兩棲動(dòng)物在撫仙湖水體變化生物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

摘要：兩棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境的改變非常敏感，環(huán)境污染會(huì)引起其種群及機(jī)體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。利用兩棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境污染的反應(yīng)以及所檢測(cè)環(huán)境的變化特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)撫仙湖生態(tài)環(huán)境中兩棲動(dòng)物的種群變化、形態(tài)、行為以及細(xì)胞遺傳學(xué)等方面進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究，可以對(duì)撫仙湖實(shí)施水體變化的生物監(jiān)測(cè)，為湖泊生態(tài)環(huán)境的生物監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：兩棲動(dòng)物；水體變化；生物監(jiān)測(cè)；撫仙湖

中圖分類(lèi)號(hào)：Ｑ９５９．５；Ｘ８３５文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0439－８114（２０11）13－2713-03

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｍｐｈｉｂｉａｎ ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｂｉｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎ Ｆｕｘｉａｎ Ｌａｋｅ

ＬＩ Ｈｏｎｇ－ｍｅｉ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｙｕｘｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒsｉｔｙ， Ｙｕｘｉ ６５３１００， Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｍｐｈｉｂｉａｎｓ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｔｏ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｃｈａｎｇｅｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓ ｃｏｕｌｄ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ａｍｐｈｉｂｉａｎ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ． Tｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ａｍｐｈｉｂｉａｎｓ ｔｏ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｅｓｔｅｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ａｍｐｈｉｂｉａｎ ｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ， ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ， ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｃｙｔｏｇｅｎｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅd ｔｏ ｂｉｏｍｏｎｉｔｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎ Ｆｕｘｉｎ ｌａｋｅ， ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｉｏｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｋｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｍｐｈｉｂｉａｎ； ｗａｔｅｒ changes； ｂｉｏｍｏｎｉｔｏｒ； Ｆｕｘｉａｎ ｌａｋｅ

撫仙湖是我國(guó)已知的第二深水湖泊，位于云南省中部，玉溪市境內(nèi)。湖泊面積２１６．６ ｋｍ２， 最大水深１５８．９ ｍ，湖岸線長(zhǎng)１００．８ ｋｍ［１］。該湖位于盆地之中，盆地四周群山環(huán)抱，湖水主要靠降雨和四周山間小溪補(bǔ)給。撫仙湖目前為Ⅰ類(lèi)水質(zhì)，但是隨著生產(chǎn)生活的發(fā)展，湖周?chē)奈廴疽苍谥鹑占又亍＝鼛啄陮?duì)撫仙湖的水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作也在積極開(kāi)展。生物對(duì)低濃度甚至痕量的污染物反應(yīng)迅速，同時(shí)一些作用緩慢的污染物也可以通過(guò)生物的長(zhǎng)期生長(zhǎng)變化得以觀測(cè)，而且生物監(jiān)測(cè)能較好地反映出環(huán)境中多種污染物協(xié)同作用之后的綜合效應(yīng)。與傳統(tǒng)的理化監(jiān)測(cè)方法相比較，生物監(jiān)測(cè)克服了理化監(jiān)測(cè)的局限性和連續(xù)取樣的繁瑣性，能夠直觀、綜合地反映整個(gè)時(shí)期環(huán)境因素改變的情況。所以，在對(duì)撫仙湖水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，生物監(jiān)測(cè)方法受到了重視。

合理選擇指示生物是生物監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵問(wèn)題。撫仙湖的入湖河流、人工濕地、湖濱帶以及周?chē)纳降亍⑥r(nóng)田等生態(tài)環(huán)境中兩棲動(dòng)物資源豐富。由于水陸兩棲的獨(dú)特生活史以及軀體結(jié)構(gòu)的特殊性，使兩棲類(lèi)對(duì)環(huán)境改變的敏感性高于其他類(lèi)群，現(xiàn)已成為一種重要的生態(tài)環(huán)境變化指示者［２－５］。結(jié)合撫仙湖生態(tài)環(huán)境中兩棲動(dòng)物的調(diào)查研究、室內(nèi)初步試驗(yàn)現(xiàn)狀以及目前利用兩棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)環(huán)境的一些方法，對(duì)兩棲動(dòng)物在撫仙湖水體變化生物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行如下探討。

１兩棲動(dòng)物種群動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)

