基于大型溞外代谢组学的非侵入式水体污染生物早期预警系统研究

本研究创新性地将外代谢组学(exo-metabolomics)应用于生物早期预警系统(BEWS)，利用大型溞(Daphnia magna)在河流水体中的实时代谢响应，成功检测到5μg/L亚致死浓度铜暴露24小时内的敏感代谢特征。该非侵入式方法解决了传统代谢组学个体差异大、采样破坏性的难题，为水体污染早期监测提供了高灵敏度工具。

　　

研究亮点

• 首次将非侵入式外代谢组学应用于生物早期预警系统(BEWS)

• 在河流水体中检测到铜暴露(5-80μg/L)的浓度依赖性代谢紊乱模式

• 发现86种铜响应外代谢物，部分对5μg/L亚致死浓度24小时内即产生响应

<材料与方法>

使用五水合硫酸铜(99%)制备暴露溶液，通过配备D. magna的BEWS流通式培养舱收集外代谢物。采用液相色谱-四极杆飞行时间质谱(LC-QTOF-MS)检测1228个代谢特征，其中736个被确认为大型溞特异性外代谢物。主成分分析(PCA)显示PC1可解释23.1%的代谢轮廓差异。

<外代谢组特征>

在河流水样中：

1）无溞类对照组与实验组代谢谱存在显著分离

2）86种代谢物呈现铜浓度依赖性变化(校正p值<0.05)

3）发现可逆型和持续型两种分子响应模式

<结论>

本研究证实D. magna外代谢组分析兼具高灵敏度(可检测5μg/L铜)和现场适用性，其代谢特征符合环境生物标志物标准，为发展实时、非破坏性水质监测技术提供了新范式。