微量有機(jī)磷農(nóng)藥脅迫對家蠶血液中部分生命元素含量的影響

趙炎坤 張玉琴 周 沂 楊仁奎 馮麗春

(1.西南大學(xué)生物技術(shù)學(xué)院，重慶 400716; 2.成都市川化中學(xué)，四川 成都 610300；3.重慶市蠶業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，重慶 400700)

微量有機(jī)磷農(nóng)藥脅迫對家蠶血液中部分生命元素含量的影響

趙炎坤1，2張玉琴1周 沂1楊仁奎3馮麗春1

(1.西南大學(xué)生物技術(shù)學(xué)院，重慶 400716; 2.成都市川化中學(xué)，四川 成都 610300；3.重慶市蠶業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，重慶 400700)

通過微量濃度(0.05mg/L)辛硫磷在5齡家蠶的添毒處理，測定處理后家蠶血液中部分生命元素K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn的含量變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：正常5齡家蠶血液中大量元素K、Na、Ca、Mg的含量是Ca>Na>Mg>K，經(jīng)過微量辛硫磷處理后Ca、Na含量降低，Mg、K含量升高；正常5齡家蠶血液中微量元素Fe、Mn、Cu、Zn的含量是Fe>Cu>Zn>Mn，經(jīng)過處理后Fe、Cu含量升高，Mn、Zn含量降低。

辛硫磷；脅迫；家蠶；血液；生命元素

有機(jī)磷農(nóng)藥是我國使用廣泛、用量最大的殺蟲劑，由于農(nóng)藥的濫用，環(huán)境中的農(nóng)藥殘留越來越多，長期接觸環(huán)境中的殘留農(nóng)藥會引發(fā)生物體怎樣的生理變化、如何對環(huán)境中殘留的微量農(nóng)藥進(jìn)行有效檢測？這些是現(xiàn)在人們非常關(guān)心的問題之一。家蠶由于長期的人工環(huán)境飼養(yǎng)，相比于其他野外生存的昆蟲，對自然環(huán)境的變化適應(yīng)變?nèi)?，尤其是對各種污染物更加敏感，早已被科學(xué)家作為化學(xué)物質(zhì)毒性實(shí)驗(yàn)動物。1978年Kodansha Ltd就提出家蠶是一種很重要的實(shí)驗(yàn)動物[1]；王凱雄等(2000)利用家蠶進(jìn)行生物監(jiān)測研究，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，家蠶對于有機(jī)磷農(nóng)藥“毒死蜱”的靈敏程度遠(yuǎn)高于目前市售的“殘留農(nóng)藥速測卡”[2]，因此認(rèn)為家蠶幼蟲是一種用于生物監(jiān)測殘留農(nóng)藥的極好材料，值得研究和利用。

組成生物體的元素有90多種，目前公認(rèn)的生命必需元素有28種，其中包括常量元素和微量元素，這些元素對維持生物的正常生理活動起著重要的作用。關(guān)于生命元素的研究在人和動物中報道較多，尤其是在人類健康方面。相比而言，在家蠶方面的研究較少。家蠶是鱗翅目昆蟲的代表，其循環(huán)系統(tǒng)是開放式的循環(huán)系統(tǒng)，血液為組織器官提供一個比較穩(wěn)定的環(huán)境，血液及循環(huán)系統(tǒng)承擔(dān)著物質(zhì)運(yùn)輸、貯存、代謝，維持正常血壓、滲透壓、離子平衡，免疫應(yīng)答，修補(bǔ)傷口等重要功能。有關(guān)血液的化學(xué)組成，對其蛋白質(zhì)、氨基酸、碳水化合物研究較多， 而對其生命元素的研究甚少。本研究通過微量濃度辛硫磷的添毒，測定5齡雌雄家蠶血液中8種生命元素含量的變化情況， 以期探討微量有機(jī)磷農(nóng)藥脅迫對家蠶血液中部分生命元素含量的影響。