通過(guò)走訪發(fā)現(xiàn)，歷史上撫仙湖的兩棲動(dòng)物種類(lèi)豐富、分布廣泛，而且數(shù)量相對(duì)較多，但是缺乏對(duì)其種群生態(tài)學(xué)研究的詳細(xì)資料。李紅梅等［６］調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前撫仙湖的兩棲動(dòng)物共計(jì)１４種，以黑眶蟾蜍、華西蟾蜍和牛蛙等分布相對(duì)廣泛；蛙科的土著種類(lèi)較多，但是分布狹窄。總體來(lái)看，兩棲動(dòng)物的種群結(jié)構(gòu)與分布和水質(zhì)狀況關(guān)系密切。部分兩棲動(dòng)物出現(xiàn)了種群衰退現(xiàn)象，其數(shù)量變化超出了種群的自我恢復(fù)能力。究其原因是由于撫仙湖周邊一些人類(lèi)活動(dòng)密集地如工業(yè)、旅游、農(nóng)業(yè)的發(fā)展致使水體污染加重，部分兩棲動(dòng)物生境遭到破壞或者被片段化，導(dǎo)致了兩棲動(dòng)物種群生存能力下降，潛在的擴(kuò)散能力受到限制，進(jìn)而造成種群遺傳多樣性下降，對(duì)自然界變化適應(yīng)性降低。另外，外來(lái)物種的引入也增大了土著物種的競(jìng)爭(zhēng)壓力，例如牛蛙（Ｒａｎａ ｃａｔｅｓｂｅｉａｎａ）在撫仙湖人工濕地中就是兩棲動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種。除此之外，在當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，各種農(nóng)藥及化肥的使用時(shí)間常常與兩棲動(dòng)物的繁殖時(shí)間相重合。２０世紀(jì)８０年代以來(lái)，各國(guó)加強(qiáng)開(kāi)展了農(nóng)藥和重金屬等環(huán)境污染物對(duì)兩棲動(dòng)物影響的研究，證實(shí)了各種殺蟲(chóng)劑、除草劑、化學(xué)肥料以及重金屬離子等環(huán)境污染物在兩棲動(dòng)物種群衰退中起到了關(guān)鍵性作用［７，８］。

根據(jù)以上發(fā)現(xiàn)，利用撫仙湖兩棲動(dòng)物種群、數(shù)量、地理分布以及生態(tài)學(xué)相關(guān)參數(shù)的變化特點(diǎn)，可以對(duì)撫仙湖水體進(jìn)行監(jiān)測(cè)研究。通過(guò)常規(guī)的野外生態(tài)學(xué)調(diào)查與采樣、單因子的分析研究、室內(nèi)多因子的交互試驗(yàn)研究、靈敏度分析等多種研究方法，對(duì)撫仙湖中兩棲動(dòng)物種群動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而建立并不斷完善撫仙湖兩棲動(dòng)物數(shù)據(jù)共享信息系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)比不同時(shí)期的監(jiān)測(cè)資料，為撫仙湖水體生物監(jiān)測(cè)以及物種保護(hù)措施的制定提供依據(jù)。

２兩棲動(dòng)物形態(tài)和行為變化監(jiān)測(cè)

研究表明，許多環(huán)境污染物能對(duì)兩棲動(dòng)物的卵和幼體的存活及成長(zhǎng)產(chǎn)生負(fù)面影響。如重金屬、除草劑、殺蟲(chóng)劑等能導(dǎo)致雄性兩棲動(dòng)物個(gè)體的性腺異常發(fā)育、性別紊亂，并對(duì)青蛙和蟾蜍具有急性毒性作用，增加了兩棲動(dòng)物胚胎的畸形率和死亡率［９－１１］。

