物理刺激下斑马鱼运动异常行为及控制对策

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近年来,水体突发污染事故频频发生,传统理化监测方法已不能满足对水质毒性进行实时、准确监测的要求,因而生物监测应运而生。生物在线监测不仅可以实现实时在线监测,最重要的是可以直接反映出水体对人类和水生动物的综合毒性大小。鱼类是生物监测中最早也是最为广泛使用的指示生物,斑马鱼因其体型小、繁殖快、易于饲养管理、与人类基因同源性高等优点成为最常用的鱼类指示生物之一。斑马鱼行为学研究是其在水质预警中发挥重要作用的基础。水质毒性生物监测仪(Real-timeToxicityBiomonitor, RTB)是由深圳市水务(集团)有限公司自主研发的一款水质生物监测仪器,以斑马鱼作为指示生物,对水体进行实时监测,保障供水安全。但在实际运行中发现,安装环境中的光照和噪声都会对斑马鱼的运动行为产生影响,导致仪器误报警。此外,斑马鱼还会出现由非毒性因素引起的活性降低现象,也会引发仪器误报警,这些都不利于RTB的稳定运行。为此,本课题着重研究了声、光、电三种物理刺激对斑马鱼运动行为的影响,以拟定对安装环境中光照和噪声大小的要求,为采取措施消除干扰提供依据和标准。还研究了几种污染物暴露前后斑马鱼对声、光、电刺激的运动行为反应强度的差异,用以研究报警检验的可行性,辅助确认报警的真实性。本论文得到如下主要成果:斑马鱼对20Hz至2000Hz内声压级大于80dB的声音刺激和光照强度2000lx以内的光照刺激都能产生一定强度大小的运动行为反应。声光短期刺激下斑马鱼出现速度和转次突增、高度变化等现象。斑马鱼在声音刺激时间内的最大速度比刺激前平均水平增加15mm/s以上,光照刺激内最大速度增幅度在30mm/s以上,最大转次增加10次/t以上。斑马鱼在80dB和90dB的白噪声持续刺激下,速度和转次较刺激前略有降低,而在70dB刺激下前后差别不大。斑马鱼在自然光照周期中表现出明显的昼夜节律性,在环境黑暗而背景灯常亮的条件下,这种昼夜节律性将减弱至消失,当背景灯亮度大于100lx时,当天昼夜节律性就基本消失。声光短期刺激下运动参数发生骤变并需数分钟至数十分钟才能恢复到刺激前水平,会导致仪器误报警。综合考虑要求环境中噪声值低于80dB,超标时应需要采取消音减噪措施;要求RTB尽量安装在弱光、无光照周期性变化的环境中,且需在外门玻璃窗上使用遮光膜,运行时RTB门务必关严,避免漏光。二价镉、六价铬、溴氰菊酯和敌敌畏暴露下,斑马鱼对声光电刺激的运动行为反应强度降低。根据实验结果统计,将光照刺激报警检验刺激值设为500lx,报警检验阈值设为:最大速度差25mm/s,平均速度差10mm/s;声音刺激报警检验刺激值设为50Hz、90dB,阈值设为:最大速度差20mm/s,平均速度差15mm/s;电刺激报警检验刺激值设为10V,阈值设为:速度最大值80mm/s,平均值60mm/s,转次最大值20次/t,平均值15次/t。通过在RTB内加装报警检验单元,在仪器报警时给予斑马鱼设定强度的物理刺激,计算机系统采集相关数据分析其运动行为强度是否达到报警检验阈值,从而辅助判断报警的真实性。也可以用于初始选鱼阶段,检验用于监测的斑马鱼活性是否正常。三种报警手段中噪音报警检验效果最好,光照报警检验可行性最高。通过以上研究,拟定了对安装环境中光照强度和噪音大小的要求,对RTB的背景灯进行了优化,分析了利用声光电刺激进行报警检验的可行性,提高了RTB运行的稳定性。
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