Summary

الآثار الإيكولوجية للبلاستيك الدقيق على نمو جنين الطيور عن طريق الفقس دون قشر البيض

Published: August 14, 2021
doi:

Summary

تقدم هذه الورقة طريقة الفقس دون استخدام قشر البيض للدراسات السمية لملوثات الجسيمات مثل البلاستيك الدقيق.

Abstract

البلاستيك الدقيق هو نوع من الملوثات العالمية الناشئة التي تشكل تهديدا صحيا كبيرا للحيوانات بسبب امتصاصها ونقلها في الأنسجة الحيوانية والأعضاء. الآثار الإيكولوجية للبلاستيك الدقيق على تطور أجنة الطيور غير معروفة. بيضة الطيور هي نظام تطوير وتغذية كامل ، ويحدث تطور الجنين بأكمله في قشر البيض. لذلك ، فإن السجل المباشر لتطور جنين الطيور تحت ضغط الملوثات مثل البلاستيك الدقيق محدود للغاية بسبب قشر البيض المبهم في الفقس التقليدي. في هذه الدراسة، تم رصد آثار البلاستيك الدقيق على نمو جنين السمان بصريا عن طريق الفقس دون قشر البيض. وتشمل الخطوات الرئيسية تنظيف وتطهير البويضات المخصبة، والحضانة قبل التعرض، والحضانة القصيرة الأجل بعد التعرض، واستخراج العينة. تظهر النتائج أنه بالمقارنة مع مجموعة التحكم ، أظهر الوزن الرطب وطول الجسم للمجموعة المعرضة للبلاستيك الدقيق فرقا إحصائيا وزادت نسبة الكبد للمجموعة المعرضة بالكامل بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، قمنا بتقييم العوامل الخارجية التي تؤثر على الحضانة: درجة الحرارة والرطوبة وزاوية دوران البيض وغيرها من الحالات. وتوفر هذه الطريقة التجريبية معلومات قيمة عن التكسينات الإيكولوجية للبلاستيك الدقيق وطريقة جديدة لدراسة الآثار الضارة للملوثات على نمو الأجنة.

Introduction

بلغ إنتاج النفايات البلاستيكية حوالي 6300 طن متري في عام 2015، تم إعادة تدوير عشرها، وتم حرق البقية أو دفنها تحت الأرض. وتشير التقديرات إلى أن حوالي 12000 طن من النفايات البلاستيكية سيتم دفنها تحت الأرض بحلول عام 20501. مع اهتمام المجتمع الدولي للنفايات البلاستيكية، اقترح طومسون لأول مرة مفهوم البلاستيك الدقيق في عام 20042. تشير البلاستيك الدقيق (أعضاء البرلمان) إلى البلاستيك الجسيمات الصغيرة التي يقل قطرها عن 5 ملم. في الوقت الحاضر، اكتشف الباحثون وجود أعضاء البرلمان في كل مكان في الساحل من مختلف القارات، وجزر المحيط الأطلسي، والبحيرات الداخلية، والقطب الشمالي، وموائل أعماق البحار3و4و5و6و7. ولذلك، بدأ المزيد من الباحثين في دراسة المخاطر البيئية لأعضاء البرلمان.

يمكن للكائنات الحية استيعاب أعضاء البرلمان في البيئة. تم العثور على أعضاء البرلمان في الجهاز الهضمي من 233 الكائنات البحرية في جميع أنحاء العالم (بما في ذلك 100٪ أنواع السلاحف، 36٪ أنواع الفقمة، 59٪ أنواع الحيتان، 59٪ أنواع الطيور البحرية، 92 نوعا من الأسماك البحرية، و 6 أنواع من اللافقاريات)8. وعلاوة على ذلك، قد يمنع أعضاء البرلمان الجهاز الهضمي للكائنات الحية، وتتراكم، وتهاجر في البوب9بهم . وقد تبين أنه يمكن نقل أعضاء البرلمان عبر السلسلة الغذائية، ويختلف مداها مع التغيرات في الموائل، ومرحلة النمو، وعادات التغذية، ومصادر الغذاء10. وأفاد بعض الباحثين بوجود أعضاء البرلمان في فضلات الطيور البحرية11، مما يعني أن الطيور البحرية تعمل كناقل لأعضاء البرلمان. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤثر ابتلاع أعضاء البرلمان على صحة بعض الكائنات الحية. على سبيل المثال ، يمكن أن يكون أعضاء البرلمان متشابكين في الجهاز الهضمي ، وبالتالي زيادة وفيات الحيتانيات12.

