土壤重金属污染对蚯蚓的急性毒性效应研究

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三唑磷和氯氟氰菊酯对蚯蚓的联合毒性效应

三唑磷和氯氟氰菊酯对蚯蚓的联合毒性效应

三唑磷和氯氟氰菊酯对蚯蚓的联合毒性效应苏连水;杨桂玲;吴声敢;皮天星;王强【摘要】近年来农药复配使用成为普遍现象,它对生态的危害是否有别于农药单独使用?采用OECD人工土壤法,通过急性毒性、回避行为及抗氧化酶(CAT、POD、SOD)活性3个生态响应水平,研究三唑磷和氯氟氰菊酯对蚯蚓的联合毒性效应。

结果表明:三唑磷对蚯蚓7 d和14 d的半数致死浓度(LC50)分别为331.1 mg•kg ̄1和122.0 mg•kg ̄1;氯氟氰菊酯对蚯蚓7 d LC50和14 d LC50分别为897.9 mg•kg ̄1和656.7 mg•kg ̄1。

2种农药按毒性比1:1复配,表现为协同作用。

三唑磷和氯氟氰菊酯对蚯蚓48 h的半数回避浓度(AC50)分别是41.6 mg•kg ̄1和6.0 mg•kg ̄1,两者亦表现为协同作用。

经2种农药单独处理,蚯蚓体内CAT活性呈现轻微上升后下降,而POD和SOD活性无明显变化;复配导致POD活力显著上升,而CAT和SOD活力则显著下降。

研究表明:三唑磷和氯氟氰菊酯复配呈现协同作用,增强彼此对蚯蚓的毒性作用,增大土壤生态危害风险;联合效应的产生与其阻断神经传导这一共同靶标有关。

%The usage of pesticide mixture has been a common method for agriculture which may have many differ ̄ences with the single use of pesticide. The joint toxicity effect of tiazophos and cyhalothrin to earthworm were studied using OECD artificial soil method. Acute toxicity, adviodance behavior and antioxidant enzyme activities (CAT, POD, SOD ) were observed. The result indicated that 7 d ̄LC50 and 14 d ̄LC50 of tiazophos are 331.1 mg•kg ̄1 and 122.0 mg•kg ̄1 in acute toxicity test;7 d ̄LC50 and 14 d ̄LC50 of cyhalothrin are 897.9 mg•kg ̄1 and 656.7 mg•kg ̄1 . The mixture with the ratio of 1:1 of toxic unit showed synergistic effect. The medium concentration for a ̄voidancebehavior (AC50 ) of tiazophos is 41.6 mg•kg ̄1 and of cyhalothrin is 6.0 mg•kg ̄1 in adviodance behavior experiment. The mixture showed synergistic effect. Enzyme activities test indicated that CAT activity rose after de ̄creased when Eisenia foetida was exposed to two pesticide singly. The POD activity increased in the joint expo ̄sure. The CAT and SOD activities decreased in the joint exposure. It is concluded that joint exposure can strengthen toxicity to E. foetida. Joint toxicity effect of tiazophos and cyhalothrin is related to blocking the nerve transduction.【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2016(011)003【总页数】8页(P294-301)【关键词】三唑磷;氯氟氰菊酯;次子爱胜蚓;急性毒性;联合毒性;抗氧化酶活性【作者】苏连水;杨桂玲;吴声敢;皮天星;王强【作者单位】南京农业大学植物保护学院农药系,南京210095; 浙江省农业科学院农产品质量标准研究所,杭州310021;浙江省农业科学院农产品质量标准研究所,杭州310021;浙江省农业科学院农产品质量标准研究所,杭州310021;浙江省农业科学院农产品质量标准研究所,杭州310021;浙江省农业科学院农产品质量标准研究所,杭州310021【正文语种】中文【中图分类】X171.5苏连水,杨桂玲,吴声敢,等.三唑磷和氯氟氰菊酯对蚯蚓的联合毒性效应[J].生态毒理学报,2016,11(3):294-301Su L S,Yang G L,Wu S G,et al.The single and joint toxicity of tiazophos and cyhalothrin to earthworm[J].Asian Journal of Ecotoxicology,2016,11 (3):294-301(in Chinese)农药混合污染联合效应广泛存在,传统意义只关注单一毒性效应而忽视联合毒性效应的评价,低估了污染物危害风险和潜在威胁。

