崔喜勤, 林君鋒

(福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350002)

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鎘在擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的積累動(dòng)態(tài)

崔喜勤, 林君鋒

(福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建 福州 350002)

摘要:以擬環(huán)紋豹蛛為研究對(duì)象，通過(guò)田間試驗(yàn)探討擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘的生物積累特征，進(jìn)而定量分析實(shí)際土壤鎘含量與其上活動(dòng)的擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量間的關(guān)系.在為期70天的田間試驗(yàn)中，前42天擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘的積累變化與染鎘喂食量顯著相關(guān)(P<0.01)；后28天的飽和期內(nèi)，其體內(nèi)鎘的積累量既不因停止攝取鎘而減少，也不因繼續(xù)攝取鎘而增加，說(shuō)明擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量的富集飽和期為42天.通過(guò)實(shí)際受污染生境調(diào)查得到與田間試驗(yàn)一致的結(jié)論，即處于未飽和期的擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量與其生境土壤鎘含量存在極顯著正相關(guān).

關(guān)鍵詞:擬環(huán)紋豹蛛; 富集飽和期; 田間試驗(yàn); 實(shí)際受污染生境

自20世紀(jì)30年代以來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，高濃度大劑量污染物進(jìn)入環(huán)境，引起環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重惡化，尤其是重金屬污染物，如鎘(Cd)，以其難降解、易富集的特性影響尤為嚴(yán)重[1].2009年我國(guó)就發(fā)生了多起重金屬污染事件，如4月初陜西省寶雞市鳳翔縣長(zhǎng)青鎮(zhèn)兒童血鉛超標(biāo)事件和7月湖南省瀏陽(yáng)市湘和化工廠鎘污染事件[2].通常因長(zhǎng)期與重金屬(鎘)接觸而引發(fā)的慢性疾病(如在日本發(fā)生的鎘中毒痛痛病)，其病理學(xué)癥狀需要通過(guò)長(zhǎng)期曝露于污染環(huán)境后才可以顯現(xiàn)，因此在早期很難通過(guò)病理學(xué)診斷被發(fā)現(xiàn)[3].為了能夠盡早發(fā)現(xiàn)受重金屬污染環(huán)境的潛在危險(xiǎn)，學(xué)者們已將各種指示生物用于其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，通過(guò)評(píng)價(jià)重金屬在生物體內(nèi)的積累率和積累程度來(lái)預(yù)測(cè)重金屬對(duì)環(huán)境以及暴露于該環(huán)境下生物的影響[4-7].

目前應(yīng)用植物、微生物和土壤無(wú)脊椎動(dòng)物等生物指示物評(píng)價(jià)土壤重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的研究已有報(bào)道[8-9].其中土壤無(wú)脊椎動(dòng)物，如蜘蛛，以活動(dòng)范圍廣，易通過(guò)食物鏈將土壤顆粒和孔隙水中的重金屬富集于體內(nèi)，被視為有效的評(píng)估土壤重金屬污染程度的生物指示物.較多毒理性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)狼蛛科(Lycosidae)蜘蛛對(duì)土壤重金屬污染較敏感[10-14].實(shí)地調(diào)查表明污染區(qū)的狼蛛科蜘蛛體內(nèi)能夠積累大量鎘，在所有的被調(diào)查的類群中，星豹蛛(Pardosaastrigera)體內(nèi)最易富集重金屬鎘[15].擬環(huán)紋豹蛛(Pardosapseudoannulata)，屬狼蛛科(Lycosidae)、豹蛛屬(Pardosa)，是我國(guó)南方稻區(qū)重要的優(yōu)勢(shì)種群.其活動(dòng)范圍覆蓋整個(gè)稻田，包括土壤、水及農(nóng)作物；其體形大，空間生態(tài)位寬，捕食力強(qiáng)，捕食獵物包括稻田彈尾蟲、水蠅及水稻上的害蟲(如稻飛虱).大多數(shù)擬環(huán)紋豹蛛不依靠結(jié)網(wǎng)捕食，屬游獵性蜘蛛，且易于稻田中采集捕捉[16-18].因此，稻田土壤中的重金屬不僅可通過(guò)與擬環(huán)紋豹蛛直接接觸的土壤和水進(jìn)入其體內(nèi)，也可通過(guò)食物鏈的傳遞將重金屬富集于體內(nèi)，從而影響擬環(huán)紋豹蛛生長(zhǎng)發(fā)育、捕食行為、生理代謝、遺傳變異和種群動(dòng)態(tài)等生物學(xué)和生態(tài)學(xué)特性.