فلنواب وحدهم لهم آثار سامة على الكائنات الحية، فضلا عن الآثار السامة المشتركة على الكائنات الحية ذات الملوثات الأخرى. ابتلاع تركيزات ذات الصلة بالبيئة من الحطام البلاستيك قد يزعج وظيفة نظام الغدد الصماء من الأسماك البالغة13. حجم البلاستيك الدقيق هو واحد من العوامل الهامة التي تؤثر على امتصاصها وتراكمها من قبل الكائنات الحية14،15. البلاستيك صغير الحجم ، وخاصة البلاستيك نانو الحجم ، عرضة للتفاعل مع الخلايا والكائنات الحية ذات السمية العالية16،17،18،19. وعلى الرغم من أن الآثار الضارة للبلاستيك الدقيق بحجم الجسيمات النانوية على الكائنات الحية تتجاوز مستوى البحوث الحالي، فإن الكشف عن البلاستيك الدقيق وتحديد حجمه بأحجام تقل عن عدة ميكرومترات، ولا سيما البلاستيك دون الميكرون/نانو في البيئة، لا يزال يشكل تحديا كبيرا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن البلاستيك النانوي له أيضا بعض الآثار على الأجنة. البوليسترين يمكن أن تلحق الضرر تطوير أجنة قنفذ البحر من خلال تنظيم البروتين والجينات ملامح20.

لاستكشاف التأثير المحتمل لأعضاء البرلمان على الكائنات الحية، أجرينا هذه الدراسة. نظرا للتشابه بين أجنة الطيور والأجنة البشرية ، وعادة ما تستخدم في بحوث البيولوجيا التنموية21 بما في ذلك تولد الأوعية وتولد الأوعية ، وهندسة الأنسجة ، وزرع المواد الحيوية ، وأورام الدماغ22،23،24. أجنة الطيور لديها مزايا منخفضة التكلفة، ودورة ثقافة قصيرة وسهلة التشغيل25،26. لذلك، اخترنا أجنة السمان مع دورة نمو قصيرة كحيوان تجريبي في هذه الدراسة. في وقت واحد، يمكننا أن نلاحظ مباشرة التغيرات المورفولوجية لأجنة السمان المعرضة لأعضاء البرلمان خلال مرحلة النمو الجنيني باستخدام تكنولوجيا الفقس الخالية من قشر البيض. وكانت المواد التجريبية المستخدمة هي البولي بروبلين (PP) والبوليسترين (PS). لأن PP و PS27 تمثل أكبر نسبة من أنواع البوليمر التي تم الحصول عليها في الرواسب والمائيات في جميع أنحاء العالم، وأنواع البوليمر الأكثر شيوعا المستخرجة من الكائنات البحرية التي تم التقاطها هي الإيثيلين والبروبيلين28. يصف هذا البروتوكول التجريبي العملية الكاملة للتقييم البصري للآثار السمية لأعضاء البرلمان على أجنة السمان المعرضة لأعضاء البرلمان. يمكننا بسهولة توسيع هذه الطريقة لفحص سمية الملوثات الأخرى لنمو الأجنة من الحيوانات الأخرى oviparous.

Protocol

1. التحضير قبل التعرض اختر بويضات السمان المخصبة التي ولدت في نفس اليوم لاختبار التعرض. حدد بيض السمان مع أوزان مماثلة. كل بويضة السمان المخصبة حوالي 10-12 غرام. تنظيف جميع بيض السمان المخصبة بالكامل من البراز الخارجي والحطام الآخر. تعقيم كل بيضة السمان المخصبة قبل فقست ?…

Representative Results

لتحليل البيانات التجريبية، قارنا الوزن الرطب وطول الجسم وطول القص وتغيير المؤشر الكبدي بين مجموعة التحكم والمجموعات التجريبية ال 6، وقياس وعكس نمو وتطور أجنة السمان من منظور كلي. اكتشفنا ستة أجنة سمان طبيعية في كل مجموعة. وصل كل جنين إلى مرحلة هامبورغر وهاملتون (HH) المطلوبة. <p class="jove_content…

Discussion

تقدم هذه الورقة خطة تجريبية فعالة لتقييم نمو جنين السمان من خلال الكشف عن مؤشرات النمو الأساسية. ومع ذلك، لا تزال هناك بعض القيود على هذه التجربة.