蚯蚓生态毒理试验在土壤污染风险评价中的应用_颜增光

蚯蚓生态毒理试验在土壤污染风险评价中的应用_颜增光

蚯蚓生态毒理试验在土壤污染风险评价中的应用颜增光1,何巧力1,2,李发生1*1.中国环境科学研究院土壤污染与控制研究室,北京 1000122.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨 150090摘要:蚯蚓是评价土壤环境质量的重要指示生物.近年来,蚯蚓生态毒理学取得了快速的发展,诞生了许多新的毒理测试技术和评价方法.概述了当前广泛采用的蚯蚓毒理试验方法,重点介绍毒性试验、种群动态调查、回避试验、生物富集试验、生物标志物试验的原理与特征,论述了各种试验方法在土壤污染环境监测和生态风险评价中的应用,并探讨了蚯蚓生态毒理学未来的发展与应用前景.关键词:蚯蚓;生态毒理学;生态风险评价;土壤污染中图分类号:X53;X17115 文献标识码:A 文章编号:1001-6929(2007)01-0134-09The Use of Earthworm Ecotoxicolo gical Test in Risk Assessmen t of Soil Con taminationYAN Zeng -guang 1,HE Qiao-li 1,2,LI Fa -sheng11.Depart ment of Soil Pollution Control,Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China2.School of Municipal and Environmental Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150090,ChinaA bstract :Earthworm is one of the most important biological indicators of soil qualit y.Earthworm ecotoxicology has made rapid progress in the past years,and a number of test methods and approaches have been developed.The authors provided an overview of establis hed or standardized earth worm tests,including toxicity test,survey of population dynamics,avoidance test,bioaccu mulation test and biomarker test,and gave a brief introduction to their application in monitoring and risk assessment of soil contamination.Moreover,the prospect and future development of earth worm ecotoxicology were discussed.Key words :earthworm;ecotoxicology;ecological risk assessment;soil contamination收稿日期:2006-11-08基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)项目(2004CB418501);国家社会公益性专项(2005DIB3J161)作者简介:颜增光(1972-),男,广西横县人,博士后.*责任作者土壤污染是一个世界性的环境问题.土壤的污染程度和污染效应需要通过环境调查和监测来进行评价,其中生态风险评价是评估和表征污染物生物效应的一种常见方法,用于试验的生物包括动物、植物和微生物,蚯蚓便是其中的标准化测试物种之一.蚯蚓属环节动物门寡毛纲(Oligochaeta),是土壤中生物量最大的无脊椎动物,其在地球物质循环和陆地生态系统食物链物质传递中担负着重要功能,是最易受到环境有毒有害物质伤害的土壤生物之一,因而也是开展土壤污染生态风险评价的重要指示生物[1].蚯蚓毒理试验已广泛应用于对土壤生态环境进行监测和评价,尤其在污染土壤环境风险分级、污染物土壤质量标准与基准的制定、特定污染场地环境风险评价、污染场地修复效果评价等方面有重要的应用价值.近年来,蚯蚓生物标志物作为对污染物低剂量暴露效应的早期检测方法也得到了快速的发展,蚯蚓溶酶体、胁迫蛋白、金属硫蛋白、靶标酶、代谢和解毒酶等已成为检测土壤污染的常规生物标志物,单细胞凝胶电泳(彗星电泳)和DNA 加合物分析也已被广泛用于检测土壤污染物潜在的致癌、致畸、致突变效应.为适应蚯蚓生态毒理研究的快速发展,国际上已于1991,1997和2001年分别在英国的谢菲第20卷 第1期环 境 科 学 研 究Research of Environmental SciencesVol.20,No.1,2007DOI :10.13198/j.res.2007.01.136.yanzg.026尔德、荷兰的阿姆斯特丹和丹麦的奥尔胡斯召开了3次专题学术会议,讨论与交流蚯蚓生态毒理学的研究进展与发展.笔者主要概述蚯蚓生态毒理试验在土壤污染风险评价中的应用,从种群、个体、细胞、生化和分子等多层次、多水平上探讨蚯蚓毒理试验和生物标志物在土壤污染监测、土壤修复效果评价和土壤生态功能诊断上的应用前景和发展方向.1蚯蚓毒性试验在土壤污染监测与修复效果评价中的应用用于土壤生态毒理试验的蚯蚓主要来自后孔寡毛目的正蚓科(Lumbricidae),巨蚓科(Megascolecidae)和真蚓科(E udrilidae),常见的有赤子爱胜蚓(Eisenia fetida),安德爱胜蚓(Eisenia andrei),维尼斯爱胜蚓(Eisenia veneta),红正蚓(Lumbricus rubellus),陆正蚓(Lum bricus terrestris),背暗异唇蚓(Allolobophora caliginosa),Allolobophora chlorotica,Allolobophora tuberculata,Octolasium cyaneum,红丛林蚓(Dendrobaena rubidus),Eudrilus eugeniae,Perionyx ex cavatus,Pheretima posthuma,Octochaetus pattoni,长流蚓(Aporrectodea longa),背暗流蚓(Aporrectodea caliginosa)等10多种.这些蚯蚓是欧洲、北美、非洲、南亚次大陆和亚洲的广布种或本地种,其中最常用的是生活于腐殖质或富含有机质环境中的赤子爱胜蚓(E.fetida)和安德爱胜蚓(E.andrei).国际上已有多种用于开展蚯蚓毒性试验的标准化测试方法,如经济合作与发展组织(OE CD)修订和颁布的试验室测定化学物质对蚯蚓毒性的指导性文件[2)3],国际标准化组织(I SO)制定和颁布的一系列测定蚯蚓急性毒性、亚急性毒性、发育毒性、生殖毒性、回避行为试验、蚯蚓种群野外调查等标准化的试验方法[4)8].其他国家或地区也有自行制定的测试标准,如美国测试与材料学会(ASTM)的/试验室利用蚯蚓开展土壤毒性测试指南0[9],欧洲经济共同体(EE C)的/利用人工土壤测试蚯蚓的毒性0[10].目前,这些方法已被广泛应用于对有毒有害危险性物质的毒性监测和对污染土壤的生态风险评价.蚯蚓急性(致死)毒性和亚急性(亚致死)毒性试验是开发最早、技术最成熟的蚯蚓生态毒理试验.急性毒性试验以蚯蚓14d(或7d)的死亡率为测试终点,用引起蚯蚓半数死亡的致死中浓度(LC50)来表征污染物的毒性;亚急性毒性试验多以蚯蚓的体重(生物量)变化、繁殖量(产茧量)、茧孵化率和幼蚓存活率等作为测试终点,常用引起50%效应的有效中浓度(E C50)来表征污染物的毒性效应,也有用最低可见效应浓度(LOE C)或无可见效应浓度(NOE C)来表征污染物毒性的.这2种毒性试验因具有能够直接反映土壤的污染状况,所需测试设备相对简单,易于操作,耗费较低,有国际标准支撑,有质控程序控制系统的变异性,测试结果具有直接的生态相关性等优点,在土壤污染监测与毒性评价上得到了广泛应用,如对土壤中石油烃污染[11)12]、多环芳烃污染[13]、重金属的单一或复合污染[14)15]、农药污染[16]、爆炸物TNT污染等的监测[17].同时,蚯蚓急性和亚急性毒性试验也普遍用于对污染土壤修复效果进行评价,包括被重金属[18]、石油烃和多环芳烃[19]、农药[20]、爆炸物TNT等物质污染的土壤[21].此外,蚯蚓毒性试验还可用于对污染土壤的潜在生态风险进行归类和分级,也可为土壤质量基准与标准的制定提供基础毒理数据,如美国能源部橡树岭基地根据蚯蚓毒理数据构建了化合物的筛查基准[22],这为土壤污染化学监测与蚯蚓毒性评价的结合应用提供了有力的工具.2蚯蚓群落结构和种群密度对污染土壤生态功能的指示蚯蚓的种群密度调查和群落结构分析也可用于对污染土壤的生态功能进行动态指示,考察的终点包括群落的结构与组成、物种的多样性与丰度、种群的生物量、成P幼蚓比率等.目前已有多种用于蚯蚓野外调查的采样技术与方法,除传统的手拣法外,国际标准化组织还推荐了福尔马林、芥子毒气和电击提取等方法[6,8].利用蚯蚓种群调查评价土壤污染状况的应用实例还相对较少[23)26],用于污染土壤修复效果评价的也不多[27],原因可能是种群水平上的室内模拟试验(如微宇宙试验)或野外调查成本相对较高.由于土壤的异质性和蚯蚓固有的群集习性,使得野外调查或室内模拟试验均需要较大的样本量或重复数,并要求参加野外调查的人员有较高的动物分类学专业知识.目前,蚯蚓微宇宙试验还处于初步研究阶段,大多只局限于对化合物的毒性进行评价,还很少用于对野外污染土壤进行评价.然而,微宇宙试验提供的信息对于暴露评价可能更为真实,并且是可以测试间接毒性的少数几种测试技术之一.利用蚯蚓种群密度评价土壤污染的长期效应较为复杂,其结果受到多种生物和非生物因素的影响,波动性很大,不但个体的死亡可以引起种群密度的降低,蚯蚓达到生殖成熟所需要的时间、繁殖率、个135第1期颜增光等:蚯蚓生态毒理试验在土壤污染风险评价中的应用体的迁移率等都可以影响到特定场地中蚯蚓的种群密度大小[28].污染物对蚯蚓某一生理参数的影响也可能会通过其他参数的变化来发生补偿,如没有死亡的蚯蚓可能会通过增加后代的繁殖量(即增加种群的内禀增长率)来补偿和维持种群的密度.利用年龄结构模型预测蚯蚓的种群动态可能是一种较好的解决方法[29],但是这样的模型仍然需要通过野外调查来确认和优化参数方能奏效.在复杂的生态系统中,有时仅凭形态分类鉴定来描述污染物引起的蚯蚓种群多样性变化或丰度变异还是不够的,若能利用遗传多样性分析来表述种群结构的变化可能更为精确[30].由此可见,要在种群水平上实现对污染土壤的监测与评价,还需要探索和积累更多有关布点策略、采样技术、鉴定方法、监测周期等基本知识,在弄清蚯蚓的物种分布特征、生活史和生活习性、发生世代、繁殖规律、响应机理等的基础上,通过构建合理的评价模型,不断验证和优化评价参数,才能最终实现在种群水平上对特定污染场地进行准确的监测与评价.3蚯蚓回避试验及其在污染土壤生态功能评价中的应用国际标准化组织最近公布了利用蚯蚓回避试验检验土壤质量和化合物对蚯蚓行为效应的测试方法[7],该方法以蚯蚓48h的行为选择反应作为测试终点,评价土壤的栖息功能和蚯蚓对污染物的行为效应,推荐使用的参比化合物为硼酸(H3B O3),测试器具可根据试验需要选择二室或六室行为观测仪.事实上,自然界中的动物普遍利用化学信息来召唤同伴、寻求配偶、寻觅食物和寻找栖息地,同样地,动物也可通过化学信息感知不利的栖息环境或有毒有害物质,除非它们被高剂量毒物瞬时击倒或杀死,否则它们往往会对超出其忍受范围的不利条件和因素表现出回避反应.因此,从功能学的观点来看,动物的回避行为反应可以直接指示土壤质量功能的下降或已受到了限制,间接表明土壤可能已经受到污染或具有潜在的生态风险[31].已有研究证明,蚯蚓回避试验适用于检测土壤中的原油、矿物油、多环芳烃等石油类污染物,功夫菊酯、代森锰锌、本菌灵、多菌灵等农药,锰、锌、铜或其他重金属的混合物,以及TNT,KCl,NH4Cl,胺和乙二醇的混合物、冷凝剂等多种污染物[7],其敏感性高于急性毒性试验,也高于或至少等同于亚急性毒性试验中的生殖毒性试验[32)33],如蚯蚓回避试验对TNT污染土壤的响应质量浓度为29mg P kg[34],而急性毒性试验测定的LC50值为143mg P kg.蚯蚓回避试验已成功应用于对现实污染土壤的环境风险预测[24,35],其结果的稳定性优于跳虫的行为反应[36].此外,蚯蚓的其他行为反应,如爬行和移动、钻蛀和挖掘、取食和清除落叶等行为,也常用于对化合物的毒性和土壤污染进行评价,如在亚致死剂量(015和1mg P kg)吡虫啉(杀虫剂)污染的土壤中,2种蚯蚓Allolobophora icterica和Aporrectodea nocturna的钻蛀行为均有明显的变化[37].然而,由于蚯蚓爬行、钻蛀、取食等行为的复杂性,测试结果变异性大,评价参数(如钻蛀深度、钻蛀频率、钻蛀面积、摆动频率、所挖掘孔洞的形状和结构、取食次数和取食量等)也不易于进行统一定量和准确评价,因此在土壤污染评价中的使用还很有限,而回避行为试验由于成本低廉、易于观测与操作、试验周期短、反应灵敏度高、适于检测的污染物范围广、测试终点具有生态相关性等优点,加之有国际标准的支持,可以预见其在土壤生态功能评价中将是一种很有前途的测试工具[38],未来的工作倾向于筛选和鉴定出更多适于开展回避试验的蚯蚓种群和适于用该方法检测的污染物[39],以及对蚯蚓的化学感受特征和感受机理进行深入的研究.4蚯蚓对污染物的生物富集与污染土壤生态风险预测单纯依靠测定土壤中污染物的总浓度来评价土壤的环境质量并不科学[40].土壤、污染物和生物的相互作用是一个复杂的过程,污染物在土壤中的赋存形态,污染物与土壤的结合残留,生物体对污染物的暴露方式与途径,生物体自身的生理活动与代谢特点等,都可影响到污染物进入生物体的过程和在其中滞留的水平,这可以通过生物富集研究来测定和反映.生物富集(bioaccumulation)是指环境物质进入生物机体或组织,并引起累积、残留、富集等效应的过程.蚯蚓可从土壤中摄取多种有机和无机污染物,它是研究土壤污染物生物有效性的经典动物,其在评价不同形态的重金属生物可利用性上尤为多见[41)42].通过测定蚯蚓整体或特定组织中污染物的浓度,再与土壤中相应污染物的浓度进行比较,可以计算出污染物在蚯蚓体内的生物浓缩因子(BCF)或生物富集系数(BAF),从而确立污染物的生物有效性[43].利用浓缩因子或富集系数,可以对直接测定的土壤污染物浓度进行生物有效性换算和预测污染136环境科学研究第20卷土壤的潜在生态风险,或用于对污染土壤修复效果进行评价[44].目前,已有多种预测模型和仿生技术被开发用于生物富集研究[45)48],如半透性滤膜(SPMD),C18材料,固相微萃取(SPME)技术等,也有人提出利用/临界机体残留(CBR)0方法来评价土壤环境质量[49].美国测试与材料学会(ASTM)已公布了关于试验室开展蚯蚓生物富集试验的标准草案[50],经济合作与发展组织(OECD)也在制定类似的标准[51].除受污染物浓度的直接影响外,污染物的结构和性质[52]、土壤的性质(尤其是pH,有机质含量,阳离子交换力)、蚯蚓的种类和发育阶段[52)53]、生活习性[54)55]、栖居环境与暴露途径等[56],都对污染物的生物富集有很大的影响.尽管生物富集水平与土壤的污染状况有直接的关联,但由于存在物种间响应的差异和污染物提取技术上的多样化,加之生物的耐受能力、解毒能力、排泄速率等的差异,生物富集研究往往具有很大的变异性[57)58].此外,污染物在蚯蚓体内的浓度与其毒性并非总是直接相关,因此生物富集研究只有与毒性测定结合起来进行,才能更为有效地评价污染物的环境行为与生物效应[43],从而对污染土壤的生态风险做出准确的预测.5蚯蚓生物标志物用于土壤污染暴露的早期预警和风险评价近年来,生物标志物的研究得到了迅速的发展,并被强烈推荐用于对环境中污染物的暴露评价或生物效应的检测[59].然而,目前在生态毒理学领域对生物标志物的概念还颇有争议,还没有统一的或被普遍接受的定义,通常生物体在个体或者更为微观的水平上(如组织、细胞、分子)的生理、生化、分子或遗传反应都可视为生物标志物反应(biomarker response).生物标志物最大的优点是可以灵敏地检测到环境中低剂量的潜在污染物,并可通过多项反应指标提供有关环境毒性的综合信息.生物标志物可用作评价土壤污染的早期预警系统[60],部分生物标志物对特定化合物或化学基团还表现出特异的反应,如动物的乙酰胆碱酯酶受抑制往往意味着其对类胆碱功能的农药(如有机磷类、氨基甲酸酯类等)有暴露史,但有的生物标志物可能会对多种结构上并不相关的化合物都有响应,如生物体内广泛存在的多功能氧化酶(MFOs)对外源异生物质就具有普遍反应性.蚯蚓生物标志物是用于检测和评价土壤污染的常用手段之一,尤以溶酶体,金属硫蛋白,热休克蛋白,总免疫力,胆碱酯酶,多功能氧化酶,DNA 损伤等最为常用.蚯蚓体腔细胞溶酶体是应用最多、也是最成熟的蚯蚓生物标志物[61],可以通过判断溶酶体膜的稳定性(利用中性红染料保留时间来判断)来表征蚯蚓受到的污染胁迫.溶酶体是由高尔基体的囊泡发育而成的亚细胞结构(细胞器),内含多种水解和消化酶系,溶酶体可通过吞噬方式消化、溶解部分由于损伤而丧失功能的细胞器和其他细胞质颗粒或经细胞摄入的外源物质.蚯蚓体腔细胞内的溶酶体能很快地吸收、容留和积累中性红染料,当蚯蚓受到污染物的伤害时,其溶酶体膜会变得脆弱和容易发生泄漏,溶酶体摄取的中性红染料就会释放到细胞质中,将细胞染成红色,用溶酶体中性红保留时间(NRRT)即可反映污染物对蚯蚓的毒性效应[62].蚯蚓溶酶体膜稳定性试验已较多用于对重金属污染土壤的监测与评价中[14,23,63)65],对农药,石油烃,多环芳烃,TNT,奥克托金(H MX)等土壤污染物的评价也有报道[12,17,66)68].蚯蚓溶酶体对土壤污染的反应敏感性一般要高于毒性试验中的死亡率、体重变化、产茧量、茧孵化率、幼蚓生还率等测试终点,有时甚至高于免疫活力和酶活性检测[69],且可用于对污染场地进行原位监测[70)71],因而是一种应用潜力巨大的生物标志物[61],但其成本与效益的权衡,以及在预测个体健康状况上的相关性还有待于进一步探究.金属硫蛋白(metallothioneins)具有解毒和调节机体内微量元素平衡的双重功能,其可被多种金属所诱导,因而可作为检测金属污染的生物标志物,具有很强的特异性.蚯蚓金属硫蛋白的表达多采用免疫反应(抗原-抗体反应)进行检测,最近也有报道从基因转录等分子水平上检测金属硫蛋白的表达变化[72].目前,蚯蚓金属硫蛋白已成功应用于对镉、铜、锌等重金属暴露的评价[72)76],证明其适用于对土壤中重金属污染进行特异性诊断.与金属硫蛋白不同,热休克蛋白(heat shock protein,Hsp)可为多种污染物所诱导,其中也包括重金属.热休克蛋白最初是在果蝇的唾液腺中作为一种对热反应的应激蛋白被发现的,后来的研究证明其对多种胁迫因素都有反应[77],因而也是检测土壤污染的生物标志物,最多采用的是Hsp70和Hsp60.蚯蚓热休克蛋白已用于氯乙酰胺,五氯酚,重金属铜、铅、锌、镉、汞等土壤污染物的暴露评价中[75,78],但由于热休克蛋白的应答缺乏特异性,且易于受到各种环境因子的影响,其137第1期颜增光等:蚯蚓生态毒理试验在土壤污染风险评价中的应用在土壤污染诊断上的应用还有待于进一步优化和改进.蚯蚓体内存在多种可受污染物抑制或对污染物的诱导有响应的酶系,包括调控基础代谢与生理活动的功能酶系、对外源物质具有降解作用的解毒或水解酶系,以及其他具有防御功能的酶系如抗氧化酶、溶菌酶等.由于这些酶系在生化水平上能对污染暴露做出敏锐的响应,因而也是检测土壤污染的有益标志物.蚯蚓的乙酰胆碱酯酶(AchE)是有机磷、氨基甲酸酯类农药作用的靶标,污染物的存在可明显抑制蚯蚓乙酰胆碱酯酶的活性,这对于检测农药在土壤中的残留与污染十分有效[79,26],并且是少数几种具有较强特异性的生物标志物之一,不过也有报道重金属(铅和铀)可以抑制蚯蚓的乙酰胆碱脂酶[80],但多环芳烃中的苯并[a]芘似乎对其活性没有影响[81].细胞色素P450酶系是生物体内多功能氧化酶的重要组成部分,在底物的诱导下可快速、大量地表达,催化外源化合物发生氧化降解和解毒,作为生物标志物在环境监测与预报上有重要的意义.蚯蚓P450酶系可用于对土壤中的有机污染物如多环芳烃等进行监测[82],具有敏锐响应和早期预警等功能,缺点是反应没有特异性,蚯蚓的发育阶段和生理状况以及环境因子对酶的活性影响也很大,蛋白的提取纯化技术和测定方法也相对复杂和繁琐,影响酶活性测定的准确性.蚯蚓体内的其他代谢酶如磷酸酯酶,B-半乳糖酶,纤维素酶,NADH和NADPH还原酶等也曾作为生物标志物用于对土壤污染物的监测与评价[16,81,83].污染物的胁迫也会损害或破坏生物体内的代谢平衡,引起代谢产物的积累和活性氧等有害物质的过量产生,生物体对此可启动防御系统如抗氧化酶系等来抵御和清除这些物质,因此抗氧化酶活性的变化可以间接反映环境中污染物的存在,是预测预报污染物生态风险的敏感生物标志物.目前,蚯蚓体内的过氧化氢酶(C AT)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)等已被证实可对多环芳烃、杀虫剂、除草剂、重金属等做出响应[66,74,79,81],预示着蚯蚓抗氧化酶系作为生物标志物具有广阔的应用前景.在种类繁多的生物标志物中,最能真实反映污染物生态风险和真正实现早期预警功能的是表征污染物遗传毒性或突变效应的生物标志物,这在人体健康风险评价中已得到了证实[84].利用蚯蚓细胞研究污染物遗传毒性的常用技术包括单细胞凝胶电泳(彗星电泳)和DNA加合物分析[85)87],二者均可灵敏表征多环芳烃、农药、重金属等污染物潜在的遗传毒性和早期暴露效应[66,87)89].因此,蚯蚓细胞DNA 损伤是检测污染物致癌、致畸、致突变效应的理想生物标志物[89],其在土壤污染遗传毒性分析和环境风险预测中有重要的应用价值.此外,蚯蚓的再生能力、发育历期[12]、伤口愈合[90]、组织病理变化、基因转录变化[91]、游离糖和氨基酸的组成与含量变化等都可用作评价土壤污染的生物标志物[92].好的生物标志物应该满足以下标准:能够反映污染物的剂量效应关系和时间效应关系,测试系统中的干扰因素已得到识别并可实施控制,测试方法简便、经济、可操作性强,测试终点具有生态相关性,测试结果灵敏、稳定、具有化学特异性和物种差异性,且为公众所接受和得到管理阶层的信任[61].然而,目前已大量构建的生物标志物还没有国际通用的标准检验检测方法[51],多数测试结果也没有在生态系统水平上得到确认和验证[51,61],今后还需要不断加强生物标志物反应与个体、种群、群落水平上的效应之间的相关性研究[93],从而使生物标志物研究能够直接外推用于对污染土壤进行风险预警和评价.6结语事实证明,单纯依靠化学分析并不足以全面反映土壤的真实污染状况[93],作为对化学检测方法的一项互补技术,毒理试验具有独到的优点和特点,如直接产生污染土壤对生物的毒性信息,真实反映土壤污染物对生物体多介质、多途径暴露的现实情况,全面提供复合污染的整体毒性效应,灵敏检测低含量的剧毒污染物,持续跟踪污染物的代谢毒性等.目前,蚯蚓毒理试验在污染土壤生态风险评价中的作用倍受瞩目[94],其既可用于对污染物进行前瞻性的毒性预测,也可用于对历史污染场地进行追溯性的风险评价,试验方法和试验技术正在不断走向国际化和标准化,测试终点和评价指标也在种群、个体、细胞、组织、生化、分子、遗传等多层次、多水平上不断得到深化和发展,生物标志物的研究不断得到加强,日益丰富的蚯蚓毒理数据将为污染物定量构效关系(QSAR)的确立和土壤污染环境监测与管理做出新的贡献.我国利用蚯蚓作为毒性测试模型也做了许多探索性的工作,测定了杀虫剂、除草剂、重金属等许多常见土壤污染物的毒性[95)97],并于近年开始从生理138环境科学研究第20卷。

