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斑马鱼行为篇：环境雌激素影响雄性斑马鱼繁殖行为

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2024-09-23 20:06

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环境雌激素(environmental estrogens，EES)是指环境中存在的可干扰动物内源激素合成、分泌、运输、结合、代谢等过程，激活或抑制内分泌系统功能的类雌激素样物质。EES按自身性质可被分为天然雌激素和人工合成雌激素这2个大类。天然雌激素包括雌酮(estrone，E1)、雌二醇(17β-estradiol，E2)、雌三醇(estriol，E3)等，常见的人工合成雌激素则包括乙炔基雌二醇(17α-ethinylestradiol，EE2)、壬基酚(4-nonylphenol，4-NP)、双酚A(bisphenolA，BPA)等。EES来源多样、分布广泛且具有生物毒性；它还具有滞留性、难降解等特性，在一定条件下可经食物链放大或被生物富集于体内。大量研究表明，EES最终汇聚于水中，对水生生物造成极大影响。因此，EES对水生生物的影响已成为世界上内分泌干扰研究的热点问题之一。EES会引起模式动物斑马鱼雄性性激素水平异常并破坏精子发生，从而造成斑马鱼雄鱼生殖障碍。更有研究表明EES还会引起斑马鱼的神经功能障碍，甚至导致斑马鱼死亡。

鱼类的成功繁殖不仅有赖于正常的配子发生，也有赖于雌雄之间的繁殖行为。鱼类的繁殖行为包括求偶、交配、育幼等一系列活动。繁殖行为由中枢神经系统和内分泌系统共同参与调控。有研究发现，性激素如雌激素、雄激素等能以负反馈方式调节鱼类的中枢神经系统，进而对雄性繁殖行为如求偶、追逐、引导、交配等进行调控。目前，关于环境雌激素的研究多集中于EES对鱼类配子生成的影响，但有关EES影响鱼类繁殖行为的研究极少。斑马鱼的繁殖行为包括雌、雄鱼之间的身体触碰和追逐、雄鱼身体颤动、对雌鱼进行引导、雌鱼产卵等。鱼类的繁殖行为与温度、光周期等环境因子密切相关。有研究发现，较高剂量的持久性有机污染物如三丁基锡、菲、氨氮胁迫、重金属等均能抑制斑马鱼雄性的繁殖行为。

实验处理

实验用AB系成年斑马鱼，雌、雄性斑马鱼各60尾于恒温系统中以(28±0.5)ºC、14h光照∶10h黑暗条件驯养30d。每2d使用溶解氧质量浓度为6.0～7.3mg∙L-1、pH为7.1～7.8的脱氯自来水更换1次驯养水体。每日9：00、15：00和21：00对实验鱼各喂食1次，每日总喂食量约为实验鱼体质量的2%。适应结束后，将雄性斑马鱼分为4个组，每组15尾；每组实验鱼放养于3个相同规格且装有20L脱氯自来水(其中含质量分数为0.001%的DMSO助溶剂）鱼缸中，每缸5尾实验鱼。4组实验鱼除1组作为对照组(水体中无EES)外，其余3组分别为EE2-low组(水体中含5.55ng∙L-1EE2)、EE2-high组(水体中含11.1ng∙L-1EE2)和EES组(水体中含62.2ng∙L-14-NP、250ng∙L-1BPA、4.56ng∙L-1E1、5.53ng∙L-1E2和39.6ng∙L-1E3)，总雌激素效应相当于水体中含5.55ng∙L-1EE2)。文献认为：淮河江苏段水体中的BPA、4-NP等EES为中高风险等级，已具有区域污染特征；然而目前又没有整个淮河流域环境剂量EES对鱼类长期影响的研究。

60d的EES处理结束后，将各处理组中每尾雄性斑马鱼分别置于15个长×宽×高均为25cm×15cm×20cm加入3L脱氯自来水繁殖鱼缸中。每缸放入1尾未经EES暴露的成年雌性斑马鱼与上述雄性斑马鱼进行繁殖配对：首先使用宽×高为15cm×8cm的带孔挡板对雌、雄性斑马鱼进行隔离以阻挡它们身体接触，并在鱼缸正上方固定数码相机，适应过夜。然后在第2日6：00(雌、雄性斑马鱼已适应环境16h)撤掉挡板，将装有产卵石且长、宽均为7cm的产卵盒置于鱼缸中一处固定位置作为产卵区，待斑马鱼适应5min后用数码相机进行40min的视频拍摄。对拍摄5min后的连续30min视频片段进行分析并统计相关实验数据。研究斑马鱼繁殖行为的统计指标有雌、雄性斑马鱼相互追逐频次以及两者同时/单独进入产卵区域的时间。

EES暴露后对雌雄性斑马鱼进行繁殖行为实验示意图

鱼类的繁殖活动是一个复杂的过程，两性正常的繁殖行为是繁殖成功的必要条件。本研究结果显示：与对照组相比，经过5.55ng∙L-1EE2长期暴露后，虽然雄性斑马鱼的几项繁殖行为指标均无统计学意义上的变化，但是仍然有减少趋势，可见上述较低剂量的EE2暴露仍然对雄性斑马鱼的繁殖行为产生了一定的抑制作用。此外，经过EES联合处理和11.1ng∙L-1EE2长期暴露后雌、雄性斑马鱼相互追逐频次与对照组相比有统计学意义上的减少，表明上述2种处理对斑马鱼的求偶行为具有明显的抑制作用。同时，EES组和EE2-high组雄性斑马鱼单独进入产卵区时间及雌、雄性斑马鱼同时进入产卵区的时间与对照组均出现了统计学意义上的减少，表明这2种处理明显降低了雄性斑马鱼的繁殖意愿。EES联合处理和11.1ng∙L-1EE2的长期暴露明显抑制了雄性斑马鱼的繁殖行为，且EES联合处理所产生的生殖毒性与11.1ng∙L-1EE2基本相当。环境剂量的EES联合处理能够明显损害雄性斑马鱼的繁殖行为。

EE2和EES联合暴露后对雌、雄性斑马鱼互相追逐频次与同时进入产卵区时间的影响

参考文献：

Disrupted reproductive behavior in unexposed female zebrafish ( Danio rerio ) paired with males exposed to low concentrations of 17α-ethinylestradiol (EE2)[J]. Erik Baatrup;;Per G. Henriksen.Aquatic Toxicology,2015

菲(PHE)短期暴露对斑马鱼(Branchydanio rerio)繁殖行为及产卵、受精、孵化和仔鱼死亡率的影响[J]. 黄菲;胡莹莹;焦艳;牛翠娟.北京师范大学学报(自然科学版),2010(01)

雌激素在斑马鱼精子发生中的作用及内在机制[D]. 王雅琴.重庆师范大学,2020

张盈盈,李英文,刘智皓.环境雌激素联合处理对雄性斑马鱼繁殖行为的影响[J/OL].重庆师范大学学报(自然科学版):1-5[2024-04-15].

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