兩棲動物在撫仙湖水體變化生物監測中的應用

摘要：兩棲動物對環境的改變非常敏感，環境污染會引起其種群及機體結構發生變化。利用兩棲動物對環境污染的反應以及所檢測環境的變化特點，通過對撫仙湖生態環境中兩棲動物的種群變化、形態、行為以及細胞遺傳學等方面進行動態研究，可以對撫仙湖實施水體變化的生物監測，為湖泊生態環境的生物監測提供依據。

關鍵詞：兩棲動物；水體變化；生物監測；撫仙湖

中圖分類號：Ｑ９５９．５；Ｘ８３５文獻標識碼：A文章編號：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

撫仙湖是我國已知的第二深水湖泊，位于云南省中部，玉溪市境內。湖泊面積２１６．６ ｋｍ２， 最大水深１５８．９ ｍ，湖岸線長１００．８ ｋｍ［１］。該湖位于盆地之中，盆地四周群山環抱，湖水主要靠降雨和四周山間小溪補給。撫仙湖目前為Ⅰ類水質，但是隨著生產生活的發展，湖周圍的污染也在逐日加重。近幾年對撫仙湖的水質監測工作也在積極開展。生物對低濃度甚至痕量的污染物反應迅速，同時一些作用緩慢的污染物也可以通過生物的長期生長變化得以觀測，而且生物監測能較好地反映出環境中多種污染物協同作用之后的綜合效應。與傳統的理化監測方法相比較，生物監測克服了理化監測的局限性和連續取樣的繁瑣性，能夠直觀、綜合地反映整個時期環境因素改變的情況。所以，在對撫仙湖水質進行監測時，生物監測方法受到了重視。

合理選擇指示生物是生物監測中的關鍵問題。撫仙湖的入湖河流、人工濕地、湖濱帶以及周圍的山地、農田等生態環境中兩棲動物資源豐富。由于水陸兩棲的獨特生活史以及軀體結構的特殊性，使兩棲類對環境改變的敏感性高于其他類群，現已成為一種重要的生態環境變化指示者［２－５］。結合撫仙湖生態環境中兩棲動物的調查研究、室內初步試驗現狀以及目前利用兩棲動物監測環境的一些方法，對兩棲動物在撫仙湖水體變化生物監測中的應用進行如下探討。

１兩棲動物種群動態變化監測

通過走訪發現，歷史上撫仙湖的兩棲動物種類豐富、分布廣泛，而且數量相對較多，但是缺乏對其種群生態學研究的詳細資料。李紅梅等［６］調查發現目前撫仙湖的兩棲動物共計１４種，以黑眶蟾蜍、華西蟾蜍和牛蛙等分布相對廣泛；蛙科的土著種類較多，但是分布狹窄。總體來看，兩棲動物的種群結構與分布和水質狀況關系密切。部分兩棲動物出現了種群衰退現象，其數量變化超出了種群的自我恢復能力。究其原因是由于撫仙湖周邊一些人類活動密集地如工業、旅游、農業的發展致使水體污染加重，部分兩棲動物生境遭到破壞或者被片段化，導致了兩棲動物種群生存能力下降，潛在的擴散能力受到限制，進而造成種群遺傳多樣性下降，對自然界變化適應性降低。另外，外來物種的引入也增大了土著物種的競爭壓力，例如牛蛙（Ｒａｎａ ｃａｔｅｓｂｅｉａｎａ）在撫仙湖人工濕地中就是兩棲動物的優勢種。除此之外，在當地農業生產過程中，各種農藥及化肥的使用時間常常與兩棲動物的繁殖時間相重合。２０世紀８０年代以來，各國加強開展了農藥和重金屬等環境污染物對兩棲動物影響的研究，證實了各種殺蟲劑、除草劑、化學肥料以及重金屬離子等環境污染物在兩棲動物種群衰退中起到了關鍵性作用［７，８］。

根據以上發現，利用撫仙湖兩棲動物種群、數量、地理分布以及生態學相關參數的變化特點，可以對撫仙湖水體進行監測研究。通過常規的野外生態學調查與采樣、單因子的分析研究、室內多因子的交互試驗研究、靈敏度分析等多種研究方法，對撫仙湖中兩棲動物種群動態變化進行監測，從而建立并不斷完善撫仙湖兩棲動物數據共享信息系統。通過對比不同時期的監測資料，為撫仙湖水體生物監測以及物種保護措施的制定提供依據。

２兩棲動物形態和行為變化監測

研究表明，許多環境污染物能對兩棲動物的卵和幼體的存活及成長產生負面影響。如重金屬、除草劑、殺蟲劑等能導致雄性兩棲動物個體的性腺異常發育、性別紊亂，并對青蛙和蟾蜍具有急性毒性作用，增加了兩棲動物胚胎的畸形率和死亡率［９－１１］。

徐士霞等［１２，１３］詳細闡述了主要水體污染物對部分兩棲類動物的蝌蚪形態和行為的危害，主要包括煤渣污染會導致牛蛙畸形，并使其代謝率提高；殺蟲劑殺螟硫磷會導致飾紋姬蛙畸形、行為異常、生長減緩；在０．００１ ｍｇ／Ｌ的ＤＤＴ中暴露３３ ｄ，會使歐洲林蛙蝌蚪脊柱扭結，尾巴向左側扭曲，左腿完全伸直，膝關節僵化，生長發育速率加快；殺蟲劑西維因３．５ ｍｇ／Ｌ可使楔頭蛙蝌蚪９０％的活動能力降低，沖刺游動速度和距離顯著降低，捕食能力和逃避天敵的能力會受到影響，生長速率和適應環境的能力也大大降低。李紅梅等［１４］通過室內毒性試驗研究發現，洗衣粉、洗滌劑、除草劑、總氮、總磷、Ｐｂ２＋、Ｃｕ２＋、Ｍｎ７＋、Ｃｄ２＋在一定濃度下對牛蛙蝌蚪具有毒性作用。李紅梅等［１４］通過在野外條件下對牛蛙的產卵量、蝌蚪的孵化率、成活率及畸形率的調查發現，人群居住密集、旅游業發達、農作物種植較多地區的入湖河流周邊水域與目前為Ⅰ類水質的撫仙湖周邊多個人工濕地相比，蝌蚪的死亡率明顯增高，還出現了少量畸形情況。

