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人为亚极端环境对蟾蜍类动物早期胚胎发育及种群命运的影响

时永香  
【摘要】:环境与生命系统的关系,是整个生物学的根本问题。生命起源于环境,依赖于 环境,同时又独立于环境和反作用于环境。在地球生物圈漫长的进化过程中,可以 说地球本身的变化对生命的存亡与发展的选择,是基于对特定物种所造成的极端环 境、亚极端环境和最适环境的变幻,因此生物种群的命运一直受其生存环境的影响。 当今世界,伴随人类经济活动的持续发展,同时也导致了人为地球环境系统的重大 变化。近30年来日趋严重的全球性气温升高、持续干旱,生物循环、能量循环、水 循环发生恶化等重大问题均与化学污染有关。化学污染已使生命系统受到严重威胁, 使越趋增多的生物类群处于维持生存的亚极端环境之中。 蟾蜍类动物是脊椎动物进化历程中的一个重要类群,是研究发育生物学、进化 生物学、功能基因组学和蛋白质组学等前沿学科的模式动物。由于蟾蜍类动物必须 在水中繁育,对水源和水质环境的改变特别敏感,如果失去水源和良好的水质坏境, 它们的生存将会受到严重威胁。因此以蟾蜍类动物生存质量作为检测水质环境恶化 程度的探针,为探讨全球变化对生命系统的影响提供了良好的实验材料。研究人为 亚极端环境对蟾蜍类动物早期胚胎发育的影响,将有助于阐释和预测全球变化与物 种生存、延续及其命运的关系。 水源,是所有生物赖以生存的重要条件。尤其是对于那些水生生物,水坏境的 变化将直接对其生长繁殖、遗传及物种延续产生重要影响。光在生命的起源与演变、 生物结构形态的变异与功能的进化中起着不可替代的作用。但阳光中的紫外线在特 定能量下,对生物体也具有一定的损伤作用。近年来臭氧层的破坏,导致太阳照射 在地面上的紫外线强度增高,将会对生命系统产生特定的物理效应。激光是光受激 辐射放大而产生的一种光源,并且它的能量可以进行人为控制,可以依据激光的能 级模拟一种对生命活动的亚极端环境,进而探知非自然因素对生命活动的影响。 本课题以中华大蟾蜍作为模式动物,对其早期胚胎发育各个时期的变化进行了 观察:并围绕亚极端环境(水质、紫外和激光照射)对中华大蟾蜍早期胚胎发育过 程的影响。深入研究了激光照射导致蟾蜍早期胚胎遗传物质的染色体、细胞生化系 统的同工酶和基因表达产物蛋白质发生改变的原因,进一步获得了亚极端坏境对生 命过程造成致变、致畸和致死效应的实验依据。 山东大学博士论文 中华大蟾蛤在曝晒过的自来水中抱对、产卵并受精。取受精卵和8细胞期胚胎 放入盛有少许1/10 Holfreter液的培养皿中置于超净工作台内紫外灯下接受不同能 量密度的照射,然后培养观察;取不同发育时期胚胎用YAG倍频激光器不同能量密 度照射后,放入盛有少许1/10 Holfreter液的培养皿中,在培养过程中检测其病变 率、畸变率和死亡率;取受精卵置于分别盛有1/10 Holfreter液、曝晒自来水、二 次处理水、大明湖水、明泉湖水、拦河坝水、凤凰山水、小清河水的培养皿中,观 察其发育状况;然后进一步对比分析在此条件下对蟾赊早期胚胎发育所产生的影响。 在激光照射后当胚胎发育至尾芽期时,分别取对照组正常胚胎、照射后正常胚胎、 照射致畸胚胎尾尖压片进行染色体分析;对畸胚采用垂直板凝胶电泳分析酷酶和乳 酸脱氢酶:激光照射0.5h后将各组胚胎进行SDS一队GE,考玛斯亮蓝染色,脱色后 用Bio一Rad成像系统GS一800蛋白胶光密度扫描仪成像,以Gene Tool from Syngene 软件分析:对早囊胚、原肠胚、神经胚、尾芽胚进行双向电泳,电泳图谱以PDQest软 件分析。该项研究所集中表明的下述问题,目前在国内外尚未检索到同类报告。 1.实验证明生存于不同地域环境的蟾蛛其受精卵,在孵化过程中均有各种畸形胚的 发生,在污染严重的水质中可导致其胚胎死亡率增加。 .长期生活于不同生态环境中的蟾蛤,其所产卵子的质量不同;调查结果提示这种 差异主要是与动物生存环境中所受化学污染的程度有关。 .紫外线照射可影响蟾蛤类的胚胎发育。紫外线照射蟾蛛受精卵和8细胞胚胎可破 坏胶膜,随着照射剂量的增加,对胶膜破坏程度增大;紫外线照射后,在早期胚 胎发育过程中出现各种畸形胚,并随胚胎发育时间的延长而胚胎死亡率增加。 .激光照射对蟾蛛胚胎发育的影响与所用激光的能量有关。其中低能量激光表现为 促进发育作用,使生长速度加快,孵化率增高:高能量激光对胚胎发育有抑制作 用;激光照射后胚胎死亡率随照射剂量的增加而增高。 .激光照射蟾蛛早期胚胎出现原肠外突现象,可导致各种畸形胚的发生。激光照射 蟾赊受精卵出现头部尾部很难区分的不规则状畸胚、脊椎严重弯曲畸胚和发育不 良、个体弱小没有相应的比例关系的畸胚;激光照射蟾蛤4细胞胚胎出现腹部成 尹 水泡状的畸形胚和脊尾弯曲成直角状畸胚;激光照射蟾蛛囊胚可出现各种尾巴异 常畸形胚如尾巴成花状、尾巴向下弯曲、尾巴向体侧弯曲等。 6.激光照射可导致畸胚染色体数目变化。激光照射后正常胚胎染色体无明显变化; 山东大学博士论文 发育迟缓、形态严重扭曲的畸胚其染色体数目倍加;尾巴向下弯曲的畸胚染色 体丢失,染色体数目较正常中华大蟾蛛染色体数的22条少一条为21条。 7.激光照射后致畸胚胎中乳酸脱氢酶


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