大型蚤對(duì)五價(jià)砷抗性選擇的響應(yīng)

李莉霞，李丹，高蜜，穆磊，陳紅星，謝凌天

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng)110016

大型蚤對(duì)五價(jià)砷抗性選擇的響應(yīng)

李莉霞，李丹，高蜜，穆磊，陳紅星，謝凌天*

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所污染生態(tài)與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng)110016

金屬污染對(duì)棲息在該環(huán)境中的生物具有強(qiáng)大的選擇力，生物若能進(jìn)化出對(duì)該金屬的抗性則能在該環(huán)境中生存下去，否則將會(huì)滅絕。人工模擬的選擇方法可以用來(lái)研究生物對(duì)金屬的抗性進(jìn)化。為了探索大型蚤(Daphnia magna)是否能進(jìn)化出對(duì)五價(jià)砷(As(V))的抗性，采用多代選擇的方法對(duì)其進(jìn)行了As(V)誘導(dǎo)的抗性響應(yīng)研究。依據(jù)本實(shí)驗(yàn)室大型蚤對(duì)As(V)的96 h半致死濃度(4.25 mg·L-1)，試驗(yàn)選取As(V)亞致死濃度(8.0 mg·L-1)對(duì)大型蚤進(jìn)行選擇，每代選擇30%～50%對(duì)As(V)耐受性高的大型蚤轉(zhuǎn)移至不加As(V)環(huán)境下繼續(xù)繁殖得到下一代，并重復(fù)該選擇過(guò)程至獲得第五代(F5)終止試驗(yàn)。以選擇組F5代及對(duì)照組F5代大型蚤為測(cè)試目標(biāo)，考察其在As(V)繼續(xù)暴露下的存活時(shí)間以期獲得具As(V)抗性大型蚤。結(jié)果顯示，在F5代中，選擇組大型蚤在As(V)(8.0 mg·L-1)暴露下的存活時(shí)間相比對(duì)照組顯著延長(zhǎng)175%，證實(shí)了大型蚤對(duì)As(V)的進(jìn)化抗性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，選擇組F5代與對(duì)照組F5代相比繁殖力下降19.96%，平均每批產(chǎn)仔量降低15.71%。這表明經(jīng)過(guò)五代人工選擇后，大型蚤能夠進(jìn)化出對(duì)As(V)的抗性，而這種抗性的進(jìn)化伴隨以生物適應(yīng)性參數(shù)的降低為代價(jià)。另外，大型蚤對(duì)這種抗性的獲得機(jī)制(對(duì)As(V)的累積和脫毒機(jī)制)仍需進(jìn)一步研究。

五價(jià)砷；大型蚤；抗性；多代選擇；生物適應(yīng)性

李莉霞,李丹,高蜜,等.大型蚤對(duì)五價(jià)砷抗性選擇的響應(yīng)[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào),2016,11(3):237-242

Li L X,Li D,Gao M,et al.Rapid evolution of resistance to As(V)inDaphnia magna[J].Asian Journal of Ecotoxicology,2016,11(3):237-242(in Chinese)

自然選擇是指生物在生存斗爭(zhēng)中適者生存、不適者被淘汰的現(xiàn)象，是生物本身與自然環(huán)境相互作用的結(jié)果。在自然條件下，環(huán)境中的污染物對(duì)生物來(lái)講，也屬于一種自然選擇的力量。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于生物個(gè)體而言，其對(duì)某一污染物的抗性在生物群體中呈正態(tài)分布的趨勢(shì)，對(duì)污染物抗性大的個(gè)體要比耐受性弱的個(gè)體存活的機(jī)率大。從群體遺傳學(xué)角度來(lái)講，這些抗性大的個(gè)體在污染的環(huán)境中若繼續(xù)繁殖，其下一代群體的平均抗性會(huì)增加。經(jīng)過(guò)多代選擇以后，新的子代群體相對(duì)于親代群體而言，對(duì)該污染物應(yīng)該具備了一定的抗性。以往生物體對(duì)污染物抗性的進(jìn)化及其代價(jià)的報(bào)道，常見(jiàn)于對(duì)殺蟲(chóng)劑具抗性的昆蟲(chóng)和礦區(qū)耐金屬的植物兩方面的研究[1-2]。然而，動(dòng)物對(duì)金屬的抗性進(jìn)化則鮮有報(bào)道[3]。Klerks和Levinton[4-5]的研究發(fā)現(xiàn)，一種淡水寡毛綱生物霍甫水絲蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)可以在Cd和Ni重度污染的河流中生存。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這種生物已經(jīng)進(jìn)化出對(duì)Cd的抗性，且這種抗性具有可遺傳性。Xie和Klerks[6-7]對(duì)一種小型淡水鳉魚(yú)(Heterandria formosa)進(jìn)行六代人工選擇后，也使其成功獲得了對(duì)Cd的抗性，但這種抗性伴隨有生物適應(yīng)性代價(jià)，表現(xiàn)在總繁殖力下降、每批產(chǎn)仔量下降、繁殖第一批時(shí)間延長(zhǎng)、雌魚(yú)壽命縮短等方面。