由于兩棲動物對多數污染物非常敏感，污染物除了會引起其生長過程中的形態異常外，還能引發其直觀的行為反應，例如攝食、逃避敵害或其他行為的改變。因此，可在自然狀態下選擇撫仙湖周邊水域分布廣泛的特定蝌蚪種類進行形態及行為變化的定期觀察監測，并通過室內回避試驗以及以蝌蚪死亡率和畸形率為指標的毒性試驗來評價撫仙湖水體中一定時期污染物質的類別及相對量，再結合理化監測就可以更好地對水體環境進行質量監測。

３兩棲動物細胞遺傳學監測

水體污染、環境變化會引起生活在其中的生物有機體的細胞發生變化。目前用來評價化合物對生物體遺傳毒性大小的方法主要有紅細胞微核試驗、染色體畸變、姊妹染色單體交換試驗（Ｓｉｓｔｅｒ ｃｈｒｏｍａｔｉｄ ｅｘｃｈａｎｇｅ，ＳＣＥ）、彗星試驗（Ｃｏｍｅｔ ａｓｓａｙ）等。其中，紅細胞微核試驗和彗星試驗被較多地用于兩棲動物對環境變化的監測中。紅細胞微核試驗技術是１９７５年Ｋｌｉｇｅｒｍａｎ等［１５］成功地以理化因素誘發蔭魚細胞染色體畸變以來，發展起來的應用動物分裂相細胞進行微核監測的技術，是檢查環境污染物對染色體損傷效應的一種簡便、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、處理時間及細胞有絲分裂的速度等因素有關［２，１６］，并且陳軍建等［２］已將青蛙蝌蚪紅細胞微核試驗發展成監測水體污染物誘變活性的一種規范化、標準化的生物活體快速檢測系統。彗星試驗即單細胞凝膠電泳技術（Ｓｉｎｇｌｅ ｃｅｌｌ ｇｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，ＳＣＧＥ），是一種在單細胞水平上檢測有核細胞ＤＮＡ損傷和修復的方法［１７］。國外已經建立起了比較科學、規范、實用的以蝌蚪為試驗材料進行ＳＣＧＥ試驗監測水體污染的檢測體系。如果細胞和ＤＮＡ受損嚴重，產生的片段多并且小，電泳時ＤＮＡ遷移量也就越大，遷移距離就越長，熒光顯微鏡下可觀察到尾長增加、尾部熒光強度增強，通過測定遷移部分的光密度和遷移距離就可以測定單個細胞的ＤＮＡ損傷程度。

李紅梅等［１８］在野外采集了撫仙湖多個入湖河流點的牛蛙蝌蚪進行了紅細胞微核試驗研究，結合水質檢測結果，發現污染越嚴重的河流，其牛蛙蝌蚪外周血紅細胞微核檢出率也就越高，認為污染嚴重的入湖河流水質對牛蛙蝌蚪紅細胞具有遺傳毒性。由于蝌蚪紅細胞較大，細胞分裂旺盛，對污染物反應靈敏，而且蝌蚪體內具有轉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，這使蝌蚪不僅能用于檢測水體中的直接致突變物，還能檢測水體中的前致突變物［５］。因此，通過對兩棲動物蝌蚪進行細胞遺傳學監測，可以快速簡潔地對撫仙湖水體污染進行預警。

４小結

生物監測是利用生物組分、個體、種群或群落對環境污染或變化所產生的反應來闡明環境污染狀況，從生物學角度為環境質量的監測和評價提供依據［１９］。生物和其生存的環境是一個統一的整體，生物監測能反應一定時期內環境因素的改變情況以及各因素協同和拮抗作用的變化結果。兩棲動物的皮膚具有水分滲透和氣體交換能力，而且大多數生活在水中，化學及生物污染物通過水體積累對其產生脅迫，經食物鏈富集作用對其正常發育和生存產生影響。

調查及試驗研究表明，在水體及其生態環境被污染的情況下，兩棲動物的種群動態變化、形態和行為變化以及細胞遺傳學變化明顯，而且對兩棲動物進行這些生物監測簡便易行。因此，可從兩棲動物成體的種群密度、種群結構、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行系統調查研究，并對兩棲動物的紅細胞微核、染色體及ＤＮＡ的變化等進行檢測，通過生物學和環境科學、統計學等多學科結合，建立撫仙湖水體變化的兩棲動物監測方法。其監測結果不僅能直接判斷污染物對生物的潛在影響、實際毒性，而且還能由此對水體環境質量作出評價。

由于自然環境條件下水體中污染物的濃度要遠遠低于實驗室毒理學方法中所采用的濃度，而且水體環境因子對兩棲動物的影響是聯合作用，因此，在實際監測中應注意實驗室內外的研究相結合，把生物監測結果與理化監測結果結合起來分析。其次，要根據當地實際以及污染物類型、生物對污染物反應的情況選擇監測物種。另外，環境污染具有時空性，污染物對生物的作用有直接的，也有間接的，有的甚至要經過很長時間才能表現出來。因此，利用兩棲動物對撫仙湖的水質變化進行監測是一個長期的過程，需要長時間的研究和積累。

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