久效磷和林丹共同作用下對(duì)細(xì)小色矛線蟲種群動(dòng)態(tài)的毒性效應(yīng)

王 擺,汝少國(guó),康亦珂,田 雨

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院,山東青島266003)

久效磷和林丹共同作用下對(duì)細(xì)小色矛線蟲種群動(dòng)態(tài)的毒性效應(yīng)

王 擺,汝少國(guó)＊＊,康亦珂,田 雨

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院,山東青島266003)

采用聯(lián)合暴露的方法研究久效磷和林丹共同作用下對(duì)細(xì)小色矛線蟲種群動(dòng)態(tài)的毒性效應(yīng)。結(jié)果表明:久效磷和林丹聯(lián)合暴露極顯著降低了細(xì)小色矛線蟲子一代和子二代種群增長(zhǎng)率,具有劑量-效應(yīng)關(guān)系;并導(dǎo)致子一代種群偏雌性化。與對(duì)照相比,Ⅰ(0.1μg/L久效磷和0.005μg/L林丹)、Ⅱ(1.0μg/L久效磷和0.05μg/L林丹)、Ⅲ(10.0μg/L久效磷和0.5μg/L林丹)聯(lián)合暴露組子一代種群增長(zhǎng)率分別降低了64.82%、74.90%、78.28%,聯(lián)合暴露組Ⅳ(100.0μg/L久效磷和5.0μg/L林丹)子一代種群呈負(fù)增長(zhǎng);Ⅰ、Ⅱ聯(lián)合暴露組子二代種群呈負(fù)增長(zhǎng)。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ聯(lián)合暴露組的親代總產(chǎn)卵量分別降低了68.27%、72.88%、80.81%和83.76%;Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ聯(lián)合暴露組的子代總產(chǎn)卵量分別降低了73.66%、78.67%和85.66%。此外,細(xì)小色矛線蟲子一代和子二代卵的受精率和胚胎孵化率的降低、胚胎發(fā)育持續(xù)時(shí)間時(shí)間的延長(zhǎng)、L1幼蟲畸形率的升高與種群動(dòng)態(tài)的變化密切相關(guān)。久效磷和林丹共同作用下對(duì)細(xì)小色矛線蟲種群動(dòng)態(tài)具有較強(qiáng)的毒性效應(yīng)。

久效磷;林丹;細(xì)小色矛線蟲;種群動(dòng)態(tài);毒性效應(yīng)

農(nóng)藥種類和數(shù)量繁多,由于多種農(nóng)藥的同時(shí)使用,造成了水域嚴(yán)重的農(nóng)藥復(fù)合污染。如我國(guó)地表水中林丹的檢出率高達(dá)83.9%[1],甚至水源地也檢測(cè)到林丹、久效磷超標(biāo)現(xiàn)象[2-3]。水域環(huán)境中的農(nóng)藥通過生物富集和食物鏈傳遞,對(duì)水生生物和人類的健康構(gòu)成威脅。久效磷對(duì)金魚和孔雀魚精巢結(jié)構(gòu)的損傷,可能影響其生殖能力[4-5]。林丹對(duì)綠蝦(Neocaridina denticulata)的生殖力具有抑制作用[6]。林丹還可以抑制人類精子的頂體反應(yīng),影響精子受精作用[7]。農(nóng)藥對(duì)生物個(gè)體的生殖毒性作用可能對(duì)生物的種群動(dòng)態(tài)產(chǎn)生不利的影響。大量的研究發(fā)現(xiàn)多種野生物種群數(shù)量的降低與農(nóng)藥污染有關(guān)。美國(guó)Apopka湖的DDE污染曾導(dǎo)致美洲短吻鱷的幼體數(shù)量在4年內(nèi)降低了90%,迄今為止其種群數(shù)量還未恢復(fù)[8]。加利福利亞兩棲類生物量的下降與該州農(nóng)藥的歷史用量具有正相關(guān)關(guān)系[9]。英國(guó)水獺(L utra lutra)種群數(shù)量因有機(jī)氯農(nóng)藥污染而下降[10]。為了在個(gè)體、種群水平上綜合探討農(nóng)藥對(duì)生物種群動(dòng)態(tài)的影響,本文選擇具有個(gè)體小、生活史短、易于培養(yǎng)的細(xì)小色矛線蟲(Chromadorina germanica)[11]為實(shí)驗(yàn)材料,研究久效磷和林丹共同作用下對(duì)細(xì)小色矛線蟲子一代和子二代種群動(dòng)態(tài)的毒性效應(yīng),為評(píng)價(jià)農(nóng)藥復(fù)合污染對(duì)水生生物種群動(dòng)態(tài)的影響提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與培養(yǎng)

