蚯蚓生物标志物在土壤生态系统监测中的应用研究进展

随着化学物质在农业生态系统中的广泛使用,单纯的化学分析方法已经不能真实地判别出其是否会对环境产生不利影响,因此,建立有效的生物评价体系就显得尤为重要。蚯蚓广泛分布于土壤中,其生物标志物的变化对化学物质污染能起到早期监测预警作用,已经被广泛用于土壤生态系统的监测中。笔者对蚯蚓生物标志物在土壤生态系统监测中的应用进行了介绍和评述。

一种基于蚯蚓学习行为的神经毒性实验方法研究

土壤生物的学习行为是一种综合性的神经高级活动,对土壤中的神经毒性污染物生态风险监测具有重要价值。本研究设计了一套试验装置,基于蚯蚓对白光刺激的厌恶本性,通过振动-白光配对刺激,对蚯蚓进行学习训练,使蚯蚓领会借助加速移动阻止白光刺激的策略,通过蚯蚓到达移动位移阈值的时间测定,对蚯蚓的学习行为进行测试,建立了蚯蚓的学习行为测试方法。采用建立的测试方法,对土壤中东莨菪碱和毒死蜱诱导下蚯蚓的学习行为进行了测试,结果表明,1~3 mg·kg^(-1)东莨菪碱与4~12 mg·kg^(-1)毒死蜱污染处理均对蚯蚓的学习能力造成了损伤,污染浓度越高,蚯蚓的学习能力损伤越严重。该测试方法可以快速有效地检测土壤污染导致的蚯蚓学习行为变化,有望用于低浓度神经毒性农药污染土壤的神经毒性快速诊断。

不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯在蚯蚓体内的蓄积特征及其生长毒性

农药污染严重威胁我国的土壤生态系统安全。选择我国应用较广的氯氰菊酯为代表性农药污染物,采用一次和叠加的污染方式模拟氯氰菊酯进入土壤并逐渐累积的过程,以云南耕地常见的蚯蚓优势种——皮质远盲蚓(Amynthas corticis)为实验生物,研究了氯氰菊酯在土壤中的降解变化,以及蚯蚓对不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯吸收蓄积的累积特征和生长毒性响应。结果显示,不同污染方式进入土壤的氯氰菊酯,在土壤中的降解均符合一级动力学特征c=c 0 e-kt,以一次污染方式进入土壤的氯氰菊酯降解半衰期为27.7~28.9 d;以叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯降解半衰期为25.7~26.6 d。氯氰菊酯浓度为4~6 mg·kg^(-1),暴露55 d时,蚯蚓对以一次污染方式进入土壤的氯氰菊酯蓄积量为0.34~0.73 mg·kg^(-1),生物-土壤蓄积因子(F BSA)为0.85~1.05;蚯蚓对以叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯蓄积量为0.86~1.51 mg·kg^(-1),F BSA为1.16~1.42。与一次污染方式比较,以叠加污染方式进入土壤的氯氰菊酯,更有利于蚯蚓对其进行生物富集,从而表现出较强的生长毒性。研究结果可为土壤农药叠加污染累积的生态风险防治提供基础数据和理论依据。

蚯蚓顶体效应及其在土壤健康质量诊断中的应用研究

蚯蚓在评价土壤生态环境污染方面起着重要作用,但目前与生殖毒性相关的蚯蚓生物标志物中缺乏可以灵敏和快速对污染物生殖毒性进行诊断的生物标志物。本研究采用考马斯亮蓝法对蚯蚓精子顶体反应进行检测;采用响应面分析法优化苯甲酰精氨酸乙酯/乙醇脱氢酶(BAEE/ADH)联合测定法,以建立蚯蚓精子顶体酶活性测定法。结果表明,蚯蚓精子顶体率为(47.67±3.87)%,最优测定条件为洗涤2次,抽提时间24 h,ADH浓度1.8 mg·mL^(-1),氧化型辅酶Ⅰ(NAD)浓度12 mg·mL^(-1)。为考察方法的可靠性,采用醋酸棉酚污染土壤暴露实验进行方法学考察。数据表明,醋酸棉酚污染土壤暴露3 d后,检测出顶体酶活性变化,且与精子密度具有一定的相关性(r=0.9908)。建立的蚯蚓顶体酶活性测定方法可以快速和有效的检测醋酸棉酚的生殖毒性变化,蚯蚓顶体酶活性有望作为生物标志物应用于土壤污染的生态毒理学快速诊断中。

两种环境激素类农药及其混合剂在土壤中的降解研究

为了深入了解环境激素类农药在与其它多种农药同时存在条件下在土壤中的降解过程、阐释其机理,用室内培养的方法,研究氯氧菊酯、毒死脾两种农药及其混合剂在灭菌和未灭菌土壤中的降解特征。结果表明,两种农药及其混合剂在土壤中的降解是微生物主导的过程;灭菌土壤中,混合剂中各农药组分与其单独存在降解过程基本一致,均符合单室模型C=Coe%,降解半衰期也与其单独存在相近;但在未灭菌土壤中,混合剂中各农药组分降解特点与其单独存在有所不同。两种农药单独存在时,氯氤菊酯、毒死脾在未灭菌土壤中的降解方程均符合单室模型,降解半衰期分别为31.5 d和57.8 d;混合剂中各组分农药在未灭菌土壤中的降解过程符合双室模型*CuGeV+C巴不同阶段降解半衰期不同,氯氧菊酯前期和后期半衰期分别为33.0 d和53.3;而毒死脾前期和后期的半衰期则分别为63.0 d和86.6 d。在未灭菌土壤中多种农药存在时各种农药降解均呈现先快后慢的特点。

不同污染条件下毒死蜱在蚯蚓体内的蓄积特征及其生长影响

以皮质远盲蚓(Amynthas corticis)为试验生物,采用一次、叠加的污染方式,研究了毒死蜱在土壤中的残留、蚯蚓体内的累积特征及对蚯蚓生长的影响。结果显示:相同实验浓度条件下,以叠加污染方式进入土壤的毒死蜱残留量低于一次污染方式的残留量。当土壤毒死蜱浓度为12~20 mg kg^(-1),暴露55 d时,一次污染条件下,蚯蚓体内毒死蜱蓄积量为3.73~8.84 mg kg^(-1),生物-土壤蓄积因子(FBSA)为1.55~1.70;叠加污染条件下,蚯蚓毒死蜱蓄积量为5.21~11.04 mg kg^(-1),FBSA为2.22~2.46。相同实验浓度条件下,叠加污染方式进入土壤的毒死蜱对蚯蚓的生长抑制显著高于一次污染处理组。该研究结果可为土壤毒死蜱生物毒性和生态风险评价提供基础数据。