环保百科今天分享土壤Cd污染对跳虫Folsomia candida的生态毒性，大家是否对土壤Cd污染对跳虫Folsomia candida的生态毒性感兴趣呢。
跳虫又名弹尾虫(springtails)，是弹尾纲(collembolan)生物的俗称，是一种分布极为广泛的土壤节肢动物，与线虫、螨虫共同构成三大土壤动物，在土壤生态系统中扮演着重要角色。跳虫是土壤生态系统的重要组成部分，它们通常个体小，与土壤颗粒和孔隙水直接接触，将它们暴露在污染土壤中，其毒害效应要比其他动物更容易被观测到。跳虫因生长周期短，繁殖快，易于实验室人工培养，操作简便等优势，被长期用于土壤生态毒理学实验，成为土壤生态风险评价中重要的模式生物。而白符跳虫(Folsomia candida)则是在生态毒理实验中应用最为广泛，技术最为成熟的一种跳虫。F.candida是目前在土壤生态风险评价中应用最为广泛的一类跳虫，F.candida的栖息地主要是有机质含量比较高的地区。F.candida有非常发达的弹器，受到外界刺激会很快做出反应并且出现弹跳行为。F.candida为卵生，生殖方式为孤雌生殖。
国外利用跳虫开展生态毒理研究较早，国内的研究相关报道较少。有关重金属对跳虫的毒理效应研究主要集中在Hg和Cu等污染，而Cd污染的研究较少有报道。随着ISO 11267和ISO 11573跳虫毒理实验国际标准的发布，利用跳虫来评价土壤环境中重金属污染有了指导规范。本研究以跳虫F.candida为实验材料，探讨了不同浓度的土壤Cd污染对跳虫生存、繁殖和回避行为的影响，获得相关的毒理数据，为开展Cd污染的土壤生态风险评价提供基础数据。
滤纸法跳虫存活实验结果如图3，在Cd污染浓度低于3200mg·kg-1的滤纸上暴露24h后，跳虫未受影响，而当Cd污染浓度达到4000mg·kg-1时，存活跳虫数量显著降低(存活8只)(F=5.65，P<0.01)。跳虫在Cd污染浓度低于1600mg·kg-1的滤纸上暴露48h后，存活跳虫数量有下降趋势，当Cd污染浓度达到4000mg·kg-1时存活跳虫显著降低(存活7只)(F=7.43，P<0.01)。跳虫在Cd污染浓度大于200mg·kg-1的滤纸上暴露72h后，存活跳虫数量开始下降，当Cd污染浓度大于800mg·kg-1时，存活跳虫数量显著下降(F=23.24，P<0.01)。表明跳虫在不同Cd污染浓度下暴露不同时间后，存活的跳虫数量不同。暴露时间越长，相同Cd污染浓度对跳虫毒害程度越大。
人工土壤跳虫急性存活实验结果如图4，随着Cd浓度的增加死亡的跳虫数逐渐增加，存活数减少，在Cd浓度大于400mg·kg-1时，各个浓度处理条件下，跳虫存活数与对照中跳虫存活数均有显著性差异(F=48.94，P<0.05)，当Cd浓度达到4000mg·kg-1时，跳虫几乎全部死亡。跳虫的急性存活实验灵敏度较低，一般作为回避实验和繁殖实验的预实验，以便确定后续实验的Cd浓度。
如图5所示，随着Cd浓度的增加，跳虫的回避率逐渐提高，在Cd浓度为1000mg·kg-1时，跳虫回避率达82.5%。在设定的Cd浓度大于200mg·kg-1时，跳虫开始表现出回避行为。在Cd浓度为800mg·kg-1时，跳虫回避率超过70%，跳虫表现出明显的回避行为。可以看出，跳虫的急性回避实验周期短，比急性存活实验更加灵敏，能够更灵敏地表征Cd对跳虫的生态毒性。
如图6所示，跳虫成虫数量没有随Cd浓度的增加而明显减少，仅在最高浓度1200mg·kg-1时有部分成虫死亡。跳虫繁殖的幼虫数量随着Cd浓度的增加而减少，在Cd浓度大于80mg·kg-1的各处理，幼虫数量与对照组之间均有显著性差异(F=119.14，P<0.05)。在最高Cd浓度处理下(1200mg·kg-1)，跳虫繁殖的幼虫数量仅为对照组的6%，表明Cd对跳虫的繁殖有抑制作用，产生了慢性毒性效应。跳虫繁殖幼虫的数量一般同成虫数量保持正相关，成虫死亡数增加，繁殖幼虫数量减少，与本实验相符。一般随着污染物浓度的增加，跳虫繁殖幼虫数量会不断减少。
用半数致死浓度LC50和半数效应浓度EC50来评价Cd对跳虫毒性大小(表1)。Cd对跳虫的半数致死浓度LC50为2086.93mg·kg-1；跳虫的回避行为半数效应浓度EC50为721.26mg·kg-1；Cd对跳虫繁殖毒性的半数效应浓度EC50为224.95mg·kg-1。可以看出，EC50要远小于LC50，EC50更灵敏。表明回避实验和慢性毒性实验更适合进行Cd的生态毒性评价，且繁殖抑制对土壤Cd污染更敏感。
在我国，有关Cd对F.candida的毒理效应的基础研究仍比较缺乏，利用人工土壤研究Cd对F.candida的毒性，能够为我国以Cd污染自然土壤为基质研究Cd对F.candida毒理效应提供参考，同时为研究Cd污染土壤的生态风险评价提供基础毒理数据。跳虫的4种毒性实验均能从不同方面表征土壤中Cd的生态毒性，其中急性毒性实验和回避实验暴露时间较短，用于评价重金属Cd对跳虫的急性毒性。而繁殖实验暴露时间较长，用于评价重金属Cd对跳虫的慢性毒性。
滤纸法是一种皮肤染毒的方式，该方法便捷方便。滤纸法实验结果所显示的只是通过皮肤接触溶液所产生的毒性信息，较难反映重金属对环境的真实影响，但可以用于重金属对跳虫的潜在毒性的早期评估实验。土壤暴露实验可能较溶液暴露实验更能反映实际的环境影响。实际环境中重金属对跳虫的毒性可能不仅取决于重金属本身的毒性，而且可能与重金属在土壤中的行为及在跳虫体内的代谢过程相关。人工土壤法能够尽可能模拟自然土壤环境，使实验结果尽可能真实地反映自然界中重金属对跳虫的实际影响。Krogh研究表明标准土壤实验中Cu对弹尾目F.candida的LC50平均值为1541mg·kg-1，本研究中Cd对F.candida的LC50值为2086.93mg·kg-1，表明不同重金属对跳虫的LC50值在不同的研究系统中有较大差异。重金属Hg对土壤跳虫的毒性研究有一些报道，如近期刘传栋等研究了我国4种土壤跳虫对重金属Hg的响应，利用Bliss 法测得4种跳虫的LC50值在35~92mg·kg-1之间；董继鑫等研究发现Hg在不同类型土壤中对F.candida的LC50为0.92~1.9。这些研究结果与本实验中Cd对F.candida的LC50有很大差异，这可能与跳虫自身性质差异、重金属类型、重金属胁迫时间以及LC50的计算方法等有关系。
繁殖率的降低是生物体应对外界污染的措施，会直接影响种群的数量。因此繁殖率作为亚致死剂量水平研究的指标，一直是土壤污染物毒性研究的一个重要指示因子。跳虫繁殖率的EC50具有很高的有效性。本研究的繁殖抑制实验中EC50值为224.95mg·kg-1，明显低于LC50值(2086.93mg·kg-1)，说明在土壤污染生态风险评估方面，跳虫的繁殖率实验优于跳虫死亡率实验。早期Sandifer和Hopkin研究发现Cd对F.candida繁殖抑制的EC50值为590mg·kg-1，高于本研究的EC50。Crommentuijn等的研究表明当Cd浓度达到326mg·kg-1时，F.candida的繁殖仍未受影响，而Menta等的研究得出Cd对F.candida繁殖抑制的EC50值仅为47.2mg·kg-1。Bur等利用法国西南部的耕作土壤研究Cd对F.candida繁殖抑制的EC50值为182mg·kg-1。van Gestel和Mol利用人工土壤研究Cd对F.candida的毒性效应，其繁殖抑制半数效应浓度为193mg·kg-1，该值与本研究的结果较一致。表明土壤性质对Cd的跳虫毒性效应有重要影响。其他重金属的相关研究国内也已有报道，如近期董继鑫等研究发现Hg在不同土壤类型中对F.candida繁殖抑制的半数效应浓度值在0.98~2.43的范围，且土壤阳离子交换量(CEC)与EC50浓度呈显著正相关关系，指出CEC可能是导致不同类型土壤中Hg对F.candida的毒性差异的主要原因。Liu等利用北京市郊区农田土壤研究Hg对跳虫的毒性效应，其繁殖抑制半数效应浓度EC50为9.28mg·kg-1，该值显著低于本研究中Cd对F.candida繁殖抑制的EC50值，这可能与重金属本身及研究系统不同有关。另外，岳蕊丽等研究发现低浓度的Cu能促进跳虫的繁殖，而本研究中低浓度的Cd处理并未促进跳虫的繁殖。
研究表明，跳虫能够感知土壤污染物的存在，从而发生迁移行为，回避实验可以作为土壤污染的早期预警工具。本研究中不同Cd暴露浓度下回避实验显示F.candida表现出对Cd污染的回避行为，对于高浓度Cd污染的土壤有明显的回避行为。回避反应的差异性可能与人工土壤中Cd的不均匀分布有关。本研究回避实验中EC50值为721.26mg·kg-1，高于慢性繁殖率实验的EC50值(224.95mg·kg-1)，表明对Cd污染的敏感度较死亡率的更高，而低于繁殖率实验的敏感度。本研究中F.candida能够对约1/3LC50的Cd浓度产生明显回避行为。李晓勇等对Cu的跳虫毒性研究发现，回避实验中跳虫对Cu污染的敏感性要高于死亡率实验和慢性繁殖抑制实验。Liu等研究发现Hg对跳虫回避行为的EC50值甚至低于LC50的一半，表明F.candida对重金属污染的敏感性与重金属类型有关。跳虫在有机物污染的土壤中，其回避实验也表现出很高的敏感性。如张轩等发现全氟辛烷磺酸盐(POFS)以及添加型溴代阻燃剂DBE-209对F.candida回避行为的EC50值显著低于LC50值，而高于慢性繁殖的EC50值。张偲等考察2种有机磷阻燃剂邻磷杂菲基对苯二酚(ODOPB)和高分子双酚A四苯基双磷酸酯(SBDP)对F.candida毒理效应，发现繁殖抑制的EC50远大于回避行为的EC50，表明F.candida的回避行为对不同污染物的敏感性有很大差异。本研究表明慢性繁殖抑制实验对Cd土壤污染最敏感，用作土壤Cd污染生态风险评估的早期预警工具更具有优越性。
编辑：Athena