本試驗(yàn)以擬環(huán)紋豹蛛為研究對(duì)象，探討擬環(huán)紋豹蛛對(duì)鎘的生物積累特征，定量分析實(shí)地土壤鎘含量與該區(qū)域活動(dòng)的擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量之間的關(guān)系，旨在評(píng)定土壤鎘污染程度，為對(duì)潛在的重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供依據(jù).

1材料與方法

1.1蜘蛛樣品采集、飼養(yǎng)和染毒

1.1.1無(wú)污染樣品采集和飼養(yǎng)2013年6月25日于福建農(nóng)林大學(xué)作物學(xué)院試驗(yàn)田里，將10頭攜帶卵袋的雌性成年擬環(huán)紋豹蛛帶回實(shí)驗(yàn)室.每只雌成蛛均單獨(dú)置于透明塑料瓶中(D上=7 cm，D下=6 cm，H=11 cm)，紗布封口，用無(wú)污染果蠅喂養(yǎng)至產(chǎn)出若蛛.

待若蛛從雌蛛背上擴(kuò)散開后，從每群中隨機(jī)抽選出8～20頭幼蛛置于塑料罐中單獨(dú)飼養(yǎng)，共150頭.塑料瓶底鋪一層孔徑為0.45 μm的濾紙和直徑約為3 cm的飽和濕棉球，定期用2～3齡褐飛虱若蟲喂養(yǎng)若蛛至2齡.每周更換一次塑料瓶.從3齡開始用果蠅(成蟲)飼喂直到15周齡期.所有蜘蛛飼養(yǎng)均在溫室完成：溫度(20±1) ℃，相對(duì)濕度RH 80%～90%，光照∶黑暗=16∶8.

1.1.2樣品染毒果蠅染毒方法：先將果蠅用CO2氣體滅活，再用10 mol·L-1CdCl2溶液浸泡5 min，取出放置于干燥濾紙上自然風(fēng)干，備用于飼喂蜘蛛.

樣品染毒方法：試驗(yàn)前先取20頭1齡若蛛經(jīng)滅活并冷凍貯存用于測(cè)定其初始體內(nèi)鎘含量，其余蜘蛛于試驗(yàn)開始后飼喂經(jīng)鎘染毒的果蠅.試驗(yàn)第14、28和42天，分別隨機(jī)取出18、20和18頭滅活用于測(cè)定其體內(nèi)鎘含量，并于第42天將剩余蜘蛛分為2組(分別為SY1和SY2).SY1繼續(xù)用染毒果蠅飼養(yǎng)，SY2用無(wú)染毒的果蠅飼養(yǎng)，直到第70天試驗(yàn)結(jié)束.在第56和70天時(shí)，分別取SY1蜘蛛16和20頭，SY2蜘蛛18和20頭.

喂飼方法：蜘蛛喂飼都在每周三和周日進(jìn)行，每次7只果蠅. 每次飼喂時(shí)計(jì)算被吃掉的和未吃掉的果蠅數(shù)，便于計(jì)算試驗(yàn)過(guò)程中每頭蜘蛛吃掉的果蠅總數(shù). 試驗(yàn)期間蜘蛛共蛻皮6～7次.

1.1.3實(shí)際污染樣品的采集和處理2013年7月初于龍巖市某鋼鐵廠附近小溪沿岸約500 m(主要是農(nóng)田)范圍內(nèi)，用平行線跳躍法分12個(gè)采樣點(diǎn)手工采集324頭性成熟的雄、雌成蛛帶回實(shí)驗(yàn)室；同時(shí)采用蛇形布點(diǎn)法在已采集到蜘蛛的采樣區(qū)采集0～20 cm的表層土壤，混合均勻后按四分法獲取足量的土壤樣品裝入采樣袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，剔除植物殘?bào)w和石塊，磨細(xì)、過(guò)篩，保存于塑料袋中，用于測(cè)定鎘含量.

