發(fā)布時間：2020-11-10 14:47

　　 重金屬具有易富集、半衰期長、難降解等特性,可通過呼吸、飲食、表面接觸等途徑進入動物體內并對機體健康產生毒性作用。已有研究表明,重金屬可通過損傷生殖器官、干擾生殖激素分泌水平、影響精子質量等途徑對雄性生殖功能造成影響,而雄性動物的生殖功能是決定種群繁殖輸出的重要因素。鳥類是生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成元素,環(huán)境污染是造成鳥類種群數(shù)量下降的重要原因之一,而目前極少有研究探討環(huán)境重金屬污染條件下雄性鳥類生殖功能的響應。本研究以西北地區(qū)廣泛分布的留鳥——樹麻雀(Passer montanus)為研究對象,選擇重金屬銅(Copper,Cu)、鉛(Lead,Pb)、鋅(Zinc,Zn)和鎘(Cadmium,Cd)為主要污染物的甘肅省白銀四龍鎮(zhèn)和相對無污染的甘肅省永靖劉家峽鎮(zhèn)為研究樣地,從繁殖期雄性樹麻雀的體質狀況、精巢結構與功能、生殖激素水平和精子質量等方面綜合探究雄性鳥類生殖功能對環(huán)境重金屬污染的響應,以期為探究環(huán)境重金屬污染對鳥類種群繁殖的影響提供科學參考。研究得到如下結果:1.環(huán)境重金屬在雄性樹麻雀體內的積累水平。白銀地區(qū)雄性樹麻雀肝臟、肌肉、初級飛羽、腹羽和精巢中Cd及初級飛羽中Cu和Pb、腹羽中Pb的濃度均顯著高于劉家峽地區(qū)(P0.05)。表明環(huán)境重金屬污染條件下,Cd、Cu和Pb在雄性樹麻雀體內顯著積累。2.環(huán)境重金屬污染對雄性樹麻雀體質狀況的影響。白銀地區(qū)雄性樹麻雀的體型顯著小于劉家峽地區(qū)(P=0.002);白銀地區(qū)雄性樹麻雀的心臟、腎臟及肺系數(shù)與劉家峽地區(qū)相比無明顯差異(P0.05),而其肝臟系數(shù)顯著高于劉家峽地區(qū)(P0.001)。表明環(huán)境重金屬污染條件下,雄性樹麻雀的體型變小、肝臟系數(shù)升高,且雄性樹麻雀的肝臟對環(huán)境重金屬暴露更為敏感。3.環(huán)境重金屬污染對樹麻雀精巢結構與功能的影響。兩研究樣地樹麻雀的精巢大小、精巢結構和精巢功能標志性酶活性未見明顯差異(P0.05),而白銀地區(qū)樹麻雀精巢超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)水平顯著低于劉家峽地區(qū)(SOD:P=0.019;MDA:P=0.004)、總抗氧化能力(Total antioxidant capacity,T-AOC)顯著高于劉家峽地區(qū)(P=0.012),且白銀地區(qū)樹麻雀精巢具有更高的細胞凋亡水平(P=0.001)。表明環(huán)境重金屬污染條件下,樹麻雀精巢發(fā)育和能量代謝過程未受到明顯影響,而精巢具有更低的脂質過氧化反應、更強的抗氧化防御能力及更高比例的凋亡細胞。4.環(huán)境重金屬污染對雄性樹麻雀生殖激素水平的影響。白銀地區(qū)雄性樹麻雀的血漿雌激素、黃體生成素(Luteinizing hormone,LH)和促卵泡素水平均顯著高于劉家峽地區(qū)(P0.001),而兩研究樣地雄性樹麻雀的血漿睪酮水平無顯著差異(P=0.917)。表明環(huán)境重金屬污染條件下,雄性樹麻雀的生殖激素分泌水平提高。5.環(huán)境重金屬污染對樹麻雀精子質量的影響。兩研究樣地樹麻雀的精子濃度和精子ATP濃度差異不顯著(P0.05);相較于劉家峽地區(qū),白銀地區(qū)樹麻雀生成了具有更長鞭毛的長精子(P0.05),且其精子頭部與鞭毛長度的比值和精子總長的個體間變異系數(shù)更小(P0.05),畸形精子及頭部畸形精子的比例更低(P0.05);白銀地區(qū)樹麻雀的精子運動速度、前向運動精子比例、精子運動的直線性、擺動性和前向性均顯著高于劉家峽地區(qū)(P0.05),不運動精子的比例顯著低于劉家峽地區(qū)(P=0.016);白銀地區(qū)樹麻雀的精子運動速度與其精子頭長及精子頭部與鞭毛長度的比值呈負相關(P0.05),而兩樣地樹麻雀的精子運動速度均未表現(xiàn)出與精子總長或精子鞭毛長度間的關聯(lián)性(P0.05),且白銀地區(qū)樹麻雀精子的鞭毛長度與精子ATP濃度呈負相關(P=0.040),兩地樹麻雀精子的運動速度均與精子ATP濃度呈負相關(劉家峽:P=0.008;白銀:P0.001)。表明環(huán)境重金屬污染條件下,樹麻雀的精子形態(tài)更優(yōu)、精子運動性能更強,且樹麻雀通過增加精子鞭毛長度以降低精子頭部與鞭毛長度的比值,進而實現(xiàn)更快的精子運動速度。6.樹麻雀精巢重金屬積累水平與雄性生殖功能間的關系。樹麻雀精巢大小與精巢中Cu或Cd的水平顯著相關(P0.05),隨重金屬水平升高,精巢系數(shù)和體積均降低;精巢中的Pb水平顯著抑制了精巢SOD的活性(P=0.043);精巢中Zn濃度與血漿雌激素水平呈負相關關系(P=0.046);隨精巢Cu濃度升高,樹麻雀畸形精子及頭部畸形精子的比例均降低(P0.05),且樹麻雀精子核長隨精巢Pb濃度的升高而增加(P=0.046),隨Cd濃度的升高而減小(P=0.035)。表明樹麻雀精巢內積累的重金屬會對精巢大小、精巢SOD活性、血漿雌激素水平等造成不利影響,同時也可直接與精子相互作用,影響精子形態(tài)特征。7.樹麻雀精巢功能相關指標及生殖激素水平與精子質量間的關系。樹麻雀精子運動特征與精巢體積顯著相關(P=0.029),隨精巢體積增大精子運動性能提高;精巢SOD活性和血漿LH水平與精子運動特征間也呈現(xiàn)出關聯(lián)性,雖然其關系僅滿足邊緣顯著(SOD:P=0.058;LH:P=0.077),隨精巢SOD活性升高精子運動性能降低,隨血漿LH水平升高不運動精子的比例降低。表明環(huán)境重金屬污染條件下,樹麻雀的精巢大小、精巢SOD活性、血漿LH水平等是決定精子運動性能的重要因素。綜上所述,長期環(huán)境重金屬暴露可造成雄性樹麻雀體內重金屬顯著積累,導致雄鳥體型變小、肝臟系數(shù)升高。雄性樹麻雀精巢中積累的重金屬會對生殖功能相關指標造成不良影響,但雄性樹麻雀的精巢功能、生殖激素水平和精子質量均對環(huán)境重金屬脅迫產生積極響應,主要表現(xiàn)為:增加精巢T-AOC以避免精巢遭受氧化損傷,提高精巢細胞凋亡水平以加強精巢質量控制,促進生殖激素分泌和提高精子質量。并且,樹麻雀增加生殖投入對精巢功能和生殖激素分泌水平的維持和調控是重金屬污染條件下雄鳥精子質量提高的重要原因。本研究結果對深入探討環(huán)境污染影響鳥類生殖功能的機制以及科學評價污染地區(qū)鳥類種群動態(tài)變化趨勢具有參考意義。
【學位單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：X174;Q958
【部分圖文】：