細(xì)小色矛線蟲取自青島棧橋潮間帶(36°03′37.72″N;120°19′12.79″E)底泥,分離培養(yǎng)及培養(yǎng)基制作參照作者先期工作[11]。連續(xù)培養(yǎng)80個(gè)世代后用于實(shí)驗(yàn),成蟲體長(zhǎng)(638.9±64.8)μm。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

久效磷純品(Monocrotophos,MCP)為97.5%標(biāo)準(zhǔn)品(Labor Dr.Ehrenstorfer,Germany)。林丹純品(Lindane,γ-BHC)為98.5%的標(biāo)準(zhǔn)品(Dr.Ehrenstorfer,GmbH上海梅特勒)。二甲基亞砜(DMSO)購(gòu)自天津化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)的分析純,用作林丹的助溶劑。

1.3 聯(lián)合暴露實(shí)驗(yàn)方法

聯(lián)合暴露實(shí)驗(yàn)參照Tominaga等的方法[12],實(shí)驗(yàn)采用6 cm的玻璃培養(yǎng)皿,每個(gè)皿15～20 mL培養(yǎng)基。設(shè)置4個(gè)久效磷和林丹聯(lián)合暴露組:(Ⅰ)0.1μg/L久效磷和0.005μg/L林丹;(Ⅱ)1.0μg/L久效磷和0.05μg/L林丹;(Ⅲ)10.0μg/L久效磷和0.5μg/L林丹;(Ⅳ)100.0μg/L久效磷和5.0μg/L林丹。同時(shí)設(shè)置對(duì)照組和助溶劑對(duì)照組,以二甲基亞砜為助溶劑,濃度為0.1%(體積比)。每個(gè)組設(shè)置3個(gè)平行樣,每個(gè)平行樣各接入20條線蟲的性成熟個(gè)體,雌雄各10條。解剖鏡下定期(2 d一次)觀察并記錄總產(chǎn)卵量、受精卵的個(gè)數(shù)、畸形L1幼蟲的數(shù)量、子一代幼蟲和成蟲數(shù)量、雌雄個(gè)體數(shù)量;每個(gè)組選取45個(gè)1細(xì)胞的卵,觀察并記錄胚胎發(fā)育持續(xù)時(shí)間和胚胎孵化率(見表1)。實(shí)驗(yàn)開始20 d后,挑取20條子一代性成熟個(gè)體,進(jìn)行子二代暴露實(shí)驗(yàn),觀察指標(biāo)同上。以上實(shí)驗(yàn)均在(20± 0.5)℃,避光條件下進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)重復(fù)1次。

表1 種群動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)與定義Table 1 The endpoints of population dynamics

受精率:受精卵的判斷依據(jù)Tominaga的方法[12],是否受精根據(jù)形態(tài)判斷:未受精的卵因細(xì)胞極性而呈圓形,受精的卵呈橢圓形。

內(nèi)稟增長(zhǎng)率(rm):根據(jù)內(nèi)稟增長(zhǎng)率的近似計(jì)算公式[13]。rm=(1/Tmin)ln(pNe)計(jì)算;其中,Tmin為最短世代時(shí)間,14 d;p為成體種群中雌性個(gè)體的比率;Ne每個(gè)雌體的平均總產(chǎn)卵量。

種群增長(zhǎng)率(r):r=(lnNt-lnN0)/t,N0和Nt分別為實(shí)驗(yàn)開始和實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)種群密度,t=14 d。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為:平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析,P<0.05為差異顯著＊,P<0.01為差異極顯著＊＊。

2 結(jié)果與分析

單因素方差分析表明,0.1%二甲基亞砜對(duì)照組所有觀察指標(biāo)與空白對(duì)照組的相比,均無顯著差異(P> 0.05),表明助溶劑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響。

2.1 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子一代種群動(dòng)態(tài)的毒性效應(yīng)