1.2鎘含量測(cè)定

1.2.1蜘蛛和果蠅樣品鎘含量的測(cè)定所有待測(cè)蜘蛛樣品按1.1.2中所述試驗(yàn)階段分組，每組隨機(jī)抽取2頭為一個(gè)測(cè)定樣， 即每組包含8～10個(gè)平行測(cè)定樣.將每個(gè)測(cè)定樣的蜘蛛置于一個(gè)經(jīng)去離子水洗凈晾干的燒杯(100 mL)，于烘箱內(nèi)(溫度控制在60 ℃)烘干12 h，并稱重(0.01 mg，德國(guó)賽多利斯)；隨后用20 mL 60%的硝酸溶液消解直到無(wú)固體物殘留，待消煮液冷卻至室溫后定容于25 mL容量瓶中，用塞曼石墨爐原子吸收光譜儀(AA240Z，美國(guó)瓦里安公司)測(cè)定鎘含量.

以5只果蠅為一個(gè)測(cè)定樣，以相同方法測(cè)定各試驗(yàn)段的果蠅體內(nèi)鎘含量.

1.2.2土壤樣品鎘的測(cè)定將10 g土壤樣品置于振蕩瓶中，加入50 mL 0.1 mol·L-1HCl混合振蕩1 h，過(guò)濾提取浸提液，用塞曼石墨爐原子吸收光譜儀(AA240Z，美國(guó)瓦里安公司)測(cè)定鎘含量.測(cè)定過(guò)程中均采用加標(biāo)法控制測(cè)定的準(zhǔn)確性，回收率為96.5%.

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 15和Sigmaplot 11.0完成統(tǒng)計(jì)分析，即t檢驗(yàn)和線性回歸分析.

2結(jié)果與分析

2.1鎘在擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)積累

圖1為鎘在擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)積累量隨時(shí)間的變化情況(A為整個(gè)試驗(yàn)期用染鎘的果蠅飼喂，B為從第42天開始用無(wú)污染的果蠅飼喂).由圖1可知，前42天擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的鎘含量顯著上升(rA=0.956,P<0.001；rB=0.966,P<0.001)，至第42天鎘含量達(dá)到飽和，含量約為7.89 μg·只-1.從第42天開始，擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量不再上升(rA=0.149,P=0.432>0.05；rB=0.104,P=0.576>0.05)，保持相對(duì)穩(wěn)定值.在歷時(shí)70天的試驗(yàn)期內(nèi)，A和B的擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)積累含量分別為理論最大積累量的47.8%和48.9%(理論最大積累量為染毒的果蠅鎘含量乘以被擬環(huán)紋豹蛛食掉的果蠅數(shù)，即圖1中虛線和橫坐標(biāo)包圍的面積).由此說(shuō)明，第42天以后，積累在擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的鎘經(jīng)同化后不再?gòu)捏w內(nèi)排出.值得一提的是，在整個(gè)試驗(yàn)期間未出現(xiàn)擬環(huán)紋豹蛛死亡現(xiàn)象.

由圖1A可知，試驗(yàn)期間擬環(huán)紋豹蛛雖然一直攝取染毒果蠅，但其體內(nèi)鎘含量在前42天呈顯著上升趨勢(shì)(rA=0.956,P<0.001)，至42天以后則穩(wěn)定趨于飽和(rB=0.149,P=0.432>0.05)的變化規(guī)律，飽和量約為7.89 μg·只-1，說(shuō)明當(dāng)擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的鎘含量達(dá)到飽和后，再攝取的過(guò)量鎘不會(huì)在擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)積累，而是通過(guò)一定途徑排出了體外.圖1B進(jìn)一步驗(yàn)證了鎘在擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的積累飽和期為42天(rB=0.966,P<0.001)，但同時(shí)42天后雖然以無(wú)污染的果蠅飼喂，鎘含量仍保持在飽和水平而未有下降(rA=0.104,P=0.576>0.05)，說(shuō)明在飽和水平以下擬環(huán)紋豹蛛積累在體內(nèi)的鎘經(jīng)同化后不會(huì)從其體內(nèi)排出.

