来自农业和城市径流的非点源污染物可能对接收水生生态系统的健康产生不利影响（Walsh等人，2022年）。例如，地表径流在进入水生环境之前会积累并携带多种污染物（Karlavičienė等人，2009年）。这些污染物包括总悬浮固体（TSS）、各种氮（N）和磷（P）化合物、痕量金属（主要是Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn）、有机化学物质（如多环芳烃PAHs）和微生物污染（Alam等人，2017年；Sofijanic等人，2021年），这些都会导致水质下降。水体中营养物质（P和N）的过量负荷可能引发富营养化问题（Yang和Lusk，2018年），从而导致鱼类死亡和生物多样性减少，原因包括缺氧、pH值和氧含量的剧烈波动以及硫化氢和铵的生成增加（Landman等人，2005年；Martí-Cardona等人，2008年）。富营养化还可能与初级和次级生产增加有关，这在过去的研究中已被发现与某些水生消费者（如鱼类）的体重和生长速度增加有关（Gibbons和Munkittrick，1994年）。在城市水道中，另一个值得关注的问题是轮胎磨损颗粒（TWPs）释放的化学物质。例如，轮胎抗臭氧剂转化产物6PPD-醌（6PPD-Q；2-苯胺基-5-(4-甲基戊-2-基氨基)环己-2,5-二烯-1,4-二酮）在接近环境相关浓度时对鲑鱼科鱼类（如银鲑Oncorhynchus kisutch、虹鳟Oncorhynchus mykiss和溪鳟Salvelinus fontinalis）具有高度毒性（Tian等人，2021年；Brinkmann等人，2022年）。
Nose Creek流域是位于加拿大阿尔伯塔省南部的Bow河流域的支流。它发源于Rocky View县北部边界和Crossfield镇附近的农村地区，流经Airdrie后，在卡尔加里动物园附近汇入Bow River（Grasby等人，1997年）。Nose Creek受到住宅和商业开发、工业增长、雨水排放、农业活动以及河道改造等压力因素的影响（Palliser Environmental Services，2018年）。自20世纪80年代以来，多项水质监测项目记录了Nose Creek流域的水质问题，其中West Nose Creek的情况稍好一些（Schonekess，1981年）。1999年至2001年间，只有4%和7%的Nose Creek样本符合总磷和总氮的水质标准（Cross，2002年）。2009年至2013年间，高磷含量、高盐度、高TSS浓度和高粪便大肠菌群数量是主要的水质问题（Palliser Environmental Services Ltd.，2014a），而在雨水处理设施（如池塘、湿地和油砂分离器）附近，水质问题更为明显（Palliser Environmental Services Ltd.，2014a）。
Nose Creek被Bow River磷管理计划（PMP）认定为导致Bow River总磷负荷的主要支流（阿尔伯塔省政府，2014年）。PMP制定了减少磷负荷的策略，包括建设雨水滞留池和河岸缓冲带以改善水质和河岸功能。然而，这些措施并未在整个流域得到一致实施，效果也不明显（Palliser Environmental Services，2018年）。除了众多的非点源污染外，Nose Creek还受到点源污染的影响。具体来说，Crossfield镇每年4月1日至11月30日期间会通过重力管道将处理过的市政废水间歇性地排放到Nose Creek中。尽管这些活动得到了阿尔伯塔省环境保护与提升法案（EPEA）的批准，但排放的废水仍会降低水质并影响下游用水者的生活。这些长期的水质压力因素引发了人们对Nose Creek流域内鱼类种群潜在生物影响的担忧，以及支流污染对Bow River主干流影响的担忧。我们之前的研究记录了下游Nose Creek中野生长鼻鲦鱼（Rhinichthys cataractae）的体型、体况以及肝脏和生殖腺体大小的显著增加（Taridashti等人，正在审稿中）。转录组分析显示，下游Nose Creek区域的多个基因表达发生了紊乱（Taridashti等人，正在审稿中）。但由于长鼻鲦鱼在该流域的分布有限，无法对其上游区域的类似反应进行评估。
传统的针对特定指标的分子方法可以有效评估特定压力源的影响，但它们可能无法捕捉到由复杂环境混合物引发的分子反应，因为这些混合物中含有多种化学污染物，这些污染物可能通过多种机制相互作用（Schäfer等人，2023年）。城市径流的多样性和动态性，以及其与多种生物系统的相互作用潜力，要求采用更广泛和综合的方法，如mRNA测序（RNA-Seq）来有效评估环境危害。然而，RNA-Seq需要复杂的数据分析和生物信息学专业知识，这限制了其在常规监测中的应用（Sewell等人，2024年）。EcoToxChip平台通过提供一种靶向的、特定物种的定量聚合酶链反应（qPCR）阵列来填补这一空白，该方法比非靶向方法更简单、重复性更高，易于用于常规监测。EcoToxChip包含约375个基因靶标，涵盖了关键毒理学途径和具有监管意义的指标（Basu等人，2019年；Crump等人，2023年）。EcoToxChip已在之前的研究中成功应用于脂肪头鲦鱼（Pimephales promelas的幼体和成体，以研究单一化学物质的分子毒性途径（Jensen-Brickley等人，2025年）以及受污染的地下水等复杂环境样本（Gasque-Belz等人，2023年，2024年）。此外，Gasque-Belz等人（2023年，2024年）发现的分子反应模式表明，这些变化是在脂肪头鲦鱼亚慢性暴露后出现的。
本研究旨在加深我们对长期暴露于Nose Creek流域雨水相关压力源的脂肪头鲦鱼潜在健康影响及其分子机制的理解。EcoToxChip qPCR平台与整体生物健康指标（包括生殖腺体指数（GSI）、肝脏体指数（LSI）和体况因子（K）相结合，将分子水平反应与生物体水平效应联系起来。该研究还提供了评估EcoToxChip系统作为支持现场机制评估工具的机会，并将其结果与之前关于长鼻鲦鱼的研究（Taridashti等人，正在审稿中）进行比较。这些研究共同旨在确定不同物种之间是否存在一致的分子反应，从而帮助确定特定压力源类型的潜在健康影响。
