鋁和銅長期暴露對林蛙幼蟲生長發(fā)育的影響

李 瑞

（鄭州市森林公園，河南鄭州 450000）

長期暴露于有毒環(huán)境（如重金屬）使全球兩棲類種群數(shù)量逐漸下降。鋁是一種對兩棲動物種群可能具有特殊意義的金屬，特別是在因酸沉積或礦井排水而遭受酸化的地區(qū)。大多數(shù)關于鋁對兩棲動物影響的實驗室調(diào)查都集中在短期內(nèi)鋁對兩棲動物的影響，如胚胎或剛孵出幼蟲的存活率（Skei和Dolmen，2006）。雖然銅的濃度比鋁低得多，但在兩棲類動物水生棲息地中經(jīng)常存在銅（張旭等，2016）。雖然環(huán)境中的銅濃度通常遠低于對兩棲動物產(chǎn)生不利影響的水平，但由于人類活動導致的環(huán)境濃度升高，這種金屬的風險變得越來越高，同時銅的毒性會在酸化環(huán)境中提高（Lance等，2012）。與鋁的情況一樣，大多數(shù)涉及銅的實驗室研究都僅在短期暴露階段（Garcia-Munoz等，2010）。與大多數(shù)實驗室毒性研究的短期性質(zhì)不同，在自然環(huán)境中，兩棲動物通常在胚胎和幼蟲發(fā)育的大部分或全部階段都暴露在亞致死濃度的金屬中（Hopkins和Rowe，2010）。因此，越來越多的人認識到，如果實驗室研究適用于自然種群，這些調(diào)查必須評估兩棲動物長期暴露于環(huán)境現(xiàn)實水平的金屬濃度時的反應。除了評估長期暴露對變態(tài)期適應相關特征的影響外，重要的是要認識到金屬的亞致死影響可能在變態(tài)完成前的發(fā)育階段有不同的表現(xiàn)。本研究探討了在整個幼體期暴露于鋁和銅的不良影響中。具體來說，這項研究的目的是檢驗鋁和銅的濃度對存活率、達到特定發(fā)育階段的時間以及各階段體重的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗動物與金屬暴露收集林蛙的卵團（約250 個），將卵團放置在單獨的57 L水族箱中，水溫為23℃，pH為4.70。所有胚胎在收集后48 h 內(nèi)孵化，孵化后所有幼蟲都被放入一個普通的285 L的容器中，將每個卵群中的個體混合。再將每個處理的林蛙幼蟲（約27條）放置在含有10、100、500、1000和2000 μg/L鋁 或1、10、50、100和200 μg/L銅的2.5 L玻璃缸中。對照組單獨飼養(yǎng)在盛有自來水的碗中，實驗使用的所有自來水在使用前都通48 h氧氣，使用硝酸將pH調(diào)節(jié)到4.70。各組水質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 不同水平銅和鋁暴露組林蛙幼蟲水化學參數(shù)

1.2 生物反應參考Unrine等（2004）描述的方法每天檢查幼蟲死亡情況，孵化后的天數(shù)被確定為完成后肢發(fā)育、前肢出現(xiàn)和成尾完全吸收。每個個體的質(zhì)量是在每個階段和孵化后20 d完成。

1.3 統(tǒng)計分析各組試驗結(jié)果采用SPSS軟件多因素方差分析模型，分別對主效應（銅和鋁水平）、階段進行單因素分析，同時研究其交互效應，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水平銅和鋁對林蛙幼蟲死亡率及重量的影響由表2可知，整個試驗期間所有存活的幼蟲均成功完成變態(tài)發(fā)育，鋁處理組幼蟲的死亡率均在10%以下，且都無顯著差異（P＞0.05），但200 μg/L銅水平組林蛙幼蟲在前肢發(fā)育時死亡率達到33.22%?？傮w而言，鋁暴露水平對各階段林蛙幼蟲重量的影響無顯著差異（P＞0.05），但鋁水平和階段對林蛙幼蟲重量的影響具有顯著交互效應（P＜0.05）。與對照組相比，2000 μg/L鋁水平組顯著降低了孵化后20 d林蛙幼蟲重量（P＜0.05）。與鋁的影響相反，銅暴露濃度對林蛙幼蟲各發(fā)育階段重量均具有顯著影響（P＜0.05），其 中50、100和200 μg/L銅 組 孵 化 后20 d林蛙幼蟲重量顯著低于對照組（P＜0.05），而100 μg/L同組前肢發(fā)育階段的幼蟲重量顯著低于對照組（P＜0.05）。