砷(arsenic,As)是一種有毒的類(lèi)金屬元素，屬持久性污染物。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)及城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，特別是礦物的開(kāi)采和有色金屬的冶煉，含砷污染物的排放量也越來(lái)越大。這些污染物若進(jìn)入水體，會(huì)對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)造成不同程度的危害影響。據(jù)目前的報(bào)道，砷在自然水體系統(tǒng)中的含量范圍約為0.5 μg·L-1～5 mg·L-1，在開(kāi)放海域中的平均值為1.5 μg ·L-1，在污染河流的平均值為0.8 μg·L-1，而在污染嚴(yán)重的地區(qū)則可達(dá)到20 mg·L-1[8-9]。砷在淡水水體中主要以無(wú)機(jī)砷(iAs)的形態(tài)存在，主要包括五價(jià)As (V)和三價(jià)As(III)2種價(jià)態(tài)。砷的濃度、形態(tài)及價(jià)態(tài)等因素，共同決定了其對(duì)生物體的毒性大小[8]。對(duì)水生生物而言，若長(zhǎng)期暴露于砷污染的脅迫環(huán)境之中，經(jīng)過(guò)多代遺傳進(jìn)化的選擇，成功存活下來(lái)的種群理論上應(yīng)具備對(duì)砷的抗性。

大型蚤(D.magna)是一種常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)室模式生物，具有個(gè)體小、繁殖快、產(chǎn)仔量多、易培養(yǎng)等優(yōu)勢(shì)，且對(duì)毒物較為敏感，常被用于生態(tài)毒理學(xué)研究中。早期對(duì)大型蚤的研究多集中在生長(zhǎng)發(fā)育及繁殖等方面，比如對(duì)工業(yè)廢渣廢水、重金屬、有機(jī)農(nóng)藥等化學(xué)品的毒性檢測(cè)報(bào)道[10-12]。隨著毒理學(xué)技術(shù)的發(fā)展，污染物在大型蚤累積及代謝方面的研究也得到了開(kāi)展[13-14]。在長(zhǎng)期毒性研究方面，Ward和Robinson[15]進(jìn)行了大型蚤對(duì)鎘(cadmium,Cd)的八代抗性篩選試驗(yàn)，Dietrich等[16]用4種不同化學(xué)藥品氨甲酰氮草(carbamazepine,CBZ)、雙氯高滅酸(diclofenac,DIC)、乙炔雌二醇(17α-ethinylestradiol,EE2)、美托洛爾(metoprolol,MET)對(duì)大型蚤進(jìn)行了六代慢性毒性研究，楊曉凡等[17]進(jìn)行了環(huán)境相關(guān)濃度下的磺胺甲惡唑、氧氟沙星和布洛芬對(duì)大型蚤的六代慢性毒性研究。然而，有關(guān)水生生物對(duì)污染物的長(zhǎng)期慢性的毒理數(shù)據(jù)仍然相對(duì)缺乏，而有關(guān)砷抗性及砷對(duì)淡水生物的毒理學(xué)研究更是少見(jiàn)報(bào)道。

本研究選取大型蚤為試驗(yàn)生物，以亞致死濃度(8.0 mg·L-1)的As(V)對(duì)其進(jìn)行暴露，并連續(xù)選擇至第五代(F5)。在F5代大型蚤中，分析選擇組與對(duì)照組在砷(8.0 mg·L-1)脅迫下的存活時(shí)間，并比較2種處理組在不加砷環(huán)境下的生物適應(yīng)性參數(shù)，從而探討人工模擬自然環(huán)境條件下的大型蚤對(duì)砷抗性的進(jìn)化及生物適應(yīng)性代價(jià)的過(guò)程。