在歷時(shí)70天的試驗(yàn)期內(nèi)，A和B的擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)積累的鎘含量分別為理論最大積累量的47.8%和48.9%(圖1的虛線部分，理論最大積累量為染毒的果蠅鎘含量乘以被擬環(huán)紋豹蛛食掉的果蠅數(shù))，試驗(yàn)期間未出現(xiàn)擬環(huán)紋豹蛛死亡現(xiàn)象，但出現(xiàn)3～4次的蛻皮現(xiàn)象.

圖2描述了前42天擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量與被食掉的果蠅數(shù)之間的關(guān)系.由圖可知，擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量隨被食掉的果蠅數(shù)的增多呈顯著線性增加(r=0.909 4,P<0.001).說(shuō)明在擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘積累量未達(dá)到飽和前，擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘的富集量與攝取量呈線性相關(guān)，其相關(guān)性方程為y=38.44+3.53x.

2.2擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量與其生境土壤鎘含量的關(guān)系

圖3為實(shí)際土壤鎘污染程度與其上抓捕到的擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘積累量的關(guān)系.由圖可知，擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的鎘含量(圖3A)和鎘含量(圖3B)均隨其生境土壤鎘含量的增加呈指數(shù)上升(rA=0.983,rB=0.979)，相關(guān)性方程分別為y=46.572+23.903ln(x))和y=1.500+0.780ln(x).

由圖3B可得，實(shí)際生境中擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的最高鎘含量約為試驗(yàn)環(huán)境中飽和含量的1/3(飽和含量約為7.89 μg·只-1，圖1)，表明實(shí)際生境中擬環(huán)紋豹蛛可能通過(guò)其它方式富集更多量鎘直至飽和.

3討論

本研究發(fā)現(xiàn)在為期70天的田間試驗(yàn)中，前42天擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘的積累變化與其染鎘喂食量有關(guān)，此后的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)其體內(nèi)的鎘含量與染鎘喂食量無(wú)關(guān)，保持相對(duì)穩(wěn)定，即達(dá)到飽和(圖1和圖2)，說(shuō)明擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量的富集飽和期為42天.

擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的鎘含量達(dá)到飽和后繼續(xù)染鎘喂食但體內(nèi)鎘含量并未增加，說(shuō)明飽和水平下過(guò)量攝入的鎘可通過(guò)一定途徑從體內(nèi)排出.試驗(yàn)期間擬環(huán)紋豹蛛經(jīng)歷了3～4次的蛻皮，無(wú)死亡現(xiàn)象，基于此可認(rèn)為擬環(huán)紋豹蛛攝取的過(guò)量鎘可能通過(guò)蛻皮方式排出體外.與水產(chǎn)甲殼類動(dòng)物(如龍蝦、食草蝦等)通過(guò)體表蛻皮的方式將重金屬排出體外的方式類似[19-20].但飽和水平下擬環(huán)紋豹蛛攝取的過(guò)量鎘是否通過(guò)蛻皮的方式排出體外有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證.

當(dāng)擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的鎘含量飽和后，無(wú)鎘喂食并未降低體內(nèi)鎘含量，說(shuō)明飽和水平下已同化的鎘不易從擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)排出，與Van Honk et al[21]的研究結(jié)果一致.這很可能與擬環(huán)紋豹蛛典型的取食方式及重金屬貯存方式有關(guān).擬環(huán)紋豹蛛的進(jìn)食方式是先吐出消化液，將食物在體外消化為液體后再全部吞食，進(jìn)而能徹底有效的吸收重金屬.其次，有研究表明多數(shù)節(jié)肢動(dòng)物，吸收的重金屬鎘、鉛、銅和汞在體內(nèi)多以顆粒態(tài)形式富集于液泡，液泡起到隔離富集重金屬使其難以外排的作用[22-23].也有研究表明蜘蛛的中腸囊具有潛在的較高的同化率，同節(jié)肢動(dòng)物的液泡一樣是重金屬重要的貯存富集器官[7,22,24].但另有研究發(fā)現(xiàn)，蜘蛛的中腸囊上皮細(xì)胞會(huì)發(fā)生破裂，使其內(nèi)貯存的Cd釋放并流入中腸消化道，最終從體內(nèi)排泄出[12-13,15,25]，這種情況會(huì)導(dǎo)致重金屬積累量達(dá)到飽和后還會(huì)再下降，而本試驗(yàn)達(dá)到飽和期后鎘含量并未下降或有較大波動(dòng)，說(shuō)明擬環(huán)紋豹蛛在試驗(yàn)期間沒(méi)有類似情況.同時(shí)推測(cè)，與擬環(huán)紋豹蛛類似的蝸牛、蚯蚓、擬蝎等足類動(dòng)物，也具有較高穩(wěn)定的鎘富集能力.

