当前,地表水污染对水生态平衡、水生生物的生存及人类的发展造成威胁,拟除虫菊酯类药物和重金属是两类具有代表性的污染物。本实验基于斑马鱼的行为监测,分别对溴氰菊酯胁迫下斑马鱼脑和心脏中M1受体、乙酰胆碱酯酶(AChE)和Prokineticin2(PK2)的表达及氯化镉胁迫下斑马鱼鳃部乙酰胆碱酯酶活性进行分析,以探究溴氰菊酯和氯化镉影响斑马鱼行为的机制,并探寻适用于水质评估的分子指标。为研究溴氰菊酯(0.52μg/L(0.1TU),2μg/L(10%地表水))对斑马鱼行为的影响,对168h内斑马鱼的行为强度进行连续监测。实验结果表明,溴氰菊酯会抑制斑马鱼的行为强度(BS),且呈现明显的剂量-效应关系。将光照周期和黑暗周期的平均BS值进行对比,发现斑马鱼的行为强度表现出明显的昼夜变化,即存在昼夜节律,SOM分析的结果进一步证明了这一点。对BS值进行自相关分析发现,溴氰菊酯扰乱了斑马鱼的行为昼夜节律,主要表现为周期的提前(0.1TU处理组)或推迟(10%地表水处理组),且周期的长度也受到不同程度的扰乱。进一步监测168h内斑马鱼脑和心脏中的M1、AChE及PK2的表达。结果表明,溴氰菊酯能够影响斑马鱼的M1受体及乙酰胆碱酯酶表达的昼夜节律。溴氰菊酯使得M1受体的表达量在黑暗周期(非活跃状态)处于较高水平,而乙酰胆碱酯酶在光照周期(活跃状态)有较高水平的表达,且2μg/L的溴氰菊酯产生更多扰乱。在两个溴氰菊酯处理组中,斑马鱼脑中和心脏中的AChE的表达量在大多数时候处于高于对照组,这可能引起乙酰胆碱含量降低,从而间接导致了斑马鱼的整体BS平均值的降低。此外,溴氰菊酯处理后,PK2的高峰值不再持续出现在黑暗阶段(非活跃期),而是更多地出现在光照阶段。PK2正常表达节奏的扰乱可能导致行为节律的信号输出受到影响,进而引起了斑马鱼的行为昼夜节律的紊乱。而且溴氰菊酯对斑马鱼的脑和心脏的毒性作用存在时间上的延迟,同时,三种基因在同一器官中的表达也存在时间上的延迟。为研究氯化镉对斑马鱼行为的影响,在不同浓度氯化镉(4.26 mg/L(0.1 TU),42.6 mg/L(1.0 TU,1个毒性单位),和85.2 mg/L(2.0 TU))暴露下,对斑马鱼的行为强度及鳃中乙酰胆碱酯酶活性进行48h连续监测。实验结果表明,氯化镉对斑马鱼的行为产生抑制,且氯化镉浓度和斑马鱼的行为强度(BS)之间存在明显的剂量-效应关系。在所有处理组的黑暗周期(13–21 h,37–45 h)可以观察到较低的BS值,即可以观察到昼夜节律的存在。在暴露的后期,1TU处理组昼夜节律被打乱,而0.1TU和2TU处理组中表现出了明显的昼夜节律。这些结果表明行为强度可以直接表示氯化镉的毒性。在为期48h的连续监测中,斑马鱼鳃中的乙酰胆碱酯酶活性被强烈抑制。使用DCCA方法对行为强度和乙酰胆碱酯酶活性进行互相关分析(p<0.01,r>0.5),结果表明,氯化镉会影响乙酰胆碱酯酶活性,由于氯化镉有神经毒性,会破坏神经信号转导,这可能会引起游泳行为的减少,协调性丧失或者其他类型的行为改变。总之,昼夜节律的变化可以用于反映一定浓度的溴氰菊酯和氯化镉中斑马鱼的行为的变化,可以用作环境压力评估的指标,更快速、准确地评估环境变化。乙酰胆碱酯酶的高水平表达、乙酰胆碱酯酶活性受抑制及M1受体表达的紊乱可能间接导致斑马鱼的平均行为强度的降低,而PK2的表达的节奏受到干扰,这可能使得SCN的行为输出信号的传递受阻,因而导致了斑马鱼的行为昼夜节律的异常。