1 材料與方法（Materials and methods）

1.1 試驗(yàn)材料

大型蚤(Daphnia magnaStraus)由中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心贈(zèng)與，并于本實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)。大型蚤試驗(yàn)用水為依據(jù)USEPA(2002)標(biāo)準(zhǔn)配制的硬水(hard water)[18]。蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)購(gòu)于中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，并于SE培養(yǎng)液中接種擴(kuò)增。試驗(yàn)于光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行，設(shè)置溫度(24±1)℃，光周期14 h(光照):10 h(黑暗)。

十二水砷酸鈉(Na3AsO4·12H2O)為分析純?cè)噭?。試?yàn)所需溶液均由超純水(DI water,18.2 MΩ)配制，所需容器均在試驗(yàn)前于5%硝酸溶液中浸泡過(guò)夜，并由超純水沖洗至少4遍后使用。

1.2 急性毒性試驗(yàn)

為得到本實(shí)驗(yàn)室大型蚤對(duì)As(V)的96-h LC50(96 h半致死濃度)，試驗(yàn)設(shè)置6組不同的濃度梯度：0、20、30、40、50、60 mg·L-1的十二水砷酸鈉(即0、3.54、5.31、7.07、8.84、10.61 mg·L-1As(V))。每組梯度各含3個(gè)平行，每個(gè)平行用500 mL塑料燒杯裝有300 mL硬水，并隨機(jī)轉(zhuǎn)入10只新生大型蚤幼蚤(<24 h)。暴露期間不換水，不喂食。每隔12 h記錄1次死亡數(shù)目。

1.3 多代抗性選擇試驗(yàn)

在1.2試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)共設(shè)置2種處理：選擇組(S,selected group)和對(duì)照組(C,control group)，其中選擇組的暴露溶液中As(V)濃度為8.0 mg·L-1，含5個(gè)平行(即S1～S5)，并以不添加砷的硬水為對(duì)照組，含3個(gè)平行(即C1～C3)。每個(gè)平行均用500 mL塑料燒杯裝有300 mL相應(yīng)溶液，并隨機(jī)轉(zhuǎn)入20～30只新生大型蚤(<24 h)(親代P，parental generation)。當(dāng)選擇組每杯平行中的大型蚤死亡率約30%～40%時(shí)(約暴露48 h)，將存活大型蚤轉(zhuǎn)至干凈不加砷的硬水中培養(yǎng)，喂食少量蛋白核小球藻(C. pyrenoidosa)，待大型蚤穩(wěn)定后，存活率約為30%～50%。待大型蚤繁殖，所產(chǎn)幼蚤即為子一代(F1 generation)。將F1代大型蚤(<24 h)繼續(xù)轉(zhuǎn)移至另一個(gè)事先準(zhǔn)備的裝有8.0 mg·L-1的As(V)溶液的容器中繼續(xù)暴露，重復(fù)上述選擇過(guò)程并培養(yǎng)獲得子二代(F2 generation)大型蚤。以此類(lèi)推，直至獲得子五代(F5 generation)后終止試驗(yàn)。對(duì)照組大型蚤置于干凈不加砷的硬水中培養(yǎng)，喂食少量蛋白核小球藻(C. pyrenoidosa)，并與處理組同步培養(yǎng)到第五代。在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，每3 d換1次硬水。而人工選擇試驗(yàn)的抗性是否成功獲得，是僅以?xún)商幚斫M的F5代大型蚤進(jìn)行砷抗性的對(duì)比。

1.3.1 F5代存活時(shí)間分析

隨機(jī)從2個(gè)處理組S1～S5，C1～C3的每杯平行中分別取出10～20只F5代幼蚤(<24 h)，并每2只1杯轉(zhuǎn)入50 mL小燒杯中，每杯含30 mL的8.0 mg· L-1As(V)溶液。每隔3 h記錄1次死亡現(xiàn)象(凌晨00:00～6:00不觀察，若此時(shí)間段內(nèi)有死亡現(xiàn)象，取平均時(shí)間)，從而對(duì)比2種處理組中F5代大型蚤在8.0 mg·L-1As(V)暴露條件下的抗性大小。