永靖縣劉家峽鎮(zhèn)位于黃河沿岸,建有大型水電工程劉家峽水庫,因其地處高原峽谷、景色秀麗,被稱為“高原明珠”,是著名的休閑旅游勝地。劉家峽與白銀兩地相距約110 km,兩地均屬于溫帶半干旱氣候,具有相近的海拔、降水量、年平均氣溫和景觀組成,且本課題組多年的研究也表明劉家峽地區(qū)水體、土壤中的重金屬水平遠低于相應的國家標準[24,149],因而本研究選取劉家峽鎮(zhèn)魏家川村(N 35°56′-35°57′,E 103°15′-103°16′)作為相對無污染的對照樣地(圖2-1)。2.1.2 實驗對象

環(huán)境中的重金屬也可在雄性樹麻雀生殖器官中積累(表3-1),兩年的研究數(shù)據均表明白銀地區(qū)樹麻雀精巢Cd濃度(2017年:1.627±0.644 mg/kg;2018年:2.000±0.737 mg/kg)顯著高于劉家峽地區(qū)(2017年:0.723±0.459 mg/kg;2018年:1.672±0.551 mg/kg)。另外,不同年份采集的樹麻雀樣本,其精巢Cu和Cd濃度也存在差異(表3-1)。3.1.2 環(huán)境重金屬污染對雄性樹麻雀體型大小的影響

采用GLM單變量分析將研究樣地作為固定因子、年份作為隨機因子分析環(huán)境重金屬暴露對雄性樹麻雀體型大小的影響。結果表明,雄性樹麻雀體型大小在采樣年份間無顯著差異(F1,163=0.658,P=0.419),而白銀地區(qū)雄性樹麻雀的體型顯著小于劉家峽地區(qū)(F1,163=9.724,P=0.002;圖3-2)。3.1.3 環(huán)境重金屬污染對雄性樹麻雀臟器系數(shù)的影響
【參考文獻】

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本文編號：2878054