti sullo sviluppo degli embrioni.
Introduction
La produzione di rifiuti di plastica è stata di circa 6300 Mt nel 2015, un decimo dei quali è stato riciclato e il resto è stato bruciato o sepolto sottoterra. Si stima che circa 12.000 mt di rifiuti di plastica sarebbero sepolti sottoterra entro il 20501. Con l’attenzione della comunità internazionale ai rifiuti plastici, Thompson ha proposto per la prima volta il concetto di microplastiche nel 20042. Le microplastiche (MPs) si riferiscono a piccole plastiche a particelle con un diametro delle particelle inferiore a 5 mm. Attualmente, i ricercatori hanno rilevato l’onnipresente presenza di parlamentari nelle coste di vari continenti, isole atlantiche, laghi interni, artici e habitat di acque profonde3,4,5,6,7. Pertanto, un maggior numero di ricercatori ha iniziato a studiare i rischi ambientali dei deputati.
Gli organismi potrebbero ingerire parlamentari nell’ambiente. I parlamentari sono stati trovati nel tratto digestivo di 233 organismi marini in tutto il mondo (tra cui il 100% di specie di tartarughe, il 36% di specie di foche, il 59% di specie di balene, il 59% di specie di uccelli marini, 92 tipi di pesci marini e 6 tipi di invertebrati)8. Inoltre, i parlamentari possono bloccare l’apparato digerente degli organismi, accumularsi e migrare nei lorobobie 9. È stato scoperto che i parlamentari possono essere trasferiti attraverso la catena alimentare e la loro assunzione differisce dai cambiamenti dell’habitat, dalla fase di crescita, dalle abitudini alimentari e dalle fonti dicibo 10. Alcuni ricercatori hanno riferito l’esistenza di parlamentari negli escrementi di uccelli marini11, il che significa che gli uccelli marini fungono da portatori di parlamentari. Inoltre, l’ingestione di parlamentari può influire sulla salute di alcuni organismi. Ad esempio, i parlamentari possono essere impigliati nel tratto gastrointestinale, aumentando così la mortalità dei cetacei12.
I deputati da soli hanno effetti tossici sugli organismi e effetti tossici articolari sugli organismi con altri inquinanti. L’ingestione di concentrazioni ambientali di detriti plastici può disturbare la funzione del sistema endocrino del pesce adulto13. La dimensione delle microplastiche è uno dei fattori importanti che influenzano il loro assorbimento e accumulo da parte degliorganismi 14,15. Le plastiche di piccole dimensioni, in particolare le plastiche nanodimensionate, sono soggette all’interazione con cellule e organismi ad altatossicità 16,17,18,19. Sebbene gli effetti dannosi delle microplastiche di dimensioni nanoparticelle sugli organismi superino l’attuale livello di ricerca, il rilevamento e la quantificazione di microplastiche con dimensioni inferiori a diversi micrometri, in particolare il submicron/nanoplastica nell’ambiente, è ancora una grande sfida. Inoltre, le nanoplastiche hanno anche alcuni effetti sugli embrioni. Il polistirolo può danneggiare lo sviluppo di embrioni di riccio di mare regolando i profili proteici egenici 20.
Per esplorare il potenziale impatto dei parlamentari sugli organismi, abbiamo condotto questo studio. A causa della somiglianza tra embrioni di uccelli ed embrioni umani, sono solitamente utilizzati nella ricerca di biologia dello sviluppo21 tra cui angiogenesi e antiangiogenesi, ingegneria tissutale, impianto di biomateriali e tumori cerebrali22,23,24. Gli embrioni di uccelli hanno i vantaggi del basso costo, di un breve ciclo di coltura e di unfacile funzionamento 25,26. Pertanto, abbiamo scelto embrioni di quaglia con un breve ciclo di crescita come animale sperimentale in questo studio. Allo stesso tempo, possiamo osservare direttamente i cambiamenti morfologici degli embrioni di quaglia esposti ai parlamentari durante la fase di sviluppo embrionale utilizzando una tecnologia di schiusa priva di guscio d’uovo. I materiali sperimentali utilizzati erano il polipropilene (PP) e il polistirolo (PS). Poiché PP e PS27 rappresentano la più grande percentuale di tipi di polimeri ottenuti nei sedimenti e nei corpi idrici in tutto il mondo, i tipi di polimeri più comuni estratti dagli organismi marini catturati sono l’etilene e il propilene28. Questo protocollo sperimentale descrive l’intero processo di valutazione visiva degli effetti tossicologici dei parlamentari sugli embrioni di quaglia esposti ai parlamentari. Possiamo facilmente estendere questo metodo per esaminare la tossicità di altri inquinanti allo sviluppo embrionale di altri animali ovipari.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questo documento fornisce un efficace schema sperimentale per valutare lo sviluppo dell’embrione di quaglia rilevando gli indici di sviluppo di base. Tuttavia, ci sono ancora alcune limitazioni a questo esperimento.
In primo luogo, la mortalità degli embrioni di quaglia nella fase successiva della schiusa è più alta a causa della schiusa senza guscio. Ci sono fattori artificialmente incontrollabili come la distruzione del normale rapporto proteico nel processo sperimentale. Abbiamo limitat…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da progetti chiave di ricerca e sviluppo nella regione autonoma uigura dello Xinjiang (2017B03014, 2017B03014-1, 2017B03014-2, 2017B03014-3).
Materials
| Multi sample tissue grinder | Shanghai Jingxin Industrial Development Co., Ltd. | Tissuelyser-24 | Grind large-sized plastics into small-sized ones at low temperature |
| Electronic balance | OHAUS corporation | PR Series Precision | Used for weighing |
| Fertilized quail eggs | Guangzhou Cangmu Agricultural Development Co., Ltd. | Quail eggs for hatching without shell | |
| Fluorescent polypropylene particles | Foshan Juliang Optical Material Co., Ltd. | Types of plastics selected for the experiment | |
| Incubator | Shandong, Bangda Incubation Equipment Co., Ltd. | 264 pc | Provide a place for embryo growth and development |
| Nanometer-scale polystyrene microspheres | Xi’an Ruixi Biological Technology Co., Ltd. | 100 nm, 200 nm, 500 nm | Types of plastics selected for the experiment |
| Steel ruler | Deli Group | 20 cm | Used to measure length |
| Vertical heating pressure steam sterilizer | Shanghai Shenan Medical Instrument Factory | LDZM-80KCS-II | Sterilize the experimental articles |
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