蚯蚓对污泥中重金属的吸收蚯蚓属于...

蚯蚓对污泥中重金属的吸收蚯蚓属于...

华中农业大学硕士学位论文蚯蚓处理对城市污泥肥效及重金属生物有效性的影响姓名:***申请学位级别:硕士专业:植物营养学指导教师:***20030501摘要蚯蚓具有富集环境中部分重金属的特性。

利用蚯蚓处理污泥,探明蚯蚓对污泥中重金属的吸收和富集情况以及对重金属形态的影响,并作盆栽实验,验证蚯据l处理污泥的效果。

为污泥农业利用提供处理途径。

取得的进展主要有以下几点:1.处理污泥60天后,蚯蚓的总重都有增加,但是污泥中重金属含量较高的处理中蚯蚓重量增加较少。

在重金属含量最高的处理中,肉眼可见部分蚯蚓体表有脓状分泌物,并有少量的死亡。

蚯蟋l重量增长率与污泥中国、Pb、cd和zn含量的效应方程,(蚯螺l重量增长率)--38.883—0.471Cd+0.001Cd2-5.022Zn+O.ooszn2+3.918Pb-O.003Vb2.0.346Cu(其中R=0.94,f=8.97+)。

重金属Cu、Pb、Cd、Zn限制蚯蚓增长率的程度为:Pb>Cu>Zn>Cd。

2.在一定的浓度范围内,蚯蚓对污泥中Cd、As、Pb和cr有富集作用,对污泥中cu、zn、Mn、Fe和Mo没有富集作用。

蚯蚓体内Pb、zn和As含量与污泥中这三种金属含量的相关系数分别为0,967、0.989和0.891,相关性显著;蚯蚓体内Cd、Cr、Fe、Mo和Cu含量与污泥中这五种金属元素含量的相关性不显著。

3.供试污泥垦酸性。

处理60天后,加入重金属的污泥pH值下降,但经过蚯蚓处理的污泥pH值高于未经蚯蚓处理的污泥pH值,即蚯蚓处理能够减缓污泥pH值的下降。

蚯蚓处理降低污泥中有机质、全氮的含量,增加污泥碱解氮和速效磷含量,但对污泥中全磷、全钾和速效钾含量没有明显的影响。

4.随着污泥中重金属含量的增加,污泥中交换态cu、zn、Pb和cd的含量增加,不可利用态含量也随之增加。

但是污混中交换态Pb的百分含量逐渐降低,污泥中交换态Cu、Zn和Cd的百分含量却随之增加。

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展随着工业和农业的快速发展,土壤中重金属的污染日益加重,对环境和生态系统造成了严重的威胁。

蚯蚓是典型的土壤生物,它们是土壤食物网的重要组成部分,在土壤生态系统中发挥了重要的生态作用。

然而,由于其生活在土壤中,蚯蚓也常常受到土壤重金属的污染影响,对其生长和繁殖产生影响。

1.对蚯蚓的生长和繁殖产生影响重金属影响了蚯蚓的生长和繁殖能力,导致其数量和生长速度减缓。

研究表明,重金属镉、铅、铜、锌等可导致蚯蚓生长缓慢、白细胞数量减少以及生长发育异常。

此外,土壤中重金属浓度的升高,还会使蚯蚓的繁殖率显著下降,导致种群数量减少。

2.对蚯蚓的生理和生化参数的改变重金属对蚯蚓的生理和生化参数产生了广泛的影响。

例如,铜、锌、铅等重金属可导致蚯蚓脂肪酸、氧化酶、超氧化物歧化酶、过氧化物酶、游离氨基酸以及生长激素、神经肽等系统变化,从而影响蚯蚓的生理活动。

3.改变蚯蚓的行为和生态学功能重金属污染的土壤中,蚯蚓的行为也发生了变化。

尤其是铅、镉等有毒金属会使蚯蚓呈现出活跃度降低、运动速度变慢、地下活动能力下降等行为异常。

由此可见,重金属的存在可能会直接或间接地影响蚯蚓的生态学功能,如它们在土壤食物网中的角色和地下细菌、寄生虫、真菌等生物的生态学互动等。

因此,对蚯蚓与土壤中重金属的相互作用研究具有重大意义。

在研究中,需要考虑蚯蚓与土壤重金属之间的生态系统响应和机制。

此外,在控制实验条件方面也有一定的难度,因为土壤重金属污染固有的空间异质性等原因。

虽然总体来说,土壤重金属的污染对于蚯蚓的影响较为深远,但在实践中,也可以采取一些有效的措施减少影响,如改善土壤环境,使其污染物浓度降至较低水平,增加有机质的含量等。

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展土壤中的重金属污染是当今世界面临的一个严重环境问题之一。

重金属的大量输入对土壤和生物造成了严重的毒性影响,其中包括蚯蚓。

蚯蚓是土壤中重要的生物指示器,其对土壤质量和生态系统的健康具有重要影响。

研究土壤重金属对蚯蚓的毒性作用具有重要意义。

近年来,关于土壤重金属对蚯蚓的毒性作用的研究已经取得了一系列的进展。

研究发现,土壤中重金属含量的升高会对蚯蚓的生存和繁殖能力产生显著的负面影响。

一些重金属,如铅、镉和铬,会导致蚯蚓生长受限、生活活动减少甚至死亡。

重金属的毒性作用对蚯蚓的行为和生理特点也有一定的影响。

铜和锌会影响蚯蚓的觅食和生物交互作用行为。

重金属还会改变蚯蚓的生理代谢过程,如氧化应激和抗氧化防御系统的活性等。

这些研究结果不仅表明了土壤重金属对蚯蚓的直接毒性作用,还揭示了其对蚯蚓行为和生理功能的间接影响。

除了对土壤重金属的毒性作用进行直接观察外,还有一些研究探讨了蚯蚓在土壤重金属污染环境中的生理代谢和基因表达的变化。

这些研究利用蚯蚓的基因组学和代谢组学技术分析了其在重金属污染土壤中的响应机制。

研究发现,蚯蚓在重金属污染土壤中会发生一系列的代谢和基因表达的变化,如调节氧化应激和解毒相关基因的表达。

蚯蚓还可以通过改变其代谢途径来适应重金属污染环境,从而提高其生存能力。

在进一步研究中,一些学者还探讨了土壤中其他因素与重金属对蚯蚓的毒性作用之间的相互关系。

部分研究发现,土壤pH值和有机质含量的变化会影响蚯蚓对重金属的敏感性。

土壤微生物也被认为在调节蚯蚓对重金属毒性的响应中发挥了重要作用。

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用是一个复杂的问题,研究该领域取得了一系列进展。

深入了解土壤重金属对蚯蚓的毒性作用机制,对于预防和治理土壤重金属污染,维护土壤质量和生态系统的健康非常重要。

可以进一步深入研究土壤中其他因素与重金属对蚯蚓的相互作用,以期更全面地了解这一问题。

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展引言土壤是地球上最重要的生物圈组成部分之一,它包含了大量的微生物、植物和动物。

而蚯蚓是土壤中重要的生物之一,它可以促进土壤的通气和排水,促进土壤有机质的分解,维持土壤的肥沃度等。

由于现代工业活动和农业生产的影响,土壤中重金属的含量逐渐增加,给蚯蚓等土壤生物造成了严重的威胁。

本文将综述土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展,以期为减少土壤重金属对蚯蚓的损害提供科学依据。

