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Cd^(2+)和Pb^(2+)对花翅摇蚊(Chironomus kiiensis)幼虫生长发育的影响及富集效应

生态学报 2022年第4期42卷 1629-1638页

作者：许力山王剑南哈斯巴根孙丽丽曹传旺东北林业大学林学院哈尔滨150040 呼伦贝尔市林业和草原局林木病虫害防治检疫站呼伦贝尔021008

河流、湖泊等水生环境中普遍存在的重金属污染破坏水生生态系统并间接威胁人类健康。为探究重金属胁迫下水生昆虫花翅摇蚊(Chironomus kiiensis)生态毒理,测定了重金属Cd^(2+)和Pb^(2+)胁迫对花翅摇蚊化蛹率和羽化率的影响,检测了摇蚊... 详细信息

河流、湖泊等水生环境中普遍存在的重金属污染破坏水生生态系统并间接威胁人类健康。为探究重金属胁迫下水生昆虫花翅摇蚊(Chironomus kiiensis)生态毒理,测定了重金属Cd^(2+)和Pb^(2+)胁迫对花翅摇蚊化蛹率和羽化率的影响,检测了摇蚊的口器致畸与富集效应。研究结果表明,Cd^(2+)和Pb^(2+)影响摇蚊幼虫化蛹和羽化过程,单一重金属离子处理14 d Pb^(2+)处理组的化蛹率和羽化率分别为22.22%和8.89%,低于Cd^(2+)的化蛹率(25.56%)和羽化率(11.11%),表现出更强的抑制效应。混合离子1∶2和2∶1配比处理组化蛹率和羽化率均为11.11%和4.44%,显著低于单一重金属离子胁迫下的化蛹率和羽化率。单一重金属离子及混合离子处理均能导致花翅摇蚊幼虫口器致畸,表现为上颚前齿断裂,中齿和基齿磨损、缺失,下唇板齿部不规则,下唇板边缘齿与中央齿磨损、断裂、增生、缺失。不同重金属离子处理下幼虫口器致畸率不同,并与暴露时间呈正相关,其中1∶2配比处理14 d致畸率达到40.61%。重金属离子在摇蚊幼虫体内产生生物富集效应,单一重金属离子处理下的Pb^(2+)富集含量7 d至14 d由11.46 mg/kg上升至31.32 mg/kg,不同配比混合离子处理下Pb^(2+)富集含量均呈增加趋势,其中1∶2配比处理组由15.48 mg/kg上升至42.50 mg/kg,而Cd^(2+)在单一重金属与1∶1混合离子处理组7 d至14 d的富集含量无显著性变化,2∶1配比处理组由14.20 mg/kg下降至9.52 mg/kg,1∶2配比由5.85 mg/kg上升至20.99 mg/kg。这些研究结果表明Cd^(2+)和Pb^(2+)胁迫影响花翅摇蚊幼虫生长发育且口器出现畸型,与重金属在幼虫体内的富集密切相关,为研究重金属对水生生态系统多重效应提供了理论依据。

关键词：重金属花翅摇蚊生长发育口器致畸富集

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铜和镉对羽摇蚊幼虫（Chironomus plumosus）和红裸须摇蚊幼虫（Propsilocerus akamusi）的毒性效应

铜和镉对羽摇蚊幼虫（Chironomus plumosus）和红裸须摇蚊幼虫（P...

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作者：李浩华中农业大学

学位级别：硕士

本研究以摇蚊幼虫为试验材料,通过急性和短期慢性毒性试验,研究了水体中典型的重金属污染物铜和镉对羽摇蚊幼虫（Chironomus plumosus）和红裸须摇蚊幼虫（Propsilocerus akamusi）的毒性效应,并测试了铜和镉对两种摇蚊幼虫的抗氧化系... 详细信息