實(shí)際調(diào)查表明，擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量與其生境土壤鎘含量存在極顯著正相關(guān)，即使當(dāng)蜘蛛體內(nèi)鎘含量極低時(shí)，也與土壤鎘保持對(duì)應(yīng)關(guān)系.張征田等[26]研究不同生境重金屬含量對(duì)擬水狼蛛生物學(xué)特性的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)類似的關(guān)系.但Laing et al[27]研究則表明真水狼蛛(Piratapiraticus)體內(nèi)重金屬鎘、銅和鋅與其生境土壤重金屬含量相關(guān)性不明顯.

從人工飼喂染鎘果蠅食物模擬擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘積累情況、實(shí)際田間調(diào)查研究以及相關(guān)資料表明擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)鎘含量主要通過(guò)攝入鎘污染區(qū)生長(zhǎng)的獵物，通過(guò)食物鏈進(jìn)入其體內(nèi)導(dǎo)致鎘的大量富集.由此可見存在以擬環(huán)紋豹蛛作為敏感性指示生物，預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)重金屬污染土壤通過(guò)食物鏈對(duì)環(huán)境產(chǎn)生潛在風(fēng)險(xiǎn)影響的可能性.后續(xù)將進(jìn)一步探討Pb、Cu和Zn等單個(gè)元素或其復(fù)合體在擬環(huán)紋豹蛛體內(nèi)的積累情況.

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(責(zé)任編輯:蘇靖涵 林國(guó)棟)

收稿日期：2016-02-01修回日期：2016-04-18

基金項(xiàng)目:福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013J01090).

作者簡(jiǎn)介:崔喜勤(1977-)，女，副教授.研究方向：生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià).Email:493899421@qq.com.

中圖分類號(hào):X171.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1671-5470(2016)04-0465-06

DOI:10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2016.04.016

Accumulation dynamics of cadmium in wolf spider,Pardosapseudoannulata

CUI Xiqin, LIN Junfeng

(College of Resources and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

Abstract:To effectively utilize bio-indicator to predict heavy meatal contaminated environment at the earliest stage, Pardosa pseudoannulata, also named wolf spider, was fed with cadmium (Cd)-contaminated flies in the laboratory condition for 70 d, with the first 42 d being fed with Cd-contaminated flies and the last 28 d fed with uncontaminated ones. The number of flies eaten and changes in Cd concentrations and contents in P. pseudoannulata were recorded. Meanwhile, P. pseudoannulata and soil were sampled in Cd-contaminated farmland, basing on which the relationship between Cd concentrations in P. pseudoannulata and soil were determined. Results showed that a strong relationship existed between Cd concentrations in P. pseudoannulata and the amount of Cd supplied by feed at the first 42 nd day of feeding (P<0.01). After 42 d, Cd level stayed contant in P. pseudoannulata regardless of being fed with uncontaminated or Cd-contaminated flies, indicating that P. pseudoannulata reached the saturation level at the 42nd d. Moreover, Cd concentrations in P. pseudoannulata coincided well with Cd concentrations in the soil where they inhabited, suggesting that Cd concentrations in P. pseudoannulata was highly correlated with soil Cd before reaching the accumulative saturation level.

Key words:Pardosa pseudoannulata; accumulation saturation period; field trial; contaminated habitat