一、土壤重金属对蚯蚓的毒性作用机制1.1 重金属的来源和类型土壤重金属主要来自于工业排放、化肥、农药的使用以及城市污水等。

常见的土壤重金属包括镉、铬、铅、汞、镍等,它们对蚯蚓的毒性作用不同。

1.2 重金属的毒性作用机制重金属通过土壤中的生物、化学、物理作用逐渐积累,并进入蚯蚓体内,造成一系列的生理和生态效应。

重金属中的镉、铅等可以影响蚯蚓的呼吸、排泄等生理功能,影响蚯蚓的饮食和生长,甚至导致蚯蚓的死亡。

重金属还会对蚯蚓的DNA、蛋白质合成等生物化学过程产生毒性作用,导致蚯蚓的生殖和发育受到影响。

1.3 生态系统效应蚯蚓是土壤中重要的环境指标生物,它的生理和生态效应受到重金属的影响,会直接影响土壤的肥力、通气和排水性能。

重金属对蚯蚓的毒性作用会间接影响整个土壤生态系统的平衡和稳定。

二、重金属对蚯蚓的毒性作用评价2.1 实验方法研究人员通常通过人工设置不同重金属浓度的土壤条件,然后观察蚯蚓在这些土壤条件下的存活情况、生长状况以及生殖能力。

还可以通过体内的生理生化指标和行为变化等来评价蚯蚓受到的毒性作用程度。

2.2 评价指标常见的评价指标包括蚯蚓的存活率、体重变化、生长速率、生殖能力、DNA损伤程度、酶活性变化等,这些指标可以客观地反映蚯蚓在重金属胁迫下的生理和生态效应。

2.3 研究进展近年来,国内外有关土壤重金属对蚯蚓的毒性作用的研究不断深化,研究方法和评价指标也日益完善。

研究者通过对土壤重金属的化学形态、土壤pH值等因素的考察,深入探讨了不同重金属在土壤中的行为和转化规律,创新性地提出了蚯蚓对土壤重金属的生物监测模型和评价体系。

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展近年来,由于人类工业活动的不断增多,导致土壤重金属污染日益严重。

土壤重金属的存在严重影响了土壤生态系统的健康,并对土壤中存在的生物种群产生了极大的影响。

其中,蚯蚓是土壤中占据重要地位的生物种群之一,它在土壤中起到了重要的作用。

然而,土壤重金属对蚯蚓的毒性作用已经成为人们关注的一个问题。

本文将介绍土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展。

一、土壤重金属对蚯蚓的生理生化影响土壤重金属对蚯蚓的生理生化状态产生了极大的影响。

研究表明,土壤中重金属在一定浓度下可以抑制蚯蚓的呼吸和代谢作用,从而导致其死亡。

另外,土壤中的重金属还会导致蚯蚓体内重金属的积累,进一步加重了其生理生化状态的损害。

蚯蚓体内重金属的积累除了对蚯蚓本身造成危害外,还会通过食物链的方式进一步危害其他生物种群的健康。

二、蚯蚓在土壤修复中的作用蚯蚓的存在对于土壤生态系统的健康有着非常重要的作用,它们能够在土壤中进行通气和排水,促进土壤中水分和养分的循环。

同时,蚯蚓还能够通过其排泄物改善土壤的物理性质,增加土壤的肥力。

因此,利用蚯蚓进行土壤修复是一种有效的手段。

然而,由于土壤重金属污染对蚯蚓的毒性作用,蚯蚓在土壤修复过程中可能会受到影响,需要对其毒性作用进行研究。

针对土壤重金属对蚯蚓的毒性作用,许多研究者对蚯蚓对重金属的耐受性进行了研究。

研究表明,不同种类的蚯蚓对重金属的耐受性有所不同,同时,在相同重金属浓度下,不同发育阶段的蚯蚓对重金属的耐受性也存在差异。

此外,土壤参数和环境因素也会影响蚯蚓对重金属的耐受性。

通过对蚯蚓的耐受性研究,可以更好地评估土壤重金属污染对蚯蚓种群的影响。

为了减轻土壤重金属对蚯蚓的毒性作用,可以在土壤修复过程中采取一些措施,如添加有机质和生物转化剂,从而增加土壤中的微生物数量,促进微生物对有害物质的生物降解作用。

另外,在修复土壤过程中,采用合适的植物种类,结合其生物吸附作用,可以减轻土壤中有害物质的污染程度,从而保护蚯蚓种群的健康。

探究蚯蚓在土壤污染治理技术中的应用

探究蚯蚓在土壤污染治理技术中的应用

探究蚯蚓在土壤污染治理技术中的应用概述蚯蚓是一种生活在土壤中的脊椎动物,它们能够通过啃食和排泄改善土壤结构和质量。

同时,蚯蚓还能够吸收和降解一些有害物质,因此在土壤污染治理技术中得到广泛应用。

本文将对蚯蚓在土壤污染治理技术中的应用进行探究。

蚯蚓在土壤污染治理技术中的应用土壤重金属污染治理重金属污染是一种常见的土壤污染类型,对环境和人体健康都有一定的危害。

蚯蚓有很强的对重金属的耐受性,它们甚至可以在含有高浓度重金属的土壤中生存。

研究表明,蚯蚓可以通过以下方式对土壤中的重金属进行治理:•吞食:蚯蚓的消化系统内富含有盐酸和酶类,能够将土壤中的重金属吞食并转换成无毒或低毒的形式。

•排泄:蚯蚓的排泄物中含有有机物质和微生物,这些物质可以吸附和减少土壤中重金属的浓度。

通过蚯蚓对土壤重金属污染的治理,不仅能够提高土壤的肥力,还能够保护农作物的生长环境,对于人类的健康和环境的保护都有积极意义。

土壤有机物污染治理土壤有机物污染也是一种常见的土壤污染类型,随着工业化和城市化的加剧,这种类型的污染越来越严重。

蚯蚓在土壤中有极强的啃食能力和排泄能力,能够将有机物质分解成更小分子的有机物和无机物,并释放出对土壤有利的有机酸和肥料。

此外,蚯蚓体内和体表的微生物也可以分解和吸附部分有机物质,从而改善土壤质量。

土壤酸化治理土壤酸化是一种常见的土壤问题,它会影响植物的生长和发育,降低土壤的肥力和生产力。

蚯蚓可以通过分泌碳酸钙和有机酸来减缓土壤的酸化过程,并改善土壤的质量。

此外,蚯蚓的活动也能够促进土壤通气和排水,从而提高土壤肥力和水分利用效率。

总结蚯蚓在土壤污染治理技术中有着广泛的应用,它们能够通过啃食、排泄、分泌和活动等方式改善土壤质量和生态环境。

虽然蚯蚓在土壤污染治理中具有很好的效果,但是其治理过程需要长期耐心而持之以恒的坚持,不能期望短时间见效。

除了蚯蚓,还有很多其他的土壤污染治理技术可以用于改善环境质量,需要综合考虑实际情况,选择合适的技术进行治理。

镉-菲复合污染对蚯蚓急性毒性效应的研究

镉-菲复合污染对蚯蚓急性毒性效应的研究
Co b n d Po l to n Ea t wo m s n a a d e m i e l i n o r h r Eie i n r i u
Z HA0 Z o y a ,Z U u -u n H , - n Z LU Yi o g, HOU P i t e
( g c h r E v omet clg a Istt, hn hi i tn nv S ag a 2 10 , h a A r u ue n i n na E ooi lntu S aga J oogU i. h nh i 0 1 C i ) i r l c i e a , 1 n
( 上海交通大学 农业环境生态研究所 , 上海 2 10 ) 0 1 1
摘 要: 采用人工土壤法, 研究重金属镉、 多环芳烃菲对安德爱胜蚓(i n d i E eia r ) s a n e 的单一与复合急性毒性效应。 单一毒性试 验结果表明, 菲的毒性大于镉毒性; 时镉、 1d 4 菲的半数致死浓度( , L0 C) 分别为 78 1 g・ 4,1 g・g。 8. k 2 k~ 复合毒性试验 7 m g、 5 m 结果表明, 镉在各浓度下与菲复合, 对蚯蚓的毒性都产生拮抗作用, 且随镉浓度升高其降低菲毒性的程度降低, 说明复合污
染物的组成及各 污染物 的不同浓度组合是决定混合 物毒性 的重要 因素。
关键词: ; ; ; 镉 菲 蚯蚓 急性毒性 ; 单一污染; 污染 复合
中图分类号: 1 1t x c l g c lEfe t fCd a d Ph i g e a d u e To io o ia f c so n e S n l n
上 海 交 通 大 学 学 报 ( 业 科 学 版) 农
V1 4N . 02 o . 6

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展土壤重金属对蚯蚓的毒性作用是当前环境领域中的一个热点问题,对此进行深入研究不仅可以帮助我们更好地保护土壤和生态环境,也对农业生产、食品安全和人类健康具有重要意义。

本文将从土壤重金属和蚯蚓的关系入手,结合当前研究进展,探讨土壤重金属对蚯蚓的毒性作用,并对未来的研究方向进行展望。

蚯蚓是土壤中一种十分重要的生物,它们对土壤的通气、排水、养分循环等起着重要作用,被誉为“土壤工程师”。

而土壤中的重金属污染则是一种全球性环境问题,主要来源于工业废水、废弃物填埋、农药和化肥的使用等。

研究表明,土壤重金属对蚯蚓的毒性作用会对土壤生态系统产生深远影响。

目前,关于土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究主要集中在以下几个方面:1. 对蚯蚓生理生化的影响:研究发现,土壤中的重金属对蚯蚓的生理生化过程产生一系列不利影响,如抑制蚯蚓的饵料摄入、消化和吸收等。

重金属还会影响蚯蚓的呼吸、生长发育、繁殖等生理过程,甚至引起蚯蚓的死亡。

2. 对蚯蚓行为和生态功能的影响:土壤重金属对蚯蚓的行为和生态功能也有着明显的影响。

研究表明,重金属会影响蚯蚓的穴居行为和进食习性,减少它们的活动范围和生存空间,从而影响土壤通气、排水和养分循环等生态功能。

3. 对蚯蚓个体和群落的影响:土壤重金属不仅会对蚯蚓个体产生毒性作用,也会对蚯蚓群落的结构和功能产生影响。

一些研究发现,重金属会导致蚯蚓个体数量减少、体重减轻、生长发育受阻,甚至导致种群的减少和退化。

1. 毒性机制的深入研究:随着分子生物学、生物化学和生态学等学科的发展,人们对土壤重金属对蚯蚓的毒性机制有了更深入的认识。

研究发现,土壤重金属通过影响蚯蚓体内的氧化应激、离子平衡、基因表达等途径,导致蚯蚓的生理失衡和毒性反应。

2. 毒性评价方法的完善:针对土壤重金属对蚯蚓的毒性作用,研究者们逐渐建立了一套完善的毒性评价方法体系,包括对重金属的生物有效性、蚯蚓的抗性机制、毒性效应的评价等。

阿维菌素和铜对蚯蚓急性毒性效应的研究

阿维菌素和铜对蚯蚓急性毒性效应的研究

阿维菌素和铜对蚯蚓急性毒性效应的研究作者:赵国富来源:《现代农业科技》2016年第02期摘要以赤子爱胜蚯蚓为研究对象,采用自然土壤法研究阿维菌素、铜对蚯蚓单一及复合污染的毒性效应。

结果表明:阿维菌素、铜对蚯蚓均具有毒性,毒性大小顺序为阿维菌素>铜。

复合毒性以毒性比1∶1与浓度比1∶1进行联合毒性评价,发现阿维菌素、铜毒性比1∶1与浓度比1∶1混合体系的联合作用均表明为拮抗作用。

关键词蚯蚓;阿维菌素;铜;单一毒性;复合毒性中图分类号 X592 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)02-0271-01农药在农业现代化发展进程中、在提高农业经济效益等方面起着无可替代的作用,但农药利用率只有10%~20%[1],其余的都直接或间接进入农作物、土壤中,加上长期不科学使用农药,导致的土壤环境污染问题已严重威胁到人类健康并引起了人们的广泛关注。

土壤是环境的重要组成部分,承担着环境中大约90%来自各方面的污染物质[2],大量的农药及重金属污染物通过各种途径进入土壤,因此,农药与重金属的复合污染对土壤生态系统的破坏作用已引起人们的极大关注,已成为研究热点。