1 材料與方法

1.1 供試家蠶

生產(chǎn)用限性品種：秋豐，由重慶市蠶業(yè)科學(xué)研究院提供。

飼養(yǎng)條件：專用蠶房，常規(guī)飼養(yǎng)，普通桑葉飼喂。

1.2 主要試劑和儀器

辛硫磷原藥(純度>95%)(購自原重慶市井口農(nóng)藥廠)、丙酮、吐溫20、雙蒸水等；

日立Z-5000型原子吸收分光光計、AP1401型火焰分光光度計、電子天平、移液槍、干濕溫度計、純水儀等。

1.3 微量農(nóng)藥添毒處理

將辛硫磷原藥按照一定比例用雙蒸水加1mL丙酮、20μL吐溫配置成0.1ml/L母液，裝入棕色瓶中避光保存?zhèn)溆谩＜倚Q按照常規(guī)方法飼喂至5齡，選出發(fā)育狀態(tài)一致的用于實(shí)驗(yàn)。分雌雄設(shè)置處理組及對照組，每組三個重復(fù)區(qū)，每區(qū)100頭蠶。用先前配置好的辛硫磷母液配置成6份0.05mg/L的實(shí)驗(yàn)藥液，每份1000mL(每天現(xiàn)用現(xiàn)配)。稱取去除主葉脈的新鮮桑葉，每份50g，桑葉按照“浸葉法”完全浸入實(shí)驗(yàn)藥液，1min后取出避光晾干后喂蠶，對照組則用清水代替藥液。每天飼喂二次浸藥桑葉，其余飼喂正常桑葉。每次飼喂浸藥桑葉前把蠶盒中未被食用桑葉清理干凈。

1.4 鉀、鈣、鈉、鎂、鐵、錳、銅、鋅含量的測定

1.4.1 樣品處理

在用微量辛硫磷添毒后的1d、3d、5d、7d對雌雄家蠶分別進(jìn)行腹足取血，裝入1.5mL離心管中，5000rpm離心5min，吸取上清1mL轉(zhuǎn)移到玻璃試管中，進(jìn)行濕法消化處理。先在樣品管中加入10mL的王水(HNO3∶HCL=1∶3)搖勻，靜置2h，然后放入沸水中煮30min。待溫度降到室溫，再把樣品轉(zhuǎn)移到干凈的容量瓶中，定容至25mL。

1.4.2 測定方法

把定容好的樣品分別用原子吸收分光光度計和火焰光度計測定5齡雌雄家蠶血液中K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等元素的含量。

1.4.3 含量計算

按如下公式計算： 元素含量(mg/L)=所測數(shù)值×定容體積/所取體積

式中：定容體積為25ml，吸取的體積為1ml

2 結(jié)果與分析

2.1 家蠶血液中幾種常量元素的含量變化

通過測定家蠶血液中的K、Na、Ca、Mg 4種常量元素含量，結(jié)果如表1、圖1所示。對照組雌雄之間這幾種常量元素平均含量是有一定的性別差異，K和Mg都是雄蠶高于雌蠶，而Na和Ca則是雄蠶含量比雌蠶低；在所測定的4種常量元素中,以Ca含量最高，雌雄蠶分別達(dá)到 3066mg/L和2915mg/L，其次分別是Na、Mg、K。經(jīng)微量辛硫磷農(nóng)藥添食處理后4種元素的含量依然是Ca>Na>Mg>K，處理組和對照組之間的比較可以看出，添食處理后Ca、Na含量降低，雌雄蠶Ca含量分別下降1.8%和0.8%，Na含量下降幅度分別為8.3%和10.7%；Mg、K含量處理后升高, 雌雄蠶Mg含量升高幅度分別為3.9%和1.8%，K含量分別升高21.2%和18.3%。

表1 家蠶血液中幾種常量元素含量測定

圖1 對照組和處理組幾種常量元素含量對比(mg/L)

2.2 家蠶血液中幾種微量元素的含量變化

添食處理后測定了家蠶血液中的Fe、Mn、Cu、Zn 4種微量元素含量，結(jié)果如表2、圖2所示。對照組雌雄蠶血液中這幾種元素也是存在性別差異的，其中Fe、Zn、Cu都是雄蠶高于雌蠶，Mn則是雄蠶低于雌蠶，在所測定的4種微量元素中，以Fe含量最高，雌雄蠶分別達(dá)到 12.746mg/L和 18.812mg/L，其次分別是Cu、Zn、Mn。經(jīng)微量辛硫磷農(nóng)藥添食處理后4種元素的含量總的趨勢依然是Fe>Cu>Zn>Mn，處理組和對照組之間的比較可以看出，添食處理后Zn、Mn含量降低，雌雄蠶Zn含量分別下降23.5%和41.3%，Mn下降幅度分別為23.0%和32.4%；而Fe、Cu含量升高, 雌雄蠶Fe含量升高幅度分別為32.4%和0.7%，Cu升高幅度分別為15.3%和19.0%。