本研究以摇蚊幼虫为试验材料,通过急性和短期慢性毒性试验,研究了水体中典型的重金属污染物铜和镉对羽摇蚊幼虫（Chironomus plumosus）和红裸须摇蚊幼虫（Propsilocerus akamusi）的毒性效应,并测试了铜和镉对两种摇蚊幼虫的抗氧化系统和其它生理情况的影响,初步探讨了重金属污染与这些指标变化之间的关系。主要研究结果如下： 1.摇蚊幼虫培养基质和空间条件的优化本试验中,通过设置不同的饲养空间、底质结构及投喂量,探讨了这些指标对摇蚊幼虫的生活史的影响。结果表明：使用相同粒径的池塘底泥与红土底质相比,摇蚊幼虫的存活率和化蛹率更高;底质粒径为0.15mm时,摇蚊幼虫的存活率和化蛹率都达到最大;加入植物叶,对于提高摇蚊幼虫的存活率和化蛹率具有一定的效果;随着底质厚度的增加,幼虫成活率和筑巢数有明显的提高;适当的投饵量可以提高摇蚊幼虫的生长速率。 2.铜和镉对羽摇蚊幼虫的毒性效应采用静水染毒法,得出了铜和镉对羽摇蚊幼虫的96h半致死浓度分别为0.091和0.186g/L,安全浓度分别为0.0091和0.0186g/L,随着受试时间的延长,铜和镉对羽摇蚊幼虫的半致死浓度逐渐降低。设定0.005、0.010和0.020g/L,3个铜浓度梯度,以及0.020、0.040和0.060g/L3个镉浓度梯度进行急性暴露试验,分别于24h、48h、72h和96h测定摇蚊幼虫组织匀浆超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽-S转移酶（GST）的活性;研究经铜刺激7d后摇蚊幼虫的口器致畸情况;设置镉暴露浓度梯度及投喂量两个变量,检验二者的单独及相互作用对摇蚊幼虫个体生长发育的影响。结果表明：铜对羽摇蚊幼虫体组织CAT和SOD有明显影响,表现出剂量—效应关系;GST活性在暴露72h后表现为受诱导作用（P＜0.05）,并在96h后到达最高值（P＜0.01）;致畸率和铜暴露浓度之间有显著的相关关系（P＜0.05）。羽摇蚊幼虫体组织SOD、CAT和GST活性随镉暴露时间总体呈抛物线形的变化趋势,在48h时达到峰值（P＜0.01）,并随着暴露时间的延长逐渐下降（P＜0.05）;相同浓度镉暴露组在不同投喂量下的成活率之间无显著差异（P＞0.05）;幼虫的体长随着暴露浓度的增加而降低,但高投喂量下摇蚊幼虫的体长显著高于低投喂量下同样暴露浓度的处理组;镉暴露及投喂量对羽摇蚊幼虫雄性与雌性个体发生羽化的时间均无显著影响。 3.铜和镉对红裸须摇蚊幼虫的毒性效应采用静水染毒法及加和等毒性溶液法,分别研究了铜、镉、锌和锰对红裸须摇蚊幼虫的急性毒性和联合急性毒性效应,得出4种重金属对红裸须摇蚊幼虫96h半致死浓度分别为0.209、0.767、1.738和0.276g/L,安全浓度分别为0.0209、0.0767、0.1738和0.0276g/L;联合急性毒性试验结果显示低浓度的Mn2+对Cu2+、Cd2+和Zn2+表现为拮抗作用,高浓度的Mn2+对Cu2+、Cd2+和Zn2+表现为协同作用,Cu2+-Cd2+和Cd2+-Zn2+对红裸须摇蚊幼虫的联合毒性起初随前者毒性强度的增加而表现为协同作用逐渐降低至拮抗作用,后又重新表现为协同作用的过程,Cu2+-Zn2+对红裸须摇蚊幼虫的联合毒性作用表现为协同作用。设置0.010、0.020、0.040、0.080g/L4个铜浓度梯度,以及0.050、0.100、0.200、0.400g/L4个镉浓度梯度进行急性暴露实验,分别于24h、48h、72h和96h测定摇蚊幼虫组织匀浆超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽-S转移酶（GST）的活性。随着铜暴露时间的延长,红裸须摇蚊幼虫体组织SOD、CAT和GST活性在高浓度处理组下的暴露初期表现为显著受诱导（P＜0.05）,在48h后表现为有一定下降,随着时间进一步的增加在72h后继续升高;而低浓度铜刺激下的红裸须摇蚊幼虫的体组织抗氧化酶活性在暴露初期与对照组相比并无显著变化,在48后h才表现为显著受诱导作用（P＜0.05）。在低浓度镉暴露下的红裸须摇蚊幼虫体组织SOD活性在整个试验过程无显著变化,而经高浓度镉暴露下的SOD活性受诱导作用表现为暴露前期72h内不断升高（P＜0.05,P＜0.01）,96h后有所下降的趋势;CAT活性在整个各个镉浓度组暴露下随时间的延长呈抛物线形的变化趋势;经低浓度镉暴露下的GST活性随时间的延长受诱导作用不断增强（P＜0.05,P＜0.01）,而高浓度镉刺激下的红裸须摇蚊幼虫的体组织GST活性在暴露初期与对照组相比并无显著变化,在48h后才表现为显著受诱导作用（P＜0.05）。

关键词：羽摇蚊幼虫红裸须摇蚊幼虫铜镉抗氧化酶口器致畸生活史

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重金属Cd2+和Pb2+对花翅摇蚊生态毒理效应研究

重金属Cd2+和Pb2+对花翅摇蚊生态毒理效应研究

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作者：王剑南东北林业大学

学位级别：硕士

目前,河流、湖泊等水生环境中普遍存在重金属污染,不仅对水生态系统造成严重损害,而且间接威胁人类健康。花翅摇蚊是摇蚊中的优势种,广泛分布于我国的淡水环境中,在水生生态系统食物链中占有重要地位。为了探讨花翅摇蚊(Chironmus kiien... 详细信息

