Økotoksikologiske effekter av mikroplast på fugleembryoutvikling ved klekking uten eggeskall

Summary

Dette papiret introduserer en metode for klekking uten å bruke et eggeskall for toksikologiske studier av partikkelforurensende stoffer som mikroplast.

Abstract

Mikroplast er en fremvoksende global miljøgifttype som utgjør en stor helsetrussel mot dyr på grunn av deres opptak og translokasjon i dyrevev og organer. Økotoksikologiske effekter av mikroplast på utvikling av fugleembryoer er ikke kjent. Fugleegget er et komplett utviklings- og ernæringssystem, og hele embryoutviklingen skjer i eggeskallet. Derfor er en direkte oversikt over fugleembryoutvikling under stress av miljøgifter som mikroplast svært begrenset av det ugjennomsiktige eggeskallet i tradisjonell klekking. I denne studien ble effekten av mikroplast på vaktel embryoutvikling visuelt overvåket ved klekking uten eggeskall. Hovedtrinnene inkluderer rengjøring og desinfeksjon av befruktede egg, inkubasjon før eksponering, kortsiktig inkubasjon etter eksponering og prøveutvinning. Resultatene viser at sammenlignet med kontrollgruppen viste den våte vekten og kroppslengden til den mikroplasteksponerte gruppen en statistisk forskjell og leverandelen til hele den eksponerte gruppen økte betydelig. I tillegg evaluerte vi eksterne faktorer som påvirker inkubasjonen: temperatur, fuktighet, eggrotasjonsvinkel og andre forhold. Denne eksperimentelle metoden gir verdifull informasjon om mikroplastens økotoksikologi og en ny måte å studere de negative effektene av miljøgifter på utviklingen av embryoer.

Introduction

Produksjonen av plastavfall var om lag 6300 tonn i 2015, hvorav en tiendedel ble resirkulert, og resten ble brent eller begravet under jorden. Det er anslått at rundt 12.000 tonn plastavfall vil bli begravet under jorden innen 2050¹. Med det internasjonale samfunnets oppmerksomhet på plastavfall foreslo Thompson først begrepet mikroplast i 2004². Mikroplast (MPs) refererer til liten partikkelplast med en partikkeldiameter mindre enn 5 mm. For tiden har forskere oppdaget den allestedsnærværende tilstedeværelsen av MPs i kysten av ulike kontinenter, Atlanterhavsøyene, innlandsvann, Arktis og dyphavshabitater^3,4,5,6,7. Derfor har flere forskere begynt å studere miljøfarene til parlamentsmedlemmene.

Organismer kan innta MPs i miljøet. MPs ble funnet i fordøyelseskanalen til 233 marine organismer over hele verden (inkludert 100% skilpaddearter, 36% selarter, 59% hvalarter, 59% sjøfuglarter, 92 typer sjøfisk og 6 typer hvirvelløse dyr)⁸. Videre kan MPs blokkere organismenes fordøyelsessystem, akkumulere og migrere i bobies⁹. Det har blitt funnet at MPs kan overføres via næringskjeden, og inntaket er forskjellig med endringer i habitat, vekststadium, fôringsvaner og matkilder¹⁰. Noen forskere rapporterte eksistensen av parlamentsmedlemmer i fallet av sjøfugl¹¹, noe som betyr at sjøfugl fungerer som bærer av MPs. I tillegg kan inntak av MPs påvirke helsen til noen organismer. For eksempel kan MPs viklet inn i mage-tarmkanalen, og dermed øke dødeligheten av hvaler¹².

MPs alene har toksiske effekter på organismer samt felles toksiske effekter på organismer med andre miljøgifter. Inntak av miljørelaterte konsentrasjoner av plastrester kan forstyrre endokrine systemfunksjonen til voksenfisk¹³. Størrelsen på mikroplast er en av de viktige faktorene som påvirker deres opptak og akkumulering av organismer^14,15. Den lille plasten, spesielt nanosize plast, er utsatt for interaksjon med celler og organismer med høy toksisitet^16,17,18,19. Selv om de skadelige effektene av mikroplast i nanopartikkelstørrelse på organismer overstiger dagens forskningsnivå, er deteksjon og kvantifisering av mikroplast med størrelser mindre enn flere mikrometer, spesielt submikronen/nanoplasten i miljøet, fortsatt en stor utfordring. I tillegg har nanoplast også noen effekter på embryoer. Polystyren kan skade utviklingen av kråkebolle embryoer ved å regulere protein- og genprofiler²⁰.

For å undersøke den potensielle effekten av MPs på organismer, gjennomførte vi denne studien. På grunn av likheten mellom fugleembryoer og menneskelige embryoer, brukes de vanligvis i utviklingsbiologiforskning^21, inkludert angiogenese og antiangiogenese, vevsteknikk, biomaterialeimplantat og hjernesvulster^22,23,24. Fugleembryoer har fordelene med lav pris, en kort kultursyklus og enkel betjening^25,26. Derfor valgte vi vakteleggsembryoer med en kort vekstsyklus som det eksperimentelle dyret i denne studien. Samtidig kan vi direkte observere de morfologiske endringene av vaktelegg embryoer utsatt for MPs under embryonal utviklingsstadiet ved hjelp av en eggeskallfri klekketeknologi. De eksperimentelle materialene som ble brukt var polypropylen (PP) og polystyren (PS). Fordi PP og PS²⁷ står for den største andelen polymertyper oppnådd i sedimenter og vannlegemer over hele verden, er de vanligste polymertypene som ekstraheres fra fangede marine organismer etylen og propylen²⁸. Denne eksperimentelle protokollen beskriver hele prosessen for visuell evaluering av toksikologiske effekter av MPs på vaktelegg embryoer utsatt for MPs. Vi kan enkelt utvide denne metoden for å undersøke andre miljøgifters toksisitet for embryoutvikling av andre oviparous dyr.

Protocol

1. Forberedelse før eksponering Velg befruktede vaktelegg født på samme dag for eksponeringstesten. Velg vaktelegg med lignende vekter. Hvert befruktet vaktelegg er ca 10-12 g. Rengjør alle befruktede vaktelegg helt fra ytre avføring og annet rusk. Steriliser hvert ferdigklekkede befruktede vaktelegg og eggene som skal brukes (Velg egg med lignende skallform, spesielt eggspissen) med en antibiotikaløsning (penicillin og streptomycin, 1:1000, romtemperatur). Steriliser inkubat…

Representative Results

For analyse av eksperimentelle data sammenlignet vi våtvekt, kroppslengde, brystlengde og endring av hepatosomatisk indeks mellom kontrollgruppen og de 6 eksperimentelle gruppene, og målte og reflekterte vaktelembryoenes vekst og utvikling fra et makroperspektiv. Vi oppdaget seks normale vaktelembryoer i hver gruppe. Hvert embryo nådde ønsket Hamburger og Hamilton (HH) stadium. I figur 1overførte vi det forhåndsutviklede befruktede vaktelegginnholdet i de ha…

Discussion

Dette dokumentet gir en effektiv eksperimentell ordning for å evaluere vaktel embryoutvikling ved å oppdage de grunnleggende utviklingsindeksene. Imidlertid er det fortsatt noen begrensninger i dette eksperimentet.

For det første er dødeligheten av vaktelembryoer i det senere stadiet av klekking høyere på grunn av den skallfrie klekkingen. Det er kunstig ukontrollerbare faktorer som ødeleggelse av normalt proteinforhold i eksperimentell prosess. Vi begrenset eksponeringstiden for embry…

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