徐士霞等［１２，１３］詳細(xì)闡述了主要水體污染物對(duì)部分兩棲類(lèi)動(dòng)物的蝌蚪形態(tài)和行為的危害，主要包括煤渣污染會(huì)導(dǎo)致牛蛙畸形，并使其代謝率提高；殺蟲(chóng)劑殺螟硫磷會(huì)導(dǎo)致飾紋姬蛙畸形、行為異常、生長(zhǎng)減緩；在０．００１ ｍｇ／Ｌ的ＤＤＴ中暴露３３ ｄ，會(huì)使歐洲林蛙蝌蚪脊柱扭結(jié)，尾巴向左側(cè)扭曲，左腿完全伸直，膝關(guān)節(jié)僵化，生長(zhǎng)發(fā)育速率加快；殺蟲(chóng)劑西維因３．５ ｍｇ／Ｌ可使楔頭蛙蝌蚪９０％的活動(dòng)能力降低，沖刺游動(dòng)速度和距離顯著降低，捕食能力和逃避天敵的能力會(huì)受到影響，生長(zhǎng)速率和適應(yīng)環(huán)境的能力也大大降低。李紅梅等［１４］通過(guò)室內(nèi)毒性試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，洗衣粉、洗滌劑、除草劑、總氮、總磷、Ｐｂ２＋、Ｃｕ２＋、Ｍｎ７＋、Ｃｄ２＋在一定濃度下對(duì)牛蛙蝌蚪具有毒性作用。李紅梅等［１４］通過(guò)在野外條件下對(duì)牛蛙的產(chǎn)卵量、蝌蚪的孵化率、成活率及畸形率的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，人群居住密集、旅游業(yè)發(fā)達(dá)、農(nóng)作物種植較多地區(qū)的入湖河流周邊水域與目前為Ⅰ類(lèi)水質(zhì)的撫仙湖周邊多個(gè)人工濕地相比，蝌蚪的死亡率明顯增高，還出現(xiàn)了少量畸形情況。

由于兩棲動(dòng)物對(duì)多數(shù)污染物非常敏感，污染物除了會(huì)引起其生長(zhǎng)過(guò)程中的形態(tài)異常外，還能引發(fā)其直觀的行為反應(yīng)，例如攝食、逃避敵害或其他行為的改變。因此，可在自然狀態(tài)下選擇撫仙湖周邊水域分布廣泛的特定蝌蚪種類(lèi)進(jìn)行形態(tài)及行為變化的定期觀察監(jiān)測(cè)，并通過(guò)室內(nèi)回避試驗(yàn)以及以蝌蚪死亡率和畸形率為指標(biāo)的毒性試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)撫仙湖水體中一定時(shí)期污染物質(zhì)的類(lèi)別及相對(duì)量，再結(jié)合理化監(jiān)測(cè)就可以更好地對(duì)水體環(huán)境進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)。

３兩棲動(dòng)物細(xì)胞遺傳學(xué)監(jiān)測(cè)

水體污染、環(huán)境變化會(huì)引起生活在其中的生物有機(jī)體的細(xì)胞發(fā)生變化。目前用來(lái)評(píng)價(jià)化合物對(duì)生物體遺傳毒性大小的方法主要有紅細(xì)胞微核試驗(yàn)、染色體畸變、姊妹染色單體交換試驗(yàn)（Ｓｉｓｔｅｒ ｃｈｒｏｍａｔｉｄ ｅｘｃｈａｎｇｅ，ＳＣＥ）、彗星試驗(yàn)（Ｃｏｍｅｔ ａｓｓａｙ）等。其中，紅細(xì)胞微核試驗(yàn)和彗星試驗(yàn)被較多地用于兩棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境變化的監(jiān)測(cè)中。紅細(xì)胞微核試驗(yàn)技術(shù)是１９７５年Ｋｌｉｇｅｒｍａｎ等［１５］成功地以理化因素誘發(fā)蔭魚(yú)細(xì)胞染色體畸變以來(lái)，發(fā)展起來(lái)的應(yīng)用動(dòng)物分裂相細(xì)胞進(jìn)行微核監(jiān)測(cè)的技術(shù)，是檢查環(huán)境污染物對(duì)染色體損傷效應(yīng)的一種簡(jiǎn)便、快速而有效的方法。微核檢出率高反映出染色體受損的程度高，檢出率的高低和誘變劑的活性、劑量、處理時(shí)間及細(xì)胞有絲分裂的速度等因素有關(guān)［２，１６］，并且陳軍建等［２］已將青蛙蝌蚪紅細(xì)胞微核試驗(yàn)發(fā)展成監(jiān)測(cè)水體污染物誘變活性的一種規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的生物活體快速檢測(cè)系統(tǒng)。彗星試驗(yàn)即單細(xì)胞凝膠電泳技術(shù)（Ｓｉｎｇｌｅ ｃｅｌｌ ｇｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，ＳＣＧＥ），是一種在單細(xì)胞水平上檢測(cè)有核細(xì)胞ＤＮＡ損傷和修復(fù)的方法［１７］。國(guó)外已經(jīng)建立起了比較科學(xué)、規(guī)范、實(shí)用的以蝌蚪為試驗(yàn)材料進(jìn)行ＳＣＧＥ試驗(yàn)監(jiān)測(cè)水體污染的檢測(cè)體系。如果細(xì)胞和ＤＮＡ受損嚴(yán)重，產(chǎn)生的片段多并且小，電泳時(shí)ＤＮＡ遷移量也就越大，遷移距離就越長(zhǎng)，熒光顯微鏡下可觀察到尾長(zhǎng)增加、尾部熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，通過(guò)測(cè)定遷移部分的光密度和遷移距離就可以測(cè)定單個(gè)細(xì)胞的ＤＮＡ損傷程度。