目前,河流、湖泊等水生环境中普遍存在重金属污染,不仅对水生态系统造成严重损害,而且间接威胁人类健康。花翅摇蚊是摇蚊中的优势种,广泛分布于我国的淡水环境中,在水生生态系统食物链中占有重要地位。为了探讨花翅摇蚊(Chironmus kiiensis)对重金属Cd2+和Pb2+胁迫响应,本文测定了两种重金属Cd2+和Pb2+对花翅摇蚊4龄幼虫的急性及联合毒性、化蛹率和羽化率的影响以及口器致畸的作用,体内五种生物标志物(SOD、CAT、GST、P450、MT)的变化,以及花翅摇蚊对两种重金属富集作用。主要研究结果如下。1、摇蚊幼虫暴露于两种重金属中随着作用时间延长对重金属的敏感性增大,暴露初期幼虫活动减慢,受刺激的应激反应减弱。而暴露后期中毒而死的幼虫身体僵直,尾部出现“S”型弯曲,体色变为灰绿色。这表明重金属Cd2+和Pb2+对花翅摇蚊具有中毒损伤作用。Cd2+对4龄摇蚊幼虫24 h和48 h的LC50分别为9.29和6.35 mmol/L;Pb2+对4龄摇蚊幼虫24 h和48 h的LC50分别为45.98和27.71 mmol/L,摇蚊幼虫对重金属类污染物的忍耐性较高。2、四种指数法对3组混合离子联合毒性结果的评价并不完全一致:对联合毒性结果的定性判断上,毒性单位法(TU)和混合毒性指数法(MTI)评价结果完全一致,而与相加指数法(AI)和相似性参数法(λ)的评价结果存在差异性。24h处理下,按等比毒性比1:1混合时,TU和MTI评价为部分相加作用,AI和λ评价为拮抗作用;按等比毒性比1:2和2:1混合时,TU、MTI和AI评价均为拮抗作用;而在48h处理下,按等比毒性比1:1,1:2和2:1混合时,TU和MTI均评价为部分相加作用,AI评价为拮抗作用,而λ评价为协同作用。3、Cd2+和Pb2+均对摇蚊幼虫的化蛹、羽化产生影响,且Pb2+对摇蚊幼虫的化蛹、羽化作用的抑制作用更强;两种重金属及其混合离子均对花翅摇蚊幼虫的口器产生致畸作用,主要表现为口器质地变脆,上颚出现断裂,下唇板上的齿部始磨损且出现左右不对称,严重的甚至出现缺口和下唇板中央齿缺刻现象。重金属胁迫下花翅摇蚊幼虫的口器致畸率与作用时间成显著正相关,处理时间越长,致畸率越高,但畸变类型与重金属的种类无关。4、重金属污染物Cd2+和Pb2+对摇蚊幼虫具有急性及慢性毒性,且两种重金属不同配比(1:1,1:2,2:1)混合离子对摇蚊幼虫体内生化标志物表现出联合毒性和时间-剂量效应。理论亚致死浓度重金属Cd2+和Pb2+及其混合离子对摇蚊幼虫保护酶(SOD、CAT)活性主要表现为抑制作用,实际水体最大允许残留浓度主要表现为激活作用。理论亚致死浓度下摇蚊体内GST对两种重金属胁迫做出的响应不尽相同,呈现波浪式变化,而P450则处于抑制作用。实际水体浓度下GST活性主要表现为先抑制后恢复至正常水平,而P450则表现出先激活后抑制的作用;而理论浓度及实际浓度Cd2+和Pb2+及其混合离子对MT含量主要表现为诱导增加作用。5、单一重金属Cd2+和Pb2+处理7d时摇蚊幼虫富集浓度无明显差异,而Pb2+处理14d的富集浓度则显著上升。两种重金属不同配比混合离子处理下,Cd2+、Pb2+的富集浓度与单一重金属离子处理存在差异。花翅摇蚊幼虫体内和沉积物中重金属Cd2+的富集因子均比Pb2+大,这表明摇蚊和沉积物对Cd2+的富集能力高于Pb的富集能力。重金属Cd2+和Pb2+对摇蚊幼虫具有急性慢性毒性和联合毒性,且对摇蚊的化蛹率、羽化率产生影响,且对摇蚊口器产生明显致畸作用。花翅摇蚊对Cd2+的富集能力高于Pb2+。摇蚊体内抗氧化酶系(CAT、SOD)、解毒酶系(GST、P450)以及MT参与了重金属污染物的胁迫的应答响应,并表现出时间-剂量效应,可作为评价Cd2+和Pb2+污染的生化标志物之一。

关键词：重金属花翅摇蚊生长发育口器致畸生化指标富集作用

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