表2 家蠶血液中幾種微量元素含量測定

注：*表示與對照組相比，處理組存在顯著性差異；**表示與對照組相比，處理組存在極顯著性差異。

圖2 對照組和處理組幾種微量元素含量對比(mg/L)

3 討論

家蠶目前已經(jīng)被公認(rèn)為生命科學(xué)研究的模式生物之一，因?yàn)槭趋[翅目昆蟲，可以很好地代表在農(nóng)業(yè)害蟲占很大比重的鱗翅目害蟲，所以常用家蠶作為農(nóng)藥毒理實(shí)驗(yàn)的動物模型，在研究上主要集中在農(nóng)藥的致死及亞致死方面的毒性實(shí)驗(yàn)。如馬惠等利用家蠶進(jìn)行了27種農(nóng)藥毒性評價試驗(yàn)[3]；陳小平等研究家蠶對常用有機(jī)磷農(nóng)藥的毒性反應(yīng)[4]；朱九生等研究了新型生物農(nóng)藥阿維菌素對非靶標(biāo)的昆蟲家蠶的毒理學(xué)效應(yīng)[5]；張聰沖等利用家蠶做了部分有機(jī)磷和擬除蟲菊酯類農(nóng)藥的毒性研究[6]；Wang Jun等(1999)用亞致死濃度的殺蟲雙從2齡開始飼喂家蠶，直到上蔟，并記錄各齡期發(fā)育情況和結(jié)繭率等指標(biāo)，摸索了最低可觀察效應(yīng)劑量[7]；魯興萌等(2003)用亞致死濃度氯氰菊酯連續(xù)飼喂3齡起蠶后，發(fā)現(xiàn)微量氯氰菊酯就會導(dǎo)致眠蠶體重和全繭量的顯著下降[8]；李云芝等(2009)用極低濃度苯氧威藥液給5齡第3天家蠶添食，觀察發(fā)現(xiàn)亞致死濃度就會導(dǎo)致齡期延長，不結(jié)繭[9]。

本次實(shí)驗(yàn)辛硫磷對家蠶的添毒濃度為0.05mg/L，這是在前期一系列預(yù)備實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上篩選出來的，此濃度為1/100 LC50(LC50(雌)=0.0049g/L，LC50(雄)=0.0045g/L)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在微量辛硫磷脅迫下，家蠶血液中部分生命元素含量發(fā)生了變化，Ca、Na、Mn、Zn含量降低，Mg、K、Fe、Cu含量升高，這些元素在家蠶的生命活動中具有重要的作用。如赤尾等(1935)研究發(fā)現(xiàn)，家蠶化蛹時，體內(nèi)組織中的Zn、Mn元素會轉(zhuǎn)移到卵巢中[10]；張烈等(2000)做了部分微量元素對家蠶產(chǎn)卵的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在家蠶4、5齡期，人為添加Zn、Mn元素會能顯著提高家蠶產(chǎn)卵量[11]；張國政等人在稚蠶飼料中添加幾種微量元素，對稚蠶期的生長發(fā)育有明顯影響[12]。在微量有機(jī)磷農(nóng)藥脅迫下，雖然表觀看不出家蠶中毒癥狀，但血液中部分元素含量的變化表明家蠶對農(nóng)藥的脅迫產(chǎn)生了應(yīng)急反應(yīng)，這說明家蠶對有機(jī)磷農(nóng)藥是很敏感的，即使受到微量濃度的脅迫，其生理方面都會發(fā)生顯著變化，但是具體的變化機(jī)制及這些元素在蠶體內(nèi)發(fā)揮著什么樣的功能，需要進(jìn)一步研究與驗(yàn)證。

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國家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目(CARS-22-ZJ0204)。

楊仁奎，高級農(nóng)藝師，從事家蠶新品種選育及良種繁育工作。E-mail:630525623@qq.com

馮麗春，副教授，碩士生導(dǎo)師。Tel:023-68250173, E-mail:flc1220@aliyun.com