أولا، معدل وفيات أجنة السمان في المرحلة اللاحقة من الفقس أعلى بسبب الفقس أقل قذيفة. هناك عوامل لا يمكن السيطرة عليها بشكل مصطنع …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من خلال مشاريع البحث والتطوير الرئيسية في منطقة شينجيانغ الويغورية ذاتية الحكم (2017B03014، 2017B03014-1، 2017B03014-2، 2017B03014-3).

Materials

 Multi sample tissue grinder Shanghai Jingxin Industrial Development Co., Ltd. Tissuelyser-24 Grind large-sized plastics into small-sized ones at low temperature
Electronic balance OHAUS corporation PR Series Precision Used for weighing
Fertilized quail eggs Guangzhou Cangmu Agricultural Development Co., Ltd. Quail eggs for hatching without shell
Fluorescent polypropylene particles Foshan Juliang Optical Material Co., Ltd. Types of plastics selected for the experiment
Incubator Shandong, Bangda Incubation Equipment Co., Ltd. 264 pc Provide a place for embryo growth and development
Nanometer-scale polystyrene microspheres Xi’an Ruixi Biological Technology Co., Ltd. 100 nm, 200 nm, 500 nm Types of plastics selected for the experiment
Steel ruler Deli Group 20 cm Used to measure  length
Vertical heating pressure steam sterilizer Shanghai Shenan Medical Instrument Factory LDZM-80KCS-II Sterilize the experimental articles