表2 不同水平銅和鋁暴露對林蛙幼蟲死亡率及重量的影響

2.2 不同水平銅和鋁對林蛙幼蟲發(fā)育時間的影響由表3可知，與對照組相比，50、100和200 μg/L銅水平組顯著提高了后腿發(fā)育、前肢發(fā)育及成尾吸收所需的時間（P＜0.05），而10 μg/L銅組較對照組顯著提高了林蛙幼蟲前肢發(fā)育和成尾吸收所需時間（P＜0.05）。此外，鋁暴露水平對林蛙幼蟲各階段發(fā)育時間具有顯著影響（P＜0.05）。與對照組相比，2000 μg/L鋁水平組林蛙幼蟲后腿發(fā)育、前腿發(fā)育及成尾吸收所需時間顯著提高（P＜0.05）。鋁暴露水平對林蛙幼蟲前肢出現(xiàn)-尾吸收的時間無顯著影響（P＞0.05，數(shù)據(jù)未列出）。但與對照組相比，所有銅暴露水平組林蛙幼蟲前肢出現(xiàn)-尾吸收的時間顯著延長（P＜0.05）。

表3 不同水平銅和鋁對林蛙幼蟲幾個發(fā)育階段時間的影響

3 討論

在本研究中，林蛙幼蟲從發(fā)育階段暴露于銅或銅，直到變態(tài)完成，結(jié)果顯示其對這些金屬的致死作用相對不敏感，因為所有鋁水平組的幼蟲死亡率都小于10%，而200 μg/L銅組死亡率達到33.22%。在試驗過程中，未發(fā)現(xiàn)林蛙幼蟲的攝食行為和采食量有差異。對銅和鋁的觀察效果，一個更合理的解釋是，體重降低可能反映了暴露在銅和鋁的林蛙幼蟲需要分配更多的能量來維持基礎代謝（Sparling，2003）。

Snodgrass等（2004）報道，與未暴露的幼蟲相比，暴露于含有多種金屬的青蛙和林蛙在發(fā)育過程的3個階段中體重均有所下降。本研究中，2000 μg/L鋁水平組顯著降低了孵化后20 d林蛙幼蟲重量，銅暴露濃度對林蛙幼蟲各發(fā)育階段重量均具有顯著影響，其中50、100和200 μg/L銅組孵化后20 d林蛙幼蟲重量顯著低于對照組，這一結(jié)果與Peles等（2012）的結(jié)果相似。盡管所有在實驗中存活下來的幼蟲最終都完成了蛻變，但暴露在金屬環(huán)境中（尤其是銅）會使發(fā)育遲緩。林蛙幼蟲的發(fā)育過程對銅更敏感，因為隨著銅濃度的增加，各發(fā)育階段完成所需的時間延長。

由于在孵化后20 d金屬暴露對幼蟲體重幾乎沒有影響，所以增加進入發(fā)育階段的時間可能與能量需求的增加無關。但兩棲動物的變態(tài)涉及多種生物化學和生理過程，可以通過金屬暴露來改變，這可能在慢性暴露期間尤為重要，因為已經(jīng)在兩棲動物幼蟲中發(fā)現(xiàn)了銅和鋁的生物積累（Lance等，2012）。此外，接觸銅等金屬可能會導致在兩棲動物變態(tài)過程中起重要作用的內(nèi)分泌過程中斷。雖然關于銅對兩棲動物內(nèi)分泌功能的影響知之甚少，但這種金屬對魚類神經(jīng)內(nèi)分泌過程的影響已被廣泛報道（Handy，2003）。本研究發(fā)現(xiàn)，銅和鋁使林蛙幼蟲生物學反應中完全變態(tài)的時間增加。完成變態(tài)的平均時間增加了至少7 d （10 μg/L銅），最高 增加29 d（200 μg/L銅），這一事實增加了由于在池中捕食或脫水而死的風險。延遲變態(tài)與其他可能降低適應度的因素有關，如成蟲存活、繁殖力和首次生殖的時間（Relyea，2002）。此外，銅暴露組較對照組林蛙幼蟲完成尾吸收的時間提高了2 d，這一結(jié)果暗示會降低四肢發(fā)育，進而導致被捕食的風險增加。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋁和銅會影響林蛙幼蟲的生長和發(fā)育，但銅的影響需要環(huán)境銅水平達到一定濃度。此外，還需要進一步探討時間-銅鋁劑量效應與林蛙生理、體重和發(fā)育變化的關系。