土壤Cd污染对跳虫Folsomia candida的生态毒性

采矿及冶炼等行为造成了严重的土壤重金属污染,其中Cd污染及其带来的健康风险近年来引起人们的高度重视。利用弹尾目跳虫开展土壤Cd污染的生态毒理研究,对Cd污染土壤的生态风险评价具有重要意义。本研究将跳虫Folsomia candida(F.candida)暴露在不同Cd浓度污染的人工土壤中,利用跳虫存活数量、繁殖数量及回避行为实验来评价重金属Cd污染对跳虫的生态毒性。结果表明,Cd对F.candida的急性毒性LC50值为2 086.93 mg·kg~(-1),慢性毒性的繁殖抑制(28 d)EC50值为224.95 mg·kg~(-1)。此外,Cd对跳虫回避行为影响的EC50(48 h)为721.26 mg·kg~(-1)。可以看出,慢性毒性的EC50值与Cd对回避行为影响的EC50值近似,但远低于急性毒性LC50值。因此,跳虫F.candida的回避行为和繁殖率对Cd污染土壤有较高的灵敏度,可用来表征土壤中Cd的生态毒性。     

典型全氟辛烷磺酸盐(PFOS)替代品对土壤跳虫的生态毒性

利用土壤模式动物白符跳(Folsomia candida),评价4种PFOS替代产品,包括50%的全氟丁基有机铵盐阳离子表面活性剂(简称表面活性剂)、用调聚法合成的三防织物整理剂(含固率23.7%,简称织物三防整理剂)、用电解氟化法合成的C4织物及C6织物三防整理剂的生态毒性,目的是为筛选安全高效的PFOS替代品提供科学依据。研究表明,表面活性剂与三防织物整理剂对跳虫急性毒性的LC50(7d)分别为4959和1007mg·kg-1,而C4与C6整理剂对跳虫急性毒性的LC50(7d)均大于5000mg·kg-1;表面活性剂、织物三防整理剂与C4整理剂对跳虫慢性毒性的EC50(28d)分别为0.15、0.12和0.18mg·kg-1,而C6织物三防整理剂对跳虫慢性毒性的EC50(28d)大于1mg·kg-1;4种替代品生态毒性顺序为织物三防整理剂>表面活性剂>C4>C6织物三防整理剂。通过与本实验室PFOS生态毒性的研究结果比较发现,除织物三防整理剂,其余3种替代品对跳虫的生态毒性作用均小于PFOS,其中C6整理剂对跳虫的毒性最小,有望成为替代PFOS的环保型织物整理剂。     

土壤跳虫(Folsomia candida)对食物中铜污染物的吸收和排泄

重金属污染物在生物体内的累积、迁移和传递已成为当今的研究热点。土壤弹尾目昆虫作为土壤生态系统的重要组成部分,针对其对重金属的吸收、积累和排泄的动态过程以及相应解毒机制的研究意义重大。本研究通过弹尾目跳虫(Folsomia candida)对Cu的吸收-排泄效率实验发现,跳虫体内Cu含量随暴露时间的延长而显著增加(r~2=0.8878,F_(1,5)=29.59,P<0.01);跳虫体内Cu含量随排泄时间的延长而明显逐渐降低(r~2=0.7836,F_(1,3)=7.13,P<0.01)。跳虫对Cu的吸收-排泄Budget实验表明,只有少量的Cu被跳虫摄取到体内,其中小部分被体内组织消化吸收,大部分则可能通过中肠细胞的褪皮作用和产卵等方式排出体外。可见,褪皮和排卵是跳虫排泄重金属Cu的重要途径,跳虫对Cu具有较低的吸收率(8.13%)和较高的排泄率(57.3%),表明跳虫对Cu可能有较高的耐受性。     

十溴联苯醚(BDE-209)对土壤跳虫的急、慢性毒性效应

为揭示溴代阻燃剂对土壤生态系统的潜在危害,采用回避实验和繁殖实验评价了十溴联苯醚(BDE-209)对2种土壤跳虫Folsomia candida和Folsomia fimetaria的急/慢性毒性。48h的急性回避实验中,BDE-209对F.candida和F.fimetaria产生毒性效应的EC_(50)值分别为1.27和0.79mg·kg~(-1),LOEC值均小于0.5mg·kg~(-1)。慢性繁殖实验中,BDE-209对F.candida和F.fimetaria繁殖毒性的EC_(50)值分别为0.81和0.56mg·kg~(-1),LOEC值分别为<0.25和<0.5mg·kg~(-1)。研究表明,土壤BDE-209污染对跳虫的繁殖和环境行为有显著影响,且在较低暴露浓度下(0.25mg·kg~(-1))即对跳虫繁殖产生抑制效应;有性生殖的F.fimetaria比孤雌生殖的F.candida对BDE-209污染的毒性响应更为敏感。     

五氯酚对土壤跳虫代谢转化酶基因和蜕皮相关基因表达的影响

五氯酚(PCP)是一种广泛存在于环境中的有机污染物。利用土壤跳虫(Folsomia candida)作为受试生物,研究了不同浓度的PCP暴露下细胞色素P450(CYP450)基因、谷胱甘肽转移酶(GST)基因和蜕皮相关基因表达水平的变化。结果显示,PCP暴露下,跳虫CYP450基因Fcc01651、Fcc02155、Fcc03650和GST基因Fcc04073、Fcc05260的表达水平未发生显著变化。在PCP浓度为240 mg·kg-1时,跳虫GST基因Fcc00494的表达显著上调。在PCP浓度为120 mg·kg-1和240 mg·kg-1时,几丁质酶基因Fcc00881和几丁质结合域基因Fcc01306的表达受到显著抑制。研究结果可为评价PCP暴露对跳虫的毒性提供一定依据。     

植被恢复方式对重度退化草原土壤跳虫群落的影响

应用类群数、个体密度和多样性指数等群落参数,研究了植被恢复方式对松嫩草原重度退化草地土壤跳虫群落的影响,以了解退化草地土壤跳虫群落重建的可能性以及不同植被条件下群落恢复的差异.结果表明,围栏封育和种植碱茅2 种植被恢复方式均能改善该类退化草地土壤理化性质和跳虫群落环境,提高跳虫类群数、个体密度和多样性;但恢复效果存在明显差异,相对而言,种植碱茅更能显著提高跳虫类群数和个体密度,生物多样性更高,物种更丰富.     