References

  1. Geyer, R., Jambeck, J. R., Law, K. L. Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances. 3 (7), 5 (2017).
  2. Thompson, R. C., et al. Lost at sea: Where is all the plastic. Science. 304 (5672), 838-838 (2004).
  3. Barletta, M., Lima, A. R. A., Costa, M. F. Distribution, sources and consequences of nutrients, persistent organic pollutants, metals and microplastics in South American estuaries. Science of the Total Environment. 651, 1199-1218 (2019).
  4. Eriksson, C., Burton, H., Fitch, S., Schulz, M., vanden Hoff, J. Daily accumulation rates of marine debris on sub-Antarctic island beaches. Marine Pollution Bulletin. 66 (1-2), 199-208 (2013).
  5. Zhang, C. F., et al. Microplastics in offshore sediment in the Yellow Sea and East China Sea, China. Environmental Pollution. 244, 827-833 (2019).
  6. Obbard, R. W., et al. Global warming releases microplastic legacy frozen in Arctic Sea ice. Earths Future. 2 (6), 315-320 (2014).
  7. Van Cauwenberghe, L., Vanreusel, A., Mees, J., Janssen, C. R. Microplastic pollution in deep-sea sediments. Environmental Pollution. 182, 495-499 (2013).
  8. Wilcox, C., Van Sebille, E., Hardesty, B. D. Threat of plastic pollution to seabirds is global, pervasive, and increasing. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (38), 11899-11904 (2015).
  9. Wright, S. L., Thompson, R. C., Galloway, T. S. The physical impacts of microplastics on marine organisms: A review. Environmental Pollution. 178, 483-492 (2013).
  10. Ferreira, G. V. B., Barletta, M., Lima, A. R. A. Use of estuarine resources by top predator fishes. How do ecological patterns affect rates of contamination by microplastics. Science of the Total Environment. 655, 292-304 (2019).
  11. Provencher, J. F., Vermaire, J. C., Avery-Gomm, S., Braune, B. M., Mallory, M. L. Garbage in guano? Microplastic debris found in faecal precursors of seabirds known to ingest plastics. Science of the Total Environment. 644, 1477-1484 (2018).
  12. Baulch, S., Perry, C. Evaluating the impacts of marine debris on cetaceans. Marine Pollution Bulletin. 80 (1-2), 210-221 (2014).
  13. Rochman, C. M., Kurobe, T., Flores, I., Teh, S. J. Early warning signs of endocrine disruption in adult fish from the ingestion of polyethylene with and without sorbed chemical pollutants from the marine environment. Science of the Total Environment. 493, 656-661 (2014).
  14. Mattsson, K., et al. Brain damage and behavioural disorders in fish induced by plastic nanoparticles delivered through the food chain. Scientific Reports. 7, 7 (2017).
  15. Brown, D. M., Wilson, M. R., MacNee, W., Stone, V., Donaldson, K. Size-dependent proinflammatory effects of ultrafine polystyrene particles: A role for surface area and oxidative stress in the enhanced activity of ultrafines. Toxicology and Applied Pharmacology. 175 (3), 191-199 (2001).
  16. Salvati, A., et al. Experimental and theoretical comparison of intracellular import of polymeric nanoparticles and small molecules: toward models of uptake kinetics. Nanomedicine-Nanotechnology Biology and Medicine. 7 (6), 818-826 (2011).
  17. Frohlich, E., et al. Action of polystyrene nanoparticles of different sizes on lysosomal function and integrity. Particle and Fibre Toxicology. 9, 13 (2012).
  18. Bexiga, M. G., Kelly, C., Dawson, K. A., Simpson, J. C. RNAi-mediated inhibition of apoptosis fails to prevent cationic nanoparticle-induced cell death in cultured cells. Nanomedicine. 9 (11), 1651-1664 (2014).
  19. Lehner, R., Weder, C., Petri-Fink, A., Rothen-Rutishauser, B. Emergence of Nanoplastic in the Environment and Possible Impact on Human Health. Environmental Science, Technology. 53 (4), 1748-1765 (2019).
  20. Pinsino, A., et al. Amino-modified polystyrene nanoparticles affect signalling pathways of the sea urchin (Paracentrotus lividus) embryos. Nanotoxicology. 11 (2), 201-209 (2017).
  21. El-Ghali, N., Rabadi, M., Ezin, A. M., De Bellard, M. E. New Methods for Chicken Embryo Manipulations. Microscopy Research and Technique. 73 (1), 58-66 (2010).
  22. Rashidi, H., Sottile, V. The chick embryo: hatching a model for contemporary biomedical research. Bioessays. 31 (4), 459-465 (2009).
  23. Faez, T., Skachkov, I., Versluis, M., Kooiman, K., de Jong, N. In vivo characterization of ultrasound contrast agents: microbubble spectroscopy in a chicken embryo. Ultrasound in Medicine and Biology. 38 (9), 1608-1617 (2012).
  24. Yamamoto, F. Y., Neto, F. F., Freitas, P. F., Ribeiro, C. A. O., Ortolani-Machado, C. F. Cadmium effects on early development of chick embryos. Environmental Toxicology and Pharmacology. 34 (2), 548-555 (2012).
  25. Li, X. D., et al. Caffeine interferes embryonic development through over-stimulating serotonergic system in chicken embryo. Food and Chemical Toxicology. 50 (6), 1848-1853 (2012).
  26. Lokman, N. A., Elder, A. S. F., Ricciardelli, C., Oehler, M. K. Chick Chorioallantoic Membrane (CAM) Assay as an In Vivo Model to Study the Effect of Newly Identified Molecules on Ovarian Cancer Invasion and Metastasis. International Journal of Molecular Sciences. 13 (8), 9959-9970 (2012).
  27. Burns, E. E., Boxall, A. B. A. Microplastics in the aquatic environment: Evidence for or against adverse impacts and major knowledge gaps. Environmental Toxicology and Chemistry. 37 (11), 2776-2796 (2018).
  28. Alejo-Plata, M. D., Herrera-Galindo, E., Cruz-Gonzalez, D. G. Description of buoyant fibers adhering to Argonauta nouryi (Cephalopoda: Argonautidae) collected from the stomach contents of three top predators in the Mexican South Pacific. Marine Pollution Bulletin. 142, 504-509 (2019).

Play Video

Cite This Article
Wang, L., Xue, N., Li, W., Wufuer, R., Zhang, D. Ecotoxicological Effects of Microplastics on Bird Embryo Development by Hatching without Eggshell. J. Vis. Exp. (174), e61696, doi:10.3791/61696 (2021).

View Video