1.3.2 F5代生物適應(yīng)性參數(shù)

F5代生物適應(yīng)性參數(shù)選擇以下5個(gè)指標(biāo)：1)繁殖第一批所需時(shí)間(time to first brood)；2)繁殖力(fecundity)，即每只大型蚤一生繁殖的后代總數(shù)；3)繁殖次數(shù)(broods)，即每只蚤一生共繁殖幾批；4)平均每批產(chǎn)仔量(average brood size)；5)壽命(life span)。

具體試驗(yàn)操作如下：隨機(jī)選擇了處理組中的S1～S3與對(duì)照組中的C1、C3進(jìn)行對(duì)比。即分別從S1～S3和C1、C3中的第五代(F5)大型蚤中各隨機(jī)選擇10只大型蚤幼蚤(<24 h)，每杯1只轉(zhuǎn)入50 mL小燒杯中，每個(gè)小燒杯內(nèi)含30 mL干凈不加砷的硬水，喂食少量蛋白核小球藻(C.pyrenoidosa)，直至生命結(jié)束。期間每24 h記錄1次，最終得到每只蚤在整個(gè)生命周期中的繁殖情況，從而對(duì)比2種處理組中F5代大型蚤的5種生物適應(yīng)性參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用GraphPad Prism 5.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并作圖，用T Test檢驗(yàn)對(duì)選擇組與對(duì)照組之間各試驗(yàn)結(jié)果的差異進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。數(shù)據(jù)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±standard error,S.E.)來(lái)表達(dá)。

2 結(jié)果（Results）

2.1 急性毒性試驗(yàn)

由圖1可知，大型蚤對(duì)As(V)的96 h半致死濃度為4.25 mg·L-1。多代選擇試驗(yàn)選擇8.0 mg·L-1的As(V)濃度對(duì)大型蚤進(jìn)行暴露，期待在2 d時(shí)間內(nèi)快速選擇到約50%對(duì)砷抗性強(qiáng)的個(gè)體，以便成功完成整個(gè)傳代篩選過(guò)程。

2.2 多代抗性選擇試驗(yàn)

2.2.1 F5代存活時(shí)間分析

經(jīng)過(guò)五代抗性篩選試驗(yàn)以后，將選擇組F5代與對(duì)照組F5代大型蚤幼蚤(<24 h)(n=40～50)均暴露于8.0 mg·L-1的As(V)溶液中，分別記錄每只大型蚤的死亡時(shí)間。分別將2種處理中的各個(gè)平行之間的數(shù)據(jù)整合進(jìn)行分析，結(jié)果顯示選擇組F5代與對(duì)照組F5代大型蚤相比存活時(shí)間顯著延長(zhǎng)175% (P<0.01)(圖2)。

圖2 對(duì)照組與選擇組中的F5代大型蚤在8 mg·L-1As（V）暴露下的存活時(shí)間（n=40～50，??P＜0.01）

圖3 選擇組與對(duì)照組F5代大型蚤的生物適應(yīng)性參數(shù)

2.2.2 F5代生物適應(yīng)性參數(shù)分析

在所選擇的生物適應(yīng)性參數(shù)中，與對(duì)照組F5相比，選擇組F5大型蚤的繁殖力(fecundity)明顯下降19.96%(P<0.05)(圖3a)，平均每批產(chǎn)仔量(average brood size)顯著減少15.71%(P<0.01)(圖3b)。而選擇組F5大型蚤的繁殖次數(shù)(broods)、繁殖第一批所需時(shí)間(time to first brood)及平均壽命(life span)與對(duì)照組F5相比均沒(méi)有明顯改變(圖3c～e)。

3 討論（Discussion）

3.1 急性毒性試驗(yàn)

在多代選擇試驗(yàn)開(kāi)展之前，預(yù)先設(shè)計(jì)了急性毒性試驗(yàn)并得到大型蚤對(duì)As(V)的96-h LC50為4.25 mg·L-1，因此，選擇8.0 mg·L-1的As(V)濃度進(jìn)行人工選擇試驗(yàn)，以便在2 d時(shí)間內(nèi)能將約50%～60%的幸存大型蚤轉(zhuǎn)移至干凈不加砷的硬水中。大型蚤穩(wěn)定后的最終存活率為30%～50%，待其生長(zhǎng)繁殖出下一代(F1)。將F1幼蚤(<24 h)重復(fù)上述選擇過(guò)程至獲得F5代大型蚤終止試驗(yàn)。所選8.0 mg·L-1的濃度可以成功完成整個(gè)選擇過(guò)程，而4.25 mg·L-1的96-h LC50數(shù)值也和有關(guān)報(bào)道中的數(shù)據(jù)相符合。例如，Valenti等[19]報(bào)道大型蚤對(duì)As(V)的48-h LC50為4.32 mg·L-1。而Enserink等[20]在半靜止條件下所得到的大型蚤21-d LC50為5.80 mg·L-1(硬度225 mg·L-1，以CaCO3為標(biāo)準(zhǔn))。