蚯蚓作为土壤中重要的生物,对保持土壤结构、维护土壤生态平衡具有十分重要的意义,当土壤被各种污染物污染后,必将对蚯蚓的生存环境造成严重影响。

因此,蚯蚓被作为诊断土壤环境污染的指示生物已被广泛应用。

阿维菌素作为常用的杀虫、杀螨剂且对捕食性昆虫和寄生性天敌杀伤力小的特点,在台州地区被广泛用于果园及大田作物害虫及螨类防治。

另一种含铜制剂的波尔多液在台州地区防治柑桔疮痂病已有很长的历史,每年使用1~2次,单正军等[3]对浙江黄岩桔园土壤铜含量进行测定,其平均值为141.9 mg/kg,有45.5%的样本超过土壤铜二级环境标准150 mg/kg的水平。

铜广泛用于电镀、电子、军工等行业,近年来随着台州地区废旧金属回收业、电镀业和加工业的发展造成土壤严重污染,王世纪等[4]对路桥区的土壤重金属污染现状进行了评价,认为表土层重金属污染以镉、铜、铅、锌为主,杨祥田等[5]对温岭泽国镇某村进行调查,土壤中铜含量为36.38~256.33 mg/kg,平均含量为91.05 mg/kg。

金属铜_铝对蚯蚓的急性毒性初试

金属铜_铝对蚯蚓的急性毒性初试

图 4 Al 浓度 ( 14d) 对蚯蚓死亡率的回归分析 Fig.4 Linear regression of Al to the mortali- ty of earthworm after 14d
责任编辑: 王亚芳
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蚓毒性毒理研究则较少, 尤其是金属铝, 至今 of earthworm after 14d
3 讨论
未见报道。鉴于此, 本文对蚯蚓受金属铜、铝
中毒症状: 有出血现象, 使周围土壤可
试 验 测 得 Cu 的 LC50 值 为116.91mg·kg-1,
污染的生态毒理学进行了初步研究, 以寻找金 见明显红染; 环带肿大, 呈黑色, 充血; 有黄 参照国家土壤质量标准, 该值位于国家土壤环
Al 实 验 浓 度 分 别 为 400、 500、 600、 蓄 积 毒 性 , 从 分 子 毒 理 角 度 , 把 握 其 毒 理 效
1.1 试验材料
700、800 mg·kg-1。 实 验 结 果 见 图 3。 根 据 图 应。
试 验 动 物 : 安 德 爱 胜 蚓 , 国 际 实 验 标 准 3, 选 取 400、 500、 600、 700 mg·kg-1, 4 个
死浓度 LC50=116.91mg·kg-1。
图 3 人工土壤法的蚯蚓急性毒性(Al)试验结果 的相关质量标准是非常必要的。
Fig.3 The result of Al to earthworms for ari-
参考文献
tificial soil test
[1]周 泽 义.中 国 蔬 菜 重 金 属 污 染 及 控 制[J].资 源
属环境污染可靠的生物指标, 为土壤毒理诊断 色 体 液 渗 出 ; 身 体 萎 缩 , 腐 烂 ; 有 断 裂 现 象 。 境质量二级 ( 果园) 标准和三级标准之内。因

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展作者:章淼肖洪文胡伟彭剑飞来源:《科技创新导报》2019年第05期摘 ; 要:蚯蚓在治理土壤重金属污染过程中会受到一定的毒害。

本文在系统分析、归纳总结国内外相关领域研究成果的基础上,综述了重金属对蚯蚓的毒害作用,主要包括:重金属对蚯蚓行为和机体组织产生的影响,重金属对蚯蚓的急性毒性作用。

通过该研究,以期优化蚯蚓在土壤重金属污染治理中的应用。

关键词:蚯蚓 ;重金属 ;趋避行为 ;毒害作用中图分类号:X53 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码:A ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号:1674-098X(2019)02(b)-0114-02蚯蚓通过对重金属的富集和转化治理土壤重金属污染,但当土壤中重金属浓度超过一定限值时,对蚯蚓机体行为和机体组织产生一定的影响,甚至在一定浓度条件下会造成蚯蚓的死亡。

研究重金属对蚯蚓的毒害作用,有利于更好的了解蚯蚓在重金属污染土壤治理中应用的可能性及局限性,为构建蚯蚓修复土壤重金属技术体系提供一定的参考和依据。

1 ;重金属对蚯蚓行为和机体组织的影响蚯蚓在受到重金属的作用时,会表现出一定的趋避效应。

赤子爱胜蚓在高浓度的Cr (Ⅵ)中出现了趋避效应[1]。

并且趋避效应会随着重金属浓度的增加而加强。

当Al浓度为100mg/kg时,蚯蚓的趋避率为25%,当Al浓度为300mg/kg时,蚯蚓的趋避率为变为75%[2]。

但在不同金属种类情况下,蚯蚓产生完全回避反应的浓度具有很大差异[3]。

赤子爱胜蚓对Pb、Cd、Cr完全回避的浓度分别为2000mg/kg、120 mg/kg、120mg/kg[4]。

在复合污染条件下,蚯蚓的回避行为表现出拮抗作用。

除趋避效应外,重金属还会对蚯蚓的机体组织产生较大影响。

通过组织病理学实验发现,蚯蚓在高浓度零价铁中暴露28d后,表皮组织产生了严重的损伤[5]。

蚯蚓处理重金属的毒理学研究启示

蚯蚓处理重金属的毒理学研究启示

蚯蚓处理重金属的毒理学研究启示2009-10-27 16:01引言19世纪80年代.蚯蚓生态学家运用现代生态学手段和原理进行了蚯蚓生态、行为、功能与遗传特性的研究.推进了蚯蚓生态学研究的迅速发展。

大量的研究表明。

蚯蚓具有加速土壤结构形成,促进土、肥相融,加速有机质的分解转化,提高植物营养。

改善土壤通透性和提高蓄水、保肥能力等重要功能11--21。

近年在法国、美国召开的第4,5届国际蚯蚓专题讨论会及1998年在西班牙召开的蚯蚓生态学讨论会上.均把蚯蚓与环境污染列为大会专题进行交流。

1。

蚯蚓的生态毒理学研究试验方法蚯蚓生态毒理学是指利用蚯蚓作为载体对可能造成土壤环境污染的化学物质进行测试。

并根据这些化学物质对蚯蚓的毒害程度来评价其可能对生态系统及其组分的危害程度。

关于蚯蚓的生态毒理与环境安全指示研究试验方法可分为实验室急性毒性试验、真实生态系统中的田间毒性试验、污染环境的生物检测和生理、细胞及分子等微观水平毒性指标检测等几个方面.评价对象涉及到重金属、有机农药和一些持久性有机物(如PAHs)等几大类化学污染物。

1-1 急性毒性试验法急性毒性试验法并不是严格意义上的生态毒理学试验.但能简单、快速地对化学品的生态毒性做出初步的判断.鉴定出被测物质对蚯蚓有无明显的毒害作用。

目前广为采用的有以下4种方法:(1)滤纸接触法(COntact filter test)。

这种方法是通过成体赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)在填充标准化滤纸的玻璃器皿中与不同浓度的供试化学药品接触48 h后测定其死亡率.并可通过统计学方法得出半致死浓度(LC50)。

(2)人工土壤试验法(artificial soil test)。

通过将成熟的赤子爱胜蚓置于含有不同浓度供试化学品的人工土壤中培养14 d.观察其行为和存活状况,用统计学方法计算出半致死剂量(LD50)。

通常,人工土壤质量分数分别由10%的苔藓泥炭细土(pH值为6)、20%的高岭粘土(高岭土)、69%的工业石英砂(含50%以上粒径为0.05~0.12 mm的细小颗粒)和l%的CaC03(化学纯)组成。

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展

土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展近年来,由于工业化和城市化进程的加快,土壤污染日益严重,其中重金属污染是一个值得关注的问题。

重金属对土壤生态系统和生物多样性产生了巨大的影响,其中包括对土壤中的蚯蚓的毒性作用。

蚯蚓是土壤中一种重要的生态系统工程师,对土壤的通气性、水分保持、土壤的有机质分解等功能起着至关重要的作用。

了解土壤重金属对蚯蚓的毒性作用研究进展对于保护土壤生态系统具有重要意义。

一、土壤中重金属的来源和影响土壤中的重金属来源主要包括工业废水、农药、化肥、矿产开采等。

这些重金属在土壤中积累并可长期存在,对土壤生态系统和生物多样性造成了较大的危害。

一些重金属如镉、铅、汞、铜等对土壤生物产生毒性效应,其中对蚯蚓的毒性作用尤为突出。

二、蚯蚓对重金属的响应研究发现,蚯蚓的体内可以富集大量的重金属,并且不同品种的蚯蚓对重金属的富集能力存在差异。

一些研究表明,蚯蚓在受到重金属胁迫后,会出现行为异常、生长受到抑制、生存率下降等现象。

在重金属胁迫下,蚯蚓体内的抗氧化酶活性也会受到影响,引起细胞氧化损伤。

蚯蚓对重金属的响应是一个复杂的过程,需要进一步深入研究。

三、土壤重金属对蚯蚓的毒性机制土壤重金属对蚯蚓的毒性作用主要通过以下几个方面产生:1. 摄食作用:蚯蚓通过啮食土壤中的有机质来获取营养,并且在摄食过程中会摄入大量的重金属。

重金属在蚯蚓肠道内积累并对其消化道组织产生毒性效应。

2. 生理代谢作用:重金属对蚯蚓的代谢通路和生理功能产生直接影响,导致蚯蚓生长受到抑制、免疫功能下降等现象。

3. 生态系统功能破坏:蚯蚓是土壤中的重要降解者,重金属的毒性作用会影响其对土壤中有机物的降解能力,进而影响土壤的养分循环和生态系统功能。

四、保护蚯蚓对土壤重金属污染的反应为了保护蚯蚓和土壤生态系统,研究人员提出了以下几种保护策略:1. 生物修复:通过种植具有重金属富集能力的植物来修复受污染的土壤,减少重金属对蚯蚓的直接影响。

