跳虫（弹尾纲）不同生物水平特征对农田重金属和抗生素类污染响应的毒理学研究

发布时间：2020-04-14 22:39

【摘要】：跳虫由于在土壤中具有重要的生态地位和功能,且对环境变化具有很高的敏感性和耐受性,被作为土壤生态风险评估的重要受体。目前的野外重金属污染风险评估,多基于整个土壤动物群落研究和传统的群落结构和种群特征研究,缺乏对特定指示物种的筛选;另外,新型污染物氟喹诺酮类抗生素(Fluoroquinolones,FQs)不易降解,会在土壤中不断累积,且在土壤中的影响尚未有明确的认识和评价;而且,在自然条件下,重金属与抗生素复合污染的现象普遍存在,可能生成更为复杂的新型污染物。因此,本文采用大田研究和室内实验相结合的方法进行,研究重金属镉(Cd)、铅(Pb)、锌(Zn)、抗生素类诺氟沙星(Norfloxacin,NFC)以及重金属与抗生素类复合污染对跳虫不同生物水平特征(群落结构、种群特征、生理生化和肠道微生态系统等)的影响及这些特征对污染的响应。先以云南兰坪铅锌矿区周边的农田为例,探讨矿区重金属污染农田的跳虫群落结构和特定物种的变化特征及跳虫对重金属污染的响应规律;再以FQs中的代表NFC为例,通过对经典毒理受体白符?Folsomia candida进行系统的毒理测试,在种群特征、生理生化、肠道微生态方面探究白符?对其的响应;并初探白符?种群特征对NFC和重金属Cd复合污染的响应。相关研究结果如下:在兰坪铅锌矿区周边农田调查中,共获得跳虫个体1445头,隶属2目6科15属,共26种,平均密度12042个体/m~2。随样点距矿区或河流变远,土壤中Cd、Pb和Zn污染浓度下降,跳虫体内重金属含量、跳虫种数、丰富度指数和多度均呈增加趋势,以种数和体内重金属含量最为明显。棘?属Onychiurus sp.与Pb有效态呈明显负相关,等节?属Isotoma的三个种均与Cd全量及有效态呈负相关,其中的Isotoma sp.3还与Zn全量及有效态呈负相关,鳞?属Lepidocyrtus sp.与Cd、Pb、Zn全量均呈正相关。这些物种可筛选作为相应重金属污染评价的指示种。另一方面,一些种(包括上述种)与土壤理化性质密切相关:比如Onychiurus sp.和白棘?Onychiurus folsomi与土壤有机质含量呈正相关,Isotoma sp.1与土壤pH和土壤容重呈正相关。这些物种都可筛选作为反映土壤质量的指示种。经典指标毒性测试中,土培体系(有酵母)中,白符?在实验浓度范围内不受影响,繁殖EC_(10)1000mg/kg;而土培体系(无酵母)中,在1000mg/kg NFC处理下,繁殖数和成虫体长比对照分别减少34.38%和9%,繁殖EC_(10)=165.27mg/kg;平皿体系中成虫数,繁殖数,成虫体长均无显著差异,但在1000mg/kg NFC处理下,幼虫体长比对照减少了22.22%。说明NFC主要通过口服对白符?产生毒性。复合污染实验中,Cd与NFC整体上表现出拮抗的作用。无论Cd浓度为10mg/kg还是100mg/kg,随着NFC浓度的升高,成虫和幼虫体内的Cd浓度都有逐渐升高的趋势,说明NFC能加速跳虫对Cd的富集。白符?抗氧化酶系、脂质过氧化物对NFC的响应特征探究中,体重指标比体长指标敏感。从双因素方差分析结果可以看出,CAT和SOD的活性与NFC的剂量效应关系会随暴露时间而改变;而MDA与NFC的剂量效应关系不会随暴露时间而改变,剂量效应关系相对稳定。其中过氧化物酶(POD)只在第7天(d)时被诱导,所有NFC处理组的POD活性均显著升高,总体剂量-效应关系不显著。过氧化氢酶(CAT)同样在7d时被诱导,较低的NFC浓度下,CAT活性被诱导到峰值,而在较高的NFC浓度下,CAT活性被抑制;而超氧化物歧化酶(SOD)在14d时,SOD活性才随NFC浓度的增加而增加并在80mg/kg时达到峰值,丙二醛(MDA)同样在14d时随NFC浓度增加而增加,在1280mg/kg时,MDA含量达到最高。白符?的肠道微生物对NFC的响应特征探究中,通过多样性分析发现土壤中的微生物相对于肠道微生物有着更大的群落多样性与丰度。肠道微生物群落的丰度和多样性不受NFC影响,而土壤微生物群落的丰度和多样性因NFC而降低。通过物种组成分析发现肠道微生物的OTU数在NFC影响下显著降低,土壤微生物反而变化不明显。肠道与土壤微生物的物种组成差异极显著。NFC浓度为80mg/kg时沃尔巴克氏属Wolbachia显著降低而嗜甲基菌科Methylophilaceae显著升高,有作为FQs的指示类群的潜力。另外土壤微生物在各处理组中变异较大,除放线菌纲Actinobacteria和纤线杆菌纲Ktedonobacteria,其余纲均受NFC影响显著。
【图文】：

样点,跳虫,木槌,分离提取

图 2.1 样点分布Fig 2.1 Sample distributionan apparatus）分离提取跳虫（秦佳荧光显微镜（OLYMPUS），进行1992），所有跳虫均鉴定到种。金属含量的测定晾干，用木槌碾碎，去除石块、植用。测定土壤的含水量，土壤

Pb浓度,跳虫,回归分析

华东师范大学硕士学位论文2.3.2 跳虫体内铅浓度与土壤中铅浓度相关分析跳虫体内 Pb 浓度与土壤中 Pb 浓度（表 1）的回归方程如图 2 所示，，结果显示跳虫体内 Pb 浓度与土壤中 Pb 浓度显著相关：土壤 Pb 全量与跳虫体内 Pb 浓度呈明显的线性关系（R2=0.41，p＜0.05），跳虫体内 Pb 浓度随着土壤 Pb 全量浓度的上升而呈增加的趋势（图 2.2a）；土壤 Pb 有效态与与跳虫体内 Pb 浓度呈极显著对数关系（R2=0.82，p＜0.001），跳虫体内 Pb 浓度同样随着土壤 Pb 有效态浓度的上升而呈增加的趋势（图 2.2b）。土壤 Pb 有效态与跳虫体内 Pb 浓度的相关性大于土壤 Pb 全量浓度与虫体内 Pb 浓度的相关性。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53;X171.5

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