3.2 多代選擇試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)8.0 mg·L-1的As(V)五代暴露選擇后，與對(duì)照組F5相比，選擇組F5代大型蚤在8.0 mg·L-1的As(V)環(huán)境下的存活時(shí)間顯著延長(zhǎng)(圖2)，說(shuō)明經(jīng)過(guò)五代人工選擇以后，選擇組F5代大型蚤獲得了對(duì)As(V)的抗性。然而，這種抗性的獲得伴隨有生物適應(yīng)性參數(shù)的降低為代價(jià)。大型蚤可能是通過(guò)減少繁殖后代的數(shù)量(平均每批產(chǎn)仔量及總繁殖數(shù)量)來(lái)應(yīng)對(duì)砷環(huán)境的脅迫壓力(圖3a,b)?？梢酝茰y(cè)減少繁殖數(shù)量可以減少生物體的營(yíng)養(yǎng)消耗，以便在不利的環(huán)境中保證生存能量。但是，從長(zhǎng)期進(jìn)化的角度來(lái)看，生物適應(yīng)性代價(jià)也可能會(huì)導(dǎo)致抗性生物群體最終的滅絕。

在自然條件下，自然選擇是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程。由于大型蚤生命周期短、繁殖速度快，有助于在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬該選擇過(guò)程。由結(jié)論可以推斷，在長(zhǎng)期暴露的污染環(huán)境下，經(jīng)過(guò)多代選擇以后，一些生物可能進(jìn)化出對(duì)某污染物的抗性及遺傳性，以便在該環(huán)境中生存下來(lái)，這源于物種生存并繁衍的一種適應(yīng)機(jī)制。有關(guān)水生生物對(duì)污染物抗性進(jìn)化的研究已有報(bào)道。Ward和Robinson[15]報(bào)道了大型蚤經(jīng)過(guò)八代選擇后成功獲得到了對(duì)鎘(Cd)的抗性，但是鎘抗性大型蚤伴隨有很高的生物適應(yīng)性代價(jià)。比如體型(size)減小、基因多樣性(genetic variation)降低、對(duì)其他有毒物質(zhì)(如苯酚)更敏感等。研究還發(fā)現(xiàn)，選擇力太弱(即太多的個(gè)體選為親代)或太強(qiáng)(即太少的個(gè)體選為親代)都可能得不到抗性結(jié)果，選擇太弱可能無(wú)法使進(jìn)化現(xiàn)象發(fā)生，選擇太強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致存活個(gè)體無(wú)法維系群體穩(wěn)定性，不利于傳代選擇的繼續(xù)。除重金屬污染的毒理學(xué)研究之外，化學(xué)藥品對(duì)大型蚤的多代慢性毒性效應(yīng)也有報(bào)道。Dietrich等[16]將大型蚤暴露于氨甲酰氮草、雙氯高滅酸、乙炔雌二醇和美托洛爾4種不同化學(xué)藥品時(shí)發(fā)現(xiàn)，在六代慢性選擇過(guò)程中，大型蚤的體長(zhǎng)、產(chǎn)卵量、第一次產(chǎn)卵時(shí)間等均受到不同程度的影響。楊曉凡等[17]用磺胺甲惡唑、氧氟沙星和布洛芬3種藥品對(duì)大型蚤也進(jìn)行了六代慢性毒性研究，結(jié)果顯示，環(huán)境相關(guān)濃度的藥品暴露對(duì)大型蚤的生長(zhǎng)繁殖沒(méi)有顯著影響，而當(dāng)濃度升高或混合暴露時(shí)，大型蚤會(huì)表現(xiàn)出一定的毒性響應(yīng)，如：第一次產(chǎn)卵時(shí)間延遲、產(chǎn)卵數(shù)量減少等。

