苯酚對多刺裸腹溞表皮和蛻皮的影響

劉文秀，高 菲，王 蘭，王 茜

（山西大學生命科學學院，山西 太原 030006）

苯酚作為石油加工業、殺蟲劑工廠、化工等許多工業點源的主要污染物之一，可通過食物鏈在生物體內富集，毒性大，腐蝕性強，難降解，是一種重要的環境危害化合物[1]。2017年苯酚市場報告顯示，到2025年，全球對苯酚的需求將繼續增加，此外苯酚泄漏事故的頻繁發生，進一步增加了苯酚進入環境的可能性[2]。20 世紀70年代開始就有大量研究證實，苯酚對水生生物的代謝、生存和生長有不利影響。研究顯示，苯酚明顯抑制了多刺裸腹溞的活動，最終可導致其死亡[3]。即使低濃度的苯酚也會通過表皮、胃腸道和呼吸道進入動物機體[4]，對其健康造成嚴重的損傷[5-6]。所以，苯酚被列為水生系統優先控制污染物之一[7]。

多刺裸腹溞（Moina macrocopa）是浮游生物的一大類群，在水生生態系統食物鏈、生產力和能流中占關鍵性的位置。枝角類有類似于其他甲殼動物的表皮，不僅起保護作用，而且還與運動、生長發育、繁殖活動等生態習性相關[8]。但是表皮不會隨著身體的生長而生長，當長到一定程度后，表皮會限制身體生長，這個時候就要蛻皮，蛻掉表皮，身體就會繼續生長。表皮是生物抵御外界環境的第一道防線，其形態結構和相關的蛻皮行為容易受外界環境的改變，影響機體的生長[9]。咪唑類物質KK-42 顯著增加了日本沼蝦（Macrobrachium nipponense）的表皮厚度，促進了機體的生長[8]。斜紋夜蛾（Spodoptera litura）幼蟲在RH-2485 的脅迫下，表皮明顯變薄，且蛻皮行為不正常，次數減少，從而導致幼蟲死亡[10]。多刺裸腹溞幼體受外界污染物的干擾后，表皮結構和蛻皮行為的改變會影響個體的生長發育，甚至影響整個水域生態系統[11]，從而反映水環境的污染情況[12]，因此，多刺裸腹溞表皮和蛻皮的研究對水產養殖和水域生態環境有著重要意義。

本試驗選用多刺裸腹溞為材料，研究了苯酚對其表皮厚度和蛻皮次數的影響，為進一步研究甲殼動物蛻皮生長的調控機制提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

多刺裸腹溞（Moina macrocop）采自山西省太原市小店區北張村，在山西大學生命科學學院實驗室經過3 代以上孤雌生殖培養，使其敏感度達到GB/T 13266—91[13]的要求。溫度控制在（25±1）℃，pH 值為7.2，溶氧量為8.0～8.3 mg/L，每天光照10 h 左右。

1.2 試驗方法

1.2.1 苯酚對多刺裸腹溞表皮的影響 選取健康狀況良好的1日齡幼溞，分別接種到盛有不同質量濃度苯酚溶液（0，0.25，0.75，1.25，1.75，2.25 mg/L）的燒杯中，置于培養箱染毒24，48 h，光照周期為光∶暗＝16 h∶8 h。培養期間不喂食。苯酚染毒處理后，將存活的多刺裸腹溞過濾、清洗，用Bouin's液固定，瓊脂預包埋，將預包埋好的溞體經系列酒精脫水，常規石蠟包埋、切片，HE 染色，光學顯微鏡觀察、拍照，并記錄表皮厚度數據。

1.2.2 苯酚對多刺裸腹溞蛻皮的影響 將0，0.25，0.75，1.25，1.75，2.25 mg/L 的苯酚溶液，置于 10 mL的試管中，內裝相同體積的試驗用水，每個管中放1 只1日齡幼溞，每個濃度有10 個平行，3 次重復。置于培養箱中，培養期間不喂食，分別觀察和統計苯酚處理裸腹溞 12，24，36，48 h 的蛻皮情況，并進行統計分析。

1.3 數據分析

試驗結果以3 次重復數據的平均值±標準差（Mean±SD）表示。利用SPSS 18.0 統計軟件進行單因素方差分析（One-Way ANOVA），P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01 表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 苯酚對多刺裸腹溞表皮的影響

在苯酚脅迫24 h 后，多刺裸腹溞的表皮厚度呈現先升高后下降的趨勢（圖1，2），尤其在苯酚質量濃度為0.25 mg/L 時，表皮厚度達到最大值（P＜0.01）；在最高質量濃度2.25 mg/L 時，與對照組相比，表皮厚度顯著降低（P＜0.05）；其他處理組與對照組相比，無統計學意義上的差異。

從圖3，4 可以看出，在苯酚脅迫48 h 后，隨著苯酚質量濃度的升高，多刺裸腹溞的表皮厚度下降。在質量濃度0.75～1.25 mg/L 時，表皮厚度顯著低于對照組（P＜0.05）；在 1.75 ～2.25 mg/L 時，表皮厚度極顯著低于對照組（P＜0.01）。

2.2 苯酚對多刺裸腹溞蛻皮的影響

由圖5可知，苯酚脅迫24 h 時，隨著苯酚質量濃度的增加，多刺裸腹溞的蛻皮次數下降，尤其在2.25 mg/L 的苯酚質量濃度下，蛻皮次數與對照組有極顯著差異（P＜0.01），其他苯酚處理組與對照組間無統計學差異。

從圖6可以看出，苯酚脅迫48 h 后，多刺裸腹溞的蛻皮與24 h 有相似的趨勢。0.75 mg/L 苯酚處理組的蛻皮次數顯著低于對照組（P＜0.05）；1.25～2.25 mg/L 苯酚處理組的蛻皮次數極顯著低于對照組（P＜0.01）。

3 結論與討論

甲殼動物為了生長發育，必須蛻去舊的外骨骼，形成新的更大的外骨骼[14]。在蛻皮周期中，表皮動態的變化主要表現為：表皮中有機和無機成分沉積量的多少、表皮各亞皮層的厚度以及上皮細胞的高度變化[15]。在這個過程中牽涉到舊表皮的降解和新表皮的形成，主要包括糖類、脂類、膠原纖維、蛋白質和鈣鹽的合成和降解。陳香麗[8]研究表明，日本沼蝦蛻皮后期，咪唑類物質KK-42 促進了外表皮對水的吸附，內表皮中的糖類等有機物被降解后的重吸收，以及上皮細胞的重吸收作用，使得上皮細胞的厚度顯著增加，表皮增厚，NAGase 活性增強。赤擬谷盜（Tribolium castaneum）隨著UVA 輻射時間的增加，表皮分泌物先增加后減少，表皮先增厚后變薄，表皮結構受損[16]。在本研究中，苯酚脅迫24，48 h 后，多刺裸腹溞表皮厚度與對照組相比顯著降低，說明苯酚對多刺裸腹溞的表皮結構產生影響，但具體的機制仍不清楚。

甲殼動物的蛻皮是個重要而復雜的生理過程，既受體內蛻皮激素的調控，又與營養水平、鹽度、溫度、光照等外界生態因子密切相關[17]。在蛻皮周期紊亂或環境惡劣導致營養不良的情況下，甲殼動物蛻皮后的個體會變小，甚至會出現負增長直至死亡[18]。環境污染物對甲殼類動物蛻皮的不良影響在20 世紀70年代首次被描述，此后有20 多種化學物質被報道[19]。新型非甾醇蛻皮激素類殺蟲劑W200013使棉鈴蟲（Helicoverpa armigera）產生早熟、致死的蛻皮[20]。水中Ca2+，Mg2+和鹽濃度波動幅度過大會影響凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）的蛻皮[21]。在大型溞（Daphnia magna）中，藥物[22-23]、農藥[24-26]、多溴二苯醚（PBDEs）[19]、多氯聯苯（pcb）[24]、異種雌激素[27-28]和五氯酚[29]均對蛻皮有抑制作用，這與本研究的結果一致。這些化學物質改變枝角類動物蛻皮的機制在很大程度上仍不清楚，但可能反映了蛻皮過程中內分泌控制的紊亂[19]。

綜上所述，用苯酚處理多刺裸腹溞的幼溞，能顯著抑制表皮的厚度和蛻皮次數，推測多刺裸腹溞的蛻皮可能與表皮的厚度有一定的相關性，變薄的表皮可能提前抑制了蛻皮活動，尚待進一步研究。