2. 微生物修复:利用一些微生物来降解土壤中的重金属,减少其对蚯蚓的毒性作用。

重金属对蚯蚓分布的影响

重金属对蚯蚓分布的影响

重金属对蚯蚓分布的影响蚯蚓是一种环境指示生物,它们生活在土壤中,并能很好地反映土壤中的重金属污染情况。

重金属是一种普遍的污染源,它们普遍存在于工业、农业和生活领域。

重金属对土壤中的微生物和植物有很大的影响,并直接或间接地影响蚯蚓的分布。

本文将探讨重金属对蚯蚓分布的影响。

1. 重金属污染的种类和来源重金属包括镉、铜、铅、汞等等,它们在不同的工业、农业和生活领域中普遍存在。

例如,镉是锌冶炼、镉镉电池、光伏制造等行业的一种重要原料。

铅主要来源于燃煤、冶炼、漆料、儿童玩具等。

汞主要分布于煤矿、电池制造、合金冶炼等行业中。

2. 重金属对蚯蚓的影响重金属污染会直接或间接影响蚯蚓的分布。

首先,针对直接影响,重金属会明显地影响蚯蚓数量和分布区域。

一些研究发现,在重金属污染区域,蚯蚓数量骤减。

这是由于重金属对蚯蚓的体内代谢产生了负面影响,导致这些生物不能正常繁殖、生长和存活。

另外,一些研究还表明,不同生长环境中的蚯蚓数量、品种和分布区域会有所不同。

例如,在酸性土壤和碱性土壤中,不同品种的蚯蚓数量会有所变化。

其次,重金属的间接影响也是很大的。

重金属污染会改变土壤的化学与物理特性,影响到土壤微生物的生长和分布。

而蚯蚓在土壤中生活,它们的数量和状况与土壤微生物密切相关。

重金属会对土壤中的微生物产生毒性影响,导致微生物加速死亡,这就会影响到蚯蚓的数量和分布。

3. 防治蚯蚓重金属污染的方法为了保护蚯蚓这种重要的指示生物,必须采取有效的措施来防治蚯蚓重金属污染。

其中,最常用的方法是进行土壤修复。

这个方法的基本原理是将重金属塑料盖住隔绝空气流通,接着在土壤表面铺一层新土,等到一定时间后,再将塑料去除,让空气流通,让土壤中的生物和微生物恢复正常。

在这个过程中,需要专业的修复公司配合,以及相关的政府机构的监管和参与。

另外,配合使用化学、物理和生物等方法是非常有效的。

例如,使用一些生物肥料、细菌或者用于降低土壤中重金属含量的化学药剂。

博士14对蚯蚓的毒性效应研究

博士14对蚯蚓的毒性效应研究

土壤是人类赖以生存的基础,土壤质量状况与人类的健康和发展息息相关.随着工业和石油农业迅猛发展,工业废弃物、化肥和农药等污染物质的大量排放和施用,给土壤环境造成相当严重的影响,也给人类健康带来潜在风险.因此,对土壤质量的评价和污染物质毒性的测定是必要的.蚯蚓生态毒理试验正是在这样的需要下发展起来的[1].蚯蚓作为土壤无脊椎动物的代表,在保持和改善土壤结构、提高土壤肥力、改善土壤透气性、吸收并降解土壤中的有机物等方面有着重要作用[2].蚯蚓是常见的杂食性环节动物,在土壤生态系统中具有极其重要的地位,常被作为土壤污染的指示动物,广泛用于土壤生态毒性研究[4].因此蚯蚓在农田中具有不可或缺的重要作用.随着工农业的发展,人类为了满足日益增长的各种需求,追求农田利益的最大化,在农业中普遍使用化肥、农药的现象明显增加.但化肥、农药显著增加了农业利益的同时,也给土壤环境带来了巨大的负面影响,致使农药污染的现象也日趋严重.本试验以蚯蚓为实验材料以内蒙古赤峰地区普遍使用的农药博士1:4为代表,对生物农药的安全可靠性进行检测,为赤峰市周边地区农药污染的生态学检测、农业害虫的生物学防治提供理论依据,同时也为科学地评价这种农药的生态安全性积累基础数据.1材料与方法1.1试验材料供试动物:蚯蚓在赤峰市周边地区蔬菜大棚中采集,试验选择体重为400~500mg ,环带明显,大小基本一致的健康成蚓.供试土壤:采用蚯蚓原生地土壤,主要采集表层土(0~20cm ),采回后经筛细待用.供试污染物:博士1:4,主要成分为二嗪磷,是广谱性有机磷杀虫剂,具有触杀、胃毒和一定的内吸作用.其作用机理为抑制酰胆碱酯酶,二嗪磷,英文通用名称:Diazinon ,分子式:C 12H 21N 2O 3PS ,化学名称:O ,O-二乙基-O-(2-异丙基-6-甲基-4-嘧啶基)硫逐磷酸酯,结构式:本实验采用的农药博士1:4是由河南农业大学与中国农业大学联合研制,由河南农业大学生物化工实验厂生产,生产日期为2009年10月1日,生产批件:HNP41025-A6814,执行标准:Q/HNSH03-2006,登记证号:SY20067618,保质期为两年.试验器材:玻璃培养皿(直径15cm ,高2.5cm ),滤纸(直径15cm ,中速),塑料小桶(上直径15cm,下直径10cm 高8cm ,容量1000mL ),烧杯等.污染物试验浓度设计:正式试验前进行浓度范围选择试验,确定污染物对蚯蚓染毒历时48h 时(滤纸法)和14d (自然土壤法)的最小致死浓度和最大致死浓度,在此区间内设置各污染物水溶液的正式单一毒性试验浓度序列.最后确定滤纸法的试验浓度为:1.5;2.0;2.5;3.0;3.5;4.0g/L ;自然土壤法的试验浓度:30;40;50;60;70;80g/L.1.2试验方法博士1:4对蚯蚓的毒性效应研究李冰,白桂芬,张帅(赤峰学院生命科学系,内蒙古赤峰024000)摘要:采用滤纸接触法和自然土壤法对内蒙古赤峰市周边地区蚯蚓进行染毒,研究了赤峰市周边地区普遍使用的博士1:4对蚯蚓的毒性效应.单一试验的结果表明:两种方法均能引起蚯蚓中毒或死亡,滤纸法48h 时博士1:4半致死浓度(LC 50)为2.8732g/L.自然土壤法14d 时蚯蚓有明显中毒现象,但无死亡情况.关键词:蚯蚓;博士1:4;单一污染;滤纸接触法;自然土壤法中图分类号:X174文献标识码:A文章编号:1673-260X (2011)03-0140-03Vo l.27No .3Mar.2011第27卷第3期2011年3月赤峰学院学报(自然科学版)J ournal o f ChifengUniversity (Natural S cience Editio n )基金项目:内蒙古自治区教育厅高等学校研究项目(NJ10249);赤峰学院重点扶持学科项目资助140--浓度(g ·L -1)死亡条数死亡率(%)7d 14d 14d 300000000400000000500000000600000000700000000800000000CK 00表2博士1:4自然土壤法法蚯蚓死亡情况1.2.1滤纸接触法将挑选的蚯蚓洗净表面泥土后放入1L 的已湿润的烧杯中,置于暗处清肠一昼夜(以除去肠道内的杂物等)[7].在玻璃培养皿中铺滤纸(中速)3张,以刚好遮住皿底为宜.将10mL 博士1:4水溶液按试验设计浓度注入垫有3张滤纸的培养皿中,使滤纸全部浸湿.每一浓度设置3个重复,并设置1个不含药物的空白对照,再将清肠后的蚯蚓冲洗干净,用滤纸吸去多余水分[8].每处理放入10条蚯蚓,用保鲜薄膜封口,并用解剖针扎孔保持透气.定期观察并记录毒理症状和行为;并于24h 、48h 各观察1次死亡数,以前尾部对机械刺激无反应视为死亡[8].将试验数据输入计算机,应用简明统计10.35(Con-cise Statistics,CS10.35)进行统计学处理.1.2.2自然土壤法将蚯蚓洗净后放入1L 烧杯中,喷洒少量水,清肠24h.将500ml 蚯蚓原生地土壤倒入解剖盘中,按实验设计浓度分别量取10mL 博士1:4水溶液放入土壤中混匀后倒入塑料小桶.再将清肠后的蚯蚓冲洗干净,用滤纸吸去多余水分[8].每处理放入10条蚯蚓,如此每浓度分别设计3个重复.放置阴暗处,并于每天7时、18时各喷水一次以保持土壤湿度.观察并记录蚯蚓中毒症状;并于7d 、14d 各计数1次,以前尾部对机械刺激无反应视为死亡[8].将试验数据输入计算机,应用简明统计10.35(Concise Statistics,CS10.35)进行统计学处理.2结果2.1滤纸接触法测定博士1:4对蚯蚓的单一毒性博士1:4单一污染蚯蚓表现出的中毒症状如下:在滤纸实验开始时,蚯蚓皮肤与农药直接接触,所以蚯蚓有强烈的反应,非常活跃.3h 到4h 观察时,则活动减弱.7h 到8h 观察时,蚯蚓身体蜷缩,抱团聚在一起并伴有轻微中毒现象,身体微肿,体色略变暗.10h 到12h 观察时蚯蚓中毒现象明显,体色变暗为深紫色,身体缩短、蜷缩,体节特别明显,身体及生殖环肿大.行动明显减弱.18h 到20h 观察时蚯蚓已经出现个别死亡情况,中毒现象严重,身体虚弱行动很少.由表1可见,博士1:4的浓度为1.5g/L 至4.0g/L 时,污染暴露24h 对蚯蚓不产生致死效应.当污染暴露48h 对蚯蚓表现明显的致死效应.且蚯蚓死亡率随污染浓度的增大而升高(见表1,图1).对表1的试验数据进行统计分析,以博士1:4的浓度为横坐标,蚯蚓的死亡率为纵坐标,得到回归方程如下:D=27.049X 1--27.719(R 2=0.98983595,n=6,P<0.005)①其中,D 为蚯蚓死亡率(%),X 1为博士1:4浓度(g/L ),P 为显著性水平,R 为相关系数,n 为试验处理数.根据上述方程可计算出博士:4的LC 50为2.8732g/L.2.2自然土壤法测定博士1:4对蚯蚓的单一毒性试验3d 后检查时,蚯蚓有明显的中毒现象,具体表现为身体肿大并伴有僵硬现象,身体缩短,体色发暗为深紫色,环节突出,活动减少.7d 时中毒现象与三天时一样,但现象更加明显,无死亡现象.但在第12d 时,蚯蚓中毒现象略为缓解,分析可能为农药在土壤中药效降解的原因所致.14d 检测时发浓度(g ·L -1)死亡条数死亡率(%)24h 48h 48h 1.500012113.332.000023223.332.500035440.003.000056760.003.500057763.334.000098780.00CK表1博士1:4滤纸接触法蚯蚓死亡情况图1博士1:4滤纸接触法不同浓度和时间条件下蚯蚓的死亡率141--图2博士1:4自然土壤法不同浓度和时间条件下蚯蚓的死亡率现蚯蚓中毒症状有明显的降低趋势,身体缩短状况与僵硬现象明显好转,无死亡现象.将实验时间延长一周后,蚯蚓中毒情况明显减弱,未出现死亡情况.但由于蚯蚓在塑料盆里养殖时间过长,体质变弱.由于14d 时蚯蚓无死亡现象,所以无实验数据.(表2,图2).3讨论与分析博士1:4的主要成分二嗪磷为中毒性,具有触杀、胃毒和一定的内吸作用.主要适用范围是对鳞翅目、同翅目等多种害虫均有较好的防治效果,防治多种作物的地下害虫.二嗪磷是广谱性有机磷杀虫剂,其作用机理为抑制乙酰胆碱酯酶(AChE ).AChE 在蚯蚓的神经传递过程中起着重要作用.AChE 的活性主要用于评价有机磷农药和氨基甲酸酯类农药对蚯蚓的毒性效应.这两类农药均可抑制蚯蚓AChE 活性,从而使蚯蚓神经传递受阻[9].3.1滤纸接触法测定博士1:4对蚯蚓的单一毒性滤纸接触法是直接将蚯蚓暴露在一定浓度的农药环境下的试验方法,简单易行,可以初步了解化学药品的固有毒性和对土壤动物的潜在毒性[10].从博士1:4对蚯蚓的单一毒性试验结果看,在滤纸试验中24h 和48h 时,博士1:4单一毒性试验组的蚯蚓的LC 50为2.8732g/L ,博士1:4对蚯蚓的毒害随着培养时间的增加而增加,随着农药浓度的增加而增加,说明博士1:4对蚯蚓是有毒害作用的,而蚯蚓也对博士1:4有一定的耐受能力.如果农药浓度过高,超出了蚯蚓的耐受能力,则会危害蚯蚓的生长和生存.3.2自然土壤法测定博士1:4对蚯蚓的单一毒性在自然土壤法的预实验中,连续多次提升农药浓度但蚯蚓在14d 内并没有死亡情况,分析原因一方面可能是市面上的农药博士1:4虽然是08年以后出产,但生产所用原料全是08年所产,由于这些原料放置时间过长而导致药效降低.另一方面,自然土壤法的特点是简便易行,可用于具体地区污染物的环境安全性评价,但各地区试验结果可比性差[11].不同地区、环境中的土壤对药物的降解情况有所不同.而药物通过接触对蚯蚓产生的毒性不仅取决于药物的固有毒性,还与药物在土壤中的状态及在蚯蚓体内的药物代谢动力学密切相关[10].而且博士1:4是药肥一体的农药,毒性成分二嗪磷含量较低,所以蚯蚓在较高的实验浓度下未发生死亡情况.从实验结果来看,在自然土壤法中蚯蚓虽然没有死亡情况,但有明显的中毒现象,所以在农药浓度的选取上还有待研讨.本实验研究将继续进行.———————————————————参考文献:〔1〕龚鹏博,李健雄,郭明,廖崇惠.蚯蚓生态毒理试验现状与发展趋势.生态学杂志,2007,26(8):1297-1302.〔2〕胡霞,梁梓,刘素君.敌敌畏对蚯蚓的急性毒性实验.广西农业科学,2007,38(6):645-647.〔3〕郑岩,刘永强.浅谈蚯蚓在农业生态中的作用.农林论坛,2009(2):87.〔4〕刘廷凤,刘振宇,孙成.Cu 2+与草甘膦单一及复合污染对蚯蚓的急性毒性研究.环境污染与防治,2009,31(6):3-6.〔5〕杨维来,陆晓民,徐琼,余香芹.苏云金杆菌(Bt)和克螨灵对蚯蚓生长的影响.安徽技术师范学院学报,2004,18(4):9-12.〔6〕梁继东,周启星.甲胺磷、乙草胺和铜单一与复合污染对蚯蚓的毒性效应研究.应用生态学报,2003,14(4):593-596.〔7〕胡玲,林玉锁,常卫民,李开.呋喃丹和阿特拉津单一和复合作用对蚯蚓致死效应的研究.农林科学苑,2008(31):713-714.〔8〕徐建,张平,穆洪,高敏苓.两种除草剂复合污染对蚯蚓的毒性效应.农业环境科学学报,2006,25(5):1188-1192.〔9〕徐冬梅,刘文丽,刘维屏.外源污染物对蚯蚓毒理作用研究进展.生态毒理学报,2009,4(1):21-27.〔10〕胡霞.敌敌畏、毒斯乐单一及复合污染对蚯蚓的急性毒性试验.四川动物,2008,27(3):399-402.〔11〕梁继东,周启星,孙福红.蚯蚓在环境安全研究中的应用.生态学杂志,2006,25(5):581-586.142--。