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，金屬硫蛋白(metallothionein,MT)、抗氧化酶等生物標(biāo)志物也廣泛應(yīng)用于毒理學(xué)的研究中。MT是一種富含半胱氨酸的低分子量的小蛋白，能夠有效清除體內(nèi)由氧化壓力產(chǎn)生的自由基，并對(duì)重金屬污染物的解毒有著重要的作用[21]。張融等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，將大型蚤暴露于不同濃度的鎘(Cd)和鋅(Zn)，蚤體內(nèi)MT的含量隨著2種重金屬濃度的增加而升高，說(shuō)明MT參與了Cd和Zn的解毒過(guò)程，從而減輕對(duì)機(jī)體的傷害。將大型蚤暴露于富含鋅和銅的環(huán)境中，生物體內(nèi)過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)和谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase,GST)等活性增加[23]。因此，本研究中的大型蚤經(jīng)過(guò)As(V)多代選擇，MT及抗氧化劑可能也參與了對(duì)砷的解毒作用，即使獲得砷抗性，仍然對(duì)機(jī)體造成可能性損傷。也有可能是解毒的過(guò)程消耗了大量能量，以減少繁殖后代的數(shù)量作為代價(jià)。

綜上所述，大型蚤經(jīng)過(guò)五代選擇后可以進(jìn)化出對(duì)As(V)的抗性，這種抗性是以降低繁殖力及平均每批產(chǎn)仔量為代價(jià)實(shí)現(xiàn)的。未來(lái)研究應(yīng)該著重于以下幾個(gè)方面：(1)這種抗性是否具有遺傳性，即As抗性是否可以遺傳給下一代；(2)大型蚤As抗性的內(nèi)在機(jī)理，如對(duì)砷的吸收、排出及解毒等方面的研究；(3)具砷抗性的大型蚤對(duì)其他污染物的敏感性研究，該方面的研究可以幫助了解共同抗性及抗性代價(jià)等。

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Rapid Evolution of Resistance to As（V）in Daphnia magna

Li Lixia,Li Dan,Gao Mi,Mu Lei,Chen Hongxing,Xie Lingtian*

Key Laboratory of Pollution Ecology and Environmental Engineering,Institute of Applied Ecology,Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016,China

22 July 2015 accepted 17 September 2015

Metal contamination can exert a strong selection force on the populations inhabiting in the metal contaminated environments.The populations will either survive in the contaminated environments by evolving the resistance to the metal(s)or go extinction in such contaminated environments.Artificial selection approach can be used to study the potential of evolution of resistance to metals in organisms.To understand whetherDaphnia magna can evolve the resistance to arsenate(As(V)),an artificial selection was used to study responses of daphnids to the selection of As(V)resistance in a multi-generation selection regime.Based on the 96-h LC50of As(V)(4.25 mg· L-1),D.magnawere exposed to a sublethal concentration(8.0 mg·L-1)of As(V).In each generation,survivors from the As(V)exposure(i.e.,As-tolerant individuals)(approximately 30%-50%)were allowed to produce offspring in the next generation.The artificial selection was repeated for 5 generations.The resistance to As(V)wasquantified and fitness costs associated with the resistance to As(V)were evaluated in the F5 generation.The results showed that the selected group had a longer(175%)time to death than that of control,implying that daphnids might have evolved the resistance to As(V).Comparison of the data on the fitness components showed that the Asresistant daphnids had a reduced fecundity(19.96%)and a decreased average brood size(15.71%)than the control daphnids.It was concluded that the daphnids could have evolved the resistance to As(V)exposure even after five generations of artificial selection.And the rapid evolution of resistance to As(V)inD.magnamight be associated with fitness costs.Further research is needed to elucidate the underlying mechanisms(including accumulation and the detoxification of As(V))for this resistance inD.magna.

As(V);Daphnia magna;resistance;multiple generations;fitness

2015-07-22 錄用日期：2015-09-17

1673-5897（2016）3-237-06

X171.5

A

10.7524/AJE.1673-5897.20150722001

簡(jiǎn)介：謝凌天(1969—)，男，生物學(xué)博士，研究員，主要研究方向?yàn)榻饘偌靶滦臀廴疚镌诘镏械睦鄯e及毒性效應(yīng)。

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31270549)；中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目

李莉霞(1986-)，女，博士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境毒理學(xué)，E-mail:lilixia77@126.com

*通訊作者（Corresponding author），E-mail:xielt@iae.ac.cn