六溴环十二烷对玉米线粒体能量代谢的选择性毒性

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六溴环十二烷(HBCD)是世界使用量较大的溴代阻燃剂,因其不仅具有持久性有机污染物的基本特征还具有手性构型,因此HBCD在环境介质中的行为及对生物体的毒性作用受到很大关注。本研究通过采用高效液相色谱(HPLC)法分别对α、β和γ-HBCD进行对映体分离制备,采用水培方式,对玉米幼苗分别用不同浓度的HBCD外消旋体及其对映体暴露培养。通过检测玉米幼苗根部和地上部线粒体中三羧酸循环、氧化磷酸化、抗氰呼吸以及整个机体ATP含量,开展HBCD不同异构体及其对映体对玉米幼苗能量代谢的影响研究。本研究主要结果如下:1)HBCD异构体及其对映体对植物暴露后,受到活性氧(ROS)的胁迫,玉米线粒体中三羧酸循环和氧化磷酸化过程均受到不同程度的诱导或抑制影响,抗氰呼吸作为氧化磷酸化的另一条呼吸途径不足以补充HBCD引起的损伤,进而机体ATP产生量发生改变,说明玉米线粒体功能发生损伤,机体能量供应不足,也是HBCD诱导玉米生长发育异常的重要机制。2)在暴露浓度范围内,α-HBCD外消旋体和对映体对玉米幼苗地上部和根部的能量代谢关键指标(CS活性、COX活性和ATP含量)均表现抑制作用,对玉米能量代谢的毒性大小为(+)α-HBCD>(rac)α-HBCD>(-)α-HBCD。β-HBCD外消旋体和对映体在暴露浓度范围(0.5~5.0μg·L-1)内对玉米幼苗的根部CS活性、COX活性和ATP含量表现为诱导作用,这种诱导作用随着暴露浓度增大逐渐减弱。β-HBCD对玉米能量代谢的毒性大小为(-)β-HBCD>(rac)β-HBCD>(+)β-HBCD。γ-HBCD外消旋体和对映体在低浓度时,诱导玉米根部和地上部的CS活性、COX活性和ATP含量上升,随着暴露浓度增大,这两种酶活性和ATP含量逐渐降低。γ-HBCD对玉米能量代谢的毒性大小为(+)γ-HBCD>(rac)γ-HBCD>(-)γ-HBCD。随着暴露浓度增大,α、β和γ-HBCD外消旋体和对映体对AOX活性诱导作用逐渐增强,同时AOX活性与HBCD的浓度呈现正相关关系。α、β和γ-HBCD外消旋体和对映体在玉米幼苗的能量代谢指标(CS活性、COX活性、AOX活性和ATP含量)上表现出对地上部影响大于根部。3)三种HBCD外消旋体对玉米地上部和根部AOX活性和根部CS活性表现出的毒性大小为α-HBCD>γ-HBCD>β-HBCD。三种HBCD外消旋体对玉米地上部的CS活性、地上部和根部的COX活性以及ATP含量的影响为α-HBCD>β-HBCD>γ-HBCD。4)α、β和γ-HBCD对映体对玉米根部CS活性影响大小为:(+)α-HBCD>(-)α-HBCD>(+)γ-HBCD>(-)γ-HBCD>(-)β-HBCD>(+)β-HBCD,对地上部CS活性、根部和地上部COX活性、地上部ATP含量的影响大小为:(+)α-HBCD>(-)α-HBCD>(-)β-HBCD>(+)β-HBCD>(+)γ-HBCD>(-)γ-HBCD。α、β和γ-HBCD对映体对玉米根部和地上部AOX活性、根部ATP含量的影响大小为(+)α-HBCD>(-)α-HBCD>(-)β-HBCD>(+)γ-HBCD>(+)β-HBCD>(-)γ-HBCD。HBCD不同立体结构导致其对玉米线粒体能量代谢产生了对映体选择性损伤,引起该差异的具体原因目前尚不清楚。
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