1、11毕业论文文献综述生物技术斑马鱼在纳米生物学中的应用摘要斑马鱼作为一种模式脊椎动物，已经在纳米生物学的研究方面得到了广泛的应用。本文阐述了斑马鱼的特点，以及其应用于纳米生物学上的成果和前景。关键词斑马鱼应用纳米生物学斑马鱼DANIORERIO俗称蓝条鱼、花条鱼、斑马担尼鱼，隶属辐鳍亚、纲鲤科、短担尼鱼属，体侧具有像斑马一样纵向的暗蓝与银色相间的条纹。是一种产于孟加拉和印度等国的热带观赏鱼。作为模式脊椎动物，斑马鱼在发育生物学和遗传学以及毒理病理学上有着广泛的应用。随着纳米技术的迅速发展，纳米生物学的研究得到越来越多的关注。人工纳米材料可通过直接排放、废弃物排放、常规使用等多种途径进入水环境。
2、进入水环境的人工纳米材料可通过食物链在鱼类等水生生物体内富集并最终进入人体，对人体健康构成威胁。因此，有关人工纳米材料对水生生物的毒性研究日益增多，而斑马鱼在其中发挥着重要作用并有着更广阔的应用前景。本文从斑马鱼在研究中的特点、在纳米生物学研究中的应用和应用前景几方面作一综述。1、斑马鱼的特点斑马鱼成鱼体型较小，胚胎透明且体外发育，易于活体观察；生长发育快，受精后24小时主要器官原基基本形成，便于研究组织器官的发育和功能；繁殖能力强且易于饲养。斑马鱼早在20世纪30年代，就作为经典的生长和胚胎模型。在20世纪70年代开始受到科学家们的关注，并成为最重要的模式脊椎动物之一。STREISINGER
3、等在NATURE上发表了斑马鱼的体外受精技术、单倍体诱导技术，建立了纯品系，并介绍了斑马鱼的第一个自然突变体GOLDEN，这是斑马鱼成为模式动物新宠的开端。自20世纪90年代初以来，斑马鱼因其多方面的优点已成为模式动物家族中重要的一员，受到越来越多的重视和利用。斑马鱼由于发育前期细胞分裂快，胚体透明，特定的细胞类型易于识别等有利因素，成为脊椎动物中最适于做发育生物学和遗传学研究的模式生物。随着今年来的研究发现，斑马鱼虽然不是哺乳动物，但是随着斑马鱼基因技术得到了发展，如克隆，转基因技术，诱变和绘制方法，以及斑马鱼基因组测序工程的完成，发现斑马鱼的基因与人类的基因保守度达到85。斑马鱼在纳米生物
4、学上应用的优异性主要为以下几点11、物种稳定，个体差异性小，雌雄鉴别较容易。雄鱼的蓝色条纹偏黄，间以柠檬色条纹；雌鱼的蓝色条纹偏蓝而鲜艳，间以银灰色条纹，身体比雄鱼丰满粗壮。雄鱼的体长体高比大于雌鱼的体长体高比。12、斑马鱼的品系资源十分丰富，目前研究中常用的斑马鱼野生型品系主要为TUEBINGEN品系、12AB品系、WIK品系，斑马鱼基因组计划所用品系是TUEBINGE此外，保存有3000多个突变品系和100多个转基因品系。13、个体小，发育快速，性成熟期短，繁殖能力强且易于饲养。成体长35CM，平均每升水可养70条左右斑马鱼。在合适的养殖条件下，斑马鱼的性成熟期一般为3个月左右。雌雄鱼的交
5、配行为受光刺激，可以通过调控光周期或控制雌雄鱼的接触而控制产卵时间。一尾成熟雌鱼每周可产卵一次，一次每次可产100300枚。由于其便于大规模养殖，可持续提供大量分析材料，因此可以用于人工诱变和突变体的筛选，成为目前唯一可以进行大规模随机诱变筛选隐性突变体的脊椎动物。14、卵和胚胎透明，体外受精，体外发育，易于观察。卵子比一般哺乳动物卵子大十倍，受精卵的直径约1MM，易于进行显微注射和细胞移植等操作，便于在不受损害情况下，进行细胞发育命运的连续跟踪观察和细胞谱系的分析。15、斑马鱼的胚胎较哺乳动物胚胎要小得多，测定需样量少。胚胎筛选可以在96孔微板上进行，每孔只需要100微升水。由于斑马鱼胚胎有
6、可以提供营养的卵黄，因此第一周内不需要任何喂食。用药也很简单，小分子化合物可以直接溶于水中以扩散到胚胎中。16、胚胎学和遗传学操作技术成熟。在基因功能研究方面，已发展了转基因技术、基因过量表达技术、利用反义寡核苷酸抑制基因表达的技术、随机及靶基因定向诱变的技术、体细胞克隆技术等。斑马鱼的基因组全系列测定已经完成。2、斑马鱼在纳米生物学当中的应用。纳米生物学目前主要的研究内容是关于纳米材料的生理和生态毒性的研究。随着纳米技术的迅速发展，纳米生物学的研究得到越来越多的关注。人工纳米材料可通过直接排放、废弃物排放、常规使用等多种途径进入水环境。进入水环境的人工纳米材料可通过食物链在鱼类等水生生物体内
7、富集并最终进入人体，对人体健康构成威胁。因此，研究纳米材料的水生生态毒性有着重要意义。目前斑马鱼在纳米生物学上的应用主要包括纳米材料对斑马鱼孵化、发育的影响，对斑马鱼组织内酶活性的影响以及一些其他的生理研究方面。21、探讨纳米材料对水生生物在孵化、成活率等方面的影响。如但志刚等的研究发现功能化后的碳纳米管导致斑马鱼成鱼存活率下降，作用48H的成鱼30D成活率下降至最低；功能化碳纳米管曝露使得虎马鱼胚胎发育异常，出现卵凝结和胚胎细胞自溶；其幼鱼延迟发育，存活率下降，甚至造成斑马鱼心包囊水肿和畸形的发生。刘红云等观察了纳米ZNO、纳米TIO2、纳米FEO、纳米FE3O4和纳米SIO2对斑马鱼96H
8、孵化率的影响。结果表明，纳米氧化物毒性与其成分有很大关系。纳米ZNO对斑马鱼胚胎孵化抑制作用明显，毒性较大，且其毒性与浓度之间存在一定的剂量一效应关系；在低浓度时，纳米ZNO抑制胚胎孵化的效应较等浓度ZN强，说明纳米ZNO特殊理化性质发挥了一13定作用。纳米FE2O3在低浓度下不影响胚胎孵化率，而在高浓度下抑制胚胎孵化。纳米TIO2、纳米FE3O4、和纳米SIO2对斑马鱼胚胎96H孵化率没有明显影响。这将为各种纳米材料的应用做出指导。22、对人工纳米材料影响下的斑马鱼的酶系的研究探查纳米材料对水生生物的毒性。刘信勇等采用毒性试验方法研究3种质量浓度100，50和25MGL下人工纳米材料多壁碳纳
9、米管MWCNTS长时间暴露2835D对斑马鱼成鱼脑和肝组织中乙酰胆碱酯酶ACHE、谷胱甘肽过氧化物酶GSHPX和NA，K一ATP酶活性的影响。结果表明，随着暴露时间的延长和LDMWCNTS的增高，ACHE和GSHPX的活性降低，NA，K一ATP酶活性呈先升高后降低的趋势。不同暴露时间的酶活性略有不同，但其趋势基本一致。比较其他试验数据，对人工碳纳米材料与酶活性进行质量浓度一效应关系分析，结果显示该试验方法制备的多壁碳纳米管悬浊液毒性较小，单独存在对水生生物危害不大。23、通过对纳米材料影响下斑马鱼的病变研究纳米材料的毒害机理。玉晓微等研究了不同浓度纳米二氧化硅和常规二氧化硅的水溶悬浮液对斑马鱼
10、胚胎发育的毒性效应。结果表明，常规二氧化硅对斑马鱼胚胎发育无明显毒性效应，而纳米二氧化硅对斑马鱼胚胎发育具有明显的抑制作用，且呈一定的剂量依赖性，其对84HPF斑马鱼胚胎的LC值为240MGL。纳米二氧化硅可导致胚胎孵化率显著下降、死亡率显著上升，且可观察到幼鱼多种畸形现象，此外纳米二氧化硅可使斑马鱼提前孵化，但提前孵化的幼鱼未发育完全。检测108HPF斑马鱼幼鱼体内丙二醛MDA含量发现，纳米二氧化硅染毒组MDA含量均显著高于对照组，提示，纳米二氧化硅的发育毒性可能源于其导致的氧化损伤。田文静等研究了纳米ZNO对其抗氧化酶系统的影响。结果发现，纳米ZNO能够降低斑马鱼胚胎谷胱甘肽GSH含量，抑
11、制过氧化氢酶CAT和超氧化物歧化酶SOD活性，引起胚胎脂质过氧化水平增大，证明氧化应激是纳米ZNO抑制斑马鱼胚胎孵化的作用机制之一。这些研究有助于破解纳米材料的毒害机理，以进一步完善纳米科技在人类历史上的应用。3、总结斑马鱼是脊椎动物中最常用的模式生物，其众多的特点使其在生物研究中得到了广泛的研究。特别是斑马鱼常年产卵，鱼卵易收集，胎体透明易于观察，成本较低，可重复性好和灵敏度高等特点使斑马鱼胚胎实验在纳米材料的生态毒理效应的研究上被高度重视。斑马鱼基因的完全测定以及对其生理发育的透彻了解，让我们能够从纳米材料引起的斑马鱼病变中研究出纳米材料的生物毒害机理。纳米材料丰富的种类都有着广阔的应用前
12、景，它们的生物效应还有待探讨和研究，而斑马鱼将在这些研究中发挥十分重要的作用。参考文献1周玉国,温海深斑马鱼繁殖内分泌学研究进展J中国实验动物学报2007,1524694692刘昌盛,穆宇,杜久林斑马鱼在生命科学研究中的应用J生命科学2007,194382386143聂芳红,刘连平二嗯英类化合物对斑马鱼CYPIA毒理作用的研究新进展J广东海洋大学学报2007,2731231284王海涛科学奇葩一斑马鱼J生命世界2008,322255贾顺姬,盂安明利用模式动物探讨出生缺陷的发生机理J生命科学2006,182971006孙智慧,贾顺姬,盂安明斑马鱼在生命科学中畅游J生命科学2006,1859710
13、17刘红云,白伟,张智勇,等纳米氧化物对斑马鱼胚胎孵化率的影响J中国环境科学2009,29153578玉晓微,赵占克,韩冰,等纳米二氧化硅对斑马鱼胚胎发育毒性的初步研究J生态毒理学报2009,45,6756819王佳佳,徐超,屠云杰,等斑马鱼及其胚胎在毒理学中的实验研究与应用进展J生态毒理学报2007,2212313510全珊珊,吴新荣斑马鱼人类疾病研究的理想模式动物J生命的化学2008,28326026311郑丽丽,吴端生斑马鱼实验动物化研究及应用J南华大学学报医学版36224925112李洁斐,李卫华,王强毅,等斑马鱼应用于毒理学研究的现况J实验动物与比较医学2005,1224725213
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15、在神经科学中的应用J生物化学与生物物理进展2009,36151220朱小山,朱琳,郎宇鹏,等富勒烯及其衍生物对斑马鱼胚胎发育毒性的比较J中国环境科学2008,28217317721ABAUN,KOKUSKECOTOXICITYOFENGINEEREDNANOPARTICLESTOAQUATICINVERTEBRATESABRIEFREVIEWANDRECOMMENDATIONSFORFUTURETOXICITYTESTINGJECOTOXICOLOGY,2008,1738739522CBLAISE,FGAGNE,JFFERARDECOTOXICITYOFSELECTEDNANOMATERIAL
16、STOAQUATICORGANISMSJENVIRONMENTALTOXICOLOGY,2008,105915981523田文静,白伟,赵春禄纳米ZNO对斑马鱼胚胎抗氧化酶系统的影响J中国环境科学2010,3O570570924刘信勇,朱琳多壁碳纳米管存在环境下PB、ZN对斑马鱼毒性的变化J生态毒理学报2009,6482983325但志刚,倪瑾PEG功能化碳纳米管的制备及对斑马鱼的毒性实验研究J纳米加工工艺2009,61303326JIEMEI,JIANFANGGUIBIOINFORMATICIDENTIFICATIONOFGENESENCODINGCLQDOMAINCONTAININGPROTEINSINZEBRAFISHJJOURNALOFGENETICSANDGENOMICS352008L724