李紅梅等［１８］在野外采集了撫仙湖多個(gè)入湖河流點(diǎn)的牛蛙蝌蚪進(jìn)行了紅細(xì)胞微核試驗(yàn)研究，結(jié)合水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)污染越嚴(yán)重的河流，其牛蛙蝌蚪外周血紅細(xì)胞微核檢出率也就越高，認(rèn)為污染嚴(yán)重的入湖河流水質(zhì)對(duì)牛蛙蝌蚪紅細(xì)胞具有遺傳毒性。由于蝌蚪紅細(xì)胞較大，細(xì)胞分裂旺盛，對(duì)污染物反應(yīng)靈敏，而且蝌蚪體內(nèi)具有轉(zhuǎn)化前誘變劑或前致癌劑為活性成分的污染物的微粒體活性系統(tǒng)，這使蝌蚪不僅能用于檢測(cè)水體中的直接致突變物，還能檢測(cè)水體中的前致突變物［５］。因此，通過(guò)對(duì)兩棲動(dòng)物蝌蚪進(jìn)行細(xì)胞遺傳學(xué)監(jiān)測(cè)，可以快速簡(jiǎn)潔地對(duì)撫仙湖水體污染進(jìn)行預(yù)警。

４小結(jié)

生物監(jiān)測(cè)是利用生物組分、個(gè)體、種群或群落對(duì)環(huán)境污染或變化所產(chǎn)生的反應(yīng)來(lái)闡明環(huán)境污染狀況，從生物學(xué)角度為環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供依據(jù)［１９］。生物和其生存的環(huán)境是一個(gè)統(tǒng)一的整體，生物監(jiān)測(cè)能反應(yīng)一定時(shí)期內(nèi)環(huán)境因素的改變情況以及各因素協(xié)同和拮抗作用的變化結(jié)果。兩棲動(dòng)物的皮膚具有水分滲透和氣體交換能力，而且大多數(shù)生活在水中，化學(xué)及生物污染物通過(guò)水體積累對(duì)其產(chǎn)生脅迫，經(jīng)食物鏈富集作用對(duì)其正常發(fā)育和生存產(chǎn)生影響。

調(diào)查及試驗(yàn)研究表明，在水體及其生態(tài)環(huán)境被污染的情況下，兩棲動(dòng)物的種群動(dòng)態(tài)變化、形態(tài)和行為變化以及細(xì)胞遺傳學(xué)變化明顯，而且對(duì)兩棲動(dòng)物進(jìn)行這些生物監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)便易行。因此，可從兩棲動(dòng)物成體的種群密度、種群結(jié)構(gòu)、生殖力、食性以及卵的孵化率、蝌蚪的存活率和畸形率等宏觀方面進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查研究，并對(duì)兩棲動(dòng)物的紅細(xì)胞微核、染色體及ＤＮＡ的變化等進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)生物學(xué)和環(huán)境科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)等多學(xué)科結(jié)合，建立撫仙湖水體變化的兩棲動(dòng)物監(jiān)測(cè)方法。其監(jiān)測(cè)結(jié)果不僅能直接判斷污染物對(duì)生物的潛在影響、實(shí)際毒性，而且還能由此對(duì)水體環(huán)境質(zhì)量作出評(píng)價(jià)。

由于自然環(huán)境條件下水體中污染物的濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)室毒理學(xué)方法中所采用的濃度，而且水體環(huán)境因子對(duì)兩棲動(dòng)物的影響是聯(lián)合作用，因此，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外的研究相結(jié)合，把生物監(jiān)測(cè)結(jié)果與理化監(jiān)測(cè)結(jié)果結(jié)合起來(lái)分析。其次，要根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際以及污染物類(lèi)型、生物對(duì)污染物反應(yīng)的情況選擇監(jiān)測(cè)物種。另外，環(huán)境污染具有時(shí)空性，污染物對(duì)生物的作用有直接的，也有間接的，有的甚至要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間才能表現(xiàn)出來(lái)。因此，利用兩棲動(dòng)物對(duì)撫仙湖的水質(zhì)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要長(zhǎng)時(shí)間的研究和積累。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文