热带爪蟾胚胎在水质监测中的应用

薛银刚，蔡焕兴，徐东炯，袁 静，施华宏，唐松林

(1.常州市环境监测中心，江苏省环境保护水环境生物监测重点实验室，江苏 常州 213001;2.华东师范大学，上海 200062;3.江苏省环境监测中心，江苏 南京 210036)

·监测技术·

热带爪蟾胚胎在水质监测中的应用

薛银刚1，蔡焕兴1，徐东炯1，袁 静2，施华宏2，唐松林3

(1.常州市环境监测中心，江苏省环境保护水环境生物监测重点实验室，江苏 常州 213001;2.华东师范大学，上海 200062;3.江苏省环境监测中心，江苏 南京 210036)

分析了热带爪蟾胚胎用于水质监测的理论基础，综述了其在环境科学中的应用前景，总结评价了热带爪蟾胚胎用于水质监测的方法及应用实例，并讨论了其用于水质评价目前存在的问题。热带爪蟾是一种良好的模式生物，需要对其加强实际应用研究。

热带爪蟾;胚胎;致畸;水质监测

0 引言

近年来，由于人类活动的影响，大量的各类污染物排放到水体中。这些排放到水环境中的污染物可能会在生物体内富集、放大，从而导致对食物链高营养级野生动物的严重危害［1］;也可以通过暴露(大气、水等)与食品的途径进入人体，进而对水体环境、水生动物和人体健康造成极大威胁［2］。这些环境问题引起了研究者对水质监测的高度重视。然而，中国水质监测的标准方法主要偏向于常规的理化检测，这已经不足以说明和反映水环境的毒性效应。随着生态学、生物学及生物技术等相关学科的发展，水质的生物监测技术也日益得到重视。生物监测通过生物对环境的反应，显示出环境污染对生物的影响，将污染物的浓度及其引起的生物效应联系起来，能够更真实、准确地反映污染物的作用机理及实际毒性效应，为环境监测和管理提供更为有效的信息。

1 爪蟾胚胎致畸实验简介

自20世纪90年代初，国外就开始运用非洲爪蟾胚胎开展污染物的发育毒性检测，其方法就是将发育期处于NF 8- 11阶段的爪蟾胚胎置于受试液中暴露4 d，通过检测胚胎死亡率、畸形率和致畸指数等指标来评价化学品的发育毒性，这一方法被称为非洲爪蟾胚胎致畸实验(FETAX)［3］。非洲爪蟾(Xenopus laevis)是进行FETAX的实验动物，作为发育生物学中最重要的模式动物，近年来在生态毒理学中也被广泛运用，主要用于早期胚胎发育和细胞生物学的研究。

近十年来各国多个实验室的研究证实，FETAX作为一个可供选择的发育毒性筛选试验非常具有前途，它比使用传统的哺乳动物作为发育毒性研究的受试生物更能节约动物数量、时间和资金［4］。

2 热带爪蟾胚胎在环境科学中的应用前景

作为非洲爪蟾的近亲，热带爪蟾(X.tropicalis)具有个体更小、生长周期更短(3～6个月)、产卵量更大(2 000～3 000个)和基因组结构(2倍体)更简单、胚胎发育更快等优点。因此，热带爪蟾比非洲爪蟾更适合作为模式生物进行系列研究［5-7］。已有研究表明，不同的污染物导致热带爪蟾胚胎畸形现象也不一样，而且某些污染物能够导致爪蟾胚胎产生独特的畸形表型，如采用环境浓度三丁基锡(50～400 ng·L-1TBTCl)对热带爪蟾胚胎进行24，36和48 h暴露能够导致胚胎眼睛异常、泄殖腔突出和鳍变窄等多种畸形现象［8］。这表明运用热带爪蟾胚胎进行特定污染物致畸机制的研究将具有较大的潜力。其中，胚胎畸形的表观特征可以作为研究污染物致畸机制的标志物。

3 热带爪蟾胚胎用于水质监测的方法

3.1 样品的采集与制备

对各采样点进行样品的采集，采集后用棕色瓶分装并贴好标签，4℃保存待用。在采样过程中对采样点的常规理化数据(温度、pH、溶解氧、氨、采样点经纬度、电导率等)进行测量。

3.2 实验设计

实验的设计在FETAX实验的基础上进行改进。采用人工注射HCG的方法诱导产卵，从产卵较好的3对蛙的胚胎中，挑选出达到NF 10- 11阶段且发育正常的胚胎进行实验(表1)。

表1 热带爪蟾胚胎的水质监测方法

续表1

3.3 样品的观测与分析

将存活胚胎用100 mg/L MS- 222麻醉处理后固定于4%的甲醛溶液中，取出经固定的胚胎，在Nikon解剖镜下观察胚胎的发育状况，用 Nikon DS-SM型显微照相系统进行拍照，并统计孵化率、存活率、体长和畸形率等指标。(1)孵化率:24 h后孵化胚胎个数所占最初放入胚胎个数百分比;(2)存活率:48 h后存活胚胎个数所占孵化出的个数百分比;(3)体长:胚胎头部至尾尖的水平距离;(4)畸形率:48 h后胚胎畸形个数所占存活个数百分比。通过对这些指标的统计分析来综合评价环境样品对胚胎早期生长发育的影响，从而反映水质的情况。