2.1.1 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲繁殖的影響由圖1a可見,久效磷和林丹聯(lián)合暴露極顯著降低了細(xì)小色矛線蟲的總產(chǎn)卵量,與對(duì)照組相比Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ聯(lián)合暴露組分別降低了68.27%、72.88%、80.81%和83.76%。同時(shí)久效磷和林丹聯(lián)合暴露極顯著降低了細(xì)小色矛線蟲卵的受精率,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ聯(lián)合暴露組卵的受精率分別降低了20.42%、32.98%、29.44%、52.60%(見圖1b)。

圖1 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲總產(chǎn)卵量和卵的受精率的影響Fig.1 Effect of MCP andγ-BHC on the total fecundity and fertilization rate of eggs ofC.germanica

2.1.2 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子一代發(fā)育的影響 單因素方差(P<0.01)分析表明,久效磷和林丹聯(lián)合暴露極顯著地影響了細(xì)小色矛線蟲子一代胚胎的孵化,隨著聯(lián)合暴露濃度的升高,子一代胚胎孵化率逐漸降低,具有劑量-效應(yīng)關(guān)系(見圖2a),且極顯著地延長(zhǎng)了細(xì)小色矛線蟲子一代胚胎發(fā)育時(shí)間,與對(duì)照組相比,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ聯(lián)合暴露組子一代胚胎發(fā)育時(shí)間分別延長(zhǎng)了1.54、1.77、2.40和2.82 h(見圖2b)。

此外,久效磷和林丹聯(lián)合暴露導(dǎo)致了細(xì)小色矛線蟲子一代幼蟲畸形率的增加,其中與對(duì)照組相比聯(lián)合暴露組Ⅱ、Ⅲ差異顯著,Ⅳ差異極顯著(見表2)。

圖2 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子一代胚胎孵化率和胚胎發(fā)育持續(xù)時(shí)間的影響Fig.2 Effect of MCP andγ-BHC on the hatching rate of embryos and duration of embryonic development ofC.germanicafirst offspring

表2 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子一代種群生態(tài)學(xué)指標(biāo)的影響Table 2 Effects of MCP andγ-BHC on ecological parameters ofC.germanicafirst offspring

2.1.3 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子一代種群動(dòng)態(tài)的影響 單因素方差分析表明,隨著久效磷和林丹聯(lián)合暴露濃度的升高,細(xì)小色矛線蟲子一代內(nèi)稟增長(zhǎng)率和種群增長(zhǎng)率逐漸降低,與對(duì)照組相比差異極顯著,其中聯(lián)合暴露組Ⅳ子一代種群出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)(見表2);子一代平均成蟲數(shù)量顯著降低,且有偏雌性化的趨勢(shì),但是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ聯(lián)合暴露組對(duì)子一代成蟲比例沒有影響,而聯(lián)合暴露組Ⅳ極顯著降低了子一代成蟲比例。

2.2 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子二代種群動(dòng)態(tài)的毒性效應(yīng)

2.2.1 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子代繁殖的影響

久效磷和林丹聯(lián)合暴露極顯著降低了細(xì)小色矛線蟲子代的總產(chǎn)卵量和卵的受精率,與對(duì)照組相比,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ聯(lián)合暴露組總產(chǎn)卵量和卵的受精率分別降低了73.66%、78.67%和85.66%;40.28%、53.57%、65.79%(見圖3a,b)。Ⅳ子二代樣本量少,無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖3 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子代總產(chǎn)卵量和卵的受精率的影響Fig.3 Effect of MCP andγ-BHC on the total fecundity and fertilization rate ofC.germanicaoffspring

2.2.2 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子二代發(fā)育的影響 單因素方差分析表明,久效磷和林丹聯(lián)合暴露極顯著抑制了細(xì)小色矛線蟲子二代胚胎的孵化(P< 0.01),與對(duì)照組相比Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ聯(lián)合暴露組的子二代胚胎孵化率分別降低了39.13%、40.34%、48.61%(見圖4a);久效磷和林丹聯(lián)合暴露極顯著延長(zhǎng)了細(xì)小色矛線蟲子二代胚胎發(fā)育時(shí)間(見圖4b),子二代幼蟲的畸形率增加(見表3),Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ聯(lián)合暴露組胚胎發(fā)育時(shí)間分別延長(zhǎng)了1.58、2.26和2.81 h。