用于土壤污染生态毒理诊断的蚯蚓生物标志物研究

用于土壤污染生态毒理诊断的蚯蚓生物标志物研究

江西农业学报2012,24(1):137 143Acta Agriculturae Jiangxi用于土壤污染生态毒理诊断的蚯蚓生物标志物研究肖能文,赵彩云,王学霞,李俊生收稿日期:2011-10-31基金项目:国家科技支撑计划重点项目(2008BAC43B01);转基因生物新品种培育科技重大专项(2009ZX08012-005B )。

作者简介:肖能文(1973─),男,副研究员,博士,研究方向为生态毒理学和土壤动物学。

(环境基准与风险评估国家重点实验室、中国环境科学研究院,北京100012)摘要:综述了蚯蚓用于土壤污染生物标志物的主要类型,包括酶活性作为土壤污染的生物标志物、溶酶体中性红染色保持时间、热休克蛋白、金属硫蛋白、组织和超微结构变化、DNA 损伤、大分子加合物等;并对几种生物标志物机理、特性、检测实例以及在污染土壤生态毒理诊断中的应用前景进行了评述。

关键词:生物标志物;蚯蚓;土壤污染;生态毒理诊断;生态风险中图分类号:X826文献标识码:A文章编号:1001-8581(2012)01-0137-07Studies on Earthworm Biomarker for Eco -toxicological Diagnosis of Soil PollutionXIAO Neng -wen ,ZHAO Cai -yun ,WANG Xue -xia ,LI Jun -sheng(State Key Laboratory of Environmental Baseline and Risk Assessment ;Chinese Academy of Environmental Sciences ,Beijing 100012,China )Abstract :In this paper ,the main types of earthworm biomarkers for the eco -toxicological diagnosis of soil pollution were re-viewed ,including the activities of several enzymes ,the lysosomal neutral red retention ,heat shock protein ,metallothionein ,ultra-structural change in tissue ,DNA damage ,macromolecular adduct etc.The mechanism ,characteristics and test examples of several bi-omarkers were commented ,and their application prospects in the eco -toxicological diagnosis of soil pollution were also discussed.Key words :Biomarker ;Earthworm ;Soil pollution ;Eco -toxicological diagnosis ;Ecological risk土壤污染是一个世界性的环境问题,我国的土壤污染问题也日益突出,仅石油开采区和石油化工区的土地污染面积就达数十万公顷,我国受重金属污染的耕地面积近2000万hm 2,约占总耕地面积的1/5,污水灌溉的农田面积330多万hm 2,土壤生态环境受到前所未有的压力,人们更多地关注如何快速、灵敏地监测土壤环境的受污染程度。

蚯蚓在土壤重金属污染修复中的应用

蚯蚓在土壤重金属污染修复中的应用

蚯蚓在土壤重金属污染修复中的应用蚯蚓在土壤重金属污染修复中的应用摘要:近些年来,随着土壤重金属污染事件的频发,土壤重金属污染日益受到人们的重视。

我国的土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤重金属污染严重,土壤重金属污染治理迫在眉睫。

蚯蚓作为土壤生态系统不可或缺的一部分,对土壤生物系统的研究与土壤重金属污染的治理密切相关。

随着分子生物学的发展,越来越多的研究开始关注生物修复土壤污染技术,同物理化学等修复方法相比,生物修复具有降解彻底、处理成本低及环保等特点并逐渐成为土壤环境修复研究的活跃领域,蚯蚓作为土壤生物系统中生物量最大的动物,在污染土壤生物修复中的作用不容忽视。

关键词:蚯蚓,重金属污染,土壤修复,修复机理Abstract: In recent years, along with the soil heavy metal contamination taking place frequently, soil heavy metal pollution is brought to the attention of people. The soil environmental condition is not optimistic in our country, the soil heavy metal pollution is serious in some area. The control soil heavy metal pollution is imminent. Earthworm as an integral part of soil ecological system, the study of soil biological system is closely related to the soil heavy metal pollution governance. With the development of molecular biology, a growing body of research is on bioremediation technology of soil pollution, compared with repair methods of physical chemistry, bioremediation has characteristics of thoroughly, low processing cost and environmental degradation and become active field of research of soil environmental repair gradually, the earthworm as the largest animal of soil biomass in biological systems, the action of bioremediation is not allowed to ignore.Keywords:earthworms, heavy metal pollution, soil remediation, remediation mechanis1引言目前,我国耕地的土壤重金属污染概率为16.67%左右,据此推断我国耕地重金属污染的面积占耕地总量的1/6左右,耕地土壤重金属污染等别中,尚清洁、清洁、轻污染、中污染、重污染比重分别为68.12%,15.22%,14.9%,1.45%,0.72%[[1]]。

