納米TiO2對(duì)減輕家蠶辛硫磷毒害作用的研究.pdf

1、有機(jī)磷農(nóng)藥(Organophosphorus pesticide,OP)是一類用于防治農(nóng)業(yè)、林業(yè)害蟲的含磷有機(jī)化合物。目前,有機(jī)磷農(nóng)藥被廣泛應(yīng)用于桑園害蟲的防治,然而由于其殘毒期較長(zhǎng),生產(chǎn)上經(jīng)常出現(xiàn)家蠶(Bombyx mori)誤食帶有有機(jī)磷農(nóng)藥的桑葉而引起中毒的現(xiàn)象。同時(shí),由于桑園布局的不合理,在防治農(nóng)田、果林害蟲的過程中噴灑的有機(jī)磷農(nóng)藥經(jīng)常會(huì)擴(kuò)散到桑園中污染桑葉,這也對(duì)以桑為食的家蠶的生存產(chǎn)生了很大危害。經(jīng)過長(zhǎng)期的人為選擇,家蠶對(duì)化

2、學(xué)農(nóng)藥的抵抗力較弱,每年農(nóng)藥污染桑葉造成生絲的減產(chǎn)嚴(yán)重影響了蠶業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。納米TiO2(Titanium dioxide nanoparticles, TiO2 NPs)結(jié)構(gòu)單元尺寸介于1 nm到100 nm之間,隨著粒徑的下降納米TiO2的表面能和表面張力急劇增加,使納米 TiO2具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)等。納米TiO2的粒子效應(yīng)使其具有抗菌、抗紫外線、自潔凈等功效,因而被應(yīng)用于各個(gè)方面,如工業(yè)中的涂

3、料和顏料,防曬化妝品添加劑;在環(huán)境治理中用于空氣凈化、污水處理,抗菌除毒等。為了研究納米 TiO2是否能夠減輕有機(jī)磷農(nóng)藥對(duì)家蠶的毒害作用,從而減輕蠶業(yè)損失,本文以家蠶品種“秋豐白玉”為研究材料,研究了納米TiO2(5mg/L)對(duì)辛硫磷農(nóng)藥(4.2μg/mL)誘導(dǎo)下家蠶蛋白質(zhì)代謝和碳水化合物代謝的影響;利用數(shù)字基因表達(dá)譜(DGE)技術(shù),研究了納米TiO2對(duì)辛硫磷誘導(dǎo)后家蠶腦組織和絲腺組織的基因轉(zhuǎn)錄以及生理功能的影響,主要研究結(jié)果如下：

4、r>　?、偶{米TiO2緩解辛硫磷誘導(dǎo)的家蠶生化功能障礙。以家蠶幼蟲血淋巴為材料,研究辛硫磷對(duì)家蠶五齡幼蟲蛋白代謝和碳水化合物代謝過程中代謝物以及酶的影響,通過添加納米TiO2,研究納米TiO2對(duì)緩解家蠶辛硫磷毒害作用的影響。結(jié)果表明,納米 TiO2預(yù)處理顯著減輕了辛硫磷農(nóng)藥引起的蛋白水解、葡萄糖和丙酮酸鹽含量下降,分別上調(diào)了56.7％、32.2％和41.5％;減輕了乳酸脫氫酶(LDH)、琥珀酸脫氫酶(SDH)、蘋果酸脫氫酶(MDH)活性

5、的降低,分別上調(diào)了81.6％、74.9％和83.7％;抑制了游離氨基酸、尿素、尿酸和乳酸的積累;抑制了辛硫磷農(nóng)藥引起的蛋白水解酶、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(ALT)及天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(AST)活性增強(qiáng),分別下調(diào)了35.6％、37.4％和37.6％。
　　⑵納米TiO2緩解辛硫磷誘導(dǎo)的家蠶大腦神經(jīng)損傷的分子機(jī)制。以家蠶五齡幼蟲腦為材料,研究納米 TiO2是否能夠減輕辛硫磷誘導(dǎo)的家蠶腦損傷。結(jié)果顯示,納米 TiO2預(yù)處理顯著減輕了辛硫磷誘導(dǎo)

6、的家蠶腦組織損傷及氧化應(yīng)激,減輕了辛硫磷誘導(dǎo)的氨基酸類神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿(Ach)、谷氨酸(Glu)和一氧化氮(NO)含量的增加以及單胺類神經(jīng)遞質(zhì)去甲腎上腺素(NE)、多巴胺(DA)和5-羥色胺(5-HT)含量的減少,緩解了辛硫磷對(duì)乙酰膽堿酯酶(AChE)、Na+/K+-ATPase、Ca2+-ATPase和 Ca2+/Mg2+-ATPase活性的抑制以及對(duì)總一氧化氮合酶(TNOS)活性的增強(qiáng)。此外,數(shù)字基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)表明,辛硫磷處理導(dǎo)致

7、295個(gè)基因顯著差異表達(dá),而納米TiO2+辛硫磷組中有472個(gè)基因顯著差異表達(dá);實(shí)時(shí)熒光定量PCR顯示,納米TiO2預(yù)處理顯著抑制了辛硫磷誘導(dǎo)的家蠶神經(jīng)傳導(dǎo),氧化應(yīng)激及細(xì)胞凋亡相關(guān)基因ace1、cytochrome-c、caspase-9、caspase-3、saposin-like(Bm109)表達(dá)上調(diào)以及BmIap表達(dá)下調(diào)。另外納米 TiO2預(yù)處理顯著抑制了辛硫磷誘導(dǎo)家蠶離子轉(zhuǎn)運(yùn)和能量代謝相關(guān)基因的H+transporting AT

8、P synthase和vacuolar ATP synthase表達(dá)下調(diào)。
　　⑶納米TiO2緩解辛硫磷誘導(dǎo)的家蠶絲腺損傷的分子機(jī)制。以家蠶五齡幼蟲絲腺為材料,研究納米 TiO2是否能夠減輕辛硫磷誘導(dǎo)的家蠶絲腺損傷。結(jié)果表明,辛硫磷處理導(dǎo)致絲腺嚴(yán)重?fù)p害,而納米 TiO2預(yù)處理減輕了辛硫磷引起的家蠶絲腺損傷,增強(qiáng)了絲腺的抗氧化能力。此外,數(shù)字基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)表明,辛硫磷處理導(dǎo)致833個(gè)基因顯著差異表達(dá)。特別是辛硫磷處理引起Ser2、S

9、er3、絲素輕鏈(Fibrion light chain,Fib-L)基因及P25絲蛋白合成過程中關(guān)鍵基因表達(dá)量顯著下調(diào),S-甲酸谷胱甘肽水解酶(Sfgh)基因、泛素羧基末端水解酶L3(Uchl3)基因及 S-腺苷-L-高半胱氨酸水解酶(Salhh)基因蛋白水解相關(guān)基因的顯著上調(diào)。納米TiO2+辛硫磷組中有754個(gè)基因顯著差異表達(dá),納米TiO2單獨(dú)處理組中有308個(gè)基因顯著差異表達(dá)。辛硫磷處理下納米 TiO2預(yù)處理增加了家蠶幼蟲絲腺中