全氟辛烷磺酸盐(PFOS)对土壤跳虫的生态毒性

将两种跳虫(Folsomia candida和Folsomia fimetaria)暴露在全氟辛烷磺酸盐(perfluorooctane sulfonate,PFOS)污染的人工土壤中,利用跳虫存活数量、繁殖数量与回避行为来评价PFOS对跳虫的生态毒性。结果表明,PFOS对F.candida和F.fimetaria急性毒性的LC50(7d)分别为4777和2219mg·kg-1,慢性毒性的EC50(28d)分别为0.13和0.05mg·kg-1。此外,PFOS对两种跳虫回避行为影响的EC50(48h)分别为0.51mg·kg-1(F.candida)和0.31mg·kg-1(F.fimetaria)。分析比较发现,PFOS对跳虫急性死亡率影响很小,但对跳虫的回避行为和繁殖率有显著影响,可用来表征土壤中PFOS的生态毒性,且选用有性生殖的F.fimetaria及其慢性毒性实验来评价土壤中PFOS的毒性相对最灵敏。     

14种工业化学品对土壤跳虫的慢性毒性效应

以跳虫Folsomia candida为受试物种,基于其28 d繁殖实验评价了不同类型包括全氟类、卤系阻燃剂类、化学镀剂类、抗菌剂类、染料类及新关注类共14种化学品的慢性毒性效应.结果表明,在所设浓度范围内,所有物质对跳虫繁殖均存在不同程度的抑制效应.抗菌剂对氯间二甲酚对跳虫慢性毒性最大,对跳虫繁殖毒性的EC50为10.0 mg·kg-1;其次为全氟类的两种物质,全氟十三烷酸、全氟十二烷酸对跳虫繁殖毒性的EC50分别为44.8、49.6 mg·kg-1;新关注类的二苯甲酮、苯并噻唑毒性也较强,对跳虫繁殖毒性的EC50分别为61.4、73.0 mg·kg-1;染料类中的直接蓝71、活性艳红KE-3B等物质的毒性均较弱,在最高浓度(500 mg·kg-1)处理下也未能达到对跳虫繁殖的半数抑制效应.     

土壤外源Sb(Ⅲ)的老化对其形态和跳虫(Folsomia candida)毒性的影响

老化是影响土壤重金属生物可利用性和毒性的重要因素。为了解老化对土壤Sb形态和毒性的影响,结合化学分析和生物测试,以模式生物跳虫(Folsomia candida)为受试生物,研究了北京潮土中外源Sb(Ⅲ)分别老化7 d、60 d后价态、水溶态和急性/慢性毒性的变化。结果表明,老化仅7 d后,土壤较低浓度的Sb主要以Sb(Ⅴ)存在,而浓度较高(1 600、2 400、4 800 mg·kg-1)时Sb(Ⅴ)分别仅占47.4%、27.5%和2.2%,但老化长达60 d后,浓度最高(4 800 mg·kg-1)的土壤中Sb(Ⅴ)的比重上升到38.1%,其他浓度处理的土壤中,均以Sb(Ⅴ)为主。随着老化时间的延长,土壤中水溶态Sb含量占总Sb的比例显著降低。与土壤老化过程中毒性较大的Sb(Ⅲ)向毒性较小的Sb(Ⅴ)转化与水溶态Sb含量下降相一致,Sb对跳虫的毒性随老化时间的延长明显减弱:7 d老化后土壤Sb对跳虫急性存活的半数致死浓度(LC50)为2 105 mg·kg-1,对跳虫慢性存活的LC50为683 mg·kg-1,对跳虫繁殖的半数效应浓度(EC50)为307 mg·kg-1;老化60 d后土壤Sb对跳虫急性存活、慢性存活的LC50均大于设置的最高浓度,对跳虫繁殖的EC50为1 419 mg·kg-1。因此,对于Sb这种变价金属而言,当进行土壤Sb生态毒性评价时,为避免高估其生态风险,考虑老化作用显得尤为重要。     

跳虫在土壤污染生态风险评价中的应用

随着土壤污染生态风险评价研究的逐步深入,选择适宜的生物作为风险评价的指示物成为研究热点.跳虫是一种分布极为广泛的土壤无脊椎动物,对土壤污染十分敏感,具有成为土壤环境质量指示生物的良好潜力.目前跳虫在土壤生态风险评价中的应用研究尚处于起步阶段.论文综述了跳虫在土壤生态系统中的作用,通过对当前跳虫生态毒性测试技术及其影响因素的综合分析,结合跳虫的分子生态效应的研究进展,详细阐述了跳虫在土壤生态风险评价中的应用.论文最后提出了跳虫应用于土壤污染生态风险评价所面临的技术障碍以及亟待解决的问题,并对该领域的前景进行了展望。