圖4 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子二代胚胎孵化率和胚胎發(fā)育持續(xù)時(shí)間的影響Fig.4 Effect of MCP andγ-BHC on the hatching rate of embyros and duration of embryonic development of second generation offspring ofC.germanica

表3 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子二代種群生態(tài)學(xué)指標(biāo)的影響Table 3 Effects of MCP andγ-BHC on ecological parameters of second generation offspring ofC.germanica

2.2.3 久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲子二代種群動(dòng)態(tài)的影響 隨著久效磷和林丹聯(lián)合暴露濃度的升高,細(xì)小色矛線蟲子二代內(nèi)稟增長(zhǎng)率和種群增長(zhǎng)率呈極顯著降低趨勢(shì),Ⅰ、Ⅱ聯(lián)合暴露組的種群出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)(見表3),子二代平均成蟲數(shù)量分別為2.33、1.33,呈極顯著降低趨勢(shì),但是對(duì)子二代成蟲比例卻沒有影響(見表3)。

3 討論

久效磷具有潛在的環(huán)境激素活性,能夠誘導(dǎo)金魚卵黃原蛋白的合成與分泌[4],0.1 mg/L久效磷對(duì)斑馬魚具有世代繁殖毒性[14]。而BHCs已被美國(guó)EPA確認(rèn)為1種環(huán)境雌激素,其中林丹可以誘導(dǎo)綠蝦體內(nèi)雌激素含量的增加和卵黃原蛋白的合成[7]。林丹的同系物β-BHC可以誘導(dǎo)孔雀魚(Poecilia reticulata)和青鳉(Oryzias latipes)出現(xiàn)兼性現(xiàn)象[15]。Huang等發(fā)現(xiàn)0.1μg/L林丹可以造成雌性綠蝦產(chǎn)卵量的顯著降低[6]。由此可見,久效磷和林丹對(duì)水生生物具有較強(qiáng)的生殖毒性。

久效磷和林丹對(duì)生物個(gè)體的生殖毒性作用,可能對(duì)生物的種群動(dòng)態(tài)產(chǎn)生不利的影響。久效磷和林丹聯(lián)合暴露對(duì)細(xì)小色矛線蟲種群動(dòng)態(tài)的毒性效應(yīng),主要表現(xiàn)為生殖力、受精率、胚胎孵化率和發(fā)育等個(gè)體指標(biāo)和種群增長(zhǎng)率、內(nèi)稟增長(zhǎng)率和性比等種群指標(biāo)的變化。而個(gè)體指標(biāo)(生殖力、卵的受精率、胚胎孵化率、胚后發(fā)育等)與種群動(dòng)態(tài)密切相關(guān)。Tominaga等報(bào)道NP、Bis A對(duì)秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)生殖力的抑制作用,導(dǎo)致子代種群數(shù)量的降低[12];0.1 μmol/L有機(jī)錫類化合物對(duì)秀麗隱桿線蟲卵的孵化的毒性作用,導(dǎo)致子代的數(shù)量下降至對(duì)照的20%～50%,并出現(xiàn)不正常的雄性[16]。由此可見,生殖力的降低是導(dǎo)致種群數(shù)量降低的主要原因之一。而種群數(shù)量的變化,又會(huì)影響個(gè)體指標(biāo)的變化。Clark和Ghiselin等報(bào)道秀麗隱桿線蟲種群密度的降低,雄性成蟲數(shù)量減少,行動(dòng)能力減弱[17-18],會(huì)減少兩性成蟲相遇的幾率,最終可能導(dǎo)致線蟲繁殖方式的改變,即從兩性生殖變?yōu)楣麓粕?繁殖方式的改變雖然可以使線蟲更好的適應(yīng)環(huán)境變化,但會(huì)導(dǎo)致卵的受精率和胚胎孵化率降低[19],幼蟲畸形率升高,性別比例失衡,進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)稟增長(zhǎng)率和種群增長(zhǎng)率降低。內(nèi)稟增長(zhǎng)率綜合考慮了各年齡段的存活率和一些生殖參數(shù),例如第一次生殖時(shí)間、生殖頻率、生殖力和生殖期歷時(shí)等,可以用來檢測(cè)污染物的毒性作用。Tietjen等發(fā)現(xiàn)海洋線蟲細(xì)小色矛線蟲和Diplolaimella puniceay的內(nèi)稟增長(zhǎng)率對(duì)河口沉積物的PCBs、PAH和重金屬比較敏感,提出將海洋線蟲的內(nèi)稟增長(zhǎng)率用作評(píng)價(jià)沉積物環(huán)境質(zhì)量的指標(biāo)[20]。Vranken和Heip發(fā)現(xiàn)銅顯著抑制Diplolaimellaspec1的內(nèi)稟增長(zhǎng)率和凈生殖力[21]。久效磷和林丹聯(lián)合暴露后,細(xì)小色矛線蟲的內(nèi)稟增長(zhǎng)率受到極顯著的抑制。由此可見,海洋線蟲的內(nèi)稟增長(zhǎng)率對(duì)污染物毒性作用比較敏感,可用于篩選污染物的種群毒性。

此外,歐共體飲水標(biāo)準(zhǔn)(EEC80/778)規(guī)定單個(gè)農(nóng)藥在飲水中的含量不得超過0.1μg/L[3]。我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)也規(guī)定林丹的濃度不得超過0.002 mg· L-1[22]。而本文研究發(fā)現(xiàn)0.1μg/L久效磷和0.005μg ·L-1林丹聯(lián)合暴露使子一代和子二代的內(nèi)稟增長(zhǎng)率分別下降了52.15%,59.83%;子一代種群增長(zhǎng)率下降了64.82%,子二代種群出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。在低于歐共體和我國(guó)飲水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的濃度下,久效磷和林丹對(duì)細(xì)小色矛線蟲種群動(dòng)態(tài)具有較強(qiáng)的毒性作用。由此可見,有必要通過更多的研究,來進(jìn)一步確定我國(guó)生活飲用水中農(nóng)藥的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和海灣中農(nóng)藥的安全濃度。

綜上所述,本文首次采用細(xì)小色矛線蟲為實(shí)驗(yàn)材料研究久效磷和林丹共同作用下對(duì)細(xì)小色矛線蟲種群動(dòng)態(tài)的毒性效應(yīng)。發(fā)現(xiàn)在接近環(huán)境濃度的久效磷和林丹聯(lián)合暴露極顯著降低了細(xì)小色矛線蟲子一代和子二代的內(nèi)稟增長(zhǎng)率、種群增長(zhǎng)率和成蟲數(shù)量,并導(dǎo)致子一代種群偏雌性化。表明久效磷和林丹共同作用下對(duì)細(xì)小色矛線蟲種群動(dòng)態(tài)具有較強(qiáng)的毒性效應(yīng)。

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Abstract: Toxic effects of monocrotophos and lindane on the population dynamics ofChromaidorina germanicawere studied by usinga joint exposure method.It was found that the intrinsic growth rate and population growth rate of the first and second generation offsprings ofC.germanicawere decreased,even the population growth rate of the second offspring ofC.germanicawas below zero;after joint exposure to monocrotophos and lindane;the fecundity of parental and offsprings was significantly inhibited;the duration of the embryonic development of the first and second offsprings was extended;the hatching rate of embyros and the fertilization rate of the eggs of the first and second offsprings were decreased;malformation rate of L1larvae of the first and second offsprings was increased.The number of adults sharply declind.A feminization of the population of the first and second offsprings occurred after joint exposure to monocrotophos and lindane.The results suggested that monocrotophos and lindane had high toxicity to the population dynamics ofC.germanica,thus laying an experimental foundation for ecological risk assessment of monocrotophos and lindane.

Key words: monocrotophos;lindane;Chromaidorina germanica;population dynamics;toxic effect

責(zé)任編輯 于 衛(wèi)

Toxic Effect of Monocrotophos and Lindane on the Population Dynamics of Chromaidorina germanica

WANGBai,RU Shao-Guo,KANG Yi-Ke,TIAN Yu
(College of Marine Life Sciences,Ocean University of China,Qingdao 266003,China)

X171.5

A

1672-5174(2011)06-055-06

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30671618)資助

2010-03-01;

2010-08-09

王 擺(1981-),男,博士生。研究方向:海洋生態(tài)毒理學(xué)。E-mail:william_turnur@hotmail.com

E-mail:rusg@ouc.edu.cn