同时，通过对胚胎的暴露实验观测爪蟾胚胎的表观畸形类型及表型特征变化，探讨可能的致畸机制，从而推测可能的污染物类型。暴露48 h后与对照组相比，环境样品能够诱导热带爪蟾胚胎出现多种畸形现象，总体可以分为体形和体色两大类。在体形变化中，根据出现畸形的部位可以分为5种类别，即颅面、眼睛、嘴巴、肠道、尾巴和体色。每个部位又有多种不同特征的畸形类型，其中主要表现为眼睛突出、泄殖腔膨大、尾巴下弯、鳍变窄和皮肤色素减少等(图1)。

3.4 数据统计

用SPSS 16.0进行数据的统计分析。以每孔中的胚胎为一个平行样，数据以平均值±标准差(S.D.)表示，n=4。用Tukey-test进行分析。

图1 环境样品引起的热带爪蟾胚胎畸形类型

4 热带爪蟾胚胎用于水质监测的应用实例

近年来，国内外主要运用斑马鱼和非洲爪蟾进行水体中重金属毒性、有机污染物毒性检测和综合毒性检测等。Hoke等研究表明，FETAX已经成为水环境监测的常规方法，可以增加其他淡水水生生物的检测性。

Song和Fort等运用热带爪蟾胚胎和非洲爪蟾胚胎的实验结果表明，两个物种对化合物的致畸能力相当，而且畸形的综合表征也类似，热带爪蟾可以代替非洲爪蟾进行FETAX实验［9，10］。已有的研究表明，热带爪蟾胚胎可以不同程度地应用于重金属、农药、药物等有机污染物和综合污染物的毒性检测中，且主要用于污染物的室内研究［11-13］。

目前，国内外用于评价水质的方法主要包括对水样和底泥两类环境样品的各类指标进行检测评估。实验室运用热带爪蟾胚胎检测了温州黑臭河道的水样和底泥样的生态毒性。结果表明:不同采样点的孵化率、存活率、体长和畸形率较对照组表现出了不同的差异性，数据统计分析结果说明温州市两条典型的黑臭河道底泥对爪蟾胚胎的发育均有不同程度的影响，表现出一定的生态毒性，同时，运用爪蟾胚胎可以有效地检测底泥的毒性效应，而且对不同河流和站点的毒性评价具有较好的区分度。实验室对长江口南汇杭州湾的底泥也进行了毒性测试，结果表明，人为活动影响越大的区域，底泥样对胚胎的发育毒性影响越严重，展现出了很好的区分度。

5 问题与展望

将热带爪蟾胚胎应用于水质的生物监测还处于起步阶段，尽管其所需要的时间短、经济成本低，暴露48 h就能够方便地获得各种评价指标，实验操作简单易行，但在环境样品的检测中发现，需要将不同采样点的水质状况更好地区分出来仅参照现有的指标尚有一定的局限性，因此，必须对实验方案进一步优化，如适当延长实验时间和对畸形指标细化、量化。其中，在指标的量化中，可以考虑将各个类型的畸形程度划分为正常、轻微、中等和严重4个等级。

综上所述，热带爪蟾作为一种评价水质的生物已得到越来越多的认可。虽然目前在理论和应用方面还存在一定的问题，但随着热带爪蟾模式生物在各领域研究的发展，其在水质监测中的应用会更加深入广泛。

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Application ofXenopus TropicalisEmbryo in Water Quality Monitoring

XUE Yin-gang1，CAI Huan-xing1，XU Dong-jiong1，YUAN Jing2，SHI Hua-hong2，TANG Song-lin3
(1.Key Laboratory of Environmental Protection of Water Environment Biological Monitoring of Jiangsu Province，Changzhou Environmental Monitoring Center，Changzhou，Jiangsu 213001，China;2.East China Normal University，Shanghai，200062，China;3.Jiangsu Province Environmental Monitoring center，Nanjing，Jiangsu 210036，China)

The theoretic foundation ofXenopus tropicalisapplied to water quality monitoring was discussed.Subsequently，the application prospect ofX.tropicalis in the field of environmental science was reviewed.We also summarized the method usingXenopus tropicalisembryo to monitor water quality and introduced some application examples.Finally，discussed some problems on the application ofX.tropicalisembryo in evaluating water quality.In all，X.tropicalisis a good model animal species for evaluating water quality.Therefore，studies on practical application ofX.tropicalisshould be enhanced in future.

Xenopus tropicalis;embryos;water quality monitoring

X835

A

1674- 6732(2012)04- 0020- 04

10.3969/j.issn.1674- 6732.2012.04.005

2011- 12- 20

江苏省环境监测科研基金项目(1106)。

薛银刚(1981—)，男，工程师，博士，从事生物监测与环境毒理学工作。