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土壤重金属污染对蚯蚓的急性毒性效应研究3宋玉芳133 周启星1 许华夏1 任丽萍1 孙铁珩1 龚 平2(1中国科学院沈阳应用生态研究所陆地生态过程开放研究实验室,沈阳110016;2加拿大国家研究院生物技术研究所,安大略奎北克H4P 2R2)【摘要】 测定了草甸棕壤条件下,Cu 、Zn 、Pb 、Cd 单一/复合污染对蚯蚓的急性致死及亚致死效应.结果表明,Cu 、Pb 浓度与蚯蚓死亡率显著相关(α=0.05,R Cu =0.86,R Pb =0.87),Cu 浓度与生长抑制率显著相关(α=0.05,R Cu =0.84),其他供试重金属浓度与蚯蚓死亡率和生长抑制率相关性不显著.蚯蚓个体对重金属毒性的耐受程度差别较大.其毒性阈值(引起个体蚯蚓死亡浓度)分别为:Cu 300mg ・kg -1,Zn 1300mg ・kg -1,Pb 1700mg ・kg -1,Cd 300mg ・kg -1.LC 50分别为:Cu 400~450mg ・kg -1,Zn1500~1900mg ・kg -1,Pb 2350~2400mg ・kg -1,Cd 900mg ・kg -1.在Cu 、Zn 、Pb 、Cd 单一污染引起>10%蚯蚓死亡的浓度下,复合污染导致100%蚯蚓死亡,表明复合污染极强的协同效应.关键词 土壤 重金属 复合污染 蚯蚓 急性毒性文章编号 1001-9332(2002)02-0187-04 中图分类号 X174 文献标识码 AAcute toxicological effects of heavy metal pollution in soils on earthw orms.SON G Yufang 1,ZHOU Qixing 1,XU Huaxia 1,REN Liping 1,SUN Tieheng 1and G ON G Ping 2(1Open L aboratory of Terrest rial Ecological Pro 2cess ,Institute of A pplied Ecology ,Chinese Academy of Sciences ,S henyang 110016;2Biotechnology Research In 2stitute ,N ational Research Council of Canada ,6100Royal mount A venue ,Mont real ,Quebec H4P 2R2).2Chin.J.A ppl.Ecol .,2002,13(2):187~190.Acute and sub 2acute lethal effects of single and combined Cu ,Zn ,Pb and Cd on earthworm was determined usin g meadow brown soil.Results indicated that the mortality of earthworm was significantly related with the concen 2trations of Cu and Zn in the soil (α=0105,R Cu =0186,R Pb =0187),and the inhibition rate of earthworm growth was significantly related with the concentration of Cu in the soil (α=0105,R Cu =0184).There was no significant relation between the concentrations of other heav y metals tested and the death rate and the growth 2inhibition rate.The degree of individual earthworm enduring the toxicity of heavy metals varied greatly.The threshold con 2centration of toxicity defined by statistical method ,the level to conduce the death of individual earthworm was 300mg ・kg -1for Cu ,1300mg ・kg -1for Zn ,1700mg ・kg -1for Pb ,300mg ・kg -1for Cd.LC 50was 400~450mg ・kg -1for Cu ,1500~1900mg ・kg -1for Zn ,2350~2400mg ・kg -1for Pb and 900mg ・kg -1for bined ef 2fects of single Cu ,Zn ,Pb and Cd to conduce more than 10%of the death rate of earthworm could result in 100%of the death rate of earthworm ,thus showing the strong synergistic joint effect of the heavy metals.K ey w ords S oil ,Heavy metal ,Combined pollution ,Earthworm ,Acute toxicity.3中国科学院知识创新工程项目(KZCX2-401)、国家重点基础研究发展规划项目(973)、中国科学院“污染生态化学”百人计划项目和中国科学院沈阳生态实验站资助项目.33通讯联系人.2001-05-19收稿,2001-07-30接受.1 引 言蚯蚓是生态系统中的一个重要组成部分,是陆生生物与土壤生态传递的桥梁.当土壤被各类化学品污染后,必将对蚯蚓的生存、生长、繁殖产生不利影响,甚至死亡.因此,利用蚯蚓指示土壤污染状况,已被作为土壤污染生态毒理诊断的一项重要指标[4,6,9].有关蚯蚓生态毒性效应研究主要侧重于农药及杀虫剂等对蚯蚓的毒性.如蔡道基等[1]进行农药对蚯蚓的急性毒性作用.Spurgeon 等[8]研究了蚯蚓对Cu 污染毒害的耐受性.Chang 等[2]以蚯蚓进行了Pb 污染土壤毒性评价.王振中等[9]进行了重金属污染区对蚯蚓影响研究,郭永灿等[3]进行了24h 和48h 的重金属对蚯蚓的毒性研究.但有关以OECD 实验方法进行重金属单一与复合污染条件下蚯蚓急性毒性实验的研究报道较少[2~4,6,9,10~13].本研究选择赤子爱胜(Esisenia f oeli de )为供试蚯蚓,进行草甸棕壤中重金属Cu 、Zn 、Pb 、Cd 单一与复合污染条件下,蚯蚓的急性毒性效应实验研究,为揭示重金属对蚯蚓毒性的剂量2效应关系,以蚯蚓毒性实验作为污染土壤毒理诊断指标提供实验依据[12].2 材料与方法211 供试材料21111供试品CuSO 4・5H 2O ,ZnSO 4・7H 2O ,Pb (NO 3)2,Cd 2Cl 2・2.5H 2O ,均为分析纯.应用生态学报 2002年2月 第13卷 第2期 CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Feb.2002,13(2)∶187~19021112供试土壤和蚯蚓 土壤为0~20cm表土,采自中国科学院沈阳生态实验站(表1).蚯蚓购自市场.实验开始前,将蚯蚓置于湿润的滤纸上3h,使蚯蚓排除畅道内的内含物,然后冲洗,滤纸吸干,备用.表1 供试土壤的理化性质T able1Physical and chemical properties of test soils土壤类型Soil type T2P3(%)T2K(%)K2N(%)p H有机质O2M(%)CEC(cmol・kg-1)T2Cu(mg・kg-1)T2Zn(mg・kg-1)T2Pb(mg・kg-1)T2Cd(mg・kg-1)草甸棕壤0.040.180.091 6.22 1.6512.2632.928.111.10.17 Meadow brown soil3T2P:总P Total P;T2K:全K Total K;K2N:凯氏氮K jedahl2nitrogen;O2M:有机质Organic matter;CEC:阳离子交换量Cation exchange capac2 ity;T2Cu,T2Zn,T2Pb,T2Cd:土壤中Cu、Zn、Pb、Cd背景值(总量)The background values of Cu,Zn,Pb and Cd(total amount).212 主要仪器设备 受控环境生长箱,硬质玻璃培养皿,1L 标本瓶.无灰定性滤纸.213 实验方法21311蚯蚓急性毒性实验 选用1~2月龄,体重200~300g的健康蚯蚓赤子爱胜为供试品[4].正式试验前,进行浓度范围选择试验.以几何级数系列设计至少5种浓度.分别将一定浓度的重金属水溶液与750g土壤混合.调节土壤水分含量为最大持水量的60%.平衡48h后,转移到1L冲洗干净的玻璃瓶中,加入10条已在人工条件中饲养24h蚯蚓.将玻璃瓶用纱布或塑料薄膜扎好瓶口,置于200℃±20℃,湿度为80%的条件下连续光照培养.实验期为14d.每个处理组和对照组设4个平行样.试验第7天时,将培养瓶内的土壤倒入玻璃皿上,检查蚯蚓前尾部对机械刺激的反应后,将土壤和蚯蚓重新置于培养瓶中继续培养直至14d实验结束时,测定蚯蚓的平均体重和数量.以重金属浓度2蚯蚓死亡率和蚯蚓体重增长抑制率绘制剂量2反应曲线[5]. 21312重金属测定 重金属全量采用HNO32KClO5(3∶1),常温常压提取2ICP光谱分析法,可溶性重金属采用0.1mol・L-1HCl提取2AAS法[8].3 结果与讨论311 Cu对蚯蚓的急性毒性效应由图1可见,Cu浓度240mg・kg-1以下时,对蚯蚓不产生任何毒性效应.蚯蚓死亡率和生长抑制率均与对照无差别.Cu浓度300mg・kg-1时,对蚯蚓产生毒性作用.个别蚯蚓死亡和个体体重下降.Cu浓度400mg・kg-1时,蚯蚓死亡率和个体体重下降的亚致死效应并未随浓度上升.Cu浓度450mg・kg-1时,蚯蚓致死率迅速上升至63%,480mg・kg-1为90%,直至Cu1000mg・kg-1时,全部供试组蚯蚓死亡,绝对致死率100%.以蚯蚓死亡率和生长抑制率对Cu浓度作图,进行回归分析,相关性显著(α= 0.05,R Cu=0.86,R Cu=0.84).结果表明,Cu也是蓄积性元素,Cu在蚯蚓机体内的富集是一个逐渐慢性中毒过程.从图1所给标准偏差也表明,蚯蚓个体对Cu毒性的耐受程度差别较大.例如,当Cu为450mg・kg-1时,蚯蚓死亡率63%,标准偏差2513%.图1 土壤中Cu与蚯蚓急性毒性的剂量2效应关系Fig.1A dose2effect relationship between Cu and its acute toxicity on earthworms in soils.Ⅰ1死亡率Death rate,Ⅱ1抑制率Inhibition rate.下同The same be2 low. 与植物根伸长抑制率相比,蚯蚓对Cu毒性的耐受性更强.此外,还有一点不同的是,引起50%蚯蚓死亡的LC50浓度不是一个固定的值,而是一个浓度区间.也就是说,由于蚯蚓个体对毒性感应程度的差别,以及Cu本身蓄积性毒性的限制,在实验上LC50浓度值具有不固定性.通过统计方法确定的浓度区间为400~450mg・kg-1.这一结果远低于有关报道的48h LC50值633mg・kg-1[2].除了实验土壤性质不同影响外,实验周期的长短影响Cu的蓄积性毒性效应.萝卜根伸长抑制率达50%的Cu浓度为50mg・kg-1.显然,重金属对植物根伸长抑制的毒性远大于对蚯蚓的毒性.但蚯蚓急性毒性实验是从土壤动物角度对土壤污染诊断的一个方面,是土壤污染诊断系列中不可缺少的环节[6].312 Zn对蚯蚓的急性毒性效应由图2可见,Zn浓度900mg・kg-1以下时,蚯蚓死亡率和生长抑制率均与对照无差别.Zn浓度1300mg・kg-1时,对蚯蚓产生毒性作用,死亡率20%,生长抑制率40%.随着Zn浓度增加,死亡率上升,1500mg・kg-1时为36.7%,但生长抑制率下降.Zn为1600mg・kg-1时,供试组蚯蚓全部死亡,绝对致死率100%,蚯蚓死亡率和生长抑制率与Zn浓881应 用 生 态 学 报 13卷度的相关性不显著(α=0.05,R Zn 死亡=0.79,R Zn 抑制=0.56,).以上结果说明,在供试蚯蚓中存在两种群体:一种可称为敏感群,它们对毒性的响应十分敏感,且响应的程度与重金属浓度存在明显剂量2效应关系.另一种为不敏感群,它们对重金属毒性具有很强的适应性或抗性.由于这两种群体的存在,导致蚯蚓个体对Zn 毒性耐受程度的显著差别.从图2可见,蚯蚓致死率随Zn浓度增加在较低浓度时是渐进的、缓慢的,而后是迅速的,表明重金属的蓄积性是毒性效应特征[2,7].图2 Zn 与蚯蚓急性毒性的剂量2效应关系Fig.2A dose 2effect relationship between Zn and its acute toxicity onearthworms in soils 蚯蚓对Zn 毒性的耐性也较植物强[11].例如,引起50%蚯蚓死亡的LC 50浓度>1500mg ・kg-1,而萝卜根伸长抑制率达50%的Zn 浓度为700mg ・kg -1.S purgeon 等[6]通过对冶炼厂土壤进行蚯蚓对Zn 污染毒性效应研究时也发现,蚯蚓能忍受高浓度的Zn.313 Pb 对蚯蚓的急性毒性效应由图3可见,Pb 浓度1500mg ・kg -1以下时,蚯蚓死亡率和生长抑制率与对照相当.当Pb 浓度1700mg ・kg -1时,开始对蚯蚓产生毒性.蚯蚓死亡率和生长抑制率分别为3.0%和5.0%.Pb 浓度2000mg ・kg -1时,蚯蚓致死率为零,但生长抑制率为24%,说明高浓度Pb 虽未造成蚯蚓死亡,但已经对蚯蚓产生了明显的亚致死效应.Pb 浓度2300mg ・kg -1时,蚯蚓死亡率和生长抑制率分别为13.3%和12.1%.以上数据说明,Pb 为1700~2300mg ・kg -1是蚯蚓毒害的阈值区.低于此浓度,Pb 对蚯蚓无任何毒害作用,在此浓度之间Pb 含量的增加或减少均未产生增强的毒害作用,高于此浓度,毒害作用随Pb 含量增加而增强,3000mg ・kg -1时,全部供试组蚯蚓死亡,致死率100%.蚯蚓死亡率与Pb 浓度之间显著相关(α=0.05,R Pb 死亡=0.87),与生长抑制率相关不显著(R Pb 抑制=0.60,).Pb 浓度2800mg ・kg -1所得的死亡率和生长抑制率两组数据可知(图3),供试蚯蚓对Pb 毒性反应的差别极大.例如,当一部分蚯蚓因耐受不了高浓度Pb 而中毒死亡时,另一部分蚯蚓确安然无恙,生长抑制率为-2%的结果说明,高浓度的Pb 没有对存活蚯蚓造成任何毒害作用.蚯蚓对Pb 毒性的耐受性同样较植物强[7].例如,引起50%蚯蚓死亡的LC50浓度>2300mg ・kg -1,而萝卜根伸长抑制率达50%的Pb 浓度为700mg ・kg -1.图3 Pb 与蚯蚓急性毒性的剂量2效应关系Fig.3A dose 2effect relationship between Pb and its acute toxicity onearthworms in soils. 由图3可见,Pb 剂量与蚯蚓死亡率相关性不及植物显著.其剂量2效应关系为线性相关.314 Cd 对蚯蚓的急性毒性效应由图4可见,Cd 浓度290mg ・kg -1以下时,蚯蚓死亡率和生长抑制率与对照相同.Cd 浓度300mg ・kg -1时,蚯蚓死亡率和生长抑制率分别为5.0%和16.0%.Cd 浓度800mg ・kg -1时,蚯蚓死亡率增加至20%,生长抑制率略有提高.但在Cd 浓度300~800mg ・kg -1的浓度范围内,蚯蚓致死率无明显变化.Cd 浓度900mg ・kg -1时,对蚯蚓致死与亚致死效应增强.此后,致死率和生长抑制率随Cd 浓度升高而增大.Cd 1000mg ・kg -1时,全部供试组蚯蚓死亡,致死率100%.由此确定了Cd 对蚯蚓毒害作用的几个阶段为:290mg ・kg -1为最大无害浓度,300~800mg ・kg -1为毒害阈值浓度,1000mg ・kg -1为绝对致死浓度.蚯蚓死亡率和生长抑制率与Cd 浓度相关性不显著(α=0.05,R Cd 死亡=0.78,R Cd 抑制=0175,).由图4致死率和亚致死率两组数据分析可见,Cd 在300~800mg ・kg -1浓度范围,对蚯蚓毒害的亚致死效应更加明显.例如,蚯蚓死亡率仅为1.7%、3.0%、5.0%和10%时,亚致死率分别达到9812期 宋玉芳等:土壤重金属污染对蚯蚓的急性毒性效应研究 17%、17.4%、16%和19.3%,说明在毒害浓度阈值区,Cd 对所有供试蚯蚓都产生了明显毒害作用.其中一部分死亡,另一部分生长受到明显抑制.这与Cu 、Zn 和Pb 的情况有所不同.蚯蚓对Cd 毒性的耐受性也较植物强[8].例如,引起50%蚯蚓死亡的LC 50浓度>900mg ・kg -1,而萝卜根伸长抑制率达50%的Cd 浓度为230mg ・kg -1.由图4可见,Cd 剂量与蚯蚓死亡率相关性不及植物显著.其剂量2效应关系为线性相关.图4 Cd 与蚯蚓急性毒性的剂量2效应关系Fig.4A dose 2effect relationship between Cd and its acute toxicity onearthworms in soils.315 重金属复合污染对蚯蚓的急性毒性效应实验以引起>10%蚯蚓死亡的重金属浓度为起点(Cu 400mg ・kg -1,Zn 1400mg ・kg -1,Pb 2300mg ・kg -1,Cd 700mg ・kg -1),进行4种重金属复合污染对蚯蚓的急性毒性实验.由图5可见,在此浓度下供试蚯蚓100%死亡.分别将上述土壤按比例稀释,使土壤中4种重金属浓度分别为原土浓度的1/2、1/3和1/4,由图5可见,蚯蚓死亡率分别为25%、8.3%和3.3%,抑制率分别为18.4%、6.4%、215%.显然,复合污染产生明显的协同作用,明显降低了蚯蚓急性致图5 重金属复合污染与蚯蚓急性毒性的剂量2效应关系Fig.5A dose 2effect relationship between combined pollution of the test 2ed heavy metals and their acute toxicity on earthworms in soils.死浓度.由图5可见,在同一污染浓度下,蚯蚓的亚致死效应与重金属浓度呈明显剂量2效应关系.亚致死效应是蚯蚓受害过程和受害程度的体现,是蚯蚓对污染条件的一种本能生理反应.它与个体蚯蚓因对污染环境敏感而导致死亡的结果比较,同样是反映蚯蚓群体对土壤整体质量的一种识别的一种方式[2].显然,蚯蚓对重金属复合污染的毒性响应远比单一污染条件下敏感.在自然界中,复合污染是一种普遍存在的现象,而污染土壤中的复合污染程度更加复杂,生物对此毒性响应也将更加敏感.Chang 等[2,9]用蚯蚓对处理前后的土壤进行毒理诊断时发现,它可明显指示不同处理土壤毒性的差别.参考文献1 Cai D 2M (蔡道基).1999.Study on environmental toxicology ofpesticides.Beijing :China Environmental Sciences Press.168~174(in Chinese )2 Chang L W ,Meier J R ,Smith M K.1997.Application of plant andearthworm bioassays to evaluate remediation of a lead 2contaminated soil.A rch Envi ron Toxicol ,32:166~1713 Guo Y 2C (郭永灿),Wang Z 2Z (王振中),Zhang Y 2M (张友梅),etal .